开展公民科学活动以促进气候行动：I-CHANGE日

《Frontiers in Environmental Science》：Implementing citizen science activities for climate action: the I-CHANGE Day

公民科学参与八个地区气候行动研究。通过低成本传感器（SCK、MT）收集空气质量与温度湿度数据，结合公众感知调查，分析不同地理气候背景下社区参与度及环境差异。结果显示高社区参与度，证实跨区域协同公民科学项目在数据采集与行为改变方面的有效性，提出包容性方法与多维度评估框架。

　　I-CHANGE项目，全称为“Individual Change of HAbits Needed for Green European transition”，是一个旨在通过公民科学实践积极动员市民应对气候变化的欧盟研究与创新行动。项目覆盖了欧洲、中东和非洲地区的八个“Living Labs”（LLs），这些实验室分布在七个不同的国家，展现了多样化的地理和气候背景。I-CHANGE Day作为该项目的重要组成部分，是一个同时在八个LLs中进行的活动，旨在通过公民科学方法收集和分析空气污染与气象变量的数据，同时提升公众对气候变化及其适应措施的认识。本文将详细介绍该项目的方法论、实施过程以及取得的成果。

### 公民科学与气候变化应对

气候变化是当今世界面临的最紧迫的挑战之一，需要在机构和社区层面采取迅速而有效的干预措施。全球气温的持续上升以及极端天气事件的频率、持续时间和强度的增加，突显了应对和缓解策略的紧迫性。为了实现长期的可持续性，需要整合科学研究、技术创新和社区驱动的行动。特别是那些直接涉及个人的项目，能够为解决气候变化问题提供独特的机会，促进行为变化与政策措施并行发展。已有研究表明，个人行为对气候变化有着重要影响，改变这些行为有助于提升集体和科技手段在缓解和适应气候变化方面的效率。然而，仅仅依靠知识是不够的，只有当知识与公民的积极参与和承诺相结合时，才能实现可持续的改变。因此，公民科学和Living Labs成为推动长期转变的重要工具。公民科学是指公众积极参与科学研究活动，可以是通过贡献智力、地方知识或开发工具和资源来实现。这种参与方式有助于增强公民的归属感，通过提高意识和共同生产知识，使个体更加积极地参与到环境问题的解决中。同时，它也能增强个人能力，如环境监测或与气候相关的行动，从而促进社区凝聚力。Living Labs作为开放创新生态系统，促进了研究人员、企业、公民和其他社会利益相关者之间的合作，共同探索和评估工具、服务和想法。在这一背景下，公民科学与Living Labs的结合为识别、理解和解释环境变化提供了机会，同时为潜在解决方案的设计提供了框架。

### I-CHANGE项目与Living Labs

I-CHANGE项目（2022–2025）是欧盟绿色协议框架下的一个研究和创新行动，旨在通过个体和集体行为的改变，实现可持续和气候适应的未来。项目通过八个Living Labs进行，这些实验室作为现实世界的实验环境，让当地社区、科学家和政策制定者共同面对气候变化带来的挑战。每个LL都专注于特定的气候适应主题，如空气污染、极端天气适应、能源消耗和可持续的废物管理和交通方式，这些主题根据各自地区的社会经济和环境条件进行了调整。例如，西北欧的LLs（阿姆斯特丹、都柏林和哈塞尔特）位于温带海洋性气候区，面临着极端降雨、洪水、城市热岛效应和空气污染等挑战。而地中海地区的LLs（巴塞罗那、博洛尼亚、热那亚和耶路撒冷）则处于温暖的温带和炎热的夏季地中海气候区，这些城市主要关注城市热岛、极端天气、水资源短缺和空气污染等问题。西非的奥拉杜戈（Ouagadougou）LL则位于半干旱气候区，经历极端的季节性变化、漫长的干旱期和强烈的降雨导致洪水，主要研究废物管理、城市洪水和极端天气适应等议题。

这些LLs的建立时间不同，其中博洛尼亚、都柏林和哈塞尔特LLs自2016年起在iSCAPE项目下运营，而其他五个LLs则是在I-CHANGE项目启动后建立的。通过参与式研究，I-CHANGE LLs提供了关于气候变化在不同城市环境中表现的宝贵见解，以及如何通过公民驱动的适应策略来增强气候韧性。它们的区域多样性使得可以在不同社区参与、环境监测和政策整合之间进行跨比较分析，从而增强公民科学在气候行动中的有效性。

### I-CHANGE Day的实施

I-CHANGE Day被设计为一种跨区域的协作方式，以促进行为改变并提升公众对气候变化影响的认识。尽管公众对气候危机的意识在不断提高，但个体参与往往仍显不足。为了克服这一问题，需要采用参与式方法，超越被动的信息传递。通过直接让公民参与环境观察、数据解释和科学实验的设计，I-CHANGE Day旨在增强公众的自主性，并鼓励更加可持续的行为。同时，该活动为收集高分辨率、本地相关数据提供了结构化的机会，以更好地理解气候变化和空气质量的影响、现有的缓解措施及其对环境和市民日常生活的影响。

I-CHANGE Day于2024年6月5日世界环境日和欧洲绿色周2024期间举行，它将八个I-CHANGE LLs联合起来，设计了一项同步的公民科学活动。这些活动不仅旨在让参与者参与科学研究，还希望通过这些活动产生可操作的见解，并扩大项目的影响力。活动设计考虑到了可复制性和可扩展性，以确保研究成果能够影响到地方和更广泛的气候政策。此外，该活动还为评估不同的参与策略提供了机会，揭示了促进长期公民参与的最佳实践。活动不仅关注社会方面，还注重数据的获取，通过公民科学方法，实现了高密度的空间和时间数据收集，突显了本地微气候监测的价值，以更好地理解城市热动态及其对人类舒适度和能源使用的影响。

### 公民科学方法的实施

在I-CHANGE Day期间，采用了多种公民科学方法和工具。活动设计由巴塞罗那大学的LL领导，并通过内部项目研讨会与所有合作伙伴共同完成。这一过程促成了每项活动的协议设计，这些协议可以根据不同LL的本地特征进行调整。根据参与式设计方法，研究人员、本地机构和公民共同定义了实验的细节，包括监测点的选择、步行或骑行路线的定义以及交通工具的使用方式。对于环境监测，公民部署了低成本的传感技术，并接受了关于如何操作设备、可视化收集的数据以及理解他们的贡献如何融入项目和提升本地对气候变化影响的认识的指导。活动的主要工具包括Smart Citizen Kit（SCK）和MeteoTracker（MT）。SCK是一种用于固定监测空气污染和气象变量的工具，而MT则是一种便携式微型站，用于高分辨率的移动测量气象条件。此外，公民还参与了基于感知的监测，使用定性量表记录不同城市空间中的预期和实际的热感和湿度感知。在某些LLs中，还进行了其他公民科学活动，如Bioblitz（快速生物多样性调查）和个人碳足迹评估，这些活动结合了数据收集和意识提升。此外，参与者还进行了反思实践，每个小组总结活动时，提出了证据、关注点、对社区改善的建议以及个人可以在生活方式中实施的适应措施。

### 参与者选择与数据共享

为了确保透明度和社会影响，I-CHANGE Day的结果通过多种渠道进行传播。所有在活动期间收集的数据都通过I-CHANGE Dashboard公开，这使得不同LL的参与者能够查看他们小组的数据，以及其他参与小组的数据。在活动结束后，组织者会花时间培训参与者如何使用Dashboard，并讨论初步结果。在某些情况下，这部分讨论会在轻松的氛围中进行，例如在喝一杯饮料的同时，以促进开放讨论。此外，每个LL都会通过定制渠道，如新闻通讯、私人社交媒体群组或与利益相关者的面对面会议，将发现反馈给他们的社区。除了本地层面，项目结果还会在欧洲地球科学大会（EGU2025）上以海报、口头报告和专门的分会场形式向更广泛的科研社区展示。这种多层次的沟通策略旨在确保公民获得直接反馈，并将产生的知识广泛传播。

### 具体活动的实施

在I-CHANGE Day期间，进行了两项主要活动。第一项是使用Smart Citizen Kits（SCKs）进行空气污染监测，第二项是比较不同城市空间中实际和预期的温度和湿度感知。第一项活动在五个LLs（博洛尼亚、巴塞罗那、都柏林、热那亚和奥拉杜戈）中进行，目的是创建关于空气污染的信息，以供利益相关者进行反思和讨论。SCK是一种易于使用和开源的环境监测工具，包括多种低成本传感器，用于测量颗粒物（PM）、二氧化碳（CO2）、噪音水平和气象变量等。虽然这些传感器的准确性不如官方仪器，但已有研究表明它们在公民科学实验中具有实用性和有效性。此外，它们能够提供远离官方监测站（通常相距几公里）的数据，这在扩展官方网络的成本高昂的情况下尤为重要。尽管存在一些局限性，这些传感器仍然能够促进广泛的社区参与，提高公众意识，并为科学研究和政策制定提供有价值的数据。

第二项活动是在七个LLs（阿姆斯特丹、博洛尼亚、巴塞罗那、都柏林、热那亚、哈塞尔特和耶路撒冷）中进行，目的是比较实际和预期的温度和湿度，同时分析这些感知与空间的社会功能之间的关系。MT是一种创新的便携式气象站，能够提供高分辨率的移动测量数据。参与者通过步行或骑行的方式收集数据，并结合主观感知进行分析。虽然MT是一种低成本的传感器，但其准确性存在一定限制，这在活动过程中可能带来一些技术障碍，例如传感器配置和校准的问题。尽管如此，参与者普遍认为这项活动非常吸引人，不仅让他们更好地了解自己的社区，还从科学的角度提供了新的视角。此外，他们有机会与其他参与者互动，分享经验，并感受到自己对科学研究的实际贡献。

### 数据分析与参与者反馈

在活动结束后，参与者完成了I-CHANGE调查，以评估活动的影响。调查基于Com-B模型，用于评估活动对参与者行为和认知的影响。此外，参与者还填写了传感器特征表，并获得了关于I-CHANGE项目和空气污染监测活动的详细信息。所有过程都由LLs的工作人员监督和协助。测量活动持续了一个月，从2024年5月22日到6月19日。在此期间，传感器每5分钟收集一次数据，包括颗粒物浓度、二氧化碳浓度和气象变量（空气温度、气压和相对湿度）。颗粒物浓度由Plantower PMS5003传感器测量，该传感器可以将颗粒物分为粗颗粒、细颗粒和超细颗粒（PM10、PM2.5和PM1，直径分别小于等于10微米、2.5微米和1.0微米）。二氧化碳浓度由Sensirion SCD30传感器测量，而气象变量则由Sensirion SHT-31和NXP MPL3115A26传感器测量。关于这些传感器的更多信息可在Camprodon等人的研究中找到。由于比较不同季节的数据仅限于一周，因此只计算了基本的统计量，如均值、中位数和百分位分布。

活动后的数据处理和分析通过计算各监测站的每日和每小时平均值，并以时间序列和箱线图的形式进行可视化，以便更好地展示数据的变化。此外，还进行了统计分析，以评估不同站点之间时间序列的相关性，以提供稳健且一致的依据来解释观察到的差异。Spearman相关性和非参数（Wilcoxon）符号秩检验被应用于数据分析中。所有LLs的两个站点在三日周期内均显示出统计学意义上的显著差异，这表明本地因素在每个站点的PM2.5浓度中起着关键作用，例如接近排放源（如高交通量的道路或绿地）。

除了PM浓度外，大多数SCKs还包括一个用于测量二氧化碳浓度的光化学传感器。在2024年6月4日至6日期间，记录的二氧化碳浓度值在390至465 ppm之间，这使得参与者能够将这些数据与全球背景参考站（如夏威夷的Mauna Loa）进行比较。此外，通过这些传感器，可以观察到本地因素对二氧化碳浓度的影响，例如靠近大型森林的站点记录了较高的浓度值。

### 温度与湿度感知的分析

第二项活动涉及温度和湿度的比较，通过MT传感器收集数据，并与参与者对不同城市空间的预期进行对比。活动在2024年6月5日进行，参与者被分为小组，根据每个LL的本地情况设计路线。活动包括简短的介绍、路线设计和温度湿度预期表的填写，随后进行MT的设置和实际测量，最后进行讨论。每个LL根据其本地情况调整了活动协议。一些LLs还加入了额外的活动，如测量碳足迹（哈塞尔特）或进行Bioblitz（博洛尼亚），或者使用其他设备，如热成像仪（阿姆斯特丹）。

活动前需要选择活动地点、协调社会实体（如市民中心、图书馆、植物园等）以及确定利益相关者的参与程度。此外，还需要准备活动所需的材料。参与者的招募基于每个LL的现有利益相关者网络，采用四螺旋方法，将学术界、民间社会、公共当局和商业机构整合起来。在某些情况下，通过关键利益相关者作为桥梁联系感兴趣的群体，而在其他情况下，通过LLs的自有沟通渠道（如新闻通讯和社区邮件列表）进行招募。因此，不同地点的参与者构成存在差异，这反映了本地社会-环境背景的多样性以及不同群体在活动当天的参与度。

在活动过程中，参与者填写了关于温度和湿度预期的表格，并在测量过程中记录了他们的实际感受。这些数据通过Python（版本3.11）及其库Pandas、Matplotlib、Seaborn和NumPy进行分析，以确保可重复性和透明度。分析包括计算温度和湿度的均值、中位数、标准差和四分位数范围，以总结预期和实际感受。此外，还进行了频率分析，以比较不同年龄组和性别在温度感知上的差异。

### 参与者反馈与活动影响

在所有LLs中，共有219名参与者，其中西班牙有52名，布基纳法索有8名，意大利有60名，以色列有47名，比利时有23名，爱尔兰有19名，荷兰有10名。在这些参与者中，有65%为女性，26%为男性，2%为非二元性别。根据年龄组分类，19%的参与者年龄在18至30岁之间，33%在30至50岁之间，47%超过51岁。在所有LLs中，参与者的主要职业包括学生和与研究机构相关的工作人员，特别是在阿姆斯特丹、都柏林和热那亚的LLs中。此外，一些参与者没有参与过之前的LLs活动，但通过当地利益相关者的联系被引入到项目中。

参与者对MT活动的反馈显示，他们普遍感到活动非常吸引人，不仅让他们更好地了解自己的社区，还从科学的角度提供了新的视角。活动还促进了与其他参与者的互动，分享经验，并感受到自己对科学研究的实际贡献。尽管在某些情况下，参与者对数据质量和精度存在担忧，但这些担忧并未阻碍他们对活动的参与热情。活动后，参与者还进行了反思练习，总结活动时提出了证据、关注点、对社区改善的建议以及个人可以在日常生活中实施的行为改变。这些定性练习虽然没有在所有站点进行系统收集，但由于讨论发生在本地语言中，且不同地理和文化背景下的交流方式存在差异，因此难以进行跨地区的比较。然而，这些练习在本地层面激发了意识和讨论，为未来的公民科学活动提供了宝贵的经验。

### 项目成果与未来展望

I-CHANGE Day的实施表明，公民科学在生成有价值的数据和促进公众参与方面具有巨大潜力。通过在八个不同的LLs中同时进行，该项目为环境感知、行为和参与提供了比较分析的机会，从而引入了一种新的参与式环境监测方法。空气污染和温度感知的公民收集数据揭示了城市微气候的显著空间差异，这与本地的环境条件和交通密度有关。例如，在巴塞罗那，中心区域和外围区域的PM2.5浓度存在明显差异，而都柏林的沿海和内陆站点也表现出类似的差异。这些结果不仅确认了低成本传感器在检测局部空气污染差异方面的有效性，还强调了本地条件对环境数据的重要性。

温度感知活动揭示了客观微气候条件与主观舒适度之间的复杂关系。MT数据表明，不同LLs的温度和湿度条件存在显著差异，其中都柏林、哈塞尔特和热那亚的温度和湿度范围变化较大，而巴塞罗那和博洛尼亚的条件相对稳定。尽管平均温度和湿度预期范围在3到4之间（即可接受到炎热），但个体感知存在显著差异，即使在相似条件下。这表明，温度感知不仅受到气象参数的影响，还受到空间特征（如植被、遮阳、铺装类型）和社会使用方式的影响。通过对空间分类的分析，可以观察到不同空间类型的感知差异，例如市场空间被报告为显著更冷，而商店区域则被报告为显著更热。这些结果对于气候适应规划具有重要意义，特别是对于那些在极端高温条件下容易受到威胁的脆弱群体，如儿童和老年人。

此外，公民科学活动不仅提供了数据收集，还促进了环境意识的提升和气候行动的推动。LLs在活动中包含了参与式空间，以促进反思和个体承诺。例如，在巴塞罗那的MT实验中，超过700名学生参与了与SCK设备部署相关的活动，并提交了匿名的个人行为建议，以改善气候变化的缓解。最常见的建议包括增加公共交通的使用、回收、减少电力和水的消耗等传统可持续措施，而一些新的建议则涉及饮食习惯、购物方式和数字技术的作用。这些例子表明，公民科学活动不仅限于数据收集，还能激发参与者的反思，促进行为改变的出现。

尽管不同LLs的参与度存在差异，但这些差异主要源于活动的多样性、参与者的特定需求（如年龄、背景和数字素养）以及活动的适应性（例如参与者是否步行或骑行）。此外，志愿者（LL工作人员）的数量和每个LL的本地背景也影响了参与程度。通过本地利益相关者的参与，项目在整体上取得了成功。然而，也出现了一些挑战，例如技术障碍，特别是传感器连接和校准问题，限制了数据的完整性，并需要研究人员的持续支持。未来应用该协议时，应优先考虑包容性设计、坚固的基础设施和与利益相关者的共同创造，以增强科学产出和社区相关性。

### 结论

I-CHANGE Day通过公民科学活动，有效应对了气候变化的挑战，提升了公众对环境问题的认识，并鼓励了实际的行动。这种方法不仅支持了学习、讨论和反思，还激发了具体的行动建议。项目结果表明，公民在数据收集中的参与提高了他们对环境问题的理解和应对能力，使他们不再是被动的观察者，而是主动的数据解释者，能够将信息转化为本地有意义的见解和行为改变。通过使用移动和固定传感器，活动揭示了城市内部空气质量和热舒适度的差异，这对于设计有效的适应策略至关重要，这些策略需要考虑到特定的城市形态和社会实践。此外，公民组织和非正式教育环境（如学校、市场和协会）在招募不同背景的参与者方面发挥了关键作用，这些参与者可能不太容易参与科学活动。通过结合传感器数据、个人经验和公民对话，I-CHANGE Day提出了一种不仅科学和技术创新，还整合了社会、文化和社区背景的公民科学方法。这种方法应成为未来气候韧性策略的指导，特别是在城市环境中，行为改变和基础设施改进必须并行推进。持续投资于参与式数据生态系统和Living Lab模式，可以促进更加适应、包容和响应的气候治理。