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Las áreas urbanas suelen experimentar el efecto de isla de calor urbana ( UHI ), es decir, son significativamente más cálidas que las áreas 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 bloqueo , notablemente durante el verano y el invierno . La causa principal del efecto UHI es la modificación de las superficies terrestres, mientras que el calor residual generado por el uso de energía es un contribuyente secundario. [2] [3] [4] 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. [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 el entorno, pero generalmente se refiere a áreas perturbadas por humanos. [6]
Las precipitaciones mensuales son mayores en la dirección del viento de las ciudades, en parte debido al UHI. El aumento del calor en 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 las aguas más cálidas fluyen hacia los arroyos de la zona y ejercen presión sobre sus ecosistemas .
No todas las ciudades tienen una isla de calor urbana diferenciada, 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. [7] 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 . [8] Otras opciones incluyen techos verdes , aplicaciones de enfriamiento radiativo diurno pasivo y el uso de superficies de colores más claros y materiales de construcción menos absorbentes. Estos reflejan más luz solar y absorben menos calor. [9] [10] [11]
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. [12] : 993 El desarrollo urbano compacto y denso puede aumentar el efecto de isla de calor urbana, lo que lleva a temperaturas más altas y una mayor exposición. [13]
Una definición de isla de calor urbana es: "El calor relativo de una ciudad en comparación con las áreas rurales circundantes". [14] : 2926 Este calor relativo es causado por "el atrapamiento de calor debido al uso del suelo, la configuración y el diseño del entorno construido , incluyendo el trazado 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 reducción de la vegetación y las fuentes de agua, y las emisiones de calor doméstico e industrial generadas directamente por las actividades humanas". [14] : 2926
Durante el día, en particular cuando el cielo está despejado, las superficies urbanas se calientan por la absorción de la radiación solar . Las superficies de las áreas urbanas tienden a calentarse más rápido que las de las áreas rurales circundantes. En virtud de sus altas capacidades térmicas , las superficies urbanas actúan como un reservorio de energía térmica. Por ejemplo, el hormigón puede retener aproximadamente 2000 veces más calor que un volumen equivalente de aire. [ cita requerida ] Como resultado, las altas temperaturas superficiales diurnas dentro de la UHI se pueden ver fácilmente a través de la teledetección térmica . Como suele suceder con el calentamiento diurno, 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 calentamiento solar conduce a la disminución de la convección atmosférica y la estabilización de la capa límite urbana. Si se produce suficiente estabilización, 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 cálidas, lo que resulta en temperaturas del aire nocturno más cálidas dentro de la UHI.
En términos generales, la diferencia de temperatura entre las zonas urbanas y las rurales circundantes es más pronunciada durante la noche que durante el día. [15] Por ejemplo, en los Estados Unidos, la temperatura en las zonas urbanas tiende a ser más cálida que la del área circundante en aproximadamente 1-7 °F (0,6-4 °C) durante el día, y aproximadamente 2-5 °F (1-3 °C) más cálida durante la noche. [16] Sin embargo, la diferencia es más pronunciada durante el día en climas áridos como los del sureste de China y Taiwán. [17] [18] Los estudios han demostrado que la variabilidad diurna se ve afectada por varios factores, incluidos el clima y el tiempo locales, la estacionalidad, la humedad, la vegetación, las superficies y los materiales en el entorno construido. [19] [16] [20] [21]
La variabilidad estacional se entiende menos que la variabilidad diurna de la diferencia de temperatura de la isla de calor urbana. [22] Las relaciones complejas entre la precipitación, la vegetación, la radiación solar y los materiales de la superficie en varias zonas climáticas locales desempeñan papeles interconectados que influyen en los patrones estacionales de variación de temperatura en una isla de calor urbana particular. [22] [23] [24] [25]
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 estudiada, a una altura de dos metros sobre el nivel del suelo. La diferencia de temperatura en grados Celsius se toma cada hora y las diferencias con una temperatura urbana aumentada en comparación con los puntos de referencia se suman, creando una cantidad de grados-Celsius-hora, que es el Índice UHI del área estudiada. La medida de Celsius-horas puede promediarse a lo largo de muchos días, pero se especifica como Celsius-horas por día promedio. [26] [27] [28]
El índice fue creado para estimar el uso esperado de aire acondicionado y las emisiones de gases de efecto invernadero resultantes en California. [27] El índice no considera valores ni diferencias en la velocidad del viento, la humedad o la afluencia solar , que podrían influir en la temperatura percibida o el funcionamiento de los acondicionadores de aire. [28]
Si una ciudad o pueblo tiene un buen sistema para tomar observaciones meteorológicas, el UHI se puede medir directamente. [29] Una alternativa es utilizar una simulación compleja de la ubicación para calcular el UHI, o utilizar un método empírico aproximado. [30] [31] Estos modelos permiten incluir el UHI en las estimaciones de futuros aumentos de temperatura en 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. [32] 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. [32] Los entornos de simulación modernos incluyen ENVI-met , que simula todas las interacciones entre las superficies de los edificios y el suelo, las plantas y el aire ambiente. [33]
Existen varias causas de una isla de calor urbana (UHI) relacionadas con aspectos comunes del diseño urbano . Por ejemplo, las superficies oscuras absorben significativamente más radiación solar , lo que hace que las concentraciones urbanas de carreteras y edificios se calienten más que las áreas suburbanas y rurales durante el día; [2] los materiales que se usan comúnmente en las áreas urbanas para pavimentos y techos, como el hormigón y el asfalto , tienen propiedades térmicas en masa (incluida la capacidad térmica y la conductividad térmica ) y propiedades radiativas de la superficie ( albedo y emisividad ) significativamente diferentes a las de las áreas rurales circundantes. Esto provoca un cambio en el presupuesto energético del área urbana, que a menudo conduce a temperaturas más altas que las de las áreas rurales circundantes. [34]
Las aceras , los estacionamientos , las carreteras o, en términos más generales, la infraestructura de transporte , contribuyen significativamente al efecto de isla de calor urbano. [35] Por ejemplo, la infraestructura de pavimento es un contribuyente principal al calor urbano durante las tardes de verano en Phoenix , Estados Unidos. [35]
Otra razón importante es la falta de evapotranspiración (por ejemplo, por falta de vegetación) en las zonas urbanas. [36] El Servicio Forestal de Estados Unidos descubrió en 2018 que las ciudades de Estados Unidos están perdiendo 36 millones de árboles cada año. [37] Con una menor cantidad de vegetación, las ciudades también pierden la sombra y el efecto de enfriamiento por evaporación de los árboles. [38] [39]
Otras causas de la 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, lo que aumenta la eficiencia con la que se calientan las áreas urbanas. Esto se llama el " efecto cañón urbano ". Otro efecto de los edificios es el bloqueo del viento, que también inhibe el enfriamiento por convección y evita que los contaminantes se disipen. El calor residual de los automóviles, el aire acondicionado, la industria y otras fuentes también contribuyen a la UHI. [4] [40] [41]
Las islas de calor pueden verse afectadas por la proximidad a diferentes tipos de cobertura terrestre, de modo que la proximidad a tierras estériles hace que las tierras urbanas se vuelvan más cálidas y la proximidad a la vegetación las hace más frías. [42]
Los altos niveles de contaminación del aire en las zonas urbanas también pueden aumentar el UHI, ya que muchas formas de contaminación cambian las propiedades radiativas de la atmósfera. [34] El UHI no sólo aumenta 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 de isla de calor urbana. El Sexto Informe de Evaluación del IPCC de 2022 resumió la investigación disponible en consecuencia: "El cambio climático aumenta los riesgos de estrés térmico en las ciudades [...] y amplifica el efecto de isla de calor urbana en las ciudades asiáticas con 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 en calentamiento, el aumento de la temperatura del aire empeora el efecto de isla de calor en las ciudades. Un riesgo clave son las olas de calor en las ciudades que probablemente afecten a la mitad de la futura población urbana mundial, con impactos negativos en la salud humana y la productividad económica". [12] : 993
Existen interacciones perjudiciales entre el calor y la infraestructura construida: estas interacciones aumentan el riesgo de estrés térmico para las personas que viven en ciudades. [12] : 993
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Aparte del efecto sobre la temperatura, las UHI pueden producir efectos secundarios sobre la meteorología local, incluyendo 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 la UHI conduce a un mayor movimiento ascendente, que puede inducir actividad adicional de lluvias y tormentas eléctricas. Además, la UHI crea durante el día un área local de baja presión donde converge el aire relativamente húmedo de sus alrededores rurales, lo que posiblemente conduce a condiciones más favorables para la formación de nubes. [46] Las tasas de lluvia a sotavento de las ciudades aumentan entre un 48% y un 116%. En parte como resultado de este calentamiento, la precipitación mensual es aproximadamente un 28% mayor entre 20 y 40 millas (32 y 64 km) a sotavento de las ciudades, en comparación con a barlovento. [47] Algunas ciudades muestran un aumento total de la precipitación del 51%. [48]
Un estudio concluyó que las ciudades cambian el clima en un área dos a cuatro veces más grande que su propia área. [49] Una comparación de 1999 entre áreas urbanas y rurales propuso que los efectos de las islas de calor urbanas tienen poca influencia en las tendencias de temperatura media global . [50] Otros sugirieron que las islas de calor urbanas afectan el clima global al impactar la corriente en chorro. [51]
Las 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 la temperatura, pueden aumentar potencialmente la magnitud y la duración de las olas de calor en las ciudades. El número de personas expuestas a temperaturas extremas aumenta debido al calentamiento inducido por las UHI. [52] El efecto nocturno de las 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 provocadas por el calor , como insolación , agotamiento por calor , síncope por calor y calambres por calor . [54] [55]
El calor extremo es la forma más mortal de fenómenos meteorológicos en Estados Unidos. Según un estudio de la profesora Terri Adams-Fuller, las olas de calor matan a más personas en Estados Unidos que los huracanes, las inundaciones y los tornados juntos. [56] Estas enfermedades causadas por el calor son más comunes en áreas metropolitanas medianas y grandes que en el resto de Estados Unidos, en gran parte debido a las enfermedades causadas por el calor. Las enfermedades causadas por el calor también pueden agravarse cuando se combinan con la contaminación del aire, que es común en muchas áreas urbanas. [55]
La exposición al calor puede tener efectos adversos sobre la salud mental. El aumento de la temperatura puede contribuir a un aumento de la agresividad, así como a un aumento de los casos de violencia doméstica y abuso de sustancias. [57] Un mayor calor también puede afectar negativamente al rendimiento escolar y a 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 de las puntuaciones de los estudiantes en los exámenes. [58]
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 . [59] Estos contaminantes incluyen compuestos orgánicos volátiles , monóxido de carbono , óxidos de nitrógeno y material particulado . [60] [61] La producción de estos contaminantes combinada con las temperaturas más altas en las UHI puede acelerar la producción de ozono . [59] El ozono a nivel de la superficie se considera un contaminante dañino. [59] 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, presión del aire , cobertura de nubes , velocidad del viento ) también pueden tener un efecto sobre la contaminación. [59]
Estudios realizados en Hong Kong han descubierto que las áreas de la ciudad con peor ventilación del aire exterior urbano tendían a tener efectos de isla de calor urbano más fuertes [62] y tenían una mortalidad por todas las causas significativamente mayor [63] en comparación con las 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 superficial (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 la SUHII, enfatiza la necesidad de una planificación urbana precisa para mitigar los impactos en la salud de las islas de calor urbanas. [64] Las UHI superficiales son más prominentes durante el día y se miden utilizando la temperatura de la superficie terrestre y la teledetección. [65]
Las UHI también perjudican la calidad del agua . El pavimento caliente y las superficies de los tejados transfieren su exceso de calor a las aguas pluviales, que luego se drenan en las alcantarillas pluviales y aumentan las temperaturas del agua a medida que se liberan en arroyos, ríos, estanques y lagos. Además, el aumento de las temperaturas de los cuerpos de agua urbanos conduce a una disminución de la biodiversidad en el agua. [66] 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 resultó en una mortandad de peces que afectó a unos 188 peces. [67] 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 estadounidense, así como en Oregón y California. [68] Los cambios rápidos de temperatura pueden ser estresantes para los ecosistemas acuáticos. [69]
Como 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 se escurren hacia arroyos, lagos y ríos cercanos (u otros cuerpos 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 hace que las especies de peces que habitan el cuerpo de agua sufran estrés térmico y choque debido al rápido cambio de temperatura de su hábitat. [70]
Los pavimentos permeables pueden reducir estos efectos al filtrar el agua a través del pavimento hacia áreas de almacenamiento subterráneas donde puede disiparse mediante absorción y evaporación. [71]
Las especies que son buenas para colonizar pueden usar las condiciones proporcionadas por las islas de calor urbanas para prosperar en regiones fuera de su área de distribución normal. Ejemplos de esto incluyen al zorro volador de cabeza gris ( Pteropus poliocephalus ) y al geco doméstico común ( Hemidactylus frenatus ). [72] Los zorros voladores de cabeza gris, que se encuentran en Melbourne, Australia , colonizaron hábitats urbanos luego del aumento de las temperaturas allí. El aumento de las temperaturas, que provocó condiciones invernales más cálidas, hizo que la ciudad fuera más similar en clima al hábitat silvestre más septentrional de la especie.
En los climas templados, las islas de calor urbanas prolongarán la temporada de crecimiento, alterando así las estrategias de reproducción de las especies que las habitan. [72] Esto se puede observar mejor en los efectos que las islas de calor urbanas tienen sobre la temperatura del agua (ver efectos sobre los cuerpos de agua).
Las islas de calor urbanas causadas por las ciudades han alterado el proceso de selección natural . [72] 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, dentro de los hábitats urbanos, los insectos son más abundantes que en las áreas rurales. Los insectos son ectotérmicos . Esto significa que dependen de la temperatura del entorno 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, realizado en Parthenolecanium quercifex (escamas de roble), mostró que esta especie en particular prefería climas más cálidos y, por lo tanto, se encontró 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. [73]
Otra consecuencia de las islas de calor urbanas es el aumento de la energía necesaria para el aire acondicionado y la refrigeración en ciudades con climas relativamente cálidos. El efecto de isla de calor le cuesta a Los Ángeles unos 100 millones de dólares al año en energía (en el año 2000). [74] Mediante la aplicación de estrategias de reducción del efecto de isla de calor, se han calculado importantes ahorros netos anuales de energía en localidades del norte como Chicago, Salt Lake City y Toronto. [75]
En Estados Unidos, cada año se destina el 15% de la energía a la climatización de los edificios de estas islas de calor urbanas. En 1998 se informó de que "la demanda de aire acondicionado ha aumentado un 10% en los últimos 40 años". [76]
El aumento del uso del aire acondicionado también contribuye a empeorar los efectos de las temperaturas nocturnas extremas. Si bien las noches más frescas suelen ser un alivio 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 °C en las zonas urbanas. [77] El aumento del uso de energía de los aparatos de aire acondicionado también contribuye a las emisiones de carbono, lo que agrava doblemente los efectos de las temperaturas nocturnas extremas.
Las estrategias para mejorar la resiliencia urbana mediante la reducción del calor excesivo en las ciudades incluyen: plantar árboles en las ciudades, techos fríos (pintados de blanco o con revestimiento reflectante) y hormigón de color claro, infraestructura verde (incluidos techos verdes ) y enfriamiento radiativo pasivo durante el día . [78] [61]
La diferencia de temperatura entre las zonas urbanas y las áreas suburbanas o rurales circundantes puede llegar a 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 se debe al pavimento de color oscuro y a la presencia cada vez menor de vegetación. El efecto de isla de calor se puede contrarrestar ligeramente utilizando materiales blancos o reflectantes para construir casas, techos, pavimentos y carreteras, lo que aumenta el albedo general de la ciudad. [79]
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, coherentes con la red hidrográfica, teniendo en cuenta las áreas verdes con diversas especies vegetales. [80] 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 de isla de calor urbano. [81] [82] Se recomienda plantar árboles de hoja caduca porque pueden proporcionar muchos beneficios, como más sombra en el verano y no bloquear el calor en invierno. [83] Los árboles son una característica necesaria para combatir la mayor parte del efecto de isla de calor urbano porque reducen las temperaturas del aire en 10 °F (5,6 °C), [84] y las temperaturas de la superficie hasta en 20–45 °F (11–25 °C). [85] Otro beneficio de tener árboles en una ciudad es que los árboles también ayudan a combatir el calentamiento global al absorber CO2 de la atmósfera.
Pintar los tejados de blanco se ha convertido en una estrategia habitual para reducir el efecto de isla de calor. [86] En las ciudades, hay muchas superficies de colores oscuros que absorben el calor del sol, lo que a su vez reduce el albedo de la ciudad. [86] Los tejados blancos permiten una alta reflectancia solar y una alta emitancia solar, lo que aumenta el albedo de la ciudad o el área donde se produce el efecto. [86]
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, descubrió que los tejados, que estaban pintados de blanco o tenían una capa reflectante, demostraron ser la solución más eficaz para reducir las temperaturas exteriores a nivel peatonal, superando a los paneles solares, los techos verdes y la cubierta de árboles. 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 podían reducir las temperaturas exteriores promedio en 1,2 °C y hasta 2 °C en ciertas áreas. En comparación, la cubierta de árboles adicional redujo las temperaturas en 0,3 °C y los paneles solares en 0,5 °C. [78]
En comparación con la solución de otras causas del problema, la sustitución de los tejados oscuros requiere la menor cantidad de inversión y ofrece un rendimiento más inmediato. Un tejado frío fabricado con un material reflectante como el vinilo refleja al menos el 75 por ciento de los rayos solares y emite al menos el 70 por ciento de la radiación solar absorbida por la envoltura del edificio. En comparación, los tejados de asfalto reflejan entre el 6 y el 26 por ciento de la radiación solar. [87]
El uso de hormigón de color claro ha demostrado ser eficaz para reflejar hasta un 50% más de luz que el asfalto y reducir la temperatura ambiente. [88] Un valor de albedo bajo, característico del asfalto negro, absorbe un gran porcentaje del calor solar, lo que crea temperaturas más cálidas cerca de la superficie. La pavimentación con hormigón de color claro, además de reemplazar el asfalto por hormigón de color claro, puede permitir a las comunidades reducir las temperaturas promedio. [89] Sin embargo, la investigación sobre la interacción entre los pavimentos reflectantes y los edificios ha descubierto que, a menos que los edificios cercanos estén equipados con vidrio reflectante, la radiación solar reflejada por los pavimentos de color claro puede aumentar las temperaturas de los edificios, lo que aumenta las demandas de aire acondicionado. [90] [91]
Existen formulaciones de pintura específicas para el enfriamiento radiativo diurno que reflejan hasta el 98,1% de la luz solar. [92] [93]
Los techos verdes son excelentes aislantes durante los meses de clima cálido y las plantas enfrían el ambiente circundante. Las plantas pueden mejorar la calidad del aire ya que absorben dióxido de carbono y, concomitantemente, producen oxígeno. [94] Los techos verdes también pueden tener impactos positivos en la gestión de aguas pluviales y el consumo de energía. [95] El costo puede ser una barrera para la implementación de un techo verde. [96] [97] 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 suele ser más bajo en los mercados más desarrollados donde hay más experiencia en el diseño e instalación de techos verdes. [98] El contexto individualizado de cada techo verde presenta un desafío para hacer comparaciones y evaluaciones amplias, y centrarse solo en los costos monetarios puede dejar de lado los beneficios sociales, ambientales y de salud pública que brindan los techos verdes. [97] Las comparaciones globales del desempeño de los techos verdes se ven desafiadas aún más por la falta de un marco compartido para hacer tales comparaciones. [97]
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 consiste en controlar el agua producida por las tormentas de forma que se protejan las propiedades y las infraestructuras. [99] Las infraestructuras urbanas, como las calles, las aceras y los aparcamientos, no permiten que el agua penetre en la superficie de la tierra y provoque inundaciones. Mediante la gestión de aguas pluviales, se puede controlar el flujo de agua de forma que se pueda mitigar el efecto de la isla de calor urbana. Una forma de hacerlo es utilizando una técnica de gestión de aguas pluviales denominada sistema de pavimento permeable (PPS). Esta técnica se ha utilizado en más de 30 países y ha demostrado ser eficaz en la gestión de aguas pluviales y la mitigación de la isla de calor urbana. El PPS permite que el agua fluya a través del pavimento, lo que permite que el agua sea absorbida y haga que el área se enfríe por evaporación. [100]
Los estacionamientos verdes utilizan vegetación y superficies distintas al asfalto para limitar el efecto de isla de calor urbana.
Una aplicación de techo con enfriamiento radiativo diurno pasivo puede duplicar el ahorro de energía de un techo blanco, atribuido a la alta reflectancia solar y emisión térmica en la ventana infrarroja , [106] con el potencial de enfriamiento más alto en ciudades cálidas y secas como Phoenix y Las Vegas . [107] Cuando se instalan en techos en áreas urbanas densas, los paneles de enfriamiento radiativo diurno pasivo pueden reducir significativamente las temperaturas de la superficie exterior a nivel de los peatones. [10] [11]
El fenómeno fue investigado y descrito por primera vez por Luke Howard en la década de 1810, aunque no fue él quien le dio nombre. [108] Una descripción del primer informe del UHI 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). [109]
Las investigaciones sobre la atmósfera urbana continuaron durante todo el siglo XIX. Entre los años 1920 y 1940, los 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 la isla de calor urbana: städtische Wärmeinsel (que significa isla de calor urbana en alemán). [110] Entre 1990 y 2000, se publicaron alrededor de 30 estudios anualmente; para 2010, ese número había aumentado a 100, y para 2015, era más de 300. [111]
Leonard O. Myrup publicó el primer tratamiento numérico integral para predecir los efectos de la isla de calor urbana (ICU) en 1969. [32] Su artículo examina la ICU y critica las teorías existentes en ese momento por ser excesivamente cualitativas.
Algunos estudios sugieren que los efectos de las UHI sobre la salud pueden ser desproporcionados, ya que los impactos pueden distribuirse de manera desigual en función de una variedad de factores como la edad, [60] [112] la etnia y el nivel socioeconómico. [113] Esto plantea la posibilidad de que los impactos de las UHI sobre la salud sean un problema de justicia ambiental . Los estudios han demostrado que las comunidades de color en los Estados Unidos se han visto afectadas de manera desproporcionada por las UHI. [114] [115] [116]
Existe una correlación entre los ingresos del barrio y la cobertura de árboles. [117] Los barrios de bajos ingresos tienden a tener significativamente menos árboles que los barrios con ingresos más altos. [118] Los investigadores plantearon la hipótesis de que los barrios 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". [119] Una razón para esta discrepancia es que los propietarios y las comunidades más ricos pueden permitirse más tierra, que puede mantenerse abierta como espacio verde , mientras que las viviendas más pobres a menudo toman la forma de alquileres , donde los propietarios de tierras intentan maximizar sus ganancias poniendo la mayor densidad de viviendas posible en sus tierras. [120]
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 contrarreste el efecto de isla de calor urbana. [121] [122]
El proyecto de ley S.4280, [123] presentado al Senado de los EE. UU. en 2020, autorizaría al Comité Interinstitucional del Sistema Nacional Integrado de Información sobre Salud y Calor (NIHHIS) a abordar el calor extremo en los Estados Unidos. [124] La aprobación exitosa de esta legislación financiaría al NIHHIS durante cinco años e instauraría 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 fríos y aquellos que mejoran los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado . Al 22 de julio de 2020, el proyecto de ley no ha pasado de la presentación al Congreso.
La ciudad de Nueva York determinó que el potencial de enfriamiento por área era mayor para los árboles de la calle, seguidos por los techos verdes, las superficies cubiertas con luz y la plantación de espacios abiertos. Desde el punto de vista de la relación costo-eficacia, las superficies y techos livianos y la plantación de árboles en las aceras tienen costos más bajos por reducción de temperatura. [125]
En 1997, un programa hipotético de "comunidades frescas" en Los Ángeles proyectó que las temperaturas urbanas podrían reducirse en aproximadamente 3 °C (5 °F) después de plantar diez millones de árboles, reparar los techos de cinco millones de casas y pintar una cuarta parte de las carreteras, con un costo estimado de 1.000 millones de dólares, lo que arrojaría beneficios anuales estimados en 170 millones de dólares por la reducción de los costos del aire acondicionado y 360 millones de dólares en ahorros en salud relacionados con el smog. [83]
En un estudio de caso de la cuenca de Los Ángeles en 1998, las simulaciones mostraron que incluso cuando los árboles no están ubicados estratégicamente en estas islas de calor urbanas, aún pueden ayudar a minimizar los contaminantes y reducir el consumo de energía. Se estima que con esta implementación a gran escala, la ciudad de Los Ángeles puede ahorrar anualmente 100 millones de dólares, y la mayor parte de los ahorros se deben a techos más frescos, pavimentos de colores más claros y la plantación de árboles. Con una implementación a nivel de toda la ciudad, los beneficios adicionales derivados de la reducción del nivel de smog se traducirían en un ahorro de al menos mil millones de dólares por año. [76]
Los Angeles TreePeople es un ejemplo de cómo la plantación de árboles puede empoderar a una comunidad. TreePeople ofrece a las personas la oportunidad de reunirse, desarrollar capacidades, orgullo comunitario y la oportunidad de colaborar y establecer redes entre sí. [126]
Los Ángeles también ha comenzado a implementar un Plan de Acción contra 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. [127]
En 2021, Climate Adaptation Planning Analysis (CAPA) recibió fondos de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica para realizar mapas de calor en todo Estados Unidos. [128] Diez áreas de Virginia (Abington, Arlington, Charlottesville, Farmville, Harrisonburg, Lynchburg, Petersburg, Richmond, Salem, Virginia Beach y Winchester) participaron en la campaña de vigilancia del calor. Esta campaña consistió en 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 utilizando algoritmos de aprendizaje automático. Después del análisis de los datos, CAPA volvió a reunirse con los organizadores de la campaña de cada área para discutir los posibles planes para cada ciudad en el futuro.
En 2017, la ciudad de Nueva York implementó su programa "Cool Neighborhoods NYC" con la intención de mitigar los efectos del calor urbano extremo. Una de las ambiciones del plan era aumentar la financiación del Programa de Asistencia Energética para Hogares de Bajos Ingresos de la ciudad. En concreto, el plan buscaba aumentar la financiación de soluciones de refrigeración para familias de bajos ingresos. [129]
Varias ciudades de la India experimentan importantes efectos de isla de calor urbana debido a la rápida urbanización, la pérdida de cobertura verde y la extensa construcción de hormigón. Un informe de The Hindu destaca que áreas metropolitanas como Delhi, Bengaluru, Chennai, Jaipur, Ahmedabad, Mumbai y Kolkata han experimentado diferencias de temperatura que van desde 1 °C a 6 °C en comparación con sus alrededores rurales. Estas islas de calor urbanas no solo aumentan las temperaturas locales, sino que también exacerban los impactos de las olas de calor, lo que genera un mayor consumo de energía para refrigeración y plantea riesgos para la salud de las poblaciones vulnerables. [130]
Mumbai, el centro financiero de la India y una de las ciudades más densamente pobladas del mundo, se ve afectada significativamente por el efecto de isla de calor urbano. La rápida urbanización, la extensa concretización y la pérdida de espacios verdes han provocado temperaturas más altas en la ciudad en comparación con sus alrededores. Según un informe, se prevé que Mumbai gaste el doble que la ciudad de Nueva York para gestionar el calor urbano generado debido a la concretización. Este aumento del gasto pone de relieve la gravedad del efecto de isla de calor urbano en Mumbai y su impacto en la infraestructura y los residentes de la ciudad. [131]
