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联网汽车如何绘制城市热岛地图

来源:汽车商业评论(张鸥)6月27日 16:35

来源:Scientific American          

作者:Rachel Berkowitz

题图:Ezra Bailey/Getty Images

1927年5月的一个清晨,研究人员威廉·施密特(Wilhelm Schmidt)把一个水银温度计安装在他的车门上,在维也纳周围行驶了三个小时,记录温度。

他绘制的热力图显示,较热的区域与城内的密集建筑部分相吻合,而较冷的轮廓则追踪到树林、草地和水路。施密特也是人类首次在低温环境中绘制城市热岛图。

在2003年欧洲热浪灾害中,这种岛屿与英格兰部分地区大约50%的热死亡有关,也与巴黎的老年人死亡人数增加有关。2004-2018年,美国平均每年报告702例热死亡。美国环保署同样将这些区域认定为热死亡的一个重要因素。

现在,世界上一半以上的人口生活在城市,这自然而然加剧了全球气温上升对各地区的影响,而且越来越严重。

图卢兹大学气象学研究员伊娃·马克斯(Eva Marques)和她的同事现在正在用现代方法更新施密特的汽车技术,以绘制危险的热区域。

他们利用联网汽车中的温度计来绘制城市街区的温度变化,这些数据可以帮助城市规划者在没有先进仪器设备的地方制定防暑降温政策。

2003年欧洲热浪灾害(图源:维基百科)

当自然土地覆盖被沥青、混凝土、钢铁或其他比周围环境吸收和保留更多热量的材料取代时,就会出现城市热岛,使这些地区更加温暖,尤其是在夜间。

热岛还通过影响湿度和污染物在大气中的分布来影响一个城市的空气质量。马克斯说:“随着热浪等极端事件的增加,城市规划者需要重新思考城市空间的设计方式。”

许多城市缺乏能够全面监测热岛的气象站网络,因此马克斯和她的同事们利用了与互联网连接的传感器,这些传感器正日益成为汽车的标准设备。

首先,研究人员收集了法国图卢兹市汽车温度传感器的测量数据,该市有高分辨率的气象站可供比较,并研究了气流等因素如何影响安装在车上的温度计的准确性。

接下来,科学家们利用由制造商在2016-2018年期间为保险目的收集的数百万个汽车传感器测量值组成的数据库,在几个西欧城市创建了温度地图。

研究人员发现,他们可以通过以10秒为间隔收集的细粒度数据,可靠地估计小至200*200米的空间的温度变化,从而进一步评估街道层面的热量,那里的温度根据人类活动、三维城市几何和气流而发生局部变化。

2018年夏夜的汽车温度计汇总数据显示了法国图卢兹周围的城市热岛。较暖的颜色表示空气较热
(图源: University of Toulouse, Météo-France/CNRS, France)

美国国家大气研究中心(NCAR)的研究科学家阿曼达·西姆斯-安德森(Amanda Siems-Anderson)并没有参与这项研究,但她对此表达了乐观看法:“与天气有关的联网车辆观测是一个未被充分使用的微观观测来源,它展示了这些数据的一个新用途。”

西姆斯-安德森说,工厂安装在车辆上的传感器可以提供丰富的天气和气候相关数据。挑战在于确保数据的一致性和质量,以及建立一个强大的基础设施,做到从足够多的车辆中提取数据。

例如,NCAR已经收集了车辆数据来补充天气预报,使用一个每五分钟更新一次的系统。但是这个项目通常使用10到几百辆专用车辆,并且要求它们处在在一个非常狭窄的区域内,否则不能提供足够的覆盖范围。

此外,质量控制对于由碰巧出现在某一地区的汽车收集的机会性数据集至关重要。

美国当局正在努力实现这些能力。美国交通部已经在纽约和怀俄明州等地部署了试点项目,监测交通和天气。这些数据最终可以填补固定气象站之间的空白,用于绘制和监测城市热岛等其他应用。

“我们的地图可以帮助研究人员提高对绿化带、新建筑和水域如何影响当地热变化的理解。”马克斯说。

她的目标是使城市气候数据可用于政策制定过程。例如,她的团队与图卢兹市政府官员合作,使学校操场更加绿色,并优先升级社区,以更有效地冷却建筑物——尽管他们还没有使用她收集的汽车地图。

马克斯表示,一些缺乏复杂气象站网络的法国小城市仍然希望使用热力图来评估城市状况。众包数据是未来几年与这些城市制作和分享地图的一个新希望。

多伦多大学城市气候学研究员伊恩·斯图尔特(Iain Stewart)认为,这项工作指出了未来在城市中进行数据检索的可能性,但它同时具有挑战性:“为城市规划创建质量足够高的温度地图是很困难的,众包必要的数据还处于早期阶段。人们聚集的非公路场所也是需要解决的问题。”

不过他表示,这对于低收入地区来说是一道曙光。世界上低收入地区的炎热、拥挤的城市将从众包的温度地图中受益最多。

热带地区的低收入城市是最容易受到城市供暖影响的地区之一,但它们在城市气候学方面的研究历来不足,而且许多城市仍然无法获得惠及世界其他地区的仪器。

“开发这种方法的好处是,汽车无处不在。”斯图尔特说,“这意味着整个世界都在你的研究室里。”