Flygt fra varmeøen

Farligt høje temperaturer, især i byer, forårsager ofte tilstande som hedeslag og varmeudmattelse eller forværrer allerede eksisterende medicinske tilstande såsom hjerte -kar -sygdomme. Mellem 1999 og 2010, mindst 8, 081 mennesker døde i USA på grund af varmelaterede sygdomme.

En af hovedfaktorerne bag dette opsigtsvækkende tal er byens varmeø -effekt. Dette forårsager store temperaturforskelle mellem byer og omegn på grund af varme fanget af koncentrationer af befolkninger og menneskeskabt infrastruktur. 81 % af dødsfaldene blev rapporteret-mere end 6, 500 i alt - forekom i byområder.

Bevæbnet med et tilskud fra National Science Foundation's (NSF) program for forudsigelse af og modstandsdygtighed mod ekstreme begivenheder (PREEVENTS), et team af forskere fra Carnegie Mellon satte sig for at give byerne et værktøj til bedre at forstå dette farlige fænomen.

Teamet blev ledet af lektorer Matteo Pozzi og Mario Berges fra Institut for Civil- og Miljøteknik, og deres Co-PI, forsker Kelly Klima fra Institut for Ingeniørvidenskab og Offentlig Politik.

Frugten af ​​deres arbejde er skygge, som står for Surface Heat Assessment for Developed Miljøer. Gennem SHADE, holdet, herunder postdoktor Carl Malings og professor Elie Bou Zeid fra Princeton, har udviklet spatio-tidsmæssige modeller i mindre skala af Pittsburghs bytemperaturer.

Mens forskere ved Princeton fokuserede på at simulere vejrforhold og andre faktorer, der bidrager til temperaturer på et givet sted, CMU-teamet tog en mere datadrevet tilgang. Pozzi og Malings, en ph.d. elev af Pozzi dengang, arbejdet med at udvikle "statistiske modeller til bedre model, forstå, og indse, hvordan temperaturen ændrer sig på tværs af tid og rum "i bymiljøet.

De fandt ud af, at høje temperaturer forårsaget af regionale hedebølgehændelser kan tilføre endnu en potent ingrediens til gryden med farlige temperaturfaktorer, der spiller i bymiljøet.

"En, temperaturen er højere i byområder, "siger Malings." To, det er endnu højere under hedebølger. Og tre, temperaturerne kan variere meget i hele byen, fordi bygningssammensætningen er meget forskellig. Dette gør effekten meget anderledes. "

Mens teamet på Princeton var i stand til at modellere disse faktorer på et givent tidspunkt, at gøre det over hele byen ville være ekstremt beregningsmæssigt intensivt, hvilket gør denne metode upraktisk til temperaturmodellering og forudsigelse i realtid.

"Ideen, vi arbejder på, er at bygge det, vi kalder 'surrogatmodeller, 'det er dybest set enklere modeller, der fanger den samme slags information, men kan køres meget hurtigere for at komme tæt på realtidsprognoser, «siger Malings.

Ved hjælp af dette system af surrogatmodeller, holdet var i stand til at begynde at observere større tendenser i temperaturer mellem forskellige steder over tid. På trods af at de var i de tidlige faser af projektet, deres resultater har allerede ført til flere publikationer, herunder deres seneste papir om en metode til optimal sansning til at understøtte beslutningstagning i scenarier med ekstreme temperaturer. Dette kan muliggøre et meget bedre system til tidlig varsling for befolkninger med høj risiko for varmelateret sygdom.

I det langsigtede perspektiv, modellen kunne informere infrastrukturbeslutninger for civilingeniører. Ved hjælp af oplysninger fra teamets modelleringsteknikker, byplanlæggere og arkitekter kunne integrere grøn infrastruktur og andre varmebegrænsende teknikker i fremtidens byer, bekæmper byens varmeø -effekt ved kilden.

"Den resulterende ramme vil hjælpe fremtidige byplanlæggere og ledere med at træffe beslutninger, der involverer temperatur i byen, siger Berges, "og de vil kunne drage fordel af den hurtigt voksende strøm af sensordata, der er tilgængelig i bymiljøer."

For Malings, nu postdoktor i Institut for Maskinteknik, oplysningerne fra SHADE vil også hjælpe med at informere fremtidige beslutninger om, hvor sensorer skal placeres for optimale resultater. De konklusioner, han håber at drage af disse sensorer, er ikke kun begrænset til byens varmeø -effekt.

"Du kan gøre en lignende ting med luftforurening, hvor du tager din tidligere forudsigelse af forureningskoncentrationer og derefter opdaterer dem med sensormålingerne og optimerer beslutninger baseret på det, «siger Malings.

Efter hidtil at have begrænset deres modellering til Pittsburgh og New York, teamet planlægger at sprede sit anvendelsesområde til et større udvalg af byer i fremtiden.

"Byer har lignende egenskaber, men lige begyndt i Pittsburgh og New York som vores casestudier, der er helt sikkert forskellig adfærd mellem de to, "siger Pozzi." Vores idé for fremtiden er at udvikle modeller i bymæssig skala til forskellige byer, men der skal udføres en bestemt kalibrering for hver enkelt by. "