论文题目：Unveiling patterns in human dominated landscapes through mapping the mass of US built structures

论文来源：Nature Communications

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43755-5

斑图地址：

https://pattern.swarma.org/paper/2c785ace-92fa-11ee-bc79-0242ac17000e

建筑结构越来越多地主导着地球的景观，它们激增的质量目前正超过全球生物量（biomass）。该研究通过量化八种建筑类型和九种交通基础设施中 14 种库存建筑材料的质量，对美国本土的建筑结构进行了评估。高分辨率地图显示，在美国全国范围内，建筑结构的质量已是所有植物生物量的 2.6 倍，而且大多数居住区都被建筑或基础设施所占据。

对物质强度的决定因素的分析表明，建筑密集的居住区人均物质存量要低得多，而人口稀少的地区由于基础设施无处不在，物质强度最高。人口外迁加剧了农村地区本已很高的强度，因为人们离开了，而建筑结构却保留了下来——这突出表明，高分辨率地量化建筑质量的分布，对于了解社会的生物物理基础，以及为设计资源效率更高的住区和可持续循环经济的战略提供信息，都是至关重要的贡献。

总体而言，该研究发现人类对美国大陆地貌的控制范围非常大。美国三分之一以上的面积，仅有 5%的人口居住，仍以植物生物量为主。在几乎所有人口居住的大部分土地上，建筑结构比植物生物质存量占主导地位。在大多数以农业为主的地区，甚至在许多其他农村地区，流动性基础设施（主要是道路）在质量上占主导地位——即使景观在视觉上似乎被大片植物所覆盖。只有在相当密集的城市环境中，建筑物的数量才会超过交通基础设施的数量，因为在城市环境中，建筑结构，尤其是交通基础设施的人均物质密度远远低于其他地方。

研究结果为人类主导的景观结构、不同居住模式的材料强度驱动因素提供了重要启示，也为资源效率更高的循环经济中潜在的“城市矿山”提供了空间解析信息。人口因素，首先是国内移民，以及人口密度梯度和不同居住模式下的高物质强度与低物质强度之间的相互关系，在分析中展现了对地貌的显著影响，这对于设计减缓气候变化的战略非常重要。制定和实施降低资源使用和温室气体排放的战略，可以从考虑建筑结构的空间模式及其驱动因素中获益匪浅。

作为社会经济新陈代谢研究的一项重要投入，该研究不仅提供了准确、空间清晰的高分辨率物质存量分布估算，还推动了基于遥感技术的城市研究。美国以外的未来研究可以从本文介绍的方法中获益，其研究数据可用性和参考信息不高，这是因为独特的城市形态模式，如规划与非规划住区，以及不同的住区空间模式和密度，会对物质密度产生迄今未知的影响。

图2：2018 年美国各地建筑存量地图

图3：建筑材料的强度空间分布与概率密度