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] Los efectos dentro de una ciudad pueden variar significativamente dependiendo de las condiciones ambientales locales. 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 en áreas urbanas, para reflejar más luz solar y absorber 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
En la mayoría de las ciudades, la diferencia de temperatura entre las zonas urbanas y las rurales circundantes es mayor durante la noche. Si bien la diferencia de temperatura es significativa durante todo el año, la diferencia generalmente es mayor en invierno. [16] [17] La diferencia de temperatura típica es de varios grados entre la ciudad y las áreas circundantes. La diferencia de temperatura entre el centro de una ciudad y los suburbios circundantes se menciona con frecuencia en los informes meteorológicos, como en "68 °F (20 °C) en el centro, 64 °F (18 °C) en los suburbios". En los Estados Unidos, la diferencia durante el día es de 0,6 a 3,9 °C (1 a 7 °F), mientras que la diferencia durante la noche es de 1,1 a 2,8 °C (2 a 5 °F). La diferencia es mayor en las ciudades más grandes y en las zonas con una alta humedad del aire . [18] [19]
Aunque la temperatura del aire más cálida dentro del UHI es generalmente más evidente durante la noche, las islas de calor urbanas exhiben un comportamiento diurno significativo y algo paradójico. La diferencia de temperatura del aire entre la UHI y el entorno circundante es grande durante la noche y pequeña durante el día. [20]
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 una gigantesca reserva de energía térmica. Por ejemplo, el hormigón puede contener aproximadamente 2.000 veces más calor que un volumen equivalente de aire. Como resultado, la gran temperatura de la superficie diurna dentro del UHI se ve fácilmente mediante teledetección térmica . [21] Como suele ser el caso con la calefacción diurna, este calentamiento también tiene el efecto de generar vientos convectivos dentro de la capa límite urbana . Se teoriza que, debido a la mezcla atmosférica resultante, la perturbación de la temperatura del aire dentro del UHI es generalmente mínima o inexistente durante el día, aunque las temperaturas de la superficie pueden alcanzar niveles extremadamente altos. [22]
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 y mantiene caliente el aire de la superficie de las superficies urbanas aún cálidas, lo que da como resultado temperaturas del aire nocturnas más cálidas dentro del UHI. Además de las propiedades de retención de calor de las áreas urbanas, el máximo nocturno en los cañones urbanos también podría deberse al bloqueo de la "vista del cielo" durante el enfriamiento: las superficies pierden calor durante la noche principalmente por la radiación hacia el cielo comparativamente frío, y esto es bloqueado por los edificios en un área urbana. El enfriamiento radiativo es más dominante cuando la velocidad del viento es baja y el cielo está despejado y, de hecho, el UHI es mayor durante la noche en estas condiciones. [23] [24]
La diferencia de temperatura de la isla de calor urbana no sólo suele ser mayor durante la noche que durante el día, sino también mayor en invierno que en verano. [ cita necesaria ] Esto es especialmente cierto en áreas donde la nieve es común, ya que las ciudades tienden a retener la nieve por períodos de tiempo más cortos que las áreas rurales circundantes (esto se debe a la mayor capacidad de aislamiento de las ciudades, así como a actividades humanas como arar ). Esto disminuye el albedo de la ciudad y, por tanto, magnifica el efecto de calentamiento. Las velocidades más altas del viento en las zonas rurales, especialmente en invierno, también pueden hacer que sean más frías que las zonas urbanas. Las regiones con estaciones secas y húmedas distintas exhibirán un mayor efecto de isla de calor urbana durante la estación seca. [ cita necesaria ]
Si una ciudad o pueblo tiene un buen sistema para realizar observaciones meteorológicas, el UHI se puede medir directamente. [25] Una alternativa es utilizar una simulación compleja de la ubicación para calcular el UHI, o utilizar un método empírico aproximado. [26] [27] 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. [28] 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. [28] 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. [29]
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. [30]
Las aceras , los aparcamientos , las carreteras o, en términos más generales, las infraestructuras de transporte , contribuyen significativamente al efecto de isla de calor urbana. [31] Por ejemplo, la infraestructura de pavimento es uno de los principales contribuyentes al calor urbano durante las tardes de verano en Phoenix , Estados Unidos. [31]
Otra razón importante es la falta de evapotranspiración (por ejemplo, por falta de vegetación) en las zonas urbanas. [24] El Servicio Forestal de EE. UU. descubrió en 2018 que las ciudades de Estados Unidos están perdiendo 36 millones de árboles cada año. [32] Con una menor cantidad de vegetación, las ciudades también pierden la sombra y el efecto de enfriamiento por evaporación de los árboles. [33] [34]
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] [35] [36]
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. [30] 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. [37]
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 [...]." [38] : 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. [39] 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. [40] 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 millas (32 km) y 40 millas (64 km) a favor del viento de las ciudades, en comparación con contra el viento. [41] Algunas ciudades muestran un aumento total de las precipitaciones del 51%. [42]
Un estudio concluyó que las ciudades cambian el clima en un área de 2 a 4 veces mayor que su propia superficie. [43] 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 . [44] Otros sugirieron que las islas de calor urbanas afectan el clima global al impactar la corriente en chorro. [45]
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. [46] 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. [47]
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 . [48]
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 . [49] Estos contaminantes incluyen compuestos orgánicos volátiles , monóxido de carbono , óxidos de nitrógeno y partículas . [50] La producción de estos contaminantes combinada con las temperaturas más altas en las UHI puede acelerar la producción de ozono . [49] El ozono a nivel de superficie se considera un contaminante nocivo. [49] 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. [49]
Estudios de Hong Kong han encontrado que las áreas de la ciudad con peor ventilación urbana exterior tendían a tener efectos de isla de calor urbana más fuertes [51] y tenían una mortalidad por todas las causas significativamente mayor [52] 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. [53] Los UHI de superficie son más prominentes durante el día y se miden utilizando la temperatura de la superficie terrestre y sensores remotos. [54]
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 conduce a una disminución de la diversidad del agua. [55] 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. [56] Dado que la temperatura de la lluvia fue comparativamente fría, podría 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. [57] Los cambios rápidos de temperatura pueden ser estresantes para los ecosistemas acuáticos. [58]
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 calentarán rápidamente, provocando escorrentías hacia arroyos, lagos y ríos cercanos (u otros cuerpos de agua). 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 provocará 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. [59]
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. [60]
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 ). [61] 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. [61] 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 . [61] 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. [62]
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). [63] 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. [64]
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". [sesenta y cinco]
Las estrategias para mejorar la resiliencia urbana reduciendo el calor excesivo en las ciudades incluyen: plantar árboles en las ciudades, techos blancos y concreto de colores claros, infraestructura verde (incluidos techos verdes ), enfriamiento radiativo pasivo durante el día . [ cita necesaria ]
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. [66]
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. [67] 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. [68] 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), [69] y las temperaturas de la superficie hasta entre 20 y 45 °F (11-25 °C). [70] 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 isla de calor. [71] 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. [71] 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. [71]
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. [72]
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. [73] 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. [74] 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. [75] [76]
Existen formulaciones de pintura específicas para el enfriamiento radiativo diurno que reflejan hasta el 98,1% de la luz solar. [77] [78]
Otra opción es aumentar la cantidad de vegetación bien regada. Estas dos opciones se pueden combinar con la implementación de cubiertas verdes. Los techos verdes son excelentes aislantes durante los meses de clima cálido y las plantas refrescan el ambiente circundante. La calidad del aire mejora a medida que las plantas absorben dióxido de carbono con la producción concomitante de oxígeno. [79]
Los tejados verdes pueden disminuir el efecto isla de calor urbano. La techado verde es la práctica de tener vegetación en un techo; como tener árboles o un jardín. Las plantas que hay en la cubierta aumentan el albedo y disminuyen el efecto isla de calor urbano. [71] Este método ha sido estudiado y criticado por el hecho de que los techos verdes se ven afectados por las condiciones climáticas, las variables de los techos verdes son difíciles de medir y son sistemas muy complejos. [71]
La rentabilidad de los tejados verdes es bastante alta por varias razones. [ cita necesaria ] Por un lado, los techos verdes tienen más del doble de vida útil que un techo convencional, lo que desacelera efectivamente la cantidad de reemplazos de techos cada año. Además de la vida útil del tejado, los tejados verdes añaden gestión de aguas pluviales , lo que reduce las tarifas de servicios públicos. El costo de los techos verdes es mayor al principio, pero con el tiempo, su eficiencia proporciona beneficios financieros y de salud. Sin embargo, "un techo convencional se estima en $83,78/m 2 mientras que un techo verde se estima en $158,82/m 2 ". [80] [ se necesita aclaración ]
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 , [86] con el mayor potencial de enfriamiento en ciudades cálidas y secas como Phoenix y Las Vegas . [87] 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. [88] 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). [89]
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). [90] 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. [91]
Leonard O. Myrup publicó el primer tratamiento numérico integral para predecir los efectos de la isla de calor urbana (UHI) en 1969. [28] 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 en función de una variedad de factores como la edad, [50] [92] el origen étnico y el nivel socioeconómico. [93] Esto plantea la posibilidad de que los impactos en la salud de las UHI sean una cuestión de justicia ambiental .
Existe una correlación entre los ingresos del vecindario y la cobertura de copas de los árboles. [94] Los vecindarios de bajos ingresos tienden a tener significativamente menos árboles que los vecindarios con ingresos más altos. [95] 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". [96] Parte de esto también se debe a que los propietarios y comunidades más ricos pueden permitirse más terrenos, que pueden mantenerse abiertos como espacios verdes , mientras que los más pobres a menudo son alquileres, donde los propietarios intentan maximizar sus ganancias poniendo la mayor densidad posible en sus propiedades. tierra.
Los investigadores también han observado que la propagación de superficies impermeables se correlaciona con vecindarios de nivel socioeconómico bajo en varias ciudades y estados de EE. UU. [97] La presencia de estos materiales, que incluyen hormigón, alquitrán y asfalto, sirve como predictor de la "variación de temperatura intraurbana".
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. [98] [99]
El proyecto de ley S.4280, [100] 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. [101] 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. [102]
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 los costos de aire acondicionado y 360 millones de dólares en ahorros para la salud relacionados con el smog. [68]
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. [sesenta y cinco]
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. [103]
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. 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 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.
Atenas , la capital de Grecia, ha emprendido iniciativas para reducir el efecto isla de calor urbano y reducir el impacto de la contaminación procedente de los vehículos. Para crear espacios verdes que ofrezcan refrigeración, se están reconfigurando pequeñas parcelas de tierra no utilizadas en parques de bolsillo. [104]
Sydney, Australia, tiene una de las peores islas de calor urbano de la historia. Un ejemplo es el del 4 de enero de 2020, cuando los suburbios del oeste de Sydney fueron considerados el "lugar más caluroso de la Tierra". Suburbios como Bankstown y Parramatta registraron temperaturas de 47,3 °C (117,1 °F) y 47,0 °C (116,6 °F) y Observatory Hill registró 43,7 °C (110,7 °F). El suburbio más caluroso en ese momento era Penrith , que tenía una temperatura de 48,9 °C (120,0 °F). A pesar de todo esto, el área central de Sydney tenía una agradable temperatura de 35 °C (95 °F), y las áreas costeras rara vez alcanzaban los 30 °C (86 °F).
Múltiples factores que causan esto pueden deberse a la lejanía de la costa, kilómetros de casas idénticas con techos negros y vegetación siendo reemplazados por asfalto y asfalto negro (absorbiendo más calor e irradiándolo) y poco espacio en los patios para cultivar árboles ( por lo tanto menos sombra).
Aunque esta no es la única vez que la isla de calor urbana ha desempeñado su papel en el oeste de Sydney, el mercurio subió a 45,2 °C (113,4 °F) el 1 de enero de 2006, 42,9 °C (109,2 °F) el 23 de enero de 2010. 46,5 °C (115,7 °F) el 18 de enero de 2013, 46,9 °C (116,4 °F) el 11 de febrero de 2017 y 47,3 °C (117,1 °F) el 7 de enero de 2018.
Estas diferencias de calor urbano normalmente sólo oscilan entre 2 °C (36 °F) y 7 °C (45 °F), y rara vez superan los 10 °C (50 °F). La mayor diferencia entre islas de calor urbanas de Sydney se registró el 1 de febrero de 2020, aproximadamente un mes después del récord máximo de Penrith. Se registró una lectura de 34,8 °C (94,6 °F) en el Observatory Hill de Sydney; Mientras tanto, el mercurio se disparó a 46,9 °C (116,4 °F) en Penrith Lakes. Lo que hace que esto sea notable es que se trata de una diferencia de 12,1 °C (53,8 °F), junto con los suburbios del suroeste y medio oeste de Sydney que rara vez alcanzan los 37 °C (99 °F).
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