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AI技術協助解決城市氣候變遷問題

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科技產業資訊室 (iKnow) - Lisa & May 發表於 2021年12月29日
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圖、AI技術協助解決城市氣候變遷問題
 
未來幾十年內,人類勢必採取行動以減緩地球溫度上升,避免更多的冰川融化和洪水災難,城市地區面臨恐怖熱浪來襲的厄運。根據美國國家海洋暨大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration)資料,2021年,光是在美國就已經有18起與氣候有關的極端災害發生,每起損失超過10億美元。
 
城市熱島效應

就自然災害的後果和頻率而言,洪水和地震的破壞性更強,但發生的頻率則是低於熱浪,熱浪通常以都市熱島(urban heat island)的形式,存在於市中心區域,該區域的溫度比要周邊地區來的高。
 
隨著城市地區溫度快速上升,全球必將有更多人口面臨熱島效應的致命後果。根據世界衛生組織(WHO),2000至2016年之間暴露在熱浪中的人數猛增了1.25億:1998至2017年之間更是奪走了超過16.6萬人的生命,尤其是對弱勢族群。
 
複雜的社會經濟問題可以利用先進的數據分析方法、人工智慧(AI)和互動式資料視覺化來解決。新興技術需要公衛專業人士、企業、地方政府、社區、非營利組織和技術合作夥伴共同推廣,跨部門的合作將是減輕都市熱島影響的關鍵。
 
人工智慧預測熱浪來襲

來自世界各地的企業、政府和非政府組織正在努力解決熱浪問題。
 
其中,加拿大在利用人工智慧預測熱浪的技術領域領先全球,該國在1948至2012年之間,平均溫度上升了1.6攝氏度,約是全球平均升溫速度的兩倍。各城市可以學習該國的創新精神,像是,來自加拿大卡加利的MyHeat致力於探索建築物的太陽能潛力,希望能利用熱浪,創造永續能源。
 
芬蘭赫爾辛基和荷蘭阿姆斯特丹等歐洲城市也在努力應對這一挑戰。AI4Cities是一項由歐盟資助的計畫,正在尋找人工智慧解決方案,以加速實現碳中和,共計460萬歐元的資金將分配給選定的廠商。
 
雖然已經有很多實體正在嘗試利用人工智慧來解決氣候變化的問題,但大部分計畫的重心仍然在於緩解氣候變化的原因而不是影響。因此,熱浪仍然是個基本未解決的問題。加上其他的自然災害,破壞力更強,得到了更多的關注。相較之下,熱浪更像是無聲的殺手,可能的影響包含:熱不適(thermal discomfort)、能源供給壓力的增加等。不過,解決問題面臨的最大挑戰也許是市政當局或非營利組織並沒有辦法取得所需的資訊和工具。
 
研究和調查發現,面對洪水和地震有許多相應的數位基礎設施和數據驅動的決策,但在熱浪方面卻少有解決方案。
 
加拿大非營利組織Evergreen透過地理空間分析、人工智慧和大數據,以及在微軟(Microsoft)AI for Earth計畫資助下打造的資料視覺化工具,來整合和分析不同的數據集,檢視各地區的都市熱島效應,幫助當地政府確定植被少或不透水表面的問題區域,並透過安裝冷屋頂、飲水機和綠化屋頂來緩解影響。
 
由人工智慧驅動的分析和視覺化工具提供了多種功能。包含:地形圖,提供每30公尺街區的地表溫度;以及場景建模視圖,透過修改建築物的數量、高度、反照率和其他參數等,生成未來城市擴展的可能場景。
 
這個多用途的工具透過追蹤溫室氣體,已經對加拿大各地城市的氣候復原力帶來影響。未來幾年,甚至可以對全球圍繞溫室氣體和二氧化碳排放的政策產生積極影響。
 
永續環境與生態發展協會(SEEDS)開發AI模型

永續環境與生態發展協會(SEEDS)與微軟印度分公司還公佈了第二階段的人工智慧模型,用於預測印度的熱浪風險並提供具有成本效益的干預措施。如果發生熱浪,AI模型可以幫助找出城市哪些區域需要幫助。SEEDS使用真實資料,透過熱感測器等裝置對模型進行驗證。
 
城市官員應該對人工智慧作為應對熱浪問題方式表示歡迎,因為該技術可以被迅速採用,不受物理環境的限制。人工智慧也可以被整合成一個提取數據的工具,便於知識在各部門和利益相關者之間傳遞,為決策者所使用。
 
Evergreen希望打造應用程式,幫助當地社區瞭解人工智慧的影響,以說故事的方式呈現現實生活中的案例。例如,該應用程式可以顯示,透過安裝綠能屋頂,溫度會如何下降,有助於使用者理解複雜的問題。
 
這是一個跨部門的解決方案

這是一個跨部門的解決方案需要非營利組織和社區建設者的參與,作為技術夥伴、企業、其他非營利組織、政府、社區、城市規劃者、房地產開發商之間的橋梁。技術合作夥伴不能期望人工智慧解決方案會馬上被政策決策者接受。必須提出具說服力的商業案例,與參與者溝通協調,將會是一個多部門的努力。
 
舉例說明,與微軟AI for Earth議合作開發的工具可以繪製城市的人口地圖,在每100平方公尺的街區釋放出基因改造的蚊子來殺死危險的、攜帶疾病的蚊子。雖然,這類型的人工智慧解決方案可以為有登革熱和黃熱病的社區帶來正面影響。但是,如果有人告訴你,說你生活的環境將充斥著基因改造的蚊子,你很可能會拒絕。加上隨著人工智慧的發展,全球開始出現抵制聲浪,尤其是可能侵犯隱私權益的問題。
 
城市擁有自己的氣候團隊、掌握數據、開發模型和感測器

這就是為什麼成功的計畫往往是透過提升社區的認知來實現的。社區夥伴關係是傳播有關降低溫度、減少能源使用和採用氣候友好型人工智慧技術的積極資訊的關鍵。例如,在加拿大,各城市都有自己的氣候團隊、模型和感測器。但是企業要掌握這些資料需要面臨一大挑戰:城市必須願意分享。
 
城市將更傾向於與可信的,且能夠提供真正可擴展解決方案的技術公司分享資料。如果沒有當地政府的資源,這些公司只能依賴來自NASA和歐盟哥白尼計劃的公開資料。
 
這對企業和執行長意味著什麼呢?城市的人工智慧解決方案多是針對市政府當局的團隊和社區提出的。但石油和天然氣公司呢?他們正面臨著報告其碳足跡的巨大壓力。既然,他們的人工智慧解決方案將涉及指揮中心,即時追蹤工廠或物流產生的碳排放。執行長們有責任減少每個產品、每個員工的碳足跡。採用人工智慧解決方案將使他們對環境影響負責。
 
淨零耗建築熱潮興起

各國家將減碳列為未來重點能源政策及首要目標。而其中,建築物約占排放量的40%,是節能減碳的重點,「零耗能建築(Zero Energy Building,ZEB)」的倡議與政策是建築領域減碳的新方向。雖然,淨零耗能建築不一定是碳中和(carbon neutral),但兩個目標是密切相關的,都包含能源效率、建築物現場的可再生能源(以及必要時的外部資源)以及建築運營的永續管理等核心內容。
 
COVID-19使更多人們開始關注熱浪問題,因為許多人開始在家而不是在辦公室工作。遠離辦公室的舒適的環境後,更是突顯了高溫帶來的不適。社會領導者可以通過促進企業、非政府組織、政府、技術夥伴和社區之間的合作,扭轉氣候變化和熱浪的影響,確保由人工智慧和機器學習組合而成的潛在解決方案可以儘早推出。(1788字;圖1)
 
 
參考資料:
Global stakeholders should use AI to mitigate impact of heat islands in cities. Tech Crunch, 2021/12/23.
Evergreen uses the Microsoft AI for Earth grant to help create the resilient cities of tomorrow. Microsoft, 2020/10/27.
熱島?熱倒!臺灣也有熱島效應嗎?國家實驗研究院。
全球淨零耗建築熱潮興起。科技產業資訊室(iKnow),2021/9/23。
 

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