让大城市更聪明的“感知神经”

1950年，全球约五分之一人口居住在城市，如今这一比例已接近二分之一，其中33个城市成为人口超千万的超大城市。像拥有3300多万居民的东京，其新宿站日均客流量达270万，是全球最繁忙的火车站。如此庞大的城市生态系统难以通过单一视角（无论是太空还是街道层面）进行研究，需要能捕捉不同时间、维度和地点（从地下结构到嘈杂污染的街道及上空）变化的科学仪器。以下是四项利用传感器探索不断变化的城市景观如何影响人类的创新科学举措。

应对高温
印度西部古吉拉特邦的艾哈迈达巴德市有900多万人口，夏季十分炎热，5月平均气温约40°C，远超舒适范围，接近对人类有害的水平。该市密集的贫民窟居民尤为脆弱，简陋且维护不善的住房难以抵御高温。

解决方案或许简单到只需在屋顶涂一层涂料。研究表明，太阳能反光涂料可使白天室内气温降低多达2.7°C（见go.nature.com/3t8mjq2）。因此，2023年启动了一项国际研究，旨在探究这种低成本方法的效益，通过多种传感器追踪艾哈迈达巴德、布基纳法索、墨西哥及太平洋纽埃岛部分居民的健康结果。“我们主要想了解这种干预措施对健康的影响，”新德里美国自然资源保护委员会印度分部的健康与气候适应负责人阿比扬特·蒂瓦里（该试验的研究者之一）表示。

参与研究的家庭配备了室内温度计以测量对温度的直接影响，每户一名居民还配备了智能手表，用于追踪高温对心率、睡眠模式和活动水平的生理影响。热暴露对健康有重大影响，尤其对幼儿、老年人以及患有心脏病等慢性疾病的人群。在热浪期间，夜间高温使身体无法在休息时降温，情况会更为严重。全球范围内，65岁以上成年人与热相关的死亡人数在1990-1999年至2014-2023年间增加了一倍多（见go.nature.com/4butmft）。

蒂瓦里说：“另一个研究结果是了解此类干预措施不仅有益于人们的健康，还能提高生产力并减少制冷能源需求。”该研究于2023年启动，是一项密集型工作。室内温度计和智能手表的数据需手动下载，因此研究人员必须定期走访家庭。目前判断降温涂料是否有效还为时过早，但蒂瓦里表示，早期数据和参与者的轶事报告显示其有益。“从心理上讲，人们确实感受到了好处，但在健康方面，只有收集到所有数据后我们才能得出结论。”

核查数据
城市空间是温室气体排放的集中来源，约占全球总排放量的70%。但由于典型城市的排放源众多且多样，量化这些排放量颇具挑战。

在瑞士、法国和德国，“综合碳观测系统（ICOS）城市项目”的研究人员正在苏黎世、巴黎和慕尼黑试验所谓的“自上而下”排放监测方法。

“通常，要了解一个国家或城市的排放量，会进行清单统计和数据分析，这称为自下而上的方法，”苏黎世瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）空气污染与环境技术实验室负责人卢卡斯·埃门内格说。这意味着要统计汽车数量、工业数量、农业用地面积、供暖方式和用量等，然后将每一项乘以代表该活动温室气体排放率的排放因子，“这是国际协议中的标准程序”。

ICOS城市项目的目标之一是确定该协议的准确性。为此，研究人员部署了三个层级的传感器，以构建城市排放量随时间变化的全面3D图像。

低成本层级是街道级别的电池供电二氧化碳监测仪，放置在道路等主要污染源附近。成本和高度均处于中间层级的是安装在高处的二氧化碳传感器，有时安装在建筑物屋顶的天线上。最昂贵的是地面光谱仪，利用阳光分析城市上空的大气二氧化碳浓度。

到目前为止，结果显示苏黎世的推断排放量清单与实际情况非常接近。“这与苏黎世拥有全球最完善的清单之一有关，他们的工作非常出色，了解每一处供暖设施、每一条道路，还会监测交通流量，”埃门内格说。慕尼黑和巴黎的推断数据与实际情况基本一致，但并非完全吻合。一个意外的排放源是慕尼黑的一家啤酒厂，其发酵过程产生了极高的二氧化碳。该项目目前正扩展到欧洲另外12个城市。埃门内格表示，研究结果有助于增强对净零倡议的信心：“如果我们实现净零排放，这应该能在大气中观测到，我们认为这确实为该体系增加了另一层信心。”

追踪踪迹
美国华盛顿州的西雅图市被丰富的荒野环绕，人口超75万，夹在华盛顿湖和普吉特湾之间，可远眺三个国家公园，距离白雪皑皑的雷尼尔山也不远。

因此，西雅图的哺乳动物捕食者不仅有人类，也就不足为奇了。这里还生活着浣熊、山猫、郊狼、美洲狮甚至熊，西雅图城市食肉动物项目的研究人员希望了解这些“居民”与人类的互动情况。

该项目源于探索未被充分研究的城市生态系统的愿望，尤其关注食肉动物。“哺乳动物食肉动物，尤其是西雅图的郊狼，是共存与冲突问题的领域之一，”西雅图大学生物学家兼环境科学家马克·乔丹说。当地媒体充斥着人类、宠物与郊狼之间不愉快遭遇的报道，这些遭遇往往导致郊狼被捕获并杀死，以避免更多冲突。