Ilha de calor urbano - Urban heat island

Mecanismo do efeito da ilha de calor urbana
Tóquio , um exemplo de ilha de calor urbana. As temperaturas normais de Tóquio são mais altas do que as da área circundante.

Uma ilha de calor urbana ( UHI ) é uma área urbana ou metropolitana significativamente mais quente do que as áreas rurais circundantes devido às atividades humanas. A diferença de temperatura é geralmente maior à noite do que durante o dia e é mais aparente quando os ventos são fracos. UHI é mais perceptível durante o verão e inverno . A principal causa do efeito da ilha de calor urbana é a modificação das superfícies do solo. O calor residual gerado pelo uso de energia é um contribuinte secundário. À medida que um centro populacional cresce, ele tende a expandir sua área e aumentar sua temperatura média. O termo ilha de calor também é usado; o termo pode ser usado para se referir a qualquer área que seja relativamente mais quente do que a área circundante, mas geralmente se refere a áreas afetadas pelo homem.

A precipitação mensal é maior a favor do vento das cidades, em parte devido ao UHI. O aumento do calor nos centros urbanos aumenta a duração das estações de cultivo e diminui a ocorrência de tornados fracos . O UHI diminui a qualidade do ar , aumentando a produção de poluentes como o ozônio , e diminui a qualidade da água à medida que as águas mais quentes fluem para os riachos da área e sobrecarregam seus ecossistemas .

Nem todas as cidades têm uma ilha de calor urbana distinta, e as características da ilha de calor dependem fortemente do clima de fundo da área em que a cidade está localizada. A mitigação do efeito da ilha de calor urbana pode ser realizada por meio do uso de telhados verdes e de superfícies de cores mais claras em áreas urbanas, que refletem mais luz solar e absorvem menos calor. A urbanização agravou os efeitos das mudanças climáticas nas cidades.

História

O fenômeno foi investigado e descrito pela primeira vez por Luke Howard na década de 1810, embora não tenha sido ele quem deu o nome ao fenômeno. Antes da década de 1990, relativamente poucos estudos sobre UHI haviam sido publicados. Entre 1990 e 2000, cerca de 30 estudos foram publicados anualmente; em 2010, esse número aumentou para 100 e, em 2015, era mais de 300.

Causas

Locais térmicos (parte superior) e vegetais (parte inferior) em torno da cidade de Nova York por meio de imagens de satélite infravermelho. Uma comparação das imagens mostra que onde a vegetação é densa, as temperaturas são mais baixas.

Existem várias causas para uma ilha de calor urbana (UHI); por exemplo, as superfícies escuras absorvem significativamente mais radiação solar , o que faz com que as concentrações urbanas de estradas e edifícios aqueçam mais do que as áreas suburbanas e rurais durante o dia; os materiais comumente usados ​​em áreas urbanas para pavimentação e telhados, como concreto e asfalto , têm propriedades de massa térmica significativamente diferentes (incluindo capacidade de calor e condutividade térmica ) e propriedades radiativas de superfície ( albedo e emissividade ) do que as áreas rurais circundantes. Isso causa uma mudança no orçamento de energia da área urbana, muitas vezes levando a temperaturas mais altas do que as áreas rurais circundantes. Outro motivo importante é a falta de evapotranspiração (por exemplo, por falta de vegetação) nas áreas urbanas. O Serviço Florestal dos EUA descobriu em 2018 que as cidades dos Estados Unidos estão perdendo 36 milhões de árvores a cada ano. Com a diminuição da vegetação, as cidades também perdem a sombra e o efeito de resfriamento evaporativo das árvores.

Outras causas de um UHI são devidas a efeitos geométricos. Os edifícios altos em muitas áreas urbanas fornecem várias superfícies para a reflexão e absorção da luz solar, aumentando a eficiência com que as áreas urbanas são aquecidas. Isso é chamado de " efeito canyon urbano ". Outro efeito dos edifícios é o bloqueio do vento, que também inibe o resfriamento por convecção e evita que os poluentes se dissipem. O calor residual de automóveis, ar condicionado, indústria e outras fontes também contribui para o UHI. Altos níveis de poluição em áreas urbanas também podem aumentar o UHI, pois muitas formas de poluição alteram as propriedades radiativas da atmosfera. O UHI não apenas aumenta as temperaturas urbanas, mas também aumenta as concentrações de ozônio, porque o ozônio é um gás de efeito estufa cuja formação se acelerará com o aumento da temperatura.

Para a maioria das cidades, a diferença de temperatura entre a área urbana e a rural circundante é maior à noite. Embora a diferença de temperatura seja significativa durante todo o ano, a diferença geralmente é maior no inverno. A diferença típica de temperatura é de vários graus entre o centro da cidade e os campos circundantes. A diferença de temperatura entre o centro da cidade e os subúrbios ao redor é freqüentemente mencionada em relatórios meteorológicos, como em "68 ° F (20 ° C) no centro da cidade, 64 ° F (18 ° C) nos subúrbios". "A temperatura média anual do ar de uma cidade com 1 milhão de pessoas ou mais pode ser 1,8–5,4 ° F (1,0–3,0 ° C) mais quente do que seus arredores. À noite, a diferença pode chegar a 22 ° F (12 ° C). "

O UHI pode ser definido como a diferença de temperatura do ar (o UHI do dossel) ou a diferença de temperatura da superfície (UHI da superfície) entre a área urbana e a rural. Estes dois apresentam variabilidade diurna e sazonal ligeiramente diferente e têm causas diferentes.

Comportamento diurno

As cidades geralmente experimentam efeitos de ilhas de calor urbanas mais fortes à noite; os efeitos podem variar com a localização e topografia das áreas metropolitanas

O IPCC afirmou que "é bem sabido que, em comparação com áreas não urbanas, as ilhas de calor urbanas aumentam as temperaturas noturnas mais do que as diurnas". Por exemplo, Barcelona , Espanha , é 0,2 ° C (0,36 ° F) mais frio para máximos diários e 2,9 ° C (5,2 ° F) mais quente para mínimos do que uma estação rural próxima. Uma descrição do primeiro relatório do UHI por Luke Howard no final da década de 1810 dizia que o centro urbano de Londres era mais quente à noite do que o campo circundante em 2,1 ° C (3,7 ° F). Embora a temperatura do ar mais quente dentro do UHI seja geralmente mais aparente à noite, as ilhas de calor urbanas exibem um comportamento diurno significativo e um tanto paradoxal. A diferença de temperatura do ar entre o UHI e o ambiente circundante é grande à noite e pequena durante o dia. O oposto é verdadeiro para as temperaturas cutâneas da paisagem urbana dentro do UHI.

Durante o dia, principalmente quando o céu está sem nuvens, as superfícies urbanas são aquecidas pela absorção da radiação solar . As superfícies nas áreas urbanas tendem a aquecer mais rapidamente do que as das áreas rurais circundantes. Em virtude de suas altas capacidades de calor , as superfícies urbanas agem como um reservatório gigante de energia térmica. Por exemplo, o concreto pode reter cerca de 2.000 vezes mais calor do que um volume equivalente de ar. Como resultado, a grande temperatura diurna da superfície dentro do UHI é facilmente vista por meio de sensoriamento remoto térmico. Como costuma acontecer com o aquecimento diurno, esse aquecimento também tem o efeito de gerar ventos convectivos dentro da camada limite urbana . Teoriza-se que, devido à mistura atmosférica resultante, a perturbação da temperatura do ar dentro do UHI é geralmente mínima ou inexistente durante o dia, embora as temperaturas da superfície possam atingir níveis extremamente elevados.

À noite, a situação se inverte. A ausência de aquecimento solar leva à diminuição da convecção atmosférica e à estabilização da camada limite urbana. Se ocorrer estabilização suficiente, uma camada de inversão é formada. Isso aprisiona o ar urbano próximo à superfície e mantém o ar da superfície aquecido das superfícies urbanas ainda quentes, resultando em temperaturas noturnas mais altas do ar dentro do UHI. Além das propriedades de retenção de calor das áreas urbanas, o máximo noturno em desfiladeiros urbanos também pode ser devido ao bloqueio da "visão do céu" durante o resfriamento: as superfícies perdem calor à noite principalmente por radiação para o céu relativamente frio, e isso é bloqueado por os edifícios em área urbana. O resfriamento radiativo é mais dominante quando a velocidade do vento é baixa e o céu está sem nuvens, e de fato o UHI é considerado maior à noite nessas condições.

Comportamento sazonal

Variação mensal no UHI diurno nas estações pré e pós-monção. (a – d) UHI diurno (° C) para a temporada pós-monção (outubro a janeiro), (e – h) UHI diurno para a temporada pré-monção (fevereiro-maio). Todos os valores foram estimados para dados LST e NDVI do sensor MODIS Aqua. As cores vermelha e azul indicam valores positivos e negativos de UHI. O tamanho dos círculos representa as intensidades em ° C. As regiões coloridas mostram diferentes zonas climáticas com base no mapa de classificação climática Koppen Geiger. As regiões climáticas dominantes na Índia são classificadas como: Deserto Frio (CD), Mediterrâneo Quente (WM), Continental Frio (CC), Monção Tropical (TM), Savana Tropical (TS), Semiárido Quente (WSA), Semi Frio -árido (CSA), Clima Quente do Deserto (WDC), Subtropical Quente Úmido (WHS), Continental Úmido (HC) e Subtropical Quente-Úmido (HHS).

A diferença de temperatura da ilha de calor urbana não é geralmente maior à noite do que durante o dia, mas também maior no inverno do que no verão. Isso é especialmente verdadeiro em áreas onde a neve é ​​comum, pois as cidades tendem a reter a neve por períodos mais curtos do que as áreas rurais circundantes (isso se deve à maior capacidade de isolamento das cidades, bem como às atividades humanas, como arar). Isso diminui o albedo da cidade e, portanto, aumenta o efeito de aquecimento. Velocidades mais altas do vento em áreas rurais, especialmente no inverno, também podem funcionar para torná-los mais frios do que em áreas urbanas. Regiões com estações chuvosas e secas distintas exibirão um maior efeito de ilha de calor urbana durante a estação seca. A constante de tempo térmica do solo úmido é muito maior do que a do solo seco. Como resultado, os solos rurais úmidos resfriarão mais lentamente do que os solos rurais secos e atuam para minimizar a diferença de temperatura noturna entre as regiões urbanas e rurais.

Predição

Se uma cidade tem um bom sistema de observação do tempo, o UHI pode ser medido diretamente. Uma alternativa é usar uma simulação complexa do local para calcular o UHI ou usar um método empírico aproximado. Esses modelos permitem que o UHI seja incluído nas estimativas de aumentos futuros de temperatura nas cidades devido às mudanças climáticas.

Leonard O. Myrup publicou o primeiro tratamento numérico abrangente para prever os efeitos da ilha de calor urbana (UHI) em 1969. Seu artigo pesquisa UHI e critica as teorias então existentes como sendo excessivamente qualitativas. Um propósito geral, modelo numérico de orçamento de energia é descrito e aplicado à atmosfera urbana. São apresentados cálculos para vários casos especiais, bem como uma análise de sensibilidade. O modelo prevê a ordem correta de magnitude do excesso de temperatura urbana. O efeito da ilha de calor é o resultado líquido de vários processos físicos concorrentes. Em geral, a evaporação reduzida no centro da cidade e as propriedades térmicas dos materiais de construção e pavimentação da cidade são os parâmetros dominantes. Sugere-se que tal modelo poderia ser usado em cálculos de engenharia para melhorar o clima de cidades existentes e futuras.

Impacto em animais

As colônias de formigas em ilhas de calor urbanas têm uma tolerância ao calor aumentada sem nenhum custo para a tolerância ao frio.

As espécies que são boas em colonizar podem utilizar as condições fornecidas pelas ilhas de calor urbanas para prosperar em regiões fora de sua faixa normal. Exemplos disso incluem a raposa voadora de cabeça cinza ( Pteropus poliocephalus ) e a lagartixa doméstica comum ( Hemidactylus frenatus ). As raposas voadoras de cabelos grisalhos, encontradas em Melbourne, Austrália , colonizaram habitats urbanos após o aumento das temperaturas lá. O aumento das temperaturas, causando condições de inverno mais quentes, tornou a cidade mais semelhante em clima ao habitat selvagem mais ao norte da espécie.

Com as tentativas de mitigar e gerenciar as ilhas de calor urbanas, as mudanças de temperatura e a disponibilidade de alimentos e água são reduzidas. Com climas temperados, as ilhas de calor urbanas estenderão a estação de crescimento, alterando, portanto, as estratégias de reprodução das espécies residentes. Isso pode ser visto melhor nos efeitos que as ilhas de calor urbanas têm sobre a temperatura da água. Com a temperatura dos edifícios próximos às vezes atingindo mais de 50 graus de diferença da temperatura do ar próximo à superfície, a precipitação aquecerá rapidamente, causando o escoamento para córregos, lagos e rios próximos (ou outros corpos d'água) para fornecer poluição térmica excessiva. O aumento da poluição térmica tem a capacidade de aumentar a temperatura da água em 20 a 30 graus. Esse aumento fará com que as espécies de peixes que habitam o corpo d'água sofram estresse térmico e choque devido à rápida mudança de temperatura em seu clima.

As ilhas de calor urbano causadas por cidades alteraram o processo de seleção natural . Pressões seletivas como variação temporal na comida, predação e água são relaxadas, causando um novo conjunto de forças seletivas. Por exemplo, nos habitats urbanos, os insetos são mais abundantes do que nas áreas rurais. Os insetos são ectotérmicos . Isso significa que eles dependem da temperatura do ambiente para controlar sua temperatura corporal, tornando os climas mais quentes da cidade perfeitos para sua capacidade de prosperar. Um estudo feito em Raleigh, Carolina do Norte conduzido em Parthenolecanium quercifex (escamas de carvalho), mostrou que esta espécie em particular preferia climas mais quentes e, portanto, foi encontrada em maior abundância em habitats urbanos do que em carvalhos em habitats rurais. Com o tempo de viver em habitats urbanos, eles se adaptaram para prosperar em climas mais quentes do que em climas mais frios.

A presença de espécies não nativas é fortemente dependente da quantidade de atividade humana. Um exemplo disso pode ser visto nas populações de andorinhas dos penhascos vistas fazendo ninhos sob os beirais das casas em habitats urbanos. Eles fazem suas casas usando o abrigo fornecido pelos humanos nas regiões superiores das casas, permitindo um influxo em suas populações devido à proteção adicional e à redução do número de predadores.

Outros impactos no tempo e no clima

Além do efeito na temperatura, os UHIs podem produzir efeitos secundários na meteorologia local, incluindo a alteração dos padrões de vento locais, o desenvolvimento de nuvens e neblina , a umidade e as taxas de precipitação. O calor extra fornecido pelo UHI leva a um maior movimento ascendente, o que pode induzir chuviscos adicionais e tempestades. Além disso, o UHI cria durante o dia uma área local de baixa pressão para onde converge o ar relativamente úmido de seus arredores rurais, possivelmente levando a condições mais favoráveis ​​para a formação de nuvens. As taxas de precipitação a favor do vento das cidades aumentaram entre 48% e 116%. Parcialmente como resultado desse aquecimento, a precipitação mensal é cerca de 28% maior entre 20 milhas (32 km) a 40 milhas (64 km) a favor do vento das cidades, em comparação com a favor do vento. Algumas cidades mostram um aumento total da precipitação de 51%.

A pesquisa foi feita em algumas áreas sugerindo que as áreas metropolitanas são menos suscetíveis a tornados fracos devido à mistura turbulenta causada pelo calor da ilha de calor urbana. Usando imagens de satélite, os pesquisadores descobriram que os climas das cidades têm uma influência notável nas estações de cultivo das plantas a até 10 quilômetros (6,2 milhas) de distância das bordas de uma cidade. As estações de cultivo em 70 cidades no leste da América do Norte eram cerca de 15 dias mais longas nas áreas urbanas em comparação com as áreas rurais fora da influência de uma cidade.

Pesquisas na China indicam que o efeito da ilha de calor urbana contribui para o aquecimento do clima em cerca de 30%. Por outro lado, uma comparação de 1999 entre áreas urbanas e rurais propôs que os efeitos das ilhas de calor urbanas têm pouca influência nas tendências globais da temperatura média. Um estudo concluiu que as cidades mudam o clima em áreas 2 a 4 vezes maiores do que suas próprias áreas. Outros sugeriram que as ilhas de calor urbanas afetam o clima global ao impactar a corrente de jato. Vários estudos revelaram aumentos na severidade do efeito das ilhas de calor com o progresso das mudanças climáticas.

Efeitos na saúde

Imagem de Atlanta, Geórgia , mostrando a distribuição da temperatura, com o azul mostrando as temperaturas baixas, o vermelho quente e as áreas quentes aparecendo em branco.

Os UHIs têm o potencial de influenciar diretamente a saúde e o bem-estar dos residentes urbanos. Só nos Estados Unidos, uma média de 1.000 pessoas morrem a cada ano devido ao calor extremo. Como os UHIs são caracterizados pelo aumento da temperatura, eles podem aumentar potencialmente a magnitude e a duração das ondas de calor nas cidades. A pesquisa descobriu que a taxa de mortalidade durante uma onda de calor aumenta exponencialmente com a temperatura máxima, um efeito que é exacerbado pelo UHI. O número de indivíduos expostos a temperaturas extremas é aumentado pelo aquecimento induzido pelo UHI. O efeito noturno dos UHIs pode ser particularmente prejudicial durante uma onda de calor, pois priva os residentes urbanos do relevo fresco encontrado nas áreas rurais durante a noite.

Pesquisas nos Estados Unidos sugerem que a relação entre temperatura extrema e mortalidade varia de acordo com o local. É mais provável que o calor aumente o risco de mortalidade nas cidades da parte norte do país do que nas regiões do sul. Por exemplo, quando Chicago , Denver ou Nova York experimentam temperaturas excepcionalmente altas no verão, níveis elevados de doença e morte são previstos. Em contraste, partes do país que são amenas a quentes durante todo o ano apresentam um risco menor para a saúde pública devido ao calor excessivo. A pesquisa mostra que os residentes de cidades do sul, como Miami , Tampa , Los Angeles e Phoenix , tendem a ser aclimatados às condições de clima quente e, portanto, menos vulneráveis ​​a mortes relacionadas ao calor. No entanto, como um todo, as pessoas nos Estados Unidos parecem estar se adaptando a temperaturas mais altas mais ao norte a cada década, embora isso possa ser devido a uma melhor infraestrutura, projetos de construção mais modernos e maior conscientização pública.

Temperaturas aumentadas foram relatados para causar insolação , exaustão pelo calor , síncope calor e cãibras . Alguns estudos também analisaram como a forte insolação pode causar danos permanentes aos sistemas orgânicos. Esse dano pode aumentar o risco de mortalidade precoce porque o dano pode causar grave prejuízo na função do órgão. Outras complicações da insolação incluem síndrome do desconforto respiratório em adultos e coagulação intravascular disseminada . Alguns pesquisadores notaram que qualquer comprometimento da capacidade de termorregulação do corpo humano , em teoria, aumentaria o risco de mortalidade. Isso inclui doenças que podem afetar a mobilidade, a consciência ou o comportamento de uma pessoa. Os pesquisadores notaram que os indivíduos com problemas de saúde cognitivos (por exemplo , depressão , demência , doença de Parkinson ) correm mais risco quando enfrentam altas temperaturas e "precisam tomar cuidado extra", já que o desempenho cognitivo mostrou ser diferentemente afetado pelo calor. Pessoas com diabetes, com sobrepeso, com privação de sono ou com problemas cardiovasculares / cerebrovasculares devem evitar a exposição excessiva ao calor. Alguns medicamentos comuns que têm efeito sobre a termorregulação também podem aumentar o risco de mortalidade. Exemplos específicos incluem anticolinérgicos , diuréticos , fenotiazinas e barbitúricos . Não só a saúde, mas o calor também pode afetar o comportamento. Um estudo americano sugere que o calor pode tornar as pessoas mais irritáveis ​​e agressivas, observando que os crimes violentos aumentam 4,58 em 100.000 para cada aumento de um grau na temperatura.

Um pesquisador descobriu que a alta intensidade do UHI se correlaciona com o aumento das concentrações de poluentes atmosféricos que se acumulam à noite, o que pode afetar a qualidade do ar no dia seguinte . Esses poluentes incluem compostos orgânicos voláteis , monóxido de carbono , óxidos de nitrogênio e partículas . A produção desses poluentes combinada com as altas temperaturas nos UHIs pode acelerar a produção de ozônio . O ozônio ao nível da superfície é considerado um poluente prejudicial. Estudos sugerem que o aumento das temperaturas em UHIs pode aumentar os dias poluídos, mas também observam que outros fatores (por exemplo , pressão do ar , cobertura de nuvens , velocidade do vento ) também podem ter um efeito sobre a poluição. Estudos de Hong Kong descobriram que áreas da cidade com ventilação urbana externa mais fraca tendiam a ter efeitos de ilha de calor urbana mais fortes e mortalidade por todas as causas significativamente maior em comparação com áreas com melhor ventilação.

Os Centros de Controle e Prevenção de Doenças observam que "é difícil fazer projeções válidas de doenças e mortes relacionadas ao calor em diversos cenários de mudanças climáticas " e que "as mortes relacionadas ao calor são evitáveis, conforme evidenciado pelo declínio da mortalidade por todas as causas durante eventos de calor nos últimos 35 anos ". No entanto, alguns estudos sugerem que os efeitos dos UHIs na saúde podem ser desproporcionais, uma vez que os impactos podem ser distribuídos de forma desigual com base em uma variedade de fatores, como idade, etnia e nível socioeconômico. Isso levanta a possibilidade de os impactos na saúde dos UHIs serem uma questão de justiça ambiental .

Desigualdade da cobertura das copas das árvores

Relação entre a renda da vizinhança e a cobertura das copas das árvores

Nos últimos anos, os pesquisadores descobriram uma forte correlação entre a renda da vizinhança e a cobertura das copas das árvores. Em 2010, pesquisadores da Auburn University e University of Southern California descobriram que a presença de árvores é "altamente responsiva a mudanças na renda [da vizinhança]". Os bairros de baixa renda tendem a ter significativamente menos árvores do que os bairros de renda mais alta. Eles descreveram essa distribuição desigual de árvores como uma demanda por "luxo", em vez de "necessidade". De acordo com o estudo, "para cada 1% de aumento na renda per capita, a demanda por cobertura florestal aumentou 1,76%. Mas quando a renda caiu na mesma proporção, a demanda diminuiu 1,26%."

As árvores são um recurso necessário no combate à maior parte do efeito da ilha de calor urbana porque reduzem as temperaturas do ar em 5,6 ° C (10 ° F) e as temperaturas da superfície em até 11 a 25 ° C (20–45 ° F). Os pesquisadores levantaram a hipótese de que os bairros menos abastados não têm recursos financeiros para plantar e manter árvores. Bairros ricos podem pagar mais árvores, em "propriedades públicas e privadas". Parte disso também é que os proprietários e comunidades mais ricos podem pagar mais terras, que podem ser mantidas abertas como espaços verdes , enquanto os mais pobres geralmente são alugados, onde os proprietários tentam maximizar seus lucros colocando o máximo possível de densidade em suas terras.

Impacto em corpos d'água próximos

Os UHIs também prejudicam a qualidade da água. As superfícies quentes do pavimento e dos telhados transferem o excesso de calor para as águas pluviais, que então drenam para os esgotos pluviais e aumentam a temperatura da água à medida que são lançadas em riachos, rios, lagoas e lagos. Além disso, o aumento da temperatura dos corpos d'água urbanos leva a uma diminuição da diversidade na água. Em agosto de 2001, as chuvas em Cedar Rapids, Iowa , levaram a um aumento de 10,5 ° C (18,9 ° F) no riacho próximo em uma hora, o que levou à matança de peixes. Como a temperatura da chuva era relativamente baixa, isso poderia ser atribuído ao pavimento quente da cidade. Eventos semelhantes foram documentados em todo o meio-oeste americano, bem como em Oregon e Califórnia. Mudanças rápidas de temperatura podem ser estressantes para os ecossistemas aquáticos. Os pavimentos permeáveis podem mitigar esses efeitos ao percorrer a água através do pavimento em áreas de armazenamento subterrâneas, onde pode ser dissipada por absorção e evaporação.

Impacto no uso de energia

Imagens de Salt Lake City mostram correlação positiva entre telhados reflexivos brancos e temperaturas mais frias. A imagem A mostra uma vista aérea de Salt Lake City , Utah, com um teto reflexivo branco de 865.000 pés quadrados (80.400 m 2 ). A imagem B é uma imagem infravermelha térmica da mesma área, mostrando pontos quentes (vermelhos e amarelos) e frios (verdes e azuis). O teto de vinil reflexivo, não absorvendo a radiação solar, é mostrado em azul cercado por outros pontos quentes.

Outra consequência das ilhas de calor urbanas é o aumento da energia necessária para o ar-condicionado e refrigeração em cidades que estão em climas comparativamente quentes. O Heat Island Group estima que o efeito da ilha de calor custa a Los Angeles cerca de US $ 100 milhões por ano em energia. Por outro lado, aqueles que estão em climas frios, como Moscou, Rússia teriam menos demanda por aquecimento. No entanto, por meio da implementação de estratégias de redução de ilhas de calor, economias líquidas de energia significativas foram calculadas para locais do norte, como Chicago, Salt Lake City e Toronto.

Mitigação

Telhado verde da prefeitura de Chicago .

A diferença de temperatura entre as áreas urbanas e as áreas suburbanas ou rurais circundantes pode chegar a 5 ° C (9,0 ° F). Quase 40 por cento desse aumento é devido à prevalência de telhados escuros, com o restante vindo de pavimentos de cor escura e a presença de vegetação em declínio. O efeito da ilha de calor pode ser neutralizado ligeiramente usando materiais brancos ou reflexivos para construir casas, telhados, calçadas e estradas, aumentando assim o albedo geral da cidade. Em relação a remediar as outras fontes do problema, a substituição do telhado escuro requer o mínimo de investimento para o retorno mais imediato. Um telhado frio feito de um material reflexivo como o vinil reflete pelo menos 75 por cento dos raios do sol e emite pelo menos 70 por cento da radiação solar absorvida pela envolvente do edifício. Os telhados de asfalto (BUR), em comparação, refletem de 6 a 26 por cento da radiação solar.

O uso de concreto de cor clara provou ser eficaz em refletir até 50% mais luz do que asfalto e reduzir a temperatura ambiente. Um baixo valor de albedo, característico do asfalto preto, absorve uma grande porcentagem do calor solar, criando temperaturas próximas à superfície mais quentes. Pavimentando com concreto de cor clara, além de substituir o asfalto por concreto de cor clara, as comunidades podem conseguir baixar as temperaturas médias. No entanto, pesquisas sobre a interação entre pavimentos reflexivos e edifícios descobriram que, a menos que os edifícios próximos sejam equipados com vidro reflexivo, a radiação solar refletida em pavimentos de cores claras pode aumentar a temperatura dos edifícios, aumentando as demandas de ar condicionado.

Uma segunda opção é aumentar a quantidade de vegetação bem irrigada. Essas duas opções podem ser combinadas com a implantação de telhados verdes . Os telhados verdes são excelentes isolantes durante os meses de clima quente e as plantas resfriam o ambiente ao redor. A qualidade do ar é melhorada à medida que as plantas absorvem dióxido de carbono com a produção concomitante de oxigênio. A cidade de Nova York determinou que o potencial de resfriamento por área era maior para árvores nas ruas, seguido por telhados vivos, superfície coberta com luz e plantio em espaços abertos. Do ponto de vista da relação custo-benefício, as superfícies leves, os telhados claros e o plantio junto ao meio-fio apresentam menores custos por redução de temperatura.

Um programa hipotético de "comunidades legais" em Los Angeles projetou que as temperaturas urbanas poderiam ser reduzidas em aproximadamente 3 ° C (5 ° F) após o plantio de dez milhões de árvores, reconstrução de cinco milhões de casas e pintura de um quarto das estradas em uma estimativa custo de US $ 1 bilhão, proporcionando benefícios anuais estimados de US $ 170 milhões de custos reduzidos de ar condicionado e US $ 360 milhões em economia de saúde relacionada à poluição atmosférica.

As estratégias de mitigação incluem:

  • Telhados brancos : pintar telhados de branco se tornou uma estratégia comum para reduzir o efeito de ilha de calor. Nas cidades, há muitas superfícies de cores escuras que absorvem o calor do sol, diminuindo o albedo da cidade. Os telhados brancos permitem alta refletância solar e alta emitância solar, aumentando o albedo da cidade ou área em que o efeito está ocorrendo.
  • Telhados verdes : telhados verdes são outro método de diminuir o efeito de ilha de calor urbana. A cobertura verde é a prática de ter vegetação no telhado; como ter árvores ou um jardim. As plantas que ficam no telhado aumentam o albedo e diminuem o efeito de ilha de calor urbana. Este método tem sido estudado e criticado pelo fato de que os telhados verdes são afetados pelas condições climáticas, as variáveis ​​dos telhados verdes são difíceis de medir e são sistemas muito complexos.
  • Plantar árvores nas cidades : Plantar árvores ao redor da cidade pode ser outra forma de aumentar o albedo e diminuir o efeito de ilha de calor urbana. É recomendável plantar árvores decíduas porque podem fornecer muitos benefícios, como mais sombra no verão e não bloquear o calor no inverno.
  • Estacionamentos verdes : os estacionamentos verdes usam superfícies diferentes de asfalto e vegetação para limitar o efeito de ilha de calor urbana de impacto.

Políticas de mitigação, medidas e outras estratégias

Legislação californiana

O projeto de lei (AB) 32 exigia que o Conselho de Recursos Aéreos da Califórnia criasse um plano de escopo. Este plano é a abordagem da Califórnia sobre como realizar seu objetivo de combater as mudanças climáticas, reduzindo as emissões de gases de efeito estufa até 2020 para os níveis da década de 1990. O plano de escopo tinha quatro programas principais, carros limpos avançados, limite e comércio, padrão de portfólio de energias renováveis ​​e padrão de combustível de baixo carbono, todos voltados para o aumento da eficiência energética. O plano tem como principais estratégias para reduzir os gases do efeito estufa, como incentivos monetários, regulamentações e ações voluntárias. A cada cinco anos, o plano de definição do escopo é atualizado.

  • O programa avançado de regras para carros limpos foi feito para reduzir as emissões do tubo de escape. O Air Resources Board aprovou o programa de controle de emissões para modelos mais novos do ano de 2017 a 2025. Algumas de suas metas até 2025 são ter carros mais ambientalmente superiores disponíveis em diferentes modelos e diferentes tipos de carros. Os novos automóveis emitirão 34% menos gases de aquecimento global e 75% menos emissões formadoras de fumaça. E, se totalmente implementado, os consumidores podem economizar em média US $ 6.000 durante a vida útil do carro.
  • O padrão de portfólio renovável exige o aumento da energia renovável de uma variedade de fontes, como energia solar e eólica. As concessionárias de propriedade dos investidores, agregadores de escolha da comunidade e provedores de serviços elétricos devem aumentar as aquisições para 33% até 2020.
  • Os padrões de combustível de baixo carbono são administrados pelo California Air Resources Board e tenta fazer uma escolha mais ampla de combustíveis mais limpos para os californianos. Os produtores de combustíveis derivados do petróleo são obrigados a reduzir a intensidade de carbono de seus produtos para 10 por cento em 2020.
  • O cap and trade foi desenvolvido para reduzir os efeitos das mudanças climáticas , estabelecendo um limite para os gases de efeito estufa liberados na atmosfera . O limite diminuirá aproximadamente três por cento a cada ano em 2013. O comércio criará incentivos para reduzir os efeitos das mudanças climáticas nas comunidades da Califórnia, reduzindo os gases de efeito estufa por meio de investimentos em tecnologias limpas.

Clean Air Act

A EPA iniciou vários requisitos de qualidade do ar que ajudam a reduzir o ozônio ao nível do solo que leva às ilhas de calor urbanas. Na Lei do Ar Limpo, uma das principais políticas da EPA, existem certos regulamentos que são colocados em prática para garantir que as emissões do estado fiquem abaixo de um determinado nível. Incluído na Lei do Ar Limpo, todos os estados devem estabelecer um Plano de Implementação Estadual (SIP) que é projetado para garantir que todos os estados atendam a um padrão central de qualidade do ar.

Estabeleça planos e políticas de implementação

  • A Política de Medidas Emergentes e Voluntárias permite que um estado adicione formas não convencionais de mitigação de ilhas de calor. Isso pode incluir a remoção da poluição depois que ela já foi lançada no ar, na água ou no solo. Essas medidas não são transpostas para a lei, mas permitem que certas partes se tornem voluntariamente mais eficientes. O objetivo desta política é que todas as fontes poluentes sigam o exemplo e usem as formas de mitigação de maior sucesso.
  • A Orientação sobre Créditos do Plano de Implementação Estadual para Reduções de Emissões por Eficiência Energética do Setor Elétrico ou Medidas de Energia Renovável é uma ferramenta educacional para os estados criarem um SIP atualizado e bem organizado. Ele permite que os estados incluam planos que atendam às diretrizes ou planos que excedam as expectativas. Com base no sucesso de seu SIP, alguns estados podem ter seus planos incorporados a outros SIPs.
  • A Política de Medidas em Pacote autoriza diferentes facções dentro do estado a colaborar em projetos de mitigação. Esta política tem uma abordagem mais baseada na comunidade, adicionando vários grupos com o propósito de múltiplas perspectivas e abordagens criativas. A Política de Medidas em Pacote é um método que gera co-benefícios para ambas as partes. Por exemplo, se uma empresa participante adicionar telhados frios, haverá uma redução dos gases de efeito estufa, o que é benéfico para o meio ambiente, bem como a necessidade de excesso de energia, o que é benéfico para o negócio.

Iniciativa de espaço verde em Atenas

Atenas , a capital da Grécia, empreendeu iniciativas para mitigar o efeito da ilha de calor urbana e reduzir o impacto da poluição dos veículos. Para criar espaços verdes que oferecem resfriamento, pequenos terrenos não utilizados estão sendo reconfigurados em parques de bolso.

Implementação de políticas

O Seattle Green Factor, um sistema multifacetado para paisagismo urbano , obteve muito sucesso na mitigação de ilhas de calor urbanas. O programa concentra-se em áreas sujeitas a alta poluição, como distritos comerciais. Existem diretrizes rígidas para qualquer nova construção que exceda cerca de 20 vagas de estacionamento, e esta plataforma ajuda os desenvolvedores a ver fisicamente seus níveis de poluição enquanto tentam diferentes métodos de construção para descobrir o curso de ação mais eficaz. Seattle produziu correspondentemente uma "folha de pontuação" para as cidades usarem em seu planejamento.

Compêndio de estratégias da EPA

Este compêndio enfoca uma variedade de questões relacionadas às ilhas de calor urbanas. Eles descrevem como as ilhas de calor urbanas são criadas, quem é afetado e como as pessoas podem fazer a diferença para reduzir a temperatura. Ele também mostra exemplos de políticas e ações voluntárias de governos estaduais e locais para reduzir o efeito das ilhas de calor urbanas.

Incentivos

  • Sacramento Municipal Utility District (SMUD) e a Sacramento Tree Foundation firmaram uma parceria para fornecer árvores de sombra à cidade de Sacramento gratuitamente. O programa permite que os cidadãos recebam árvores de quatro a sete metros de altura. Eles também fornecem fertilizantes e entrega, tudo sem nenhum custo. Eles encorajam os cidadãos a plantar suas árvores para beneficiar suas casas, reduzindo os custos do ar condicionado. Aproximadamente mais de 450.000 árvores de sombra foram plantadas na área de Sacramento.
  • O Programa de Incentivo Eco-Roof : No Canadá, doações são distribuídas em Toronto para a instalação de telhados verdes e frios em edifícios residenciais e comerciais. Isso reduzirá o uso de energia e as emissões de gases de efeito estufa.
  • Tree vitalize : Este programa é uma parceria com várias entidades que se concentra em ajudar a restaurar a cobertura de árvores na cidade, ele também educa os cidadãos sobre os efeitos positivos das árvores nas mudanças climáticas e o efeito da ilha de calor urbana. E outro objetivo que eles têm é capacitar os governos locais para entender, proteger e restaurar suas árvores urbanas. Por ser necessário educar os cidadãos sobre a manutenção das árvores, a Treevitalize oferece nove horas de aulas presenciais e treinamento de campo aos moradores da comunidade. As aulas cobrem uma variedade de tópicos, como identificação de árvores, poda, biologia de árvores e seleção adequada de espécies.

Climatização

O Programa de Assistência à Climatização do Departamento de Energia dos Estados Unidos ajuda os beneficiários de baixa renda, cobrindo suas contas de aquecimento e ajudando as famílias a tornar suas casas com eficiência energética. Além disso, este programa permite que os estados também usem os fundos para instalar medidas de eficiência de refrigeração, como dispositivos de proteção.

Divulgação e educação

Portarias de proteção de árvores

  • Vários governos locais implementaram decretos de árvores e paisagismo, que ajudarão as comunidades fornecendo sombra durante o verão. A proteção de árvores é uma lei que não permite que alguém possa podar ou remover árvores sem uma autorização da cidade. Um exemplo é a cidade de Glendale, Califórnia : Por meio do Regulamento das Árvores Indígenas, a cidade de Glendale protege as seguintes espécies de árvores, o sicômoro da Califórnia , o carvalho da costa , carvalho da mesa, carvalho do vale , carvalho arbustivo , baía da Califórnia . Qualquer pessoa que esteja planejando remover ou aparar as árvores deve obter uma licença de árvore indígena. Dentro da licença, eles devem fornecer informações detalhadas sobre o número de árvores afetadas, o diâmetro do tronco e a saúde da própria árvore. Eles também têm que enviar fotos do local e um esboço da planta do local.
  • Outro exemplo é a cidade de Berkeley , Califórnia. A lei de proteção de árvores proíbe a remoção de carvalhos da costa e qualquer poda excessiva que possa causar danos à árvore também é proibida. A única exceção é se a árvore representar um perigo para a vida ou galho e para a propriedade.
  • A cidade de Visalia, Califórnia , implementou uma lei sobre árvores nas ruas com o objetivo de promover e regulamentar o plantio , manutenção e proteção das árvores nas ruas da cidade. Sua portaria não permite que as árvores das ruas sejam alteradas, podadas ou removidas. As árvores das ruas também são protegidas durante a construção.

Co-benefícios das estratégias de mitigação

Trilhos gramados do bonde em Belgrado, Sérvia
Trilhos gramados do bonde em Belgrado, Sérvia

Árvores e jardins ajudam a saúde mental

  • Uma grande porcentagem das pessoas que vivem em áreas urbanas tem acesso a parques e jardins em suas áreas, que são provavelmente as únicas conexões que têm com a natureza. Um estudo mostra que o contato com a natureza ajuda a promover nossa saúde e bem-estar. As pessoas que tinham acesso a jardins ou parques eram mais saudáveis ​​do que as que não tinham.
  • Outro estudo feito investigando se a visualização de paisagens naturais pode ou não influenciar na recuperação de pessoas submetidas a cirurgias, constatou que pessoas que tinham uma janela com vista panorâmica tiveram menor tempo de internação pós-operatória e menos comentários negativos de enfermeiras.

Plantio de árvores como construção da comunidade

  • Los Angeles TreePeople é um exemplo de como o plantio de árvores pode empoderar uma comunidade. Árvore pessoas oferece a oportunidade para que as pessoas se reúnem, a capacidade de construção, orgulho da comunidade e a oportunidade de colaborar e rede uns com os outros.

Telhados verdes como produção de alimentos

Telhados verdes e biodiversidade da vida selvagem

  • Os telhados verdes são importantes para a vida selvagem porque permitem que organismos habitem o novo jardim. Para maximizar as oportunidades de atrair animais selvagens para um telhado verde, deve-se ajudar o jardim a ser o mais diversificado possível nas plantas que são adicionadas. Ao plantar uma grande variedade de plantas, diferentes tipos de espécies de invertebrados serão capazes de colonizar, eles terão fontes de forrageamento e oportunidades de habitat.

Florestas urbanas e uma atmosfera mais limpa

  • As árvores oferecem benefícios como a absorção de dióxido de carbono e outros poluentes. As árvores também fornecem sombra e reduzem as emissões de ozônio dos veículos. Por ter muitas árvores, podemos resfriar o calor da cidade em aproximadamente 10 graus a 20 graus, o que ajudará a reduzir o ozônio e ajudará as comunidades que são mais afetadas pelos efeitos das mudanças climáticas e das ilhas de calor urbanas.

Estratégia de desenvolvimento de baixo impacto e cidade esponja

  • O desenvolvimento de baixo impacto, cidade esponja, é uma oportunidade para mitigar tecnicamente o fenômeno UHI com compatibilidades mais altas em pavimento frio e infraestruturas verdes. Embora existam algumas discrepâncias intrínsecas entre os entendimentos da cidade de esponja e mitigação de UHI para a infraestrutura azul, a piscina osmótica, lagoa úmida e lagoa reguladora são suplementos essenciais para corpos d'água urbanos, desempenhando suas funções na nutrição da vegetação e evaporação para resfriamento na mitigação de UHI. Os projetos-piloto de Sponge City já forneceram a base financeira para levar adiante a mitigação de UHI. É uma tentativa de pessoas em diferentes disciplinas pensarem sinergicamente sobre como mitigar os efeitos do UHI, o que conduz à geração de políticas, diretrizes e regulamentações holísticas. Além disso, a inclusão de mitigação de UHI pode ser um motivador para a participação pública na construção da cidade esponja, o que pode consolidar o modelo de PPP para obter mais fundos. Os pesos das diferentes autoridades também podem ser redistribuídos para promover transições institucionais.

Programas de construção verde

Programas voluntários de construção verde têm promovido a mitigação do efeito da ilha de calor há anos. Por exemplo, uma das maneiras de um site para ganhar pontos em (USGBC) do US Green Building Council Liderança em Energia e Design Ambiental (LEED) Green Building Rating System é tomar a ação que reduz ilhas de calor, minimizando os impactos sobre microclimas e humana e habitats de vida selvagem. Os créditos associados a telhados reflexivos ou telhados plantados podem ajudar um edifício a obter a certificação LEED. Os edifícios também recebem créditos fornecendo sombra. Da mesma forma, o programa Green Globes da Green Building Initiative atribui pontos a locais que tomam medidas para diminuir o consumo de energia de um edifício e reduzir o efeito de ilha de calor. Até 10 pontos podem ser atribuídos a locais com cobertura de telhado de vegetação, materiais altamente refletivos ou uma combinação dos dois.

Além disso, alguns estudiosos defendem que a moderação do microclima deve ser incluída para promover, ou pelo menos ser inofensiva para, os objetivos iniciais do GB na redução do consumo de energia, redução da emissão de carbono e qualidade do ambiente interno. Com base nisso, eles argumentam que a próxima geração de edifícios verdes deve ser um sistema de mitigação UHI baseado em GB, ou 'edifício com impacto zero UHI', ou 'edifício com aquecimento zero' ou 'edifício neutro com microclima', com o objetivo de alcançar o calor zero impacto nos ambientes circunvizinhos por meio do projeto e operação razoáveis ​​de edifícios, ou dependendo de técnicas inovadoras para eliminar o calor excessivo, com base nos objetivos da GB.

Análise de custos

Todos os anos, nos EUA, 15% da energia é destinada ao ar condicionado de edifícios nessas ilhas de calor urbanas. De acordo com Rosenfeld et al., “A demanda por ar condicionado aumentou 10% nos últimos 40 anos”. Proprietários de residências e empresas podem se beneficiar com a construção de uma comunidade bacana. Uma diminuição no uso de energia está diretamente correlacionada à eficiência de custos. As áreas com vegetação substancial e materiais de superfície refletivos usados ​​para telhados de casas, pavimentação e estradas são comprovadamente mais eficazes e econômicas.

Em um estudo de caso da Bacia de Los Angeles , simulações mostraram que mesmo quando as árvores não estão estrategicamente colocadas nessas ilhas de calor urbanas, elas ainda podem ajudar na minimização de poluentes e na redução de energia. Estima-se que, com essa implementação em larga escala, a cidade de Los Angeles pode economizar US $ 100 milhões anualmente, com a maior parte da economia vindo de telhados frios, pavimentos de cores mais claras e plantio de árvores. Com uma implementação em toda a cidade, os benefícios adicionais da redução do nível de poluição resultariam em pelo menos um bilhão de dólares de economia por ano.

A relação custo-eficácia dos telhados verdes é bastante elevada por vários motivos. De acordo com Carter, "Um telhado convencional é estimado em $ 83,78 / m 2, enquanto um telhado verde foi estimado em $ 158,82 / m 2. " Por um lado, os telhados verdes têm mais do dobro da vida útil de um telhado convencional, efetivamente desacelerando a quantidade de substituições de telhado a cada ano. Além da vida útil do telhado, os telhados verdes adicionam gerenciamento de águas pluviais , reduzindo as taxas de serviços públicos. O custo para telhados verdes é maior no início, mas com o tempo, sua eficiência fornece benefícios financeiros e também para a saúde.

Nas conclusões da Capital E Analysis sobre os benefícios financeiros dos edifícios verdes, foi determinado que os telhados verdes reduziram com sucesso o uso de energia e aumentaram os benefícios para a saúde. Para cada metro quadrado de telhado verde usado em um estudo, a economia foi de US $ 5,80 em termos de energia. Também houve economia nas categorias de emissões, água e manutenção. No geral, a economia foi de $ 52,90– $ 71,30 em média, enquanto o custo de se tornar verde totalizou - $ 3,00– $ 5,00.

Das Alterações Climáticas

Embora não seja uma causa significativa do aquecimento global , a urbanização agravou os efeitos da mudança climática nas cidades.

IPCC AR6 diz:

"A diferença nas tendências de aquecimento observadas entre as cidades e seus arredores pode ser parcialmente atribuída à urbanização"

e

"Em comparação com os dias atuais, grandes implicações são esperadas da combinação de desenvolvimento urbano futuro e ocorrência mais frequente de eventos climáticos extremos, como ondas de calor, com mais dias quentes e noites quentes adicionando ao estresse térmico nas cidades."

Ilha fria urbana

A mesma área urbana que é mais quente durante o dia pode ser mais fria do que as áreas rurais circundantes ao nível do solo à noite, levando a um novo termo ilha fria urbana . A cobertura de neve em áreas rurais, por exemplo, isola as plantas. Esta foi uma descoberta inesperada ao estudar a resposta das plantas aos ambientes urbanos. O efeito de ilha fria urbana ocorre no início da manhã porque as construções nas cidades bloqueiam a radiação solar do sol, bem como a velocidade do vento no centro urbano. Os efeitos da ilha de calor urbana e da ilha de frio urbana são mais intensos em épocas de condições meteorológicas estáveis. Vários outros estudos observaram a ilha fria urbana em regiões semi-áridas ou áridas. A razão para este fenômeno é a disponibilidade de água e vegetação na região urbana em relação ao entorno.

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Arnfield, A. John (1 de janeiro de 2003). “Duas décadas de pesquisa do clima urbano: uma revisão da turbulência, trocas de energia e água e a ilha de calor urbana”. International Journal of Climatology . 23 (1): 1–26. Bibcode : 2003IJCli..23 .... 1A . doi : 10.1002 / joc.859 .
  • Gartland, Lisa (2008). Ilhas de calor: entendendo e mitigando o calor em áreas urbanas . Londres: Earthscan. ISBN 9781844072507.
  • PD Jones; PY Groisman; M. Coughlan; N. Plummer; BANHEIRO. Wang; TR Karl (1990). "Avaliação dos efeitos da urbanização em séries temporais da temperatura do ar na superfície da terra". Nature . 347 (6289): 169–172. Bibcode : 1990Natur.347..169J . doi : 10.1038 / 347169a0 . S2CID  4303069 .
  • Helmut E. Landsberg (1981). O Clima Urbano . Nova York: Academic Press. ISBN 978-0-12-435960-4.
  • Darden, Brooke; Gray, Dominique; Hagan, Thomas (2015). "What's Hot at UCF: A UHI Study" . Departamento de Biologia, Paisagem e Recursos Naturais da Universidade da Flórida Central, Estudo de Calor Urbano .
  • J. Khodakarami ; M.Hatami (2016). Ilha de Calor: Uma Nova Variável em Arquitetura e Urbanismo . Teerã, em persa: livro Fekreno.

links externos