Frontiers in Earth Science

Introduction

uno de los objetivos fundamentales de muchos estudios sobre las Islas de calor urbanas (UHI) implica establecer su intensidad en noches determinadas o, si hay un número suficientemente alto de observaciones, también se puede determinar su intensidad máxima e intensidad media., Independientemente de la metodología empleada, ya sea que se refiera a (1) diferencias entre dos observatorios fijos, uno urbano y otro periférico o no urbano, (2) transectos urbanos móviles o (3) teledetección, al final se trata de proporcionar un valor de diferencias térmicas entre puntos o sectores contrastados, uno urbano y otro que podría denominarse No urbano. Así, la intensidad del UHI se ve en la diferencia de temperatura expresada en un momento dado entre el sector más caliente de la ciudad y el espacio no urbano que lo rodea., La intensidad de la isla de calor es el indicador más simple y cuantitativo de la modificación térmica impuesta por la ciudad sobre el territorio en el que está situada y de su calentamiento relativo en relación con el entorno rural circundante durante la noche (Kim y Baik, 2002; Memon et al., 2009).

antecedentes

Sin embargo, el concepto de la UHI, requiere una definición que establezca comparaciones entre ciudades y haga valoraciones precisas de la magnitud de este fenómeno en una ciudad dada en diferentes fechas., El primer paso básico implica la elección de dos puntos, uno urbano y otro no-urbano. En relación con el punto urbano, generalmente hay menos incertidumbre, porque se establece en la parte más caliente de la ciudad en promedio, generalmente en el centro. Incluso sin observaciones ad hoc, en muchas ciudades es bastante fácil determinar la zona más calurosa por la noche. Si este no fuera el caso, una campaña piloto de medición podría establecer el punto más caliente., Hay que tener en cuenta que la parte más caliente de la ciudad no siempre es la misma, como se puede ver por medio de la teledetección en Santiago de Chile (Sarricolea y Martin-Vide, 2014), aunque el presente trabajo se referirá a estos puntos urbanos y no urbanos. Este último debe ser seleccionado con gran cuidado. Idealmente, el punto no urbano debe estar cerca de la ciudad, pero en una zona rural, o, mejor aún, con cubierta vegetal natural., El adjetivo «rural» se ha asociado tradicionalmente con la ubicación del punto no urbano o de referencia y, por lo tanto, la intensidad del UHI se ha definido comúnmente como la diferencia de temperatura entre lugares urbanos y rurales (o áreas), Δ Tu-r = tu−Tr, donde Δ Tu − r es la intensidad del UHI, Tu es la temperatura urbana y Tr la temperatura rural., Por supuesto, el punto no urbano debe estar situado fuera del espacio urbano construido o cualquier superficie que haya sido modificada por asfalto, cemento, etc., para que el calor antropogénico sea insignificante en su balance energético, para que el calor sensible y latente sea lo más similar posible al de la cubierta natural, y para que el balance de radiación presente albedos y coeficientes de emisividad que también sean similares a los de un entorno natural., Sin embargo, los límites de la ciudad a menudo son inexactos, porque el continuo urbano a veces carece de límites claros, presentando una transición hacia los usos de la tierra típicamente rurales. La mayoría de las ciudades no limitan con el espacio rural, sino con zonas periurbanas, rururbanas, etc., que están influenciadas en cierta medida por la ciudad. Incluso estudios rigurosos hacen uso de expresiones algo vagas como» área rural cercana » para el punto o sector no urbano (Van Hove et al., 2011)., Para encontrar este punto no urbano tendríamos, en ciertos casos, que cubrir una distancia tal que entraríamos en un dominio climático, o un tipo de clima dado en un momento determinado, diferente de la ciudad en estudio. Al comparar sus temperaturas, las diferencias no solo resultarían del efecto urbano, sino también de la existencia de diferentes climas o climas. Muchos estudios han fallado en Seleccionar el punto no urbano adecuado, seleccionando un observatorio disponible fuera de la ciudad, incluso si esto no proporciona las condiciones ideales., Además, mucho esfuerzo se ha invertido en la zonificación de los usos del suelo y ciudades de los alrededores con el fin de someterlos a condiciones climáticas y meteorológicas de estudio y establecer UHI intensidades. De hecho, algunos climatólogos urbanos han propuesto clasificaciones detalladas del espacio y de los paisajes urbanos y rurales, en particular de sus zonas de Transición. En este sentido, podemos citar el trabajo de Oke (2006), que propone siete zonas de clima urbano (UCZ), del N°1, zonas urbanas intensamente desarrolladas con edificios de gran altura separados y cerrados con revestimiento, p.ej.,, Torres del centro, que presentan más del 90% de superficie construida (impermeable), al n°7, casas de desarrollo semi-rural dispersas en un área natural o agrícola, por ejemplo, fincas, fincas, con menos del 10% de superficie construida. Esta clasificación se utiliza, por ejemplo, para comparar con precisión las intensidades máximas de Isla de calor urbano de 19 ciudades holandesas (Van Hove et al., 2011). Otros autores también asumen que el punto rural, o de referencia, debe poseer menos del 10% de la superficie construida (Wing-Yee, 2010). Utilizando la teledetección, la cubierta terrestre urbana explica las intensidades de UHI de muchas ciudades europeas(Zhou et al.,, 2013). Stewart y Oke (2009) expandieron la clasificación UCZ en un sistema más completo llamado zonas climáticas locales (LCZ). Intenta categorizar el «universo» del paisaje en 19 LCZ pertenecientes a cuatro series de paisajes (ciudad, agrícola, natural y mixto) de acuerdo con la cubierta superficial, la estructura superficial y la actividad cultural. Este procedimiento ha sido empleado, por ejemplo, por Siu y Hart (2013) para Hong Kong. En este sentido, el caso de Hong Kong es altamente ilustrativo de los problemas involucrados en la elección de los puntos, particularmente el rural o no urbano., Estos autores concluyen que las estaciones rurales utilizadas en estudios previos no son representativas, por lo que las intensidades de IU previamente calculadas para Hong Kong pueden haber sido subestimadas.

además, hay un efecto en el lado de sotavento de la ciudad, que en un momento dado depende principalmente de la dirección del viento. Si en una noche determinada el punto no urbano se somete a este efecto, la diferencia entre este punto y el Centro de la ciudad se atenuará., Por lo tanto, dependiendo de la dirección del viento, la influencia urbana sobre el lado de sotavento de la ciudad puede o no afectar el punto no urbano.

simplificando el esquema aditivo de Lowry (Lowry, 1977), la temperatura medida en el punto urbano es una función del clima de la región en la que se encuentra, más el efecto de los factores geográficos locales y la urbanización, mientras que la temperatura en el punto no urbano del clima regional en sí y el efecto de los factores geográficos locales., Si los factores geográficos locales son similares en ambos puntos, entonces la diferencia entre ambas temperaturas expresará el efecto de la ciudad, que constituye nuestro objetivo. Si queremos proporcionar un valor correcto y comparable de la intensidad del UHI, es vital elegir un punto no urbano con una altitud y Distancia del mar, o de los cuerpos de agua existentes, comparables a los del punto urbano. Estos dos factores geográficos, la altitud y la distancia del mar, son decisivos, mientras que otros, como la latitud, no causan diferencias apreciables entre los dos puntos., Si el punto no urbano está situado, por ejemplo, más alto que el urbano, entonces su temperatura promedio será sensiblemente más baja o, en ocasiones, más alta si se produce inversión térmica. En cualquier caso, el efecto urbano se camuflaría al calcular la diferencia de temperatura. Por lo tanto, es necesario establecer el margen de diferencias de altitud entre los puntos urbanos y no urbanos para considerar que sus diferencias de temperatura revelan solo el efecto urbano. Si se considera el gradiente de temperatura vertical promedio (0.65°C / 100 m), 30.8 m causará una variación de 0.,2°C, que es del orden de precisión de muchas mediciones de temperatura. Así, como regla general, la altitud del punto no urbano no debe diferir del Urbano en más de ± aproximadamente 30 m. en la muy bien documentada tesis doctoral de Siu (2011) los puntos finalmente seleccionados presentan una diferencia de altitud de 27 m. en el caso de Barcelona, la diferencia de altitud entre los puntos de contraste es de aproximadamente 20 m (Moreno-García, 1994)., En las noches con intensa inversión térmica del suelo, muy a menudo asociada a situaciones sinópticas (anticiclónicas) que dan lugar a islas de calor intenso, 30 m constituye un contraste altitudinal que puede causar diferencias sustanciales de temperatura, de varios grados centígrados. En estos casos, un punto no urbano situado a menor (mayor) altitud sobrestimaría (subestimaría) el efecto urbano. Para estas noches, las diferencias altitudinales de solo 10 m representarían un sesgo no urbano en las intensidades calculadas de la isla de calor., En resumen, la diferencia altitudinal entre los puntos urbanos y no urbanos nunca debe superar los 30 m, y si es posible, debe ser inferior a 10 m. en caso de que este último criterio no fuera posible, la intensidad de la isla de calor establecida en noches con inversión térmica intensa debe ser sometida a corrección. Este es también el caso si fuera imposible encontrar un punto no urbano con una diferencia de altitud de 30 m o menos con respecto al punto urbano (por ejemplo, en una ciudad que ocupa totalmente el fondo de un valle cerrado).,

es un hecho bien conocido que los cuerpos de agua regulan la temperatura y atenúan las diferencias de temperatura diarias y estacionales, como se puede ver en los limitados rangos de temperatura diaria y anual en las costas e Islas. Por esta razón, no es recomendable elegir un punto no urbano más distante o cercano a la costa que el punto urbano, pero esto requiere más discusión. Una vez más, es necesario especificar el valor máximo asumible para esta diferencia en la distancia de la costa., Muy pocos estudios han abordado esta cuestión, lo que no proporciona un solo resultado, dado que la influencia de la distancia al mar es muy fuerte en una zona costera e insignificante en un entorno interior lejos de la costa o separado de ella por relieves. En este último caso, en una gran área urbana interior, con un clima continental, incluso una diferencia de decenas de kilómetros de distancia desde el mar entre los puntos urbanos y no urbanos no causará ninguna diferencia de temperatura., Por el contrario, junto a la costa o al borde de un gran lago, el efecto del cuerpo de agua disminuye rápidamente a medida que uno se aleja de él. Es muy probable que la relación entre la influencia de la distancia del mar y la temperatura no sea lineal. En un entorno abierto al mar como las llanuras de Valencia (este de España), La temperatura media anual mínima disminuye aproximadamente 0,16 °C/km con la distancia al mar; en enero Esta variación es de 0,23 °C/km y en julio de 0,11 °C/km, aproximadamente (Ninyerola et al., 2005)., Si la ciudad es costera, la distancia del mar de los puntos urbanos y no urbanos no debería diferir en mucho más de 800 m (en el caso citado, y como media anual, en vista de la falta de registros específicos, se produciría una diferencia de 0,2 °C/km En enero con una diferencia entre distancias de 870 m). Como se puede ver en el ejemplo dado, el factor «distancia del mar» depende de la época del año y también de la latitud, debido a la influencia de las temperaturas del agua y del aire y de las corrientes marinas, que poseen su propia anomalía térmica.,

conclusiones

En resumen, la intensidad de la isla de calor es el indicador más simple y cuantitativo de la modificación térmica impuesta por la ciudad sobre el territorio. Por lo tanto, los aspectos más importantes a considerar en esta definición son, en primer lugar, que dos puntos (urbano y no urbano) que siguen el esquema de Stewart y Oke (2009), es decir, un punto en el Centro urbano y otro con menos del 10% de superficie construida, además, la diferencia altitudinal entre los puntos urbanos y no urbanos nunca debe superar los 30 m, y, si es posible, debe ser inferior a 10 m., Finalmente, la proximidad a las masas de agua en puntos urbanos y no urbanos debe ser similar e idealmente superior a 800 metros.

Declaración de conflicto de intereses

los autores declaran que la investigación se realizó en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran ser interpretadas como un potencial conflicto de intereses.

agradecimientos

Institut de l»Aigua (Universitat de Barcelona, España), Grup de Climatologia 2014SGR300 (Generalitat de Catalunya).

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