1927年5月的一個清晨，研究員威廉·施密特將一支水銀溫度計綁在汽車門上，在維也納周圍行駛了三個小時，記錄溫度。他繪製的熱力地圖顯示，較熱的區域與“內城人口稠密地區”重合，而較冷的輪廓則追蹤著樹木繁茂的地區、綠草如茵的公園和水道。施密特的努力首次繪製了城市“熱島”在低溫環境“海洋”中的分佈。
在2003年歐洲的熱浪期間，在英格蘭部分地區，這種熱島效應與約50%的與熱相關死亡有關，並且導致巴黎老年人死亡人數增加。美國環境保護署將這些區域列為美國每年平均報告的702例與熱相關死亡的主要促成因素，時間跨度為2004年至2018年。目前，世界上一半以上的人口居住在城市中，這加劇了全球氣溫上升對當地的影響——而且這種痛苦正在加劇。
圖盧茲大學氣象學研究員伊娃·馬奎斯和她的同事們現在正在使用現代方法更新施密特的汽車技術，以繪製危險的熱區。他們的方法是利用聯網個人汽車中的溫度計來繪製溫度在幾個街區內的變化情況；這些資料可以幫助城市規劃者在無法獲得精密儀器的地方制定緩解熱島效應的政策。
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當天然地表被瀝青、混凝土、鋼鐵或其他比周圍環境吸收和保持更多熱量的材料取代時，就會發生城市熱島效應。這使得這些區域保持溫暖，尤其是在夜間。熱島效應還會透過影響溼度和汙染物在大氣中的分佈方式來影響城市的空氣質量。“隨著熱浪等極端事件的增加，城市規劃者需要重新思考城市空間的設計方式，”馬奎斯說。
許多城市缺乏能夠全面監測熱島效應的氣象站網路，因此馬奎斯和她的同事們利用了汽車中日益普及的聯網感測器。研究人員首先收集了法國城市圖盧茲的汽車溫度感測器測量資料，該市擁有高解析度氣象站用於比較，並研究了氣流等因素如何影響車載溫度計的準確性。接下來，科學家們利用一個包含數百萬輛汽車感測器測量資料的資料庫（製造商為保險目的從2016年至2018年收集的）在幾個西歐城市建立了溫度地圖。
城市熱島，圖中顯示的是法國圖盧茲及其周邊地區，資料來自2018年夏季夜晚的聚合汽車溫度計資料。暖色表示較熱的空氣。 來源：圖盧茲大學，法國氣象局/法國國家科學研究中心
研究人員發現，他們可以可靠地估計小至200米 x 200米的空間的溫度變化，資料以10秒的間隔精細收集。這種方法使他們能夠在街道層面評估熱量，那裡的溫度根據人類活動、3D城市幾何形狀和氣流而區域性變化。他們的工作在《美國氣象學會公報》上詳細介紹。
“與天氣相關的聯網車輛觀測是微尺度觀測的一個未被充分利用的來源，”美國國家大氣研究中心（NCAR）的研究科學家阿曼達·西姆斯-安德森說，她沒有參與這項研究。“這項工作展示了這些資料的一種新穎用途。” 多倫多大學城市氣候學研究員伊恩·斯圖爾特（Iain Stewart）也未參與這項研究，他補充說，這項工作“具有啟發性，並指出了城市資料檢索的未來可能性。”
西姆斯-安德森說，車輛中工廠安裝的感測器可以提供豐富的與天氣和氣候相關的資料。挑戰在於確保資料的一致性和質量，以及建立強大的基礎設施，以便從足夠多的車輛中提取這些資料。例如，NCAR已經在使用一個每五分鐘更新一次的系統收集車輛資料以補充天氣預報。但是，西姆斯-安德森說，此類專案“通常使用10到幾百輛[專用]車輛，除非它們位於非常有限的區域內，否則無法提供足夠的覆蓋範圍”。要超越試點研究，就需要大幅擴大規模。此外，對於由恰好在某個區域的汽車收集的機會性資料集，質量控制至關重要。
有關部門正在朝著這些能力努力。美國地方、州和國家層面的倡議旨在安裝和執行能夠收集和處理聯網車輛資料的基礎設施，並提高社群驅動的城市氣候研究的準確性。例如，美國交通部已經在紐約和懷俄明州等地點部署了試點專案，以監測交通和天氣。此類資料最終可以填補固定氣象站之間的空白，用於包括繪製和監測城市熱島在內的應用。
“我們的地圖可以幫助研究人員更好地瞭解綠化帶、新建築物和水體如何影響當地的熱變化，”馬奎斯說。她的目標是使城市氣候資料可用於政策制定過程。例如，她的團隊與圖盧茲市政府官員合作，致力於使校園綠化，並優先考慮對社群進行升級，以更有效地冷卻建築物——儘管他們尚未在工作中採用她收集的汽車地圖。馬奎斯說，一些缺乏精密氣象站網路的法國小城市仍然希望使用熱圖來評估城市狀況。“眾包資料是未來幾年生產和與這些城市分享地圖的新希望，”她補充道。
斯圖爾特認為，建立足夠高質量的城市規劃溫度地圖非常困難，而眾包必要的資料還處於早期階段。理想情況下，地圖還應包含人們聚集的非道路場所。但斯圖爾特最終表示，“世界上中低收入地區炎熱、擁擠的城市將從眾包熱力地圖中受益最多”。熱帶地區的中低收入城市在城市氣候學領域歷來研究不足，而且許多城市仍然無法獲得使世界其他地區受益的儀器——然而，它們卻是最容易受到城市升溫影響的地區之一。
更詳細的城市地圖可以幫助規劃者設計氣候緩解和適應策略，以解決各個熱島內的突出問題。“開發這種方法的優勢在於汽車無處不在，”斯圖爾特說。“所以你掌握了全世界。”