特大城市的运转需要消耗大量的能量和物质。能量和物质的输入、输出和相关环境的变化对特大城市的发展具有重大影响。特大城市目前所面临的问题主要是由于城市代谢模式的不合理。城市代谢可以被定义为:在城市中发生的一切科技和社会-经济过程的总和。目前为止,物质流(MFA)、能量流(EFA)、投入-产出分析(I-O)、生态足迹法、能值方法和社会代谢多尺度综合分析法(MuSIASEM)是城市代谢研究的主要方法。MuSIASEM具有多尺度、综合性强、覆盖面广的特点,是本研究主要的方法。此外,本研究引入了能值概念,建立协同评价体系,并且将本研究的分析框架拓宽至具体行业尺度(Level N-3)。通过该理论的整合与拓展,可对城市代谢模式进行更深入的挖掘并且更客观地认识城市代谢过程中的资源消耗。本研究选取上海和东京为案例区。结果表明,上海的体外能代谢率(EMR)较高但是劳动经济生产率(ELP)较低。在城市系统层面(Level N-1)的分析中,生物—经济压力(BEP)、人类活动的社会开支(SOHA)和体外能投入的社会开支(SOET)三个指标的计算结果表明上海面临的环境和资源压力大。在付薪部门和家庭部门层面(Level N-2)的分析中,识别了付薪部门的结构;通过对第一、第二、第三产业的劳动经济生产率和体外能代谢率进行对比分析,识别了第三产业的劳动经济生产率是决定城市系统社会经济生产率的重要影响因素。在第一、第二、第三产业层面(Level N-3)的分析中,描述了上海与东京第二、第三产业的产业结构,并且发现制造业是上海市体外能代谢率高的主要原因。最后,通过把MuSIASEM方法与能值结合,进一步对上海和东京的制造业、零售业和交通运输业进行分析,发现上海在城市代谢过程中的生态资源的真实价值流失量更大、流失速度更快。基于以上研究结果,本研究提出了实现上海市的可持续发展和低碳发展的政策性建议。