Frontiers in Earth Science (Français)

Introduction

l’un des objectifs fondamentaux de nombreuses études sur les îlots de chaleur urbains (UHI) consiste à établir leur intensité sur des nuits déterminées ou, si le nombre d’observations est suffisamment élevé, leur intensité maximale et leur intensité moyenne peuvent également être déterminées., Quelle que soit la méthodologie employée, qu’elle se réfère (1) aux différences entre deux observatoires fixes, l’un urbain et l’autre périphérique ou non urbain, (2) aux transects urbains mobiles ou (3) à la télédétection, il s’agit finalement de fournir une valeur des différences thermiques entre des points ou secteurs contrastés, l’un urbain et l’autre que l’on pourrait Ainsi, l’intensité de L’UHI se voit dans la différence de température exprimée à un moment donné entre le secteur le plus chaud de la ville et l’espace non urbain qui l’entoure., L’intensité de l’îlot de chaleur est l’indicateur le plus simple et le plus quantitatif de la modification thermique imposée par la ville sur le territoire dans lequel elle est située et de son réchauffement relatif par rapport au milieu rural environnant pendant la nuit (Kim et Baik, 2002; Memon et al., 2009).

contexte

cependant, le concept de L’ICU, nécessite une définition qui établit des comparaisons entre les villes et fait des évaluations précises de l’ampleur de ce phénomène dans une ville donnée à différentes dates., La première étape de base implique le choix de deux points, l’un urbain et l’autre non urbain. En ce qui concerne le point urbain, il y a généralement moins d’incertitude, car il est établi dans la partie la plus chaude de la ville en moyenne, généralement dans le centre. Même sans observations ad hoc, dans de nombreuses villes, il est assez facile de déterminer la zone la plus chaude la nuit. Si tel n’était pas le cas, une campagne de mesure pilote pourrait établir le point le plus chaud., Il convient de garder à l’esprit que la partie la plus chaude de la ville n’est pas toujours la même, comme on peut le voir au moyen de la télédétection à Santiago du Chili (Sarricolea et Martin-Vide, 2014), bien que le présent document fasse référence à ces points urbains et non urbains. Ce dernier doit être sélectionné avec beaucoup de soin. Idéalement, le point non urbain devrait être proche de la ville, mais dans une zone rurale, ou, mieux encore, avec une couverture végétale naturelle., L’adjectif « rural” a traditionnellement été associé à l’emplacement du point non urbain ou de référence et, par conséquent, l’intensité UHI a généralement été définie comme la différence de température entre les lieux (ou zones) urbains et ruraux, Δ Tu-r = Tu−Tr, Où Δ Tu − r est l’intensité UHI, Tu est la température urbaine et Tr température rurale., Bien entendu, le point non urbain doit être situé en dehors de l’espace urbain construit ou de toute surface modifiée par l’asphalte, le ciment, etc., pour que la chaleur anthropique soit négligeable dans son bilan énergétique, pour que la chaleur sensible et latente soit aussi similaire que possible à celle de la couverture naturelle, et pour que le bilan radiatif présente des albédos et des coefficients d’émissivité qui sont également similaires à ceux d’un milieu naturel., Cependant, les limites de la ville sont souvent inexactes, car le continuum urbain manque parfois de limites claires, ce qui présente une transition vers des utilisations des terres typiquement rurales. La plupart des villes ne sont pas limitrophes de l’espace rural, mais plutôt de zones périurbaines, rurales, etc., qui sont influencées dans une certaine mesure par la ville. Même des études rigoureuses utilisent des expressions quelque peu vagues telles que « zone rurale voisine” pour le point ou le secteur non urbain (Van Hove et al., 2011)., Pour trouver ce point non urbain, nous devrions, dans certains cas, couvrir une distance telle que nous entrerions dans un domaine climatique, ou un type de temps donné à un moment déterminé, différent de la ville étudiée. En comparant leurs températures, les différences ne résulteraient pas seulement de l’effet urbain, mais aussi de l’existence de climats ou de conditions météorologiques différents. De nombreuses études n’ont pas réussi à sélectionner le point non urbain approprié, en sélectionnant un observatoire disponible en dehors de la ville, même si cela ne fournit pas les conditions idéales., En outre, beaucoup d’efforts ont été investis dans le zonage des utilisations des terres entourant les villes afin de les soumettre à une étude climatique et météorologique et d’établir les intensités de L’ICU. En effet, certains climatologues urbains ont proposé des classifications détaillées de l’espace et des paysages urbains et ruraux, en particulier de leurs zones de transition. En ce sens, on peut citer les travaux D’Oke (2006), qui propose sept zones climatiques urbaines (UCZ), à partir du N°1, des zones urbaines intensément développées avec des immeubles de grande hauteur détachés et rapprochés avec revêtement, par exemple,, tours du centre-ville, présentant plus de 90% de surface construite (imperméable), au N°7, maisons de développement semi-rurales dispersées dans une zone naturelle ou agricole, par exemple, fermes, domaines, avec moins de 10% de surface construite. Cette classification est utilisée, par exemple, pour comparer avec précision les intensités maximales des îlots de chaleur urbains de 19 villes néerlandaises (Van Hove et al., 2011). D’autres auteurs supposent également que le point rural ou de référence doit posséder moins de 10% de la surface construite (Wing-Yee, 2010). En utilisant la télédétection, la couverture terrestre urbaine explique les intensités de L’IHU de nombreuses villes européennes (Zhou et al.,, 2013). Stewart et Oke (2009) ont élargi la classification UCZ en un système plus complet appelé zones climatiques locales (LCZ). Il tente de catégoriser l ‘ « univers” du paysage en 19 LCZ appartenant à quatre séries de paysages (ville, agricole, naturel et mixte) en fonction de la couverture de surface, de la structure de la surface et de l’activité culturelle. Cette procédure a été utilisée, par exemple, par Siu et Hart (2013) Pour Hong Kong. En ce sens, le cas de Hong Kong illustre très bien les problèmes liés au choix des points, en particulier celui des zones rurales ou non urbaines., Ces auteurs concluent que les stations rurales utilisées dans les études précédentes ne sont pas représentatives et que, par conséquent, les intensités UHI précédemment calculées pour Hong Kong ont peut-être été sous-estimées.

de plus, il y a un effet sur le côté sous le vent de la ville, qui à un moment donné dépend principalement de la direction du vent. Si une nuit déterminée le point non urbain est soumis à cet effet, la différence entre ce point et le centre-ville sera atténuée., Par conséquent, selon la direction du vent, l’influence urbaine sur le côté sous le vent de la ville peut ou non affecter le point non urbain.

simplifiant le schéma additif de Lowry (Lowry, 1977), la température mesurée au point urbain est fonction du climat de la région dans laquelle elle se trouve, plus l’effet des facteurs géographiques locaux et de l’urbanisation, alors que la température au point non urbain du climat régional lui-même et l’effet des facteurs géographiques locaux., Si les facteurs géographiques locaux sont similaires aux deux points, alors la différence entre les deux températures exprimera l’effet de la ville, ce qui constitue notre objectif. Si nous voulons fournir une valeur correcte et comparable de l’intensité UHI, il est essentiel de choisir un point non urbain avec une altitude et une distance de la mer, ou des plans d’eau existants, comparables à ceux du point urbain. Ces deux facteurs géographiques, l’altitude et la distance de la mer, sont déterminants, tandis que d’autres, comme la latitude, ne provoquent pas de différences appréciables entre les deux points., Si le point non urbain est situé, par exemple, plus haut que le point urbain, sa température moyenne sera sensiblement plus basse ou, parfois, plus élevée en cas d’inversion thermique. Dans tous les cas, l’effet urbain serait camouflé sur le calcul de la différence de température. Il est donc nécessaire d’établir la marge des différences d’altitude entre les points urbains et non urbains afin de considérer que leurs différences de température ne révèlent que l’effet urbain. Si l’on considère le gradient de température vertical moyen (0,65°C/100 m), 30,8 m provoquera une variation de 0.,2°C, ce qui est de l’ordre de précision de nombreuses mesures de température. Ainsi, en règle générale, l’altitude du point non urbain ne devrait pas différer du point urbain de plus de ± environ 30 m. Dans la thèse de doctorat très bien documentée de Siu (2011), les points finalement sélectionnés présentent une différence d’altitude de 27 m. Dans le cas de Barcelone, la différence d’altitude entre les points de contraste est d’environ 20 m (Moreno-Garcia, 1994)., Les nuits à inversion thermique intense au sol, très souvent associées à des situations synoptiques (anticycloniques) qui donnent lieu à des îlots de chaleur intenses, 30 m constitue un contraste altitudinal pouvant entraîner des différences de température substantielles, de plusieurs degrés centigrades. Dans ces cas, un point non urbain situé à une altitude plus basse (plus élevée) surestimerait (sous-estimerait) l’effet urbain. Pour ces nuits, des différences altitudinales de seulement 10 m représenteraient un biais non urbain dans les intensités calculées de l’îlot de chaleur., En bref, la différence altitudinale entre les points urbains et non urbains ne devrait jamais dépasser 30 m et, si possible, être inférieure à 10 m. Dans le cas où ce dernier critère n’était pas possible, l’intensité de l’îlot de chaleur établie les nuits à inversion thermique intense doit être corrigée. C’est également le cas s’il était impossible de trouver un point non urbain avec un dénivelé de 30 m ou moins par rapport au point urbain (par exemple, dans une ville occupant totalement le fond d’une vallée fermée).,

Il est bien connu que les masses d’eau régulent la température et atténuent les différences de température quotidiennes et saisonnières, comme on peut le voir dans les plages de température quotidiennes et annuelles limitées sur les côtes et les îles. Pour cette raison, il n’est pas recommandé de choisir un point non urbain plus éloigné ou proche du littoral que le point urbain, mais cela nécessite une discussion plus approfondie. Encore une fois, il est nécessaire de spécifier la valeur maximale assumable pour cette différence de distance par rapport à la côte., Très peu d’études ont abordé cette question, ce qui ne donne pas un seul résultat, étant donné que l’influence de la distance de la mer est très forte dans une zone côtière et négligeable dans un environnement intérieur éloigné de la côte ou séparé de celle-ci par des reliefs. Dans ce dernier cas, dans une grande zone urbaine intérieure, avec un climat continental, même une différence de plusieurs dizaines de kilomètres de distance de la mer entre les points urbains et non urbains ne provoquera aucune différence de température., Au contraire, près de la côte ou au bord d’un grand lac, l’effet de la masse d’eau diminue rapidement dès que l’on s’en éloigne. Il est fort probable que la relation entre l’influence de la distance de la mer et la température ne soit pas linéaire. Dans un environnement ouvert sur la mer comme les plaines de Valence (est de L’Espagne), la température minimale moyenne annuelle diminue d’environ 0,16 °c / km avec la distance de la mer; en janvier, cette variation est de 0,23 °c / km et en juillet de 0,11 °c/km, environ (Ninyerola et al., 2005)., Si la ville est côtière, la distance de la mer des points urbains et non urbains ne devrait pas différer de beaucoup plus de 800 m (dans le cas cité, et en moyenne annuelle, compte tenu de l’absence de relevés spécifiques, une différence de 0,2 °C/km se produirait en janvier avec une différence entre les distances de 870 m). Comme on peut le voir dans l’exemple donné, le facteur « distance de la mer” dépend du moment de l’année et aussi de la latitude, en raison de l’influence de l’eau et de températures de l’air et des courants marins, qui possèdent leurs propres anomalie thermique.,

Conclusions

En résumé, l’intensité de l’îlot de chaleur est l’indicateur le plus simple et quantitatif de la modification thermique imposée par la ville sur le territoire. Par conséquent, les aspects les plus importants à prendre en compte dans cette définition sont, en premier lieu, que deux points (urbains et non urbains) qui suivent le schéma de Stewart et Oke (2009), c’est-à-dire un point dans le centre urbain et un autre avec moins de 10% de surface au sol, également, la différence altitudinale entre les points urbains et non urbains ne devrait jamais dépasser 30 m, et, si possible, devrait être inférieure à 10 m., Enfin, la proximité des plans d’eau en points urbains et non urbains devrait être similaire et idéalement supérieure à 800 mètres.

déclaration de conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière pouvant être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.

Remerciements

Institut de l »Aigua (Université de Barcelone, Espagne), Grup de Climatologia 2014SGR300 (gouvernement Catalan).

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