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他们发现，每个郊区对气候变化的影响，取决于建筑密度与规划、城市景观、交通流量以及住宅热量需求的差别。其中一个郊区萨里山区（Surrey Hills）较另一个郊区普雷斯顿（Preston）的建筑密度要低（前者每平方公里的土地上有1113栋住宅，后者则为1248），森林面积占比高6%，但其高峰时段的交通流量却较后者要高。一天中的大多数时候，建筑密度较低的萨里山区的二氧化碳水平要比普勒斯顿低。但在早高峰时段，萨里山区更高的交通流量使得其二氧化碳浓度反超普勒斯顿。此外，植被更多的萨里山区在日间的光合作用更强，从而消耗了更多的二氧化碳，降低了该地区的二氧化水平。萨里山区早高峰时段的二氧化碳浓度最高；普雷斯顿则是半夜最高。他们的研究显示，郊区规划上的任何细微差别都与全球环境问题休戚相关。
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这些差别还在增加。普雷斯顿每公顷的二氧化碳排量为85吨。如果我们将这一数字视为大墨尔本地区（830平方公里，约合21.5公顷）的平均碳排放水平，则墨尔本每年的碳排量将接近夏威夷基拉韦厄火山（Kilauea）6年的碳排量；相当于墨西哥城（联邦特区）900万市民1年的碳排量。（墨西哥城每公顷土地的二氧化碳净排量为128吨，但它是一个高建筑密度的城市。）
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考特斯和他的同事还对更遥远的冰山顶端进行了测量。萨里山区和普雷斯顿的大部分二氧化碳代谢在他们的测量工具中还无法测出。大部分温室气体的排放与这些地区的消费状况有关，全球任何城市的制造、加工和交通体系都会产生。
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1989年，诺贝尔化学奖获得者、大气化学家舍伍德·罗兰（Sherwood Rowland）与同事向加州欧文市长拉里·亚格兰（Larry Agran）和我提出，有关北美城市应当如何抑制另一种全球性的气候问题的建议——引发臭氧层空洞的氟氯烃（CFC）。随后我们召集北美30个城市的领导人，让他们承诺通过地方法律控制这些气体的排放，我们还得到了联合国环境规划署（UNEP）北美办事处主任诺尔·布朗（Noel Brown）的支持。数周后布朗同意举行第一次全球性的地方领导人峰会，以凸显城市在全球环境保护中的重要地位。1990年9月，来自45个国家的400多个城市的领导人济济一堂，成立了地方环境改革国际委员会（International Council for Local Environmental Initiatives）。这是首个面向地方政府的国际环保机构；这还是在联合国总部举行的第一次城市领导人大型会议。
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会议期间，一小群参会代表在小会议室探讨了一个更为大胆的计划。我们想确定城市的基础设施和物理布局——城市形式，如何影响城市的能量与二氧化碳排放。不是日复一日的样本分析，而是建立一个城市建筑、交通工具、燃料和电力需求、工业生产与家庭消费的生命周期。我们不仅想知道个别城市是如何排放二氧化碳的，还想了解每个城市的消费状况与经济关系对全球气候变化的影响。为了做到这一点，我们对碳排放进行量化，同时考虑它在城市之间的影响：将每个城市视为一个延长的能源体系。来自安卡拉、博洛尼亚、哥本哈根、丹佛、汉诺威、赫尔辛基、迈阿密戴德县（Miami-Dade County）、明尼阿波利斯圣保罗市（Minneapolis-St.Paul），俄勒冈州波特兰、德国沙贝鲁根（Saarbrueken）、美国圣何塞和多伦多（大多伦多）的城市议员与市长们最终签订了协约。在美国环境保护署（Environmental Protection Agency）的资助下，我们的《城市碳减排计划》（Urban CO2 Reduction Project）开始对城市能源使用与碳排放做出最详尽的分析，在800多个城市的配合下，我们率先提出了一个方案框架，一种新的具备普适性的全球环境管理形式。
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我们的分析数据确认了这个核心假设：城市实际上是引发全球生态变化的新的基础性因素。城市之间有着截然不同的能源使用方式，这些方式决定着城市能源的代谢。此外，不管采用何种城市化方针或城市建设方式，它们与城市经济发展水平和繁荣程度关系不大。
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北欧城市的能源代谢状况体现了该地区的综合性城市布局。分散的地方能源生产工具减少了长途运输带来的能源损失，同时支持了引进小规模的废热发电与可再生能源技术。赫尔辛基的城市密度与规模就设计得十分巧妙，传统的三四层建筑作为主体在闹市区广泛存在，同时地下管道系统将当地发电站的废水送往90%的建筑当中。尽管发电需要消耗大量高碳的煤，但这种供暖系统成为可持续的减排路径。每一种城市形式都有着不同的公交与骑行体系。1990年，赫尔辛基和汉诺威的将近55%的交通出行均由公交、自行车和步行完成。在哥本哈根，这一比例达到了65%。与之相比，低密度的迈阿密仅有3%的人通过公交和自行车出行。即便经历了最近十年来的郊区开发与多元化交通建设，公交在赫尔辛基全部出行中所占的比重仍然高达39%。受益于城市化的启迪，芬兰将城市形式管理作为履行《京都议定书》（Kyoto Protocol）的核心部分。
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在密度较低的美国城市，能源生产一般远离市中心，并且更为集中。正因为如此，这一计划的北美参与方将因为减排遭受更大的损失。同时，使外来企业加入碳减排将需要很长时间。除此之外，郊区城市低密度的规划，将使得大规模公交与分散能源供给（诸如太阳能或废热发电）变得不再经济。交通运输往往是这些城市最大的碳排放来源。
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尽管GDP不高，但安卡拉一直从马哈拉城市体系中获益。事实上，每一个人口稠密的马哈拉都拥有自己的小型能源系统，人们自行到集市去购买燃料（主要是煤）。与那些建立了集中且固定的能源系统的城市相比，安卡拉得以迅速调整能量来源。在加入《城市碳减排计划》后的一年内，安卡拉即建立了民用太阳能与废热发电系统，同时将马哈拉的供暖源改为天然气。
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城市在规划、形式和基础设施等方面的差异造成了不同的结果。在分析了自身的能量来源、燃料类别和运输体系后，赫尔辛基发现，它的全部能源代谢只有68%是有效的。换句话说，32%的能源在引入这座城市的过程中成为了废热或白白消耗了。赫尔辛基密集且多功能的城市形式与公交系统还意味着，该市大部分能源都用在了供暖和建筑照明中。
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与之相反，交通运输是东京最大的能源消费来源。尽管东京的公交流量很高，但大东京地区在20世纪七八十年代的低密度扩张造成了极大的能源浪费。另一个主要的能源损失源自电力的长途运输。总体而言，东京仅实现了50%的能源效率。但这一水平还是高于北美城市，后者浪费了将近70%的能源。
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尽管同一个地区相同的城市建设方式可能导致相似的能源代谢，我们却发现，与墨尔本的两个郊区一样，每个城市的代谢状况都是独特的。参与我们计划的城市选定了不同的减排路径，因为并不存在放之四海而皆准的蓝本。通过改进社区供暖与公交体系，赫尔辛基将其能源使用效率从1988年的68%提升至1995年的73%。尽管汽车与飞机出行越来越普及，德国汉诺威还是在15年间（1990-2005年）减少了7.5%的碳排放。在此期间，赫尔辛基减少了62%的石油发电，并且通过建设91个分散的联合供暖与发电厂，使能源使用效率稳步提升。在民用和工业领域，供暖、散热与照明等能源消费分别下降了5%与12%。与此同时，该市的经济增长与外部开发从未止息。
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尽管俄勒冈州的波特兰并不具备赫尔辛基或汉诺威的高密度优势，但1988-2000年，其人均碳排量还是保持了稳定，此间全美人均能源消费上升了8%。通过推行独有的城市化模式，波特兰抵消了城市扩张与人口增长带来的能源需求的增长。这12年间，该市新上马的开发项目的土地占有面积仅为全美平均水平的一半。通过城市规化管理的形式和详细设计，以及与开发商在规划上的密切协作，波特兰开创了一种新思路。
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正如土耳其的安卡拉一样，当多伦多开始实施这项减排计划时，最早行动的是人口密集的中心商务区。市政厅很快与闹市区的企业和物业所有者达成合作，一道改造建筑，以实现长期的成本节约。同时，周边自治市充分利用闹市区的能源设施密度与规模，扩展了供暖系统，还与闹市区物业所有者合建了新的散热系统。
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上述城市所做的，并不只是应用新技术或引进新的效率标准。为了改变最基本的能源代谢，他们不得不进一步升级各自的能源架构，综合技术、设计、形式、规划、商业模式、基础设施、合作关系以及能源体系的运作方式。
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城市代谢的变化从一个角度讲也是机遇，这在任何生态中都是显而易见的。来自不同集水区域的供水系统，有着不同动机的消费者，区域水文的重构，不同的效率以及不同的废水处理渠道。每一座城市都在对来自农业、园艺和人畜废料的营养，进行收集、集中和再分配。它们在区域内流动，但影响往往会扩大到其他地区。每个城市都在迎接和送走新的物种，制造不同的原料与污染。尽管卫星图片与高空模型揭示了令人沮丧的全球性趋势，但是，未来数十年间，城市的多样性与可塑性——它们最根本的适应能力，仍可用来重构城市生态足迹与城市本身。
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然而，通过推行它们自己的城市化，飞速发展的城市能否成为真正的生态体系呢？地球城市能否从大自然的贪婪掠夺者，发展为基本自给自足的可持续的城市体系？或者说，接下来人类城市能否脱离对大自然的寄生？生物学家与城市规划师比尔·里斯（Bill Rees）坦诚地谈起了这一问题。他指出，城市绝不可能是生态体系。在他看来，对于所有城市化的改良措施，一个更为准确的类比是肮脏的牲畜饲养场。
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“蚁穴、饲养场，城市有着与它们相似的系统性特征，”里斯表示，“三者的共同特征是居住者总量庞大并且密度高，无法自给自足。它们都通过主要发生在外部的生物过程来延续生命。”他指出，在真实的生态体系中，吸收太阳能和矿质土的植物，同时也是当地物种的食物。所有这些物种自我组织成食物网络，它们排放的废料都能在系统内部被其他物种消化。由于拥有直接获取太阳能的能力，自然生态体系得以自制和自立。它在空间上也具有包容性。从功能角度讲，“在自然生态体系中，各个组成部分之间在空间和结构上的分割是极其微小的（正如树尖上的压条），”里斯说，“生态体系的运行是不可分割的。”不同之处在于：诸如城市这类的生态体系，有着独特的基于场所的密度、规模和协同经济，但是它们的扩张在本质上无法与城市同步。随着生态体系的成长和成熟，它整个的生产、消费与营养循环将得到拓展，而不仅仅采用一种远途获取资源的方式。它可以完全复制支撑其成长的错综复杂的规划与关系。实际上，随着生态体系的成熟，系统内的循环与交换将变得越来越有效。
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相形之下，我们的城市扩张往往发生在遥远的自然区域，扩张过程中产生的垃圾甚至被抛到更偏的腹地。全球城市体系并不包括城市景观。即便是全世界最高效的城市，向其提供先进的太阳能与垃圾处理技术，以及大规模的财政预算，它们也无法发展为自我维持的资源体系。城市规划有一个系统性的缺陷。里斯指出，城市土地“仅囊括了极少一部分（可能不到1%）的城市居民所需的生产性区域”。
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“系统”是决定未来的关键词。不管是安卡拉的马哈拉社区还是多伦多的中心商务区，它们均致力于通过城市体系将自身的生产力、弹性与新陈代谢最大化——那些在空间上综合且完整的独特体系。成熟的城市体系将创造一个社会性的生态体系，所有者与用户将能够适应新挑战，挽狂澜于既倒，为消费、生产和生活创造新的文化范式。由于它们更为独立，更富效率，因此更容易被改进和再造，并且这一切可由居民们自行完成。随着全球化的推进，地球城市通过相互交流提高了城市化实践水平。在城市革命的最终阶段，全球城市体系能否完成生态转型呢？
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诺贝尔化学奖得主舍伍德·罗兰与里斯有着相同的质疑：个别城市无法像大自然那样发展出稳定、封闭的代谢体系。但他提出了另一种可能性。“如果现代城市体系正在经历一些传承方式，”他与同事写道，“这将是地球系统层面上的事情”——即全球城市体系。个别城市地区不能通过内部及周边满足所有的资源需求，但将地球城市置于一个统一的体系下，则将有无穷的原料与营养储备。城市间可以相互供给，这无疑将进一步压缩总需求。换句话说，许多未完成的特定建筑与城市模式可以发展为城市体系，而世界上的各个城市将形成一个大一统的全球城市体系。为了确保能够走向最终的全球城市体系，我们首先需要奉行稳定、公正且环保的城市化。
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[1] Dystopia，又称“反面乌托邦”，文学作品中假想的政治、经济都一塌糊涂的地方。——译者注
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城变：城市如何改变世界 第三部分 地球将是一座“地球城”
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