Машинное обучение показало, как урбанизация нагревает Землю

Российские экологи показали, как рост городов приводит к повышению температуры поверхности Земли. «Запечатывание» почвы в асфальт и бетон не дает ей охлаждаться и выравнивать температуру. Результаты опубликованы в журнале Sustainability.

Сельское хозяйство, промышленность и даже бытовая деятельность человека меняют экосистемы. В засушливом климате сельская местность должна выполнять роль «холодильника» — поверхность Земли там нагревается меньше и выравнивает общую температуру. Однако с развитием городов площадь сельской местности уменьшается. Российские ученые оценили, как урбанизация и человеческая деятельность влияет на температуру поверхности почвы на примере Египта. Авторы использовали исторические данные и составили прогноз на ближайшие 33 года.

«Из-за превращения природных ландшафтов в урбанизированные районы растительность заменяется бетоном и асфальтом, которые поглощают и излучают больше тепла, чем естественные поверхности. Поэтому в городских районах становится значительно теплее, чем в сельской местности, — это называется эффектом городского теплового острова. Поэтому важно понимать взаимосвязь между деятельностью человека, урбанизацией и изменением температуры. Это имеет решающее значение для смягчения последствий изменения климата», — рассказал Дмитрий Кучер, кандидат технических наук, руководитель научного центра исследований, комплексного проектирования и развития городского и сельского хозяйства РУДН.

Экологи исследовали городской округ в мухафазе Кафр-эш-Шейх на севере Египта. Чтобы исследовать долгосрочный эффект от урбанизации, экологи использовали спутниковые снимки программы Landsat, которая вела наблюдения с 1972 по 2021 годы. Получившийся большой набор данных обрабатывали с помощью машинного обучения. Затем экологи построили симуляцию, которая составила прогноз до 2056 года.

Ученые определили, что в исследуемом районе есть шесть типов поверхности: возделываемая земля, пустая, городские поверхности, естественная растительность, озеро Буруллус и рыбные фермы. С 1988 года из-за деятельности человека площадь городской поверхности увеличилась на 6283 акра, а площадь сельскохозяйственных угодий снизилась на 3950 акров. Доля пустой земли уменьшилась с 28,3% до 0,7% — ее стали использовать под городские застройки, сельскохозяйственные угодья и рыбные фермы. Средняя температура поднялась с 32,4 °C до 33,6 °C. Ожидается, что к 2056 году температура поднимется на 3 градуса — до 36 °C. Площадь сельскохозяйственных угодий по прогнозу снизится на 11,48%, площадь городской застройки увеличится на 4,6%, а рыбных ферм — на 6,1%.

«Мы спрогнозировали изменения в землепользовании и температуре поверхности. Разрастание городов негативно влияет на окружающую среду: изменения температуры полностью связаны с деятельностью человека. Местные власти должны проводить политику, которая сократит захват земель городами и ограничит повышение температуры», — отметил Дмитрий Кучер.