城市系统中废弃物生成的全球尺度律

人类活动产生的废弃物是我们社会和全球生态系统面临的最根本挑战之一。废弃物生成正在迅速增加，同时我们的社会结构也在发生相应转变，几乎所有国家都正从农村农业社会转向城市和技术社会。然而，这些剧烈的社会转变与废弃物生成之间的联系尚未被阐明。本文应用尺度理论建立对城市系统中废弃物的新认识。我们针对三种废弃物形式——废水、城市固体废物和温室气体——识别了全球多样化城市系统中废弃物生成的普适尺度律。我们表明，废水生成随城市规模超线性缩放，城市固体废物随城市规模线性缩放，温室气体随城市规模亚线性缩放。在特定情况下，生成量可通过城市规模结合财政与自然资源的耦合来理解。例如，废水生成可通过较大城市经济活动的增强来理解，而尺度关系周围的偏差——表明相对效率——取决于人均GDP和当地降雨量。我们还展示了这些尺度关系的时间演化如何揭示规模经济的丧失以及废弃物生成的总体增加，其中亚线性尺度关系变为线性。我们的发现提示了控制多样化城市和全球城市系统中废弃物生成的普遍机制。我们的方法提供了一种系统性途径来揭示这些潜在机制，它们可能是减少废弃物和追求更可持续未来的关键。