谷歌将城市热韧性数据扩展至全球50余座城市

每年约有50万人死于极端高温，而城市热岛效应使这一危机愈发严峻——城市地区的升温速度是全球平均水平的两倍。深色路面与屋顶等吸热材料的广泛使用，加之植被稀缺，是造成这种局部升温的主要原因。在各类缓解措施中，"冷屋顶"（即高反射率屋顶）被认为是极具成本效益的解决方案。通过提升屋顶反射率（反照率），可以显著减少建筑物对太阳辐射的吸收，从而降低地表温度，保护脆弱社区。

为应对这一挑战，谷歌研究院正在开发一系列AI驱动的工具，帮助城市降温并保障居民安全。通过将AI技术应用于高分辨率卫星及航拍影像，热韧性工具可协助城市量化针对性降温干预的效果。2024年，谷歌在14座城市开展了试点，向其提供屋顶反射率数据，以识别高脆弱性社区并确定冷屋顶改造的优先区域。这些数据为多座城市的关键决策提供了依据，推动了冷屋顶法规制定和城市适应计划的落地。

如今，这一影响力正在进一步扩大。在发表于《自然·通讯》的论文《面向城市应用的高分辨率反照率估算》中，谷歌详细介绍了在不同城市环境下进行建筑级反射率测绘的方法论。这项研究填补了宏观气候观测与可操作的建筑级数据之间的空白。与此同时，谷歌还发布了覆盖全球50余座城市的扩展反照率数据集，并通过全新的高分辨率热韧性 Earth Engine 应用程序向全球城市规划者开放访问。

技术方法：融合卫星数据，实现建筑级精度

作为谷歌地球AI地理空间模型与数据集合的组成部分，研究团队开发了一种创新方法，将Sentinel-2卫星数据与高分辨率（30厘米）商业卫星影像（空客Pléiades Neo）进行融合。这一高度精细化的数据集超越了社区平均值的局限，提供了可直接指导行动的建筑级洞察。模型分析表明，基于该数据开展针对性的冷屋顶规划，在全球范围内可将极端城市热浪峰值最高降低0.5°C，为城市规划者提供了一条切实可行的路径。

虽然基于Sentinel-2的反照率估算数据可在全球范围内免费获取，但其10米的空间分辨率不足以识别单栋建筑的屋顶。为克服这一局限，该方法借助机器学习模型和辐射定标技术，将Sentinel-2的辐射精度与全球覆盖优势，同商业影像的精细空间细节相融合。通过整合不同波段的影像数据，可以为每个城市像素重建完整的光谱反射率特征。

为验证精度，研究团队将该方法与在科罗拉多州博尔德市采集的高分辨率机载高光谱测量数据进行了对比验证。融合后的30厘米反照率图像精度极高，相对于地面真实数据的均方根误差（RMSE）仅为0.04。这一精细度上的突破，使城市规划者得以摆脱社区平均值的限制，精准锁定大面积屋顶建筑，有针对性地推进冷屋顶改造。

通过将Sentinel-2数据与商业影像融合，空间分辨率从10米提升至30厘米，实现了建筑级反照率测绘。相关图示依次为：（a）高分辨率（30厘米）真彩色商业卫星影像；（b）低分辨率（10米）Sentinel-2反照率图；（c）模型生成的高分辨率（30厘米）融合反照率图；（d）由机载高光谱测量数据生成的地面真实反照率，用于精度验证。

热韧性 Earth Engine 应用程序：面向决策者的数据平台

为使这些数据真正服务于决策者，谷歌推出了热韧性 Earth Engine 应用程序，为城市主动规划提供高分辨率屋顶反照率数据。本次发布将数据覆盖范围扩展至9个国家的50余座城市，新增覆盖地区包括欧洲主要城市（如伦敦、雅典、巴塞罗那）、巴西（如里约热内卢、圣保罗）以及美国（如洛杉矶、奥斯汀、纽约市）。通过开放获取建筑级反照率数据，谷歌旨在帮助各城市加快推广反射性铺装材料的应用，从而降低城市地表温度。

该应用程序现已正式上线并向公众开放，用户可通过交互式界面浏览本次发布的所有50余座城市的屋顶反照率数据。如需获取详细技术文档或下载高分辨率数据集以供自主分析，请访问热韧性专题页面。

本研究由谷歌研究院与世界资源研究所（WRI）联合开发。

Q&A

Q1：谷歌热韧性工具使用了什么技术来生成高分辨率屋顶反照率数据？

A：谷歌研究院开发了一种创新的数据融合方法，将Sentinel-2卫星数据与空客Pléiades Neo提供的30厘米高分辨率商业卫星影像相结合。通过机器学习模型和辐射定标技术，将Sentinel-2的辐射精度与商业影像的空间细节融合，最终将分辨率从10米提升至30厘米，实现对单栋建筑屋顶反照率的精准测绘。

Q2：冷屋顶改造能降低多少城市温度？

A：根据谷歌研究院发布的模型分析结果，基于建筑级反照率数据开展针对性的冷屋顶规划，在全球范围内可将极端城市热浪峰值最高降低0.5°C（约1.8°F）。这一效果对于缓解城市热岛效应、保护高温脆弱社区具有重要意义，且冷屋顶方案被认为是目前最具成本效益的城市降温解决方案之一。

Q3：热韧性 Earth Engine 应用程序目前覆盖哪些城市？

A：本次发布的热韧性 Earth Engine 应用程序已将数据覆盖范围扩展至全球9个国家的50余座城市，新增覆盖地区包括欧洲城市（如伦敦、雅典、巴塞罗那）、巴西城市（如里约热内卢、圣保罗），以及美国城市（如洛杉矶、奥斯汀、纽约市）。该平台现已向公众免费开放，用户可通过交互界面浏览各城市的屋顶反照率数据。