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Las zonas urbanas suelen experimentar el efecto isla de calor urbana ( UHI ), es decir, son significativamente más cálidas que las zonas rurales circundantes . La diferencia de temperatura suele ser mayor durante la noche que durante el día [1] y es más evidente cuando los vientos son débiles, en condiciones de bloque , notablemente durante el verano y el invierno . La principal causa del efecto UHI proviene de la modificación de la superficie terrestre, mientras que el calor residual generado por el uso de energía es un contribuyente secundario. [2] [3] [4] Un estudio ha demostrado que las islas de calor pueden verse afectadas por la proximidad a diferentes tipos de cobertura terrestre, de modo que la proximidad a tierras áridas hace que las tierras urbanas se calienten y la proximidad a la vegetación las hace más frías. [5] A medida que un centro de población crece, tiende a expandir su área y aumentar su temperatura promedio. También se utiliza el término isla de calor ; El término puede usarse para referirse a cualquier área que sea relativamente más cálida que sus alrededores, pero generalmente se refiere a áreas perturbadas por humanos. [6] Las áreas urbanas ocupan aproximadamente el 0,5% de la superficie terrestre de la Tierra, pero albergan a más de la mitad de la población mundial. [7]
Las precipitaciones mensuales son mayores a favor del viento de las ciudades, en parte debido al UHI. El aumento del calor dentro de los centros urbanos aumenta la duración de las temporadas de crecimiento y disminuye la aparición de tornados débiles . El UHI disminuye la calidad del aire al aumentar la producción de contaminantes como el ozono , y disminuye la calidad del agua a medida que aguas más cálidas fluyen hacia los arroyos del área y ejercen presión sobre sus ecosistemas .
No todas las ciudades tienen una isla de calor urbana distinta, y las características de la isla de calor dependen en gran medida del clima de fondo del área en la que se encuentra la ciudad. [8] El impacto en una ciudad puede cambiar mucho en función de su entorno local. El calor se puede reducir mediante la cobertura de árboles y espacios verdes que actúan como fuentes de sombra y promueven el enfriamiento por evaporación . [9] Otras opciones incluyen techos verdes , aplicaciones de enfriamiento radiativo pasivo durante el día y el uso de superficies de colores más claros y materiales de construcción menos absorbentes. Estos reflejan más luz solar y absorben menos calor. [10] [11] [12]
El cambio climático no es la causa de las islas de calor urbanas, pero está provocando olas de calor más frecuentes e intensas que a su vez amplifican el efecto de isla de calor urbana en las ciudades. [13] : 993 El desarrollo urbano compacto y denso puede aumentar el efecto de isla de calor urbana, lo que provoca temperaturas más altas y una mayor exposición. [14]
Una definición de isla de calor urbana es: "La calidez relativa de una ciudad en comparación con las áreas rurales circundantes". [15] : 2926 Este calor relativo es causado por "la retención de calor debido al uso de la tierra, la configuración y el diseño del entorno construido , incluido el diseño de las calles y el tamaño de los edificios, las propiedades de absorción de calor de los materiales de construcción urbanos, la ventilación reducida, la vegetación reducida". y elementos acuáticos, y las emisiones de calor doméstico e industrial generadas directamente por las actividades humanas". [15] : 2926
Durante el día, especialmente cuando el cielo está despejado, las superficies urbanas se calientan por la absorción de la radiación solar . Las superficies de las zonas urbanas tienden a calentarse más rápido que las de las zonas rurales circundantes. En virtud de su elevada capacidad calorífica , las superficies urbanas actúan como reservorio de energía térmica. Por ejemplo, el hormigón puede contener aproximadamente 2.000 veces más calor que un volumen equivalente de aire. [ cita necesaria ] Como resultado, las altas temperaturas de la superficie durante el día dentro del UHI se pueden ver fácilmente mediante teledetección térmica . Como suele ocurrir con la calefacción diurna, este calentamiento también tiene el efecto de generar vientos convectivos dentro de la capa límite urbana . Por la noche la situación se invierte. La ausencia de calefacción solar provoca la disminución de la convección atmosférica y la estabilización de la capa límite urbana. Si se produce una estabilización suficiente, se forma una capa de inversión . Esto atrapa el aire urbano cerca de la superficie, manteniendo el aire de la superficie caliente de las superficies urbanas aún calientes, lo que resulta en temperaturas del aire nocturnas más cálidas dentro del UHI.
En general, la diferencia de temperatura entre la zona urbana y la rural circundante es más pronunciada durante la noche que durante el día. [16] Por ejemplo, en los Estados Unidos, la temperatura en las áreas urbanas tiende a ser más cálida que el área circundante entre 1 y 7 °F durante el día, y entre 2 y 5 °F más cálida durante la noche. [17] Sin embargo, la diferencia es más pronunciada durante el día en climas áridos como los del sureste de China y Taiwán. [18] [19] Los estudios han demostrado que la variabilidad diurna se ve afectada por varios factores, incluidos el clima local, la estacionalidad, la humedad, la vegetación, las superficies y los materiales en el entorno construido. [20] [17] [21] [22]
La variabilidad estacional se comprende menos que la variabilidad diurna de la diferencia de temperatura de la isla de calor urbana. [23] Las relaciones complejas entre la precipitación, la vegetación, la radiación solar y los materiales de la superficie en varias zonas climáticas locales desempeñan funciones entrelazadas que influyen en los patrones estacionales de variación de temperatura en una isla de calor urbana particular. [23] [24] [25] [26]
Un método para cuantificar el efecto UHI dentro de las áreas urbanas es el índice UHI creado por la EPA de California en 2015. Compara la temperatura de un área estudiada y puntos de referencia rurales a barlovento del área encuestada, a una altura de dos metros sobre el nivel del suelo. La diferencia de temperatura en grados Celsius se toma cada hora y se suman las diferencias con el aumento de la temperatura urbana en comparación con los puntos de referencia, creando una cantidad de grados Celsius hora, que es el índice UHI del área encuestada. La medida de horas Celsius puede promediarse durante muchos días, pero se especifica como horas Celsius por día promedio. [27] [28] [29]
El índice fue creado para estimar el uso esperado de aire acondicionado y las emisiones resultantes de gases de efecto invernadero en California. [28] El índice no considera valores o diferencias en la velocidad del viento, la humedad o la influencia solar , que puedan influir en la temperatura percibida o el funcionamiento de los acondicionadores de aire. [29]
Si una ciudad o pueblo tiene un buen sistema para realizar observaciones meteorológicas, el UHI se puede medir directamente. [30] Una alternativa es utilizar una simulación compleja de la ubicación para calcular el UHI, o utilizar un método empírico aproximado. [31] [32] Estos modelos permiten que el UHI se incluya en estimaciones de futuros aumentos de temperatura dentro de las ciudades debido al cambio climático.
Leonard O. Myrup publicó el primer tratamiento numérico integral para predecir los efectos de la isla de calor urbana (UHI) en 1969. [33] Se descubrió que el efecto de isla de calor era el resultado neto de varios procesos físicos en competencia. En general, la evaporación reducida en el centro de la ciudad y las propiedades térmicas de los materiales de construcción y pavimentación de la ciudad son los parámetros dominantes. [33] Los entornos de simulación modernos incluyen ENVI-met , que simula todas las interacciones entre las superficies del edificio y el suelo, las plantas y el aire ambiente. [34]
Hay varias causas de una isla de calor urbana (UHI); por ejemplo, las superficies oscuras absorben significativamente más radiación solar , lo que provoca que las concentraciones urbanas de carreteras y edificios se calienten más que las zonas suburbanas y rurales durante el día; [2] Los materiales comúnmente utilizados en áreas urbanas para pavimentos y techos, como el concreto y el asfalto , tienen propiedades térmicas masivas (incluidas la capacidad calorífica y la conductividad térmica ) y propiedades radiativas superficiales ( albedo y emisividad ) significativamente diferentes a las de las áreas rurales circundantes. Esto provoca un cambio en el presupuesto energético del área urbana, lo que a menudo conduce a temperaturas más altas que las de las áreas rurales circundantes. [35]
Las aceras , los aparcamientos , las carreteras o, en términos más generales, las infraestructuras de transporte , contribuyen significativamente al efecto de isla de calor urbana. [36] Por ejemplo, la infraestructura de pavimento es uno de los principales contribuyentes al calor urbano durante las tardes de verano en Phoenix , Estados Unidos. [36]
Otra razón importante es la falta de evapotranspiración (por ejemplo, por falta de vegetación) en las zonas urbanas. [37] El Servicio Forestal de EE. UU. descubrió en 2018 que las ciudades de Estados Unidos están perdiendo 36 millones de árboles cada año. [38] Con una menor cantidad de vegetación, las ciudades también pierden la sombra y el efecto de enfriamiento por evaporación de los árboles. [39] [40]
Otras causas de un UHI se deben a efectos geométricos. Los edificios altos dentro de muchas áreas urbanas proporcionan múltiples superficies para la reflexión y absorción de la luz solar, aumentando la eficiencia con la que se calientan las áreas urbanas. A esto se le llama " efecto cañón urbano ". Otro efecto de los edificios es el bloqueo del viento, que también inhibe el enfriamiento por convección e impide que los contaminantes se disipen. El calor residual de los automóviles, el aire acondicionado, la industria y otras fuentes también contribuye al UHI. [4] [41] [42]
Los altos niveles de contaminación en las zonas urbanas también pueden aumentar el UHI, ya que muchas formas de contaminación cambian las propiedades radiativas de la atmósfera. [35] La UHI no sólo eleva las temperaturas urbanas sino que también aumenta las concentraciones de ozono porque el ozono es un gas de efecto invernadero cuya formación se acelerará con el aumento de la temperatura. [43]
El cambio climático no es una causa sino un amplificador del efecto isla de calor urbano. El Sexto Informe de Evaluación del IPCC de 2022 resumió la investigación disponible en consecuencia: "El cambio climático aumenta los riesgos de estrés por calor en las ciudades [...] y amplifica la isla de calor urbano en las ciudades asiáticas a niveles de calentamiento de 1,5°C y 2°C, ambos sustancialmente mayores que en los climas actuales [...]." [44] : 66
El informe continúa diciendo: "En un mundo que se calienta, el aumento de la temperatura del aire empeora el efecto de isla de calor urbano en las ciudades. Un riesgo clave son las olas de calor en las ciudades que probablemente afectarán a la mitad de la futura población urbana mundial, con impactos negativos en salud humana y productividad económica." [13] : 993
Existen interacciones inútiles entre el calor y la infraestructura construida: estas interacciones aumentan el riesgo de estrés por calor para las personas que viven en las ciudades. [13] : 993
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Además del efecto sobre la temperatura, los UHI pueden producir efectos secundarios sobre la meteorología local, incluida la alteración de los patrones de viento locales, el desarrollo de nubes y niebla , la humedad y las tasas de precipitación. [45] El calor adicional proporcionado por el UHI conduce a un mayor movimiento ascendente, lo que puede inducir actividad adicional de lluvias y tormentas eléctricas. Además, el UHI crea durante el día un área local de baja presión donde converge el aire relativamente húmedo de sus alrededores rurales, lo que posiblemente genere condiciones más favorables para la formación de nubes. [46] Las tasas de precipitaciones a favor del viento de las ciudades aumentan entre un 48% y un 116%. En parte como resultado de este calentamiento, las precipitaciones mensuales son aproximadamente un 28 % mayores entre 20 y 40 millas (32 y 64 km) a favor del viento de las ciudades, en comparación con las que se encuentran a favor del viento. [47] Algunas ciudades muestran un aumento total de las precipitaciones del 51%. [48]
Un estudio concluyó que las ciudades cambian el clima en áreas entre dos y cuatro veces más grandes que su propia área. [49] Una comparación realizada en 1999 entre áreas urbanas y rurales propuso que los efectos de las islas de calor urbanas tienen poca influencia en las tendencias de la temperatura media global . [50] Otros sugirieron que las islas de calor urbanas afectan el clima global al impactar la corriente en chorro. [51]
Los UHI tienen el potencial de influir directamente en la salud y el bienestar de los residentes urbanos. Como las UHI se caracterizan por un aumento de temperatura, potencialmente pueden aumentar la magnitud y duración de las olas de calor dentro de las ciudades. El calentamiento inducido por el UHI aumenta el número de personas expuestas a temperaturas extremas. [52] El efecto nocturno de los UHI puede ser particularmente dañino durante una ola de calor, ya que priva a los residentes urbanos del alivio fresco que se encuentra en las áreas rurales durante la noche. [53]
Se ha informado que el aumento de las temperaturas causa enfermedades causadas por el calor , como insolación , agotamiento por calor , síncope por calor y calambres por calor . [54]
El calor extremo es la forma climática más mortífera en los EE. UU. Según un estudio realizado por la profesora Terri Adams-Fuller, las olas de calor matan a más personas en los EE. UU. que los huracanes, las inundaciones y los tornados combinados. [55] Estas enfermedades causadas por el calor son más comunes en áreas metropolitanas medianas y grandes que en el resto de los EE. UU., en gran parte debido a las UHI. Las enfermedades causadas por el calor también pueden agravarse cuando se combinan con la contaminación del aire, que es común en muchas áreas urbanas.
La exposición al calor puede tener efectos adversos en la salud mental. Los aumentos de temperatura pueden contribuir a una mayor agresión, así como a más casos de violencia doméstica y abuso de sustancias. [56] El aumento del calor también puede afectar negativamente el rendimiento escolar y la educación. Según un estudio realizado por Hyunkuk Cho de la Universidad de Yeungnam, un mayor número de días con calor extremo cada año se correlaciona con una disminución en las puntuaciones de los exámenes de los estudiantes. [57]
La alta intensidad de UHI se correlaciona con mayores concentraciones de contaminantes del aire que se acumulan durante la noche, lo que puede afectar la calidad del aire del día siguiente . [58] Estos contaminantes incluyen compuestos orgánicos volátiles , monóxido de carbono , óxidos de nitrógeno y partículas . [59] La producción de estos contaminantes combinada con las temperaturas más altas en las UHI puede acelerar la producción de ozono . [58] El ozono a nivel de superficie se considera un contaminante nocivo. [58] Los estudios sugieren que el aumento de las temperaturas en las UHI puede aumentar los días contaminados, pero también señalan que otros factores (por ejemplo, la presión del aire , la nubosidad , la velocidad del viento ) también pueden tener un efecto sobre la contaminación. [58]
Estudios de Hong Kong han encontrado que las áreas de la ciudad con peor ventilación del aire urbano exterior tendían a tener efectos de isla de calor urbano más fuertes [60] y tenían una mortalidad por todas las causas significativamente mayor [61] en comparación con áreas con mejor ventilación. Otro estudio que empleó métodos estadísticos avanzados en la ciudad de Babol, Irán, reveló un aumento significativo en la intensidad de la isla de calor urbana en superficie (SUHII) de 1985 a 2017, influenciado tanto por la dirección geográfica como por el tiempo. Esta investigación, que mejora la comprensión de las variaciones espaciales y temporales de SUHII, enfatiza la necesidad de una planificación urbana precisa para mitigar los impactos de las islas de calor urbanas en la salud. [62] Los UHI de superficie son más prominentes durante el día y se miden utilizando la temperatura de la superficie terrestre y la teledetección. [63]
Los UHI también perjudican la calidad del agua . Los pavimentos calientes y las superficies de los tejados transfieren su exceso de calor a las aguas pluviales, que luego drenan en las alcantarillas pluviales y elevan la temperatura del agua a medida que se liberan en arroyos, ríos, estanques y lagos. Además, el aumento de la temperatura de las masas de agua urbanas provoca una disminución de la biodiversidad en el agua. [64] Por ejemplo, en agosto de 2001, las lluvias sobre Cedar Rapids, Iowa, provocaron un aumento de 10,5 °C (18,9 °F) en el arroyo cercano en una hora, lo que provocó la muerte de peces que afectó a unos 188 peces. [65] Dado que la temperatura de la lluvia fue comparativamente fría, las muertes podrían atribuirse al pavimento caliente de la ciudad. Se han documentado eventos similares en todo el Medio Oeste de Estados Unidos, así como en Oregón y California. [66] Los cambios rápidos de temperatura pueden ser estresantes para los ecosistemas acuáticos. [67]
Dado que la temperatura de los edificios cercanos a veces alcanza una diferencia de más de 50 °F (28 °C) con respecto a la temperatura del aire cerca de la superficie, las precipitaciones se calientan rápidamente y la escorrentía hacia arroyos, lagos y ríos cercanos (u otras masas de agua). ) para proporcionar una contaminación térmica excesiva . El aumento de la contaminación térmica tiene el potencial de aumentar la temperatura del agua entre 20 y 30 °F (11 a 17 °C). Este aumento provoca que las especies de peces que habitan el cuerpo de agua sufran estrés y shock térmico debido al rápido cambio de temperatura de su hábitat. [68]
Los pavimentos permeables pueden reducir estos efectos al filtrar agua a través del pavimento hacia áreas de almacenamiento subterráneas donde puede disiparse mediante absorción y evaporación. [69]
Las especies que son buenas colonizadoras pueden utilizar las condiciones proporcionadas por las islas de calor urbanas para prosperar en regiones fuera de su área de distribución normal. Ejemplos de esto incluyen el zorro volador de cabeza gris ( Pteropus poliocephalus ) y el gecko doméstico común ( Hemidactylus frenatus ). [70] Los zorros voladores de cabeza gris, que se encuentran en Melbourne, Australia , colonizaron hábitats urbanos tras el aumento de las temperaturas allí. El aumento de las temperaturas, que provocó condiciones invernales más cálidas, hizo que la ciudad tuviera un clima más similar al hábitat silvestre de la especie más al norte.
En climas templados, las islas de calor urbanas extenderán la temporada de crecimiento, alterando así las estrategias de reproducción de las especies que las habitan. [70] Esto se puede observar mejor en los efectos que las islas de calor urbanas tienen sobre la temperatura del agua (ver efectos en los cuerpos de agua).
Las islas de calor urbanas provocadas por las ciudades han alterado el proceso de selección natural . [70] Las presiones selectivas como la variación temporal en los alimentos, la depredación y el agua se relajan, lo que provoca que se despliegue un nuevo conjunto de fuerzas selectivas. Por ejemplo, en los hábitats urbanos los insectos son más abundantes que en las zonas rurales. Los insectos son ectotermos . Esto significa que dependen de la temperatura del medio ambiente para controlar su temperatura corporal, lo que hace que los climas más cálidos de la ciudad sean perfectos para su capacidad de prosperar. Un estudio realizado en Raleigh, Carolina del Norte, sobre Parthenolecanium quercifex (escamas de roble), mostró que esta especie en particular prefería climas más cálidos y, por lo tanto, se encontraba en mayor abundancia en hábitats urbanos que en robles en hábitats rurales. Con el tiempo que pasaron viviendo en hábitats urbanos, se han adaptado para prosperar en climas más cálidos que en los más fríos. [71]
Otra consecuencia de las islas de calor urbanas es el aumento de la energía necesaria para el aire acondicionado y la refrigeración en ciudades que se encuentran en climas comparativamente cálidos. El efecto isla de calor le cuesta a Los Ángeles unos 100 millones de dólares al año en energía (en el año 2000). [72] Mediante la implementación de estrategias de reducción de islas de calor, se han calculado importantes ahorros netos de energía anuales para ubicaciones del norte como Chicago, Salt Lake City y Toronto. [73]
Cada año en EE.UU. el 15% de la energía se destina al aire acondicionado de los edificios en estas islas de calor urbanas. En 1998 se informó que "la demanda de aire acondicionado ha aumentado un 10% en los últimos 40 años". [74]
El aumento del uso del aire acondicionado también empeora los efectos de las UHI durante la noche. Si bien las noches más frescas suelen ser un respiro de las olas de calor durante el día, el calor residual creado por el uso de sistemas de aire acondicionado puede provocar temperaturas nocturnas más altas. Según un estudio del profesor Francisco Salamanca Palou y sus colegas, este calor residual puede provocar aumentos nocturnos de hasta 1°Celsius en las zonas urbanas. [75] El aumento del uso de energía proveniente de los acondicionadores de aire también contribuye a las emisiones de carbono, lo que exacerba doblemente los efectos de los UHI.
Las estrategias para mejorar la resiliencia urbana mediante la reducción del calor excesivo en las ciudades incluyen: plantar árboles en las ciudades, techos frescos (pintados de blanco o con revestimiento reflectante) y concreto de colores claros, infraestructura verde (incluidos techos verdes ), enfriamiento radiativo pasivo durante el día . [76]
La diferencia de temperatura entre las áreas urbanas y las áreas suburbanas o rurales circundantes puede ser de hasta 5 °C (9,0 °F). Casi el 40 por ciento de ese aumento se debe a la prevalencia de techos oscuros, y el resto proviene del pavimento de color oscuro y la menor presencia de vegetación. El efecto de isla de calor se puede contrarrestar ligeramente utilizando materiales blancos o reflectantes para construir casas, tejados, aceras y carreteras, aumentando así el albedo general de la ciudad. [77]
La expansión concéntrica de las ciudades es desfavorable en términos del fenómeno de isla de calor urbana. Se recomienda planificar el desarrollo de las ciudades en franjas, consistentes con la red hidrográfica, tomando en cuenta áreas verdes con diversas especies vegetales. [78] De esta manera, se planeó construir asentamientos urbanos que se extendieran sobre grandes áreas, por ejemplo Kielce , Szczecin y Gdynia en Polonia, Copenhague en Dinamarca y Hamburgo , Berlín y Kiel en Alemania.
Plantar árboles alrededor de la ciudad puede ser otra forma de aumentar el albedo y disminuir el efecto isla de calor urbano. Se recomienda plantar árboles de hoja caduca porque pueden aportar muchos beneficios, como más sombra en verano y no bloquear el calor en invierno. [79] Los árboles son una característica necesaria para combatir la mayor parte del efecto isla de calor urbano porque reducen la temperatura del aire en 10 °F (5,6 °C), [80] y las temperaturas de la superficie hasta entre 20 y 45 °F (11-25 °C). [81] Otro beneficio de tener árboles en una ciudad es que los árboles también ayudan a combatir el calentamiento global al absorber CO 2 de la atmósfera.
Pintar los tejados de blanco se ha convertido en una estrategia habitual para reducir el efecto isla de calor. [82] En las ciudades, hay muchas superficies de colores oscuros que absorben el calor del sol y, a su vez, reducen el albedo de la ciudad. [82] Los tejados blancos permiten una alta reflectancia solar y una alta emisión solar, lo que aumenta el albedo de la ciudad o del área donde se produce el efecto. [82]
Además, cubrir los tejados con una capa reflectante ha demostrado ser una medida eficaz para reducir la ganancia de calor solar. Un estudio dirigido por Oscar Brousse del University College de Londres, que simuló el impacto de varias medidas de refrigeración en Londres, encontró que los tejados, pintados de blanco o con revestimiento reflectante, demostraron ser la solución más eficaz para reducir la temperatura exterior a nivel de los peatones. , superando a los paneles solares, los techos verdes y la cobertura arbórea. El estudio simuló el impacto de varias medidas de refrigeración en Londres durante una ola de calor de 2018 y descubrió que los llamados techos fríos podrían reducir la temperatura exterior media en 1,2 °C, y hasta 2 °C en determinadas zonas. En comparación, la cubierta arbórea adicional redujo las temperaturas en 0,3 °C y los paneles solares en 0,5 °C. [83]
En comparación con remediar las otras fuentes del problema, reemplazar los techos oscuros requiere la menor cantidad de inversión para obtener el retorno más inmediato. Un techo fresco hecho de un material reflectante como el vinilo refleja al menos el 75 por ciento de los rayos del sol y emite al menos el 70 por ciento de la radiación solar absorbida por la envolvente del edificio. En comparación, los tejados de asfalto (BUR) reflejan entre el 6 y el 26 por ciento de la radiación solar. [84]
El uso de hormigón de colores claros ha demostrado ser eficaz para reflejar hasta un 50% más de luz que el asfalto y reducir la temperatura ambiente. [85] Un valor de albedo bajo, característico del asfalto negro, absorbe un gran porcentaje del calor solar creando temperaturas más cálidas cerca de la superficie. Al pavimentar con hormigón de colores claros, además de sustituir el asfalto por hormigón de colores claros, las comunidades podrán reducir las temperaturas medias. [86] Sin embargo, la investigación sobre la interacción entre pavimentos reflectantes y edificios ha encontrado que, a menos que los edificios cercanos estén equipados con vidrio reflectante, la radiación solar reflejada en pavimentos de colores claros puede aumentar la temperatura de los edificios, aumentando las demandas de aire acondicionado. [87] [88]
Existen formulaciones de pintura específicas para el enfriamiento radiativo diurno que reflejan hasta el 98,1% de la luz solar. [89] [90]
Los techos verdes son excelentes aislantes durante los meses de clima cálido y las plantas refrescan el ambiente circundante. Las plantas pueden mejorar la calidad del aire ya que absorben dióxido de carbono y al mismo tiempo producen oxígeno. [91] Los techos verdes también pueden tener impactos positivos en la gestión de aguas pluviales y el consumo de energía. [92] El costo puede ser una barrera para la implementación de un techo verde. [93] [94] Varios factores influyen en el costo de un techo verde, incluido el diseño y la profundidad del suelo, la ubicación y el precio de la mano de obra y el equipo en ese mercado, que generalmente es más bajo en los mercados más desarrollados donde hay más experiencia en diseño y instalación de techos verdes. [95] El contexto individualizado de cada techo verde presenta un desafío para realizar comparaciones y evaluaciones amplias, y centrarse únicamente en los costos monetarios puede dejar de lado los beneficios sociales, ambientales y de salud pública que brindan los techos verdes. [94] Las comparaciones globales del desempeño de los techos verdes se ven aún más cuestionadas por la falta de un marco compartido para realizar tales comparaciones. [94]
La gestión de aguas pluviales es otra opción para ayudar a mitigar el efecto de la isla de calor urbana. La gestión de aguas pluviales es controlar el agua producida por la tormenta de una manera que proteja la propiedad y la infraestructura. [96] La infraestructura urbana como calles, aceras y estacionamientos no permiten que el agua penetre en la superficie de la tierra provocando inundaciones. Al utilizar la gestión de aguas pluviales, puede controlar el flujo del agua de manera que pueda mitigar el efecto UHI. Una forma es utilizar una técnica de gestión de aguas pluviales llamada sistema de pavimento permeable (PPS). Esta técnica se ha utilizado en más de 30 países y ha resultado exitosa en la gestión de aguas pluviales y la mitigación de UHI. El PPS permite que el agua fluya a través del pavimento permitiendo que el agua sea absorbida causando que el área se enfríe por evaporación. [97]
Los aparcamientos ecológicos utilizan vegetación y superficies distintas al asfalto para limitar el efecto de isla de calor urbana.
Una aplicación de techo de enfriamiento radiativo pasivo durante el día puede duplicar el ahorro de energía de un techo blanco, atribuido a la alta reflectancia solar y emitancia térmica en la ventana infrarroja , [103] con el mayor potencial de enfriamiento en ciudades cálidas y secas como Phoenix y Las Vegas . [104] Cuando se instalan en techos en áreas urbanas densas, los paneles de enfriamiento radiativo pasivo durante el día pueden reducir significativamente las temperaturas de la superficie exterior al nivel de los peatones. [11] [12]
El fenómeno fue investigado y descrito por primera vez por Luke Howard en la década de 1810, aunque no fue él quien lo nombró. [105] Una descripción del primer informe de la UHI realizada por Luke Howard decía que el centro urbano de Londres era más cálido por la noche que el campo circundante en 2,1 °C (3,7 °F). [106]
Las investigaciones sobre la atmósfera urbana continuaron durante todo el siglo XIX. Entre las décadas de 1920 y 1940, investigadores del campo emergente de la climatología local o meteorología a microescala en Europa, México, India, Japón y Estados Unidos buscaron nuevos métodos para comprender el fenómeno.
En 1929, Albert Peppler utilizó el término en una publicación alemana que se cree que es el primer ejemplo de un equivalente a isla de calor urbana: städtische Wärmeinsel (que es isla de calor urbana en alemán). [107] Entre 1990 y 2000, se publicaron alrededor de 30 estudios anualmente; en 2010, ese número había aumentado a 100, y en 2015, era más de 300. [108]
Leonard O. Myrup publicó el primer tratamiento numérico integral para predecir los efectos de la isla de calor urbana (UHI) en 1969. [33] Su artículo analiza la UHI y critica las teorías entonces existentes por ser excesivamente cualitativas.
Algunos estudios sugieren que los efectos de los UHI en la salud pueden ser desproporcionados, ya que los impactos pueden distribuirse de manera desigual según una variedad de factores como la edad, [59] [109] el origen étnico y el nivel socioeconómico. [110] Esto plantea la posibilidad de que los impactos en la salud de las UHI sean una cuestión de justicia ambiental . Los estudios han demostrado que las comunidades de color en los Estados Unidos se han visto afectadas de manera desproporcionada por la UHI. [111] [112] [113]
Existe una correlación entre los ingresos del vecindario y la cobertura de copas de los árboles. [114] Los vecindarios de bajos ingresos tienden a tener significativamente menos árboles que los vecindarios con ingresos más altos. [115] Los investigadores plantearon la hipótesis de que los vecindarios menos favorecidos no tienen los recursos financieros para plantar y mantener árboles. Los barrios ricos pueden permitirse más árboles, "tanto en propiedad pública como privada". [116] Una razón de esta discrepancia es que los propietarios de viviendas y las comunidades más ricas pueden permitirse más terrenos, que pueden mantenerse abiertos como espacios verdes , mientras que las viviendas más pobres a menudo toman la forma de alquileres , donde los propietarios intentan maximizar sus ganancias colocando la mayor cantidad de viviendas disponibles. densidad posible en sus tierras. [117]
A partir de la década de 2020, varias ciudades de todo el mundo comenzaron a crear puestos de Director de Calor para organizar y gestionar el trabajo que contrarresta el efecto de isla de calor urbana. [118] [119]
El proyecto de ley S.4280, [120] presentado al Senado de los EE. UU. en 2020, autorizaría al Comité Interagencial del Sistema Nacional Integrado de Información sobre la Salud y el Calor (NIHHIS, por sus siglas en inglés) a abordar el calor extremo en los Estados Unidos. [121] La aprobación exitosa de esta legislación financiaría al NIHHIS durante cinco años e implementaría un programa de subvenciones de $100 millones dentro del NIHHIS para alentar y financiar proyectos de reducción del calor urbano, incluidos aquellos que utilizan techos y pavimentos frescos y aquellos que mejoran los sistemas HVAC . Al 22 de julio de 2020, el proyecto de ley no ha pasado de su presentación al Congreso.
La ciudad de Nueva York determinó que el potencial de enfriamiento por área era mayor para los árboles de las calles, seguidos de los techos vivos, las superficies cubiertas de luz y las plantaciones en espacios abiertos. Desde el punto de vista de la rentabilidad, las superficies claras, los techos livianos y la plantación en las aceras tienen costos más bajos por reducción de temperatura. [122]
Un hipotético programa de "comunidades frescas" en Los Ángeles proyectó en 1997 que las temperaturas urbanas podrían reducirse en aproximadamente 3 °C (5 °F) después de plantar diez millones de árboles, renovar cinco millones de hogares y pintar una cuarta parte de las carreteras en un costo estimado de mil millones de dólares, lo que arroja beneficios anuales estimados en 170 millones de dólares por la reducción de costos de aire acondicionado y 360 millones de dólares en ahorros para la salud relacionados con el smog. [79]
En un estudio de caso de la cuenca de Los Ángeles en 1998, las simulaciones demostraron que incluso cuando los árboles no están ubicados estratégicamente en estas islas de calor urbanas, aún pueden ayudar a minimizar los contaminantes y reducir la energía. Se estima que con esta implementación a gran escala, la ciudad de Los Ángeles puede ahorrar $100 millones anualmente y la mayor parte de los ahorros provendrán de techos fríos, pavimentos de colores más claros y la plantación de árboles. Con una implementación en toda la ciudad, los beneficios adicionales derivados de la reducción del nivel de smog darían como resultado un ahorro de al menos mil millones de dólares por año. [74]
Los Angeles TreePeople es un ejemplo de cómo la plantación de árboles puede empoderar a una comunidad. Tree people brinda la oportunidad para que las personas se reúnan, desarrollen capacidades, orgullo comunitario y la oportunidad de colaborar y establecer contactos entre sí. [123]
Los Ángeles también ha comenzado a implementar un Plan de acción sobre el calor para abordar las necesidades de la ciudad a un nivel más granular que las soluciones proporcionadas por el estado de California. La ciudad utiliza el Índice de Equidad de Los Ángeles en un esfuerzo por garantizar que los efectos del calor extremo se mitiguen de manera equitativa. [124]
En 2021, el Análisis de Planificación de la Adaptación Climática (CAPA) recibió financiación de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica para realizar mapas de calor en todo Estados Unidos. [125] Diez áreas de Virginia (Abington, Arlington, Charlottesville, Farmville, Harrisonburg, Lynchburg, Petersburgo, Richmond, Salem, Virginia Beach y Winchester) participaron en la campaña de vigilancia del calor. Esta campaña estuvo compuesta por 213 voluntarios reunidos por los organizadores de la campaña que realizaron 490.423 mediciones de calor en 70 rutas en total. Después de tomar mediciones a lo largo del día, el equipo y los datos se enviaron de regreso a CAPA, donde se analizaron mediante algoritmos de aprendizaje automático. Después del análisis de los datos, CAPA volvió a reunirse con los organizadores de campaña de cada área para discutir planes potenciales para cada ciudad en el futuro.
La ciudad de Nueva York implementó su programa "Cool Neighborhoods NYC" en 2017 con la intención de mitigar los efectos del calor urbano extremo. Una de las ambiciones del plan era aumentar la financiación para el Programa de Asistencia de Energía para Hogares de Bajos Ingresos de la ciudad. Específicamente, el plan buscaba aumentar la financiación para soluciones de refrigeración para familias de bajos ingresos. [126]
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