Wie Wird Die Welt Im Jahr 2100 Aussehen? Vorhersage Zukünftiger Städte Mit Fernerkundungsdaten

Haben Sie sich jemals vorgestellt, wie die Welt im Jahr 2100 aussehen wird? Wie wird sich unsere Stadt entwickeln? Kürzlich nutzten zwei Datenwissenschaftler Datenwissenschaft und maschinelles Lernen, um die weltweiten Trends der Stadterweiterung bis zum Jahr 2100 vorherzusagen.

Vor einiger Zeit verbreitete sich im Internet ein Video, das mithilfe künstlicher Intelligenz die Straßenszenen von Peking in der Republik China rekonstruierte. Dadurch konnte die gesamte Nation 100 Jahre zurückreisen und das Leben in der damaligen Hauptstadt nachempfinden.

Beim Anblick der Backsteinhäuser, Pferdekutschen und Händler, die ihre Stände auf dem Markt aufbauten, waren alle beeindruckt, wie viele Veränderungen in 100 Jahren stattgefunden haben.

Tatsächlich haben viele Städte im Laufe eines Jahrhunderts enorme Veränderungen durchgemacht. Die Gebäude werden höher, der Transport wird bequemer und die städtischen Gebiete werden größer ...

Die Forscher nutzten Satellitenbilder, um das städtische Wachstum zwischen 1985 und 2015 zu kartieren. Die Forschung zeigtIn den letzten 30 Jahren hat sich die globale Stadtfläche um 801.000.000 Menschen vergrößert, und die Wachstumsrate der Stadtbevölkerung ist viel höher als die Wachstumsrate der Weltbevölkerung.

Und wie werden Städte auf der ganzen Welt in 100 Jahren oder sogar noch später aussehen?

Mithilfe von Datenwissenschaft und Simulationsmodellen ist es heute möglich, das Entwicklungsmuster einer Stadt auf der Grundlage historischer Daten sowie nationaler und gesellschaftlicher Bedingungen vorherzusagen.

Aus der Geschichte lernen, um die Zukunft vorherzusagen

Kürzlich haben Jing Gao, ein Datenwissenschaftler an der University of Delaware, und Brian O'Neill, ein Alumnus und Professor an der University of Denver,Es wurde ein globales Simulationsmodell veröffentlicht, das Datenwissenschaft und maschinelles Lernen nutzt, um zu sehen, wie sich Städte verändern werden.

Jing Gao sagte, sie sei besonders von der Entwicklung der Stadt fasziniert. Wenn man sich auf der Welt umschaut, von Neu-Delhi in Indien bis nach Paris in Frankreich, ist die Stadtentwicklung überall auf der Welt unterschiedlich.

Nehmen Sie zum Beispiel Chicago, Los Angeles und New York. Diese Städte sind hinsichtlich der Ausdehnung ihrer Landfläche auf unterschiedliche Weise gewachsen.

Um die Unsicherheit der Urbanisierung auf lange Sicht zu erklären, haben Jing Gao und O'Neill  Mithilfe eines Modellierungsrahmens in Kombination mit Monte-Carlo-Methoden wurden fünf Szenarien entwickelt, die mit gemeinsamen sozioökonomischen Pfaden (Shared Socioeconomic Pathways, SSPs) vereinbar sind.

Das Modell nutzt Datenwissenschaft und Techniken des maschinellen Lernens, um alle zehn Jahre langfristige Beobachtungen der Urbanisierungstrends durchzuführen und kann vorhersagen, wie sich städtisches Land in den nächsten 100 Jahren unter verschiedenen sozialen und wirtschaftlichen Bedingungen verändern wird.

Um zu verstehen, wie dieser Wandel zustande kommt, analysierten Jing Gao und O'Neill mithilfe der Datenwissenschaft 15 globale Datensätze der Fernerkundung per Satellit, um die Veränderungen der städtischen Landflächen in den letzten 40 Jahren zu verstehen.

Diese Fernerkundungsdatensätze haben eine Genauigkeit von etwa 38 Metern (125 Fuß), was ausreicht, um eine ungefähre Vorstellung davon zu vermitteln, wie die einzelnen Bereiche der Stadt aussehen.

Jing Gao sagt:„Die Auswertung historischer Daten ergab drei verschiedene Urbanisierungsstile: Urbanisierung, stabile Urbanisierung und schnelle Urbanisierung.“Im Laufe der Zeit werden die Länder von einer schnellen Urbanisierung zu einer stabilen Urbanisierung und dann zur Urbanisierung fortschreiten.

Wie wir alle wissen, ist in den USA und den meisten westeuropäischen Ländern die Urbanisierung bereits vorangeschritten, und Indien und China haben zuvor eine rasante Entwicklung erlebt und befinden sich nun im Übergang zu einer stabilen Urbanisierung. Derzeit befinden sich viele afrikanische Länder noch in einer Phase der schnellen Urbanisierung.

Die gesamte Stadtfläche wird 225 Millionen Fußballfelder übersteigen

Allerdings reicht es nicht aus, umfassende regionale Entwicklungen allein durch Fernerkundungsdaten zu erfassen, um zu verstehen, wie die Urbanisierung auf lokaler Ebene aus globaler Sicht erfolgt.

Zu diesem Zweck teilten die Forscher die Welt in 375 kleine Regionen auf und führten für jede Region gleichzeitig ein benutzerdefiniertes Entwicklungsmodell aus. Anschließend fügten sie alle Modellergebnisse zusammen, um eine globale Karte zu erstellen.

Beispielsweise werden die kontinentalen Vereinigten Staaten als 28 separate Regionen modelliert und China als 26 Regionen. Modelle für unterschiedliche Regionen verwenden zur Schätzung unterschiedliche Entwicklungsmodellparameter.

Das Forschungsteam prognostiziert, dassBis 2100 wird die gesamte Stadtfläche der Erde um das 1,8- bis 5,9-fache zunehmen.

Prognosen zufolge werden in diesem Jahrhundert weltweit etwa 1,6 Millionen Quadratkilometer neue Stadtgebiete entstehen.Das entspricht einer Fläche von etwa 4,5-mal der Größe Deutschlands oder mehr als 225 Millionen Fußballfeldern.

Hierbei handelt es sich um eine Zusammenfassung und Bewertung auf Grundlage der Muster der Stadtentwicklung der letzten Jahrzehnte, wobei davon ausgegangen wird, dass keine groß angelegten Umbruchereignisse wie Krieg, Krankheit, Revolution usw. eintreten.

Wenn wir außerdem das Glück haben, in diesen hundert Jahren Zeuge bedeutender Ereignisse wie der Entstehung außerirdischer Zivilisationen zu werden, wird sich dies ebenfalls auf die Modellergebnisse auswirken.

Je stärker das Umweltbewusstsein, desto langsamer die Stadtentwicklung

Doch wie sich die Städte ausdehnen, wird maßgeblich von den gesellschaftlichen Trends der kommenden Jahre abhängen. Hierzu zählen Trends im Wirtschaftswachstum, demografische Veränderungen und Lebensgewohnheiten sowie unsere Einstellung zum Umweltschutz.

In den Vereinigten StaatenWenn die Menschen sich auf eine nachhaltige Entwicklung konzentrieren, etwa auf eine grüne Entwicklung und Umweltbewusstsein, dann ist eine Expansion der Städte am unwahrscheinlichsten.

In diesem Szenario wird erwartet, dass sich die städtische Fläche bis 2100 um das 1,3-fache vergrößert.

Allerdings neigen die Menschen dazu, sich stark materialistisch zu entwickeln und im gleichen Zeitraum große Mengen fossiler Brennstoffe zu verbrauchen. So wird beispielsweise prognostiziert, dass die Stadterweiterung in den asiatischen Ländern sehr schnell voranschreiten wird, sogar viermal schneller als die Stadterweiterung in den USA zu Beginn dieses Jahrhunderts.

Den meisten Menschen ist nicht bewusst, dass Veränderungen der Landschaft, beispielsweise an Gebäuden und Straßen, ihr Leben beeinflussen können.

In Delaware beispielsweise geht der Bau von Häusern in Küstennähe oft auf Kosten von Ackerland.

Diese Entwicklungen können zwar zu einem florierenden Wirtschaftswachstum in den Regionen beitragen, sie können jedoch auch andere unbeabsichtigte Folgen haben, etwa eine erhöhte Wahrscheinlichkeit von Überschwemmungen an den Küsten und einem Anstieg des Meeresspiegels.

Sollten diese Ereignisse mit extrem geringer Wahrscheinlichkeit tatsächlich eintreten, werden sich die Städte nicht nur nicht weiterentwickeln, sondern einige von ihnen könnten sogar unweigerlich der Geschichte angehören.

Unabhängig davon, welches sozioökonomische Modell gewählt wird, zeigen die Simulationsergebnisse, dassBis zum Ende dieses Jahrhunderts werden die meisten Länder der Welt urbanisiert sein.

Die Frage ist also: In welcher Stadt werden Sie Ihrer Meinung nach in achtzig Jahren sein? Wo in der Stadt?

Papieradresse:

https://www.nature.com/articles/s41467-020-15788-7.pdf

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