人工智能技术将会对气候变化进行数据分析!

气候变化是我们这个时代面临的最紧迫的问题之一,为此,我们需要在不同的社区、方法和工具之间迅速采取行动。

人工智能 (AI) 已被提议作为此类工具之一,通过诸如预测太阳能发电量、优化建筑供暖和制冷系统、用卫星图像精确定位森林砍伐以及分析企业财务报表以获取气候相关信息等方式,AI在加速采取行动应对气候变化方面具有重大前景。

与此同时,AI作为一项通用技术,在社会中有广泛的应用,这意味着它也会通过直接影响和更广泛的系统性影响阻碍气候行动计划的实施。例如,前谷歌AI研究人员Gebru曾在其合著论文中指出,训练大型AI模型需要大量的计算机处理能力,因此会消耗大量电力。

近日,Climate Change AI与Centre for AI & Climate就人工智能在应对气候变化中的作用,给出一份建议报告,该报告主要从支持AI在减缓和适应气候变化方面的应用、减少AI对气候的负面影响、建立实施、评估和治理这三个方面进行阐述,最后落实到具体的行动举措上。

如何权衡人工智能与气候变化?两大组织联手交出了一份答卷

报告链接:
https://www.gpai.ai/projects/climate-change-and-ai.pdf

Climate Change AI是一个志愿者驱动的组织,通过提供教育和基础设施、建立全球社区和推进话语,促进气候变化和机器学习交叉领域的有影响力的工作。而Centre for AI & Climate专注于推进数据科学和人工智能的应用,以加快应对气候变化的行动,是这一领域的领先组织。

两大组织联手的这份报告通过与广泛的利益相关方协商,就政府如何支持在气候变化背景下负责任地使用AI提出了可行建议,主要涵盖三个方面:(a) 支持负责任地使用AI缓解和适应气候变化,(b) 减少AI与气候目标不符的方式带来的负面影响,以及(c) 为广泛的实体建立相关的实施、评估和治理能力。

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支持AI在减缓和适应气候变化方面的应用

鉴于社会必须在短时间内应对气候变化,因此在关键部门迅速部署和推广负责任的气候解决方案至关重要。然而,许多此类解决方案往往停留在研究或技术准备的早期阶段,即使在初始部署之后,也经常面临扩展困难。因此,报告建议政府可以通过以下方式在支持使用AI应对气候变化方面发挥领导作用:

• 促进数据和数字基础设施(例如相关数据、模拟环境、测试平台、模型库和计算硬件)的负责任开发和访问,以支持AI-for-climate应用程序的开发和采用。

• 以研究和创新资金为目标,以气候影响为指导,在人工智能和气候变化的交叉领域开展跨学科和跨部门工作。

• 通过在能源、交通、农业和重工业等高度监管部门有针对性的政策设计和评估、市场设计和商业模式,支持AI-for-climate应用的部署和系统集成。

除了本文开头提及的用于应对气候变化的AI工具,报告中还介绍了其他应用,例如,用于预测蝗灾的Kuzi,这是肯尼亚公司Selina Wamucii开发的一种工具,旨在帮助当地小农应对持续的蝗虫危机。

Kuzi集合了多种数据源,包括各种湿度和温度传感器、植被指数、卫星图像和当地天气状况,并使用AI预测蝗虫的繁殖地点和迁徙路线。这些预测和相应的建议以文本的方式提供给农民,目前支持多种语言。Kuzi可以在虫害发生前3个月进行预测,从而使农民有时间预防、控制和减轻蝗虫灾害。

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减少AI对气候的负面影响

人工智能的每一个应用都会影响气候,这意味着让人工智能与气候变化战略保持一致,不仅能促进人工智能的有益应用,还能塑造人工智能的整体空间,使一切照常的应用程序更加适应气候变化。

如何权衡人工智能与气候变化?两大组织联手交出了一份答卷

值得注意的是,人工智能可以通过三种主要方式增加温室气体排放:(a) 通过将其用于对排放产生直接负面影响的应用程序,(b) 通过系统级影响,例如与人工智能应用程序相关的诱导需求或锁定效应,以及 (c) 通过与相关软件和硬件的生命周期影响相关的碳足迹。

AI研究对气候变化的负面影响究竟有多大,从谷歌力排众议开除Gebru一事可见一斑。谷歌此等科技大鳄宁可牺牲公司形象,闹得沸沸扬扬,也要阻止Gebru合著论文的发表,甚至不惜开除在AI圈内小有名气的Gebru。详情见《Gebru被辞退的背后真相:指出BERT的4大危害,威胁谷歌商业利益》。

Gebru等人在论文中引用了Emma Strubell等人的研究论文《Energy and Policy Considerations for Deep Learning in NLP》。这篇论文指出,用“神经架构搜索”方法训练一种语言模型会产生626,155磅二氧化碳,大约相当于五辆普通美国汽车的使用寿命。研究人员还估计,训练一个BERT模型大约会产生1,438磅二氧化碳,相当于在纽约与旧金山之间的一次往返航班所产生的碳排放量。

Gebru的论文初稿指出,建立和维持大型AI模型所需的资源只会使富裕的组织受益,其所造成的气候变化加剧对边缘社群的打击最大。因此,他们在论文中写道:“现在,研究人员应该优先考虑提高能源效率和规划成本,以减少对环境的负面影响和对资源使用的不平等现象。”

因此,政府可以通过考虑将气候影响纳入人工智能监管、战略、融资机制和采购项目,努力减少人工智能的负面影响。

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建立实施、评估和治理能力

与之前的建议相交叉的是,需要建立旨在在气候变化背景下负责任地实施、评估和治理人工智能的机构能力。

这种能力必须在广泛的组织中建立,包括国际、国家和地方各级的政府实体,以及气候相关部门(例如能源、运输、重工业或农业)的私营和民间社会组织。报告建议各国政府可以通过以下方式支持相关机构能力的发展:

• 将负责任的人工智能原则嵌入到倡议和治理结构的设计中,包括促进民间社会、地方政府、全球南方地区和边缘化群体的参与。

• 通过收集人工智能排放影响数据,并建立标准测量和报告框架,促进对人工智能的气候认知影响评估。

• 以文化、技能和人才、标准、工具和最佳实践的形式建设实施、评估和治理的能力。

如何建立这种实施、评估和治理能力?Climate TRACE探索出了一种可行的模式。

Climate TRACE是一个组织联盟,成员包括Blue Sky Analytics、CarbonPlan、Earthrise Alliance、 马来西亚大学、Hudson Carbon、OceanMind、Hypervine、TransitionZero、WattTime等世界各地的组织。在各机构的配合下,Climate TRACE已建立起一种排放监测方法,该方法将来自300多颗卫星和11,000个传感器的数据与AI算法相结合,以识别和量化排放源。

最初,WattTime和Transition Zero专注于使用卫星图像测量燃煤电厂的排放量。最近,它们与其他十个专注于其他排放部门的组织合作,开发了世界上第一个主要基于直接、独立的观测数据的温室气体排放综合核算清单。该清单涉及到过去5年无法获得综合排放数据的100多个国家。因此,各国领导人可以通过反映准确的最新排放趋势为他们的决策提供信息。

Climate TRACE已将其方法扩展到广泛的排放源,包括监测以下相关排放数据:

• 石油和天然气的生产以及精炼。Climate TRAC表明,这些总产量可能是《联合国气候变化框架公约》最近估值的两倍左右。

• 航运和航空。Climate TRACE表明,这两个行业在2015年至2020年期间共排放了近110亿吨的二氧化碳。

• 森林火灾,自2015年以来,俄罗斯和美国的森林火灾增加了一倍多。

• 与水稻相关的排放量,在一些地区明显高于此前的预期。

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具体行动规划

随着人工智能在整个社会的迅速发展,政府必须积极主动地塑造这些发展,同时考虑到气候行动。

在单个国家内,就这些倡议采取有意义的行动需要多个政府部门或分支机构之间的合作。例如,专注于人工智能或数字化的机构、专注于气候变化或气候相关行业的机构、标准机构、监管机构和地方政府,此外,民间社会、学术界和私营部门的参与。而多边或国际合作,例如,通过在现有国际组织内发展跨职能联盟或能力建设,促进知识共享,并加强整体努力。

如何权衡人工智能与气候变化?两大组织联手交出了一份答卷

最后,这份报告在数据和数字基础设施、研究和创新资金、部署和系统集成、减少AI对气候的负面影响、负责任AI的实施和评估、评估AI对气候的总体影响、能力建设和国际合作等方面提出了详细的举措,如下表所示:

支持AI在减缓和适应气候变化方面的应用
数据和数字基础设施• 在气候关键部门建立数据工作组• 在气候关键型行业适当促进数据创建和开放数据标准• 快速创建数据门户以增加数据访问和共享• 与 GPAI 成员国(和其他国家)合作,资助开发与气候相关的开源数据、模型和软件的国际目录• 监督能源、交通和其他物理基础设施的数据收集系统和数字孪生的开发• 支持学术研究人员、民间社会和中小企业负担得起的云计算资源
研究和创新资金• 确保人工智能气候项目的研究和创新资金决策是影响驱动的,而不是技术驱动的• 让人工智能适应更广泛的“重大气候挑战”• 针对气候挑战开发有针对性的AI-for-climate,在这些领域人工智能可以提供特别高的影响结果• 在AI-for-climate解决方案的创新资金中鼓励开放知识产权、开放数据和开放模型开发• 为AI-for-climate解决方案开发创新资金,以促进AI-for-climate社区的更大多样性和公平性• 为AI-for-climate研究的研究计算和模拟资产的开发提供资金• 以与创新者和市场参与者的激励一致的方式部署AI-for-climate创新支持• 主要将 AI 研究和创新资金而非气候资金用于开发节能 AI
部署和系统集成• 将数字化和人工智能专家纳入政府气候政策团队和顾问小组• 在与气候相关的行业内启动数字创新途径计划• 与受监管行业建立并共同资助公私投资集团,共同投资提供数字服务的初创公司• 发展跨部门创新中心,孵化AI-for-climate项目并促进合作• 开发和维护非商业公共利益应用程序
减少AI对气候的负面影响
减少AI对气候的负面影响• 避免政府直接资助与气候目标背道而驰的申请• 在促进人工智能技术发展的同时,将气候变化作为核心考虑因素• 确保云计算适当地包含在报告和碳定价政策中• 仅从已签署涵盖范围 1、2 和 3 的净零目标的公司采购 AI 和计算服务
建立实施、评估和治理能力
负责任AI的实施和评估• 建立和实施指导人工智能在气候环境下负责任的实践和参与式设计的标准或最佳实践• 将专家和民间社会参与者的参与津贴纳入旨在制定AI-for-climate倡议的政府工作组和委员会的预算中• 将气候环境评估和报告更广泛地纳入人工智能监管和战略
评估AI对气候的总体影响• 酌情为与人工智能开发和使用相关的生命周期排放设定报告要求• 确保为开发影响评估方法和收集相关信息的研究提供资金• 确保为公正的第三方影响评估提供资金和能力• 为国家和国际层面的影响评估制定方法标准• 促进获取与计算相关的温室气体排放和人工智能应用影响的相关数据
能力建设• 为政府、气候相关行业和民间社会快速实施大规模的人工智能素养和“技能提升”计划• 资助跨学科的高等教育、研究和专业项目,将人工智能与独立的气候相关部门连接起来• 在教育课程中纳入有关数据和气候的内容,包括技术和社会技术层面• 资助或促进气候相关部门人工智能专家的借调计划• 资助或激励创建可信赖的 AI 气候解决方案提供商和审计师• 制定和/或促进共享用于界定、开发、部署、维护和评估AI-for-climate工作的标准• 开发和使用用于监测、影响评估、基准制定和AI-for-climate解决方案认证以及人工智能气候影响评估的工具和手段• 确保在各种国家和当地情况下全球访问上述计划和资源
国际合作• 支持政府、行业和主要利益相关方在政策设计和实施方面的知识共享• 通过协调资助或跨职能联合机构等方式,汇集有限的政府研发资源• 将研究人员和创新者聚集在一起,以应对常见的跨境AI-for-climate挑战• 支持共享的AI-for-climate能力建设活动• 汇集数据以应对常见或跨境AI-for-climate挑战,并就数据标准达成国际共识• 协调特定实体和数字资产的开发和使用,以支持AI-for-climate解决方案的开发• 协调政府对非商业公共利益应用开发和维护的支持• 支持现有的能够推进AI-for-climate应用的国际举措• GPAI 可以支持由政府、相关国际组织以及来自气候和人工智能社区的企业和非政府组织网络组成的国际AI-for-climate伙伴关系的发展,以支持国际AI-for-climate工作的协调和交付

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