Usando IA para combater o calor extremo

As cidades começaram a estabelecer temperaturas recordes em maio, e 22 de julho de 2024 foi o dia mais quente da história do planeta, quebrando o último recorde estabelecido no dia anterior.

"Conforme as temperaturas continuam aumentando, é crítico que alertemos os mais vulneráveis a ondas de calor extremas", explica Etienne Vos, gerente de pesquisa da IBM. Vos faz parte de um consórcio que desenvolve um sistema de alerta precoce para eventos de calor extremo, um dos muitos grupos em todo o mundo criando novas ferramentas impulsionadas por IA para combater o calor extremo.

Os planejadores urbanos estão cientes das ilhas de calor, áreas urbanas que têm experiência de temperaturas mais altas do que áreas discrepantes há décadas. No entanto, caracterizar e fazer forecasting de ilhas de calor com exatidão, em escala e em alta resolução continua sendo um problema não resolvido ou, na melhor das hipóteses, muito caro. Alguns satélites que orbitam a Terra podem medir a radiação térmica, que servem como observações da verdade fundamental a partir das quais podem ser identificados pontos quentes e frios dentro de uma cidade, mas devido a longos espaços de tempo entre as passagens de satélites, essas observações são bastante esparsas.

Agora, pesquisadores como Vos, parte do Heat and Health African Transdisciplinary Center (HE2AT Center), estão aproveitando os modelos de base de observação da terra da IBM para desenvolver um sistema que pode caracterizar ilhas de calor urbanas de superfície e emitir alertas sobre quando e onde pontos críticos de calor extremo aparecem dentro de uma cidade. Os parceiros acadêmicas e setores do HE²AT Center estão combinando essas informações com dados de resultados de saúde, informações de vulnerabilidade socioeconômica, geolocalizações e outros fatores que contribuem para o risco de exposição ao calor. Usando um aplicativo, as pessoas receberão informações e alertas sobre a exposição ao calor com base em seu perfil de risco individualizado.

Por mais de uma década, pesquisadores, incluindo um grupo de engenheiros da Princeton University, têm investigado “telhados frios”, telhados de cores mais claras que permanecem mais frios do que os telhados mais escuros. Por exemplo, os pesquisadores de Princeton mediram a temperatura de um telhado preto quando a temperatura do ar estava ao redor dos 30 graus Celsius. O telhado preto atingiu escaldantes 54 graus Celsius (quente o suficiente para fritar um ovos). Um telhado branco na mesma temperatura do ar, no entanto, variou entre 30 e 38 graus Celsius.

Usando imagens aéreas com algoritmos de IA, o Google está gerando medições de refletividade solar de alta resolução que, por sua vez, podem ajudar os desenvolvedores urbanos a determinar quais áreas teriam mais benefício de telhados frios.

Os telhados frios “refletem a luz do sol e absorvem menos calor. Isso leva a temperaturas internas reduzidas e a melhores resultados de saúde”, disse Mansi Kansal, gerente sênior de produtos do Google. "Os telhados frios têm um enorme potencial em comunidades de baixa renda que não têm acesso a ar condicionado", disse Kansal.

A cidade de Los Angeles fez grandes avanços na redução do risco de calor extremo usando outra ferramenta alimentada por IA: o Tree Canopy Lab. Usando imagens aéreas do Google coletadas de aviões, bem como imagens de satélite da Terra, o algoritmo pode identificar todas as árvores em uma cidade e medir sua densidade.

Um sistema de IA especializado, em seguida, digitaliza automaticamente imagens, detecta a presença de árvores e produz um mapa que mostra a densidade da cobertura de árvores, ou "copa das árvores".

Normalmente, obter informações sobre a cobertura de árvores é caro e demorado, pois as pessoas pesquisam manualmente as cidades quarteirão a quarteirão e, muitas vezes, só conseguem contar as árvores em espaços públicos.

A ferramenta de copa das árvores impulsionada por IA pode ajudar os planejadores da cidade a identificar quais quarteirões residenciais mais se beneficiariam do plantio de árvores e a localizar calçadas vulneráveis a temperaturas mais altas devido à baixa cobertura de dossel.

Mas como decidir se um telhado frio ou mais árvores é a melhor solução para uma determinada zona de alto calor? Especialistas dizem que há vários fatores a serem considerados, como pesquisas recentes que sugerem que as copas das árvores, por exemplo, têm o maior impacto positivo em climas áridos do que em climas úmidos.

Os digital twins, réplicas digitais completas de cidades e locais alimentadas por IA, são outra nova fronteira em ferramentas para combater o calor extremo. A Dra. Iphigenia Keramitsoglou, diretora de pesquisa do National Observatory em Atenas, está desenvolvendo um digital twin de Atenas que utiliza aprendizado de máquina para integrar diversos dados urbanos e prever a mortalidade relacionada ao calor. Isso permite o gerenciamento de ondas de calor em tempo real e de longo prazo.

Assim, por exemplo, as equipes de emergência poderiam alocar ambulâncias nas áreas de maior risco para ter mais chance de salvar a vida de pessoas mais propensas a sofrer com o calor extremo. Depois de Atenas, Keramitsoglou e sua equipe, que criaram uma série de ferramentas para combater o calor chamadas Extrema Global, planejam criar digital twins de Praga e Budapeste.

Além das soluções técnicas, aprender como evitar o calor extremo pode ser acessível e até envolvente. Outra nova ferramenta que a equipe da Extrema Global está desenvolvendo é um jogo digital para as crianças aprenderem sobre segurança térmica. "Com base nas condições do momento, uma criança pode decidir qual é a roupa certa para usar e permanecer segura. Não há razão para que ficar refrescado também não possa ser divertido”, diz Keramitsoglou.