冰雪融化，鱼儿逆流而上搁浅在石滩；海水升温，鲸豚声呐失效迷失了方向；习惯在冰面上行动的北极熊开始花费更多的时间在陆地上觅食……气候变暖正威胁着自然生态系统，使生活在地球上的动物面临前所未有的生存危机。
2022年6月21日，一场旨在加速气候科学研究，推进万物电气化以拯救地球的主题演讲于第七届MATLAB EXPO中国用户线上大会上举行。MathWorks全球客户成功工程总监Tanya Morton博士呼吁建设一个更洁净的电气化未来需要三方协同努力：科学家借助云计算和人工智能的进步加速研究，及时告知气候变化并增进理解；工程师快速创新以实现能源生产脱碳，让一切电气化，并设计可持续产品；教育工作者持续培养下一代，进一步推动气候科学发展。她用大量生动的实例展示出如何借助MathWorks的MATLAB和Simulink工具推进科学研究、产业、教育的发展以拯救地球。
加速对气候变化的理解
霍金先生曾预言由于太阳宜居带的外扩，地球会在2600年的时候变成一个温度超过460℃的大火球。而如果人类不控制二氧化碳排放的话，这一致命危机将会加速发生。而今科学家正在使用数据分析、云计算和人工智能来加速人们对于气候变化的理解，唤起其保护环境的意识。
科学家使用数据分析能力对温度上升进行建模，使用云计算和人工智能来分析海冰的卫星图像。科学家通常使用的研究冰层变化的卫星数据都储存在云上，进行数据分析可能耗时很长，但是人工智能并行计算可以缩短算法的执行时间并更快地交付研究成果。人工智能还可以加速科学发现，帮助识别数据集中的模式，并建立准确的预测模型。而且随着越来越多科学家愿意公布自己的数据和算法代码（MATLAB），通过云计算协作，全球科学的进步将会进一步加速。
此外，科学家还使用人工智能预测旱灾。旱灾通过标准化的降水指数来衡量，本质上是衡量降雨量。在埃塞尔比亚的阿瓦什河流域旱灾的研究项目中，科学家结合人工神经网络，支持向量回归，以及自助法和提升法两种集成方法，还使用小波分析对时间序列数据进行预处理，从而给出更准确的预测。事实上，他们的预测结果也与观测到的降水指数的数据拟合度非常高。
人工智能对于当代社会的重要性毋庸置疑。MathWorks公司中国区总经理曹新康表示，以人工智能为主题的课程是现在工程界和科学界最受欢迎的课程之一，人工智能正在各行各业快速落地、应用，加速工程，比如全球流行病预测、气候变化、电动汽车等，而且深度学习、机器学习已经被广泛应用于科学研究的前沿，帮助加速药物筛选、宇宙探索等的科学研究。
用万物电气化来解决气候危机
如果说气候科学有助于我们理解气候变化的趋势和影响，那么解决气候危机则需要靠工程师和产业的力量。
在产业方面，各行各业的工程师正在积极使用人工智能以及建模和仿真来实现万物电气化。我们知道，目前有很多种解决办法可以减少温室气体排放，而本次演讲Tanya Morton博士重点关注两个领域：可再生发电，以及将这种电力作为我们的主要能源。她将这两者配合使用的情况，称为万物电气化。
正因为电力生产是现今温室气体的主要来源，我们迫切地需要改变产业结构，减少煤炭消费，多利用风能、太阳能和潮汐能等可再生能源发电。而人工智能在转向可再生能源的过程中发挥了重要的作用。
比如这个来自韩国能源研究所的海上风力发电的例子。过去十年，得益于量产的增加和效率的提高，海上风力发电的安装成本下降了50%，但是维护成本依旧居高不下。高效低成本的运营依赖于有效的维护。工程师分析了来自多个涡轮的传感器的数千个信号，实现了多种机器学习算法，包括正则化线性回归、多项式曲线拟合和决策树，还使用了深度学习实现并训练了人工神经网络。他们评估每种算法，预测关键涡轮部件的载荷何时超过建议的限值，并估计每个部件剩余的使用寿命。设计出成功率为90%以上的“预测性维护模型”降低了海上风力发电的维护成本，推进了可再生能源的发展。而且为了监控涡轮的运行，工程师还为算法创建了一个仪表板应用。使用了MATLAB支持完整的人工智能工作流的功能，包括访问来自传感器文件或数据库的数据，分析、预处理和标注数据，开发人工智能模型，并将他们安装在桌面APP、企业系统或嵌入式设备。
除了预测性维护之外，工程师还可以通过MATLAB和Simulink对整个分布式电网的并网、电网的动态分析、实时监控、控制进行测试、分析和仿真。这有三大好处：一是可以极大的缩短项目周期，二是可以减少项目风险，提早发现整个项目设计中的一些风险和缺陷，三是可以降低成本浪费。
再比如建模和仿真帮助钢铁生产实现电气化。传统的钢铁生产会产生大量的二氧化碳，而使用Boston Metal公司的专利技术——熔融氧化物电解法——生产液态铁的副产品是氧而不是碳。Boston Metal团队改造了钢铁行业，使其以成本更低的方式生产钢铁。而且基于模型的设计方法使该团队能够高效的工作，他们构建了完整的控制系统动态模型，这让团队能够对照数字孪生，对系统进行建模和测试，以确保团队准备好开启系统时，一切都会正常工作。MathWorks提供帮助各行各业工程师适应电气化大趋势的示例，包括快速简单开始仿真的组件示例，支持系统设计的参考示例，以及提供可调整的模型并演示完整工作流的设计解决方案。
曹新康认为，电机正在取代燃油发电机。现在绿色技术方面的投资正在持续增长，预计到2027年可再生能源市场将达到1.1万亿元，而且储能是下一个大的技术方向。MathWorks正在构建完整的MATLAB电气化的方案，包括AI在可再生能源的应用，MathWorks也将持续致力于帮助客户成功转向基于人工智能的能源管理和电气化。
培养下一代来拯救地球
MathWorks重视教育，与公司的基因有关。MATLAB软件最初是美国新墨西哥大学Clever Moler教授在20世纪70年代写的用于教学的一个小工具软件。随后又经过斯坦福大学学生Jack Little的C语言重写，同时移植到IBM PC上，从而拥有更广泛的功能。而且公司的第一笔收入也是通过卖给美国麻省理工学院的版权获得的。可以说MathWorks公司是凭借着教育逐步发展起来。而今MathWorks意识到教育工作者正面临着培养拯救地球的下一代工程师和科学家的艰巨任务。
在博世工程印度公司意识到新毕业的工程师进入公司需要长达一年的相关培训才能掌握有效开展电动汽车项目所需的技能时，他们决定开设一门新的大学课程来讲授基于模型的系统工程，他们与印度国立理工学院科泽科德分院、MathWorks合作开发了涵盖了如再生制动、能量储存和电动动力传动系统等电动汽车基础知识的课程。该课程通过电动汽车系统建模和仿真的实操练习，使理论不再空洞，让学生能够积累实际经验。MathWorks提供下载资料，帮助教育工作者开发和改进课程，而且使用MathWorks的示例也可以让讲课更生动，激发学生的学习兴趣。如果他们想在课程中引用计算，MathWorks也提供资源和点子，比如提供许多学科的课件，特定主题的资源。
要完成产学研的结合，教育工作者还要培养学生的研究能力，一种常见方法是通过毕业设计项目。MathWorks的卓越创新计划提供50多个启发性项目供学生选择，涉及的技术领域包括人工智能和可再生能源，学生注册并完成后可获得证书。每个项目都有各自的论坛，帮助学生相互学习。在谈及如何帮助国内大学生用技术手段来推动气候发展时，曹新康表示，专门为教育客户提供的Campus-Wide License（正版全校授权），一套采购，在校的任何学生、老师、员工，在任何地方，任何设备，都可以使用全部工具箱的最新版本的产品。以清华大学为例：MathWorks为清华大学提供的MATLAB、Simulink、Grader及Online Training Suite（在线培训课程套件）等MathWorks产品，全校就有几万人用于教学和学术研究。
目前已经有超过80所双一流985的学校，都已经成为其校园版的客户。而且MathWorks为高校提供完善的保障服务，包括及时响应学校的IT部门的老师的要求，有一支专门负责高校的教学科研的技术团队，有一支专门支持教育团队的技术团队，和有一支专门支持教育的市场团队。
正如曹新康所说，拯救地球，基于数据与模型。MathWorks正以自身推出的强大产品助推工程师、科学家和教育工作者解决气候危机。我们也希望越来越多的企业、机关、社会团体和高校能够加入进来，为保护地球上的所有生命贡献自己的力量，以自己的方式和能量拯救地球。
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