Frontiere in Scienze della Terra

Introduzione

Uno degli obiettivi fondamentali di molti studi sulle isole di calore urbane (UHI) richiede di stabilire la loro intensità, in determinate notti o, se vi è un numero sufficientemente elevato di osservazioni, la loro intensità massima e media intensità può anche essere accertata., Indipendentemente dalla metodologia utilizzata, che si riferisca a (1) differenze tra due osservatori fissi, uno urbano e un altro periferico o non urbano, (2) transetti urbani mobili o (3) telerilevamento, alla fine si tratta di fornire un valore delle differenze termiche tra punti o settori contrapposti, uno urbano e un altro che potrebbero essere definiti non urbani. Pertanto, l’intensità dell’UHI è vista nella differenza di temperatura espressa in un dato momento tra il settore più caldo della città e lo spazio non urbano che lo circonda., L’intensità dell’isola di calore è l’indicatore più semplice e quantitativo della modificazione termica imposta dalla città sul territorio in cui si trova e del suo relativo riscaldamento in relazione all’ambiente rurale circostante durante la notte (Kim e Baik, 2002; Memon et al., 2009).

Background

Tuttavia, il concetto di UHI, richiede una definizione che stabilisca confronti tra città e faccia valutazioni precise dell’entità di questo fenomeno in una data città in date diverse., Il primo passo fondamentale prevede la scelta di due punti, uno urbano e l’altro non urbano. In relazione al punto urbano, c’è generalmente meno incertezza, perché è stabilito nella parte più calda della città in media, di solito nel centro. Anche senza osservazioni ad hoc, in molte città è abbastanza facile determinare l’area più calda di notte. Se così non fosse, una campagna pilota di misurazione potrebbe stabilire il punto più caldo., Va tenuto presente che la parte più calda della città non è sempre la stessa, come si può vedere per mezzo del telerilevamento a Santiago del Cile (Sarricolea e Martin-Vide, 2014), anche se il presente documento farà riferimento a questi punti urbani e non urbani. Quest’ultimo deve essere selezionato con grande cura. Idealmente, il punto non urbano dovrebbe essere vicino alla città, ma in una zona rurale, o, meglio ancora, con una copertura vegetale naturale., L’aggettivo “rurale” è stato tradizionalmente associato alla posizione del punto non urbano o di riferimento e quindi, l’intensità UHI è stata comunemente definita come la differenza di temperatura tra luoghi urbani e rurali (o aree), Δ Tu-r = Tu−Tr, dove Δ Tu − r è l’intensità UHI, Tu è la temperatura urbana e la temperatura rurale Tr., Naturalmente, non urbane punto deve essere situato al di fuori del costruito spazio urbano o qualsiasi superficie che è stata modificata da asfalto, cemento, ecc…, in modo antropiche di calore trascurabile nel suo bilancio energetico, per il sensibile e calore latente di essere il più possibile simile a quella naturale, coperchio e per il bilancio delle radiazioni per presentare albedos e coefficienti di emissività che sono simili a quelli di un ambiente naturale., Tuttavia, i confini della città sono spesso imprecisi, perché il continuum urbano a volte manca di limiti chiari, presentando una transizione verso usi del suolo tipicamente rurali. La maggior parte delle città non confina con lo spazio rurale, ma piuttosto con le zone periurbane, quelle rururbane, ecc., che sono influenzate in una certa misura dalla città. Anche studi rigorosi fanno uso di espressioni un po ‘vaghe come” zona rurale vicina ” per il punto o il settore non urbano (Van Hove et al., 2011)., Per trovare questo punto non urbano dovremmo, in alcuni casi, coprire una distanza tale da entrare in un dominio climatico, o in un determinato tipo di tempo in un determinato momento, diverso dalla città studiata. Confrontando le loro temperature, le differenze deriverebbero non solo dall’effetto urbano, ma anche dall’esistenza di climi o condizioni meteorologiche diverse. Molti studi non sono riusciti a selezionare il punto non urbano adatto, selezionando un osservatorio disponibile al di fuori della città, anche se questo non fornisce le condizioni ideali., Inoltre, molti sforzi sono stati investiti nella zonizzazione degli usi del suolo che circondano le città al fine di sottoporle a studi climatici e meteorologici e di stabilire intensità UHI. In effetti, alcuni climatologi urbani hanno proposto classificazioni dettagliate dello spazio e dei paesaggi urbani e rurali, in particolare delle loro zone di transizione. In questo senso, possiamo citare il lavoro di Oke (2006), che propone sette Urban Climate Zones (UCZ), dal N°1, zone urbane intensamente sviluppate con grattacieli distaccati con rivestimento, ad esempio,, torri del centro, che presentano oltre il 90% di superficie costruita (impermeabile), al N°7, case sparse di sviluppo semi-rurale in una zona naturale o agricola, ad esempio, fattorie, tenute, con meno del 10% di superficie costruita. Questa classificazione viene utilizzata, ad esempio, per confrontare accuratamente le intensità massime delle isole di calore urbane di 19 città olandesi (Van Hove et al., 2011). Altri autori presumono anche che il punto rurale, o di riferimento, debba possedere meno del 10% della superficie costruita (Wing-Yee, 2010). Utilizzando il telerilevamento, la copertura del suolo urbano spiega le intensità UHI di molte città europee (Zhou et al.,, 2013). Stewart e Oke (2009) hanno ampliato la classificazione UCZ in un sistema più completo chiamato Local Climate Zones (LCZ). Tenta di classificare l ‘ “universo” del paesaggio in 19 LCZ appartenenti a quattro serie di paesaggi (città, agricolo, naturale e misto) in base alla copertura superficiale, alla struttura superficiale e all’attività culturale. Questa procedura è stata utilizzata, ad esempio, da Siu e Hart (2013) per Hong Kong. In questo senso, il caso di Hong Kong è altamente illustrativo dei problemi connessi alla scelta dei punti, in particolare quello rurale o non urbano., Questi autori concludono che le stazioni rurali utilizzate negli studi precedenti non sono rappresentative e, quindi, le intensità UHI precedentemente calcolate per Hong Kong potrebbero essere state sottovalutate.

Inoltre, c’è un effetto sul lato sottovento della città, che in un dato momento dipende principalmente dalla direzione del vento. Se in una determinata notte il punto non urbano è sottoposto a questo effetto, la differenza tra questo punto e il centro città sarà attenuata., Pertanto, a seconda della direzione del vento, l’influenza urbana sul lato sottovento della città può o non può influenzare il punto non urbano.

Semplificare lo schema additivo di Lowry (Lowry, 1977), la temperatura misurata nel punto urbano è una funzione del clima della regione in cui si trova, oltre all’effetto dei fattori geografici locali e dell’urbanizzazione, mentre la temperatura nel punto non urbano del clima regionale stesso e l’effetto dei fattori geografici locali., Se i fattori geografici locali sono simili in entrambi i punti, allora la differenza tra entrambe le temperature esprimerà l’effetto della città, che costituisce il nostro obiettivo. Se vogliamo fornire un valore corretto e comparabile di intensità UHI, è fondamentale scegliere un punto non urbano con un’altitudine e una distanza dal mare, o dagli specchi d’acqua esistenti, paragonabili a quelli del punto urbano. Questi due fattori geografici, altitudine e distanza dal mare, sono decisivi, mentre altri, come la latitudine, non causano differenze apprezzabili tra i due punti., Se il punto non urbano è situato, ad esempio, più in alto di quello urbano, la sua temperatura media sarà sensibilmente più bassa o, a volte, più alta se si verifica un’inversione termica. In ogni caso, l’effetto urbano sarebbe camuffato sul calcolo della differenza di temperatura. È quindi necessario stabilire il margine delle differenze di altitudine tra i punti urbani e non urbani per considerare che le loro differenze di temperatura rivelano solo l’effetto urbano. Se si considera il gradiente di temperatura verticale medio (0,65°C / 100 m), 30,8 m causerà una variazione di 0.,2°C, che è dell’ordine di precisione di molte misurazioni della temperatura. Pertanto, come regola generale, l’altitudine del punto non urbano non dovrebbe differire da quello urbano di oltre ± circa 30 m. Nella ben documentata tesi di dottorato di Siu (2011) i punti finalmente selezionati presentano un dislivello di 27 m. Nel caso di Barcellona, la differenza di altitudine tra i punti di contrasto è di circa 20 m (Moreno-Garcia, 1994)., Nelle notti con intensa inversione termica al suolo, molto spesso associata a situazioni sinottiche (anticicloniche) che danno luogo a intense isole di calore, 30 m costituiscono un contrasto altitudinale che può causare notevoli differenze di temperatura, di diversi gradi centigradi. In questi casi, un punto non urbano situato ad un’altitudine più bassa (più alta) sopravvaluterebbe (sottovaluterebbe) l’effetto urbano. Per queste notti, le differenze altitudinali di soli 10 m rappresenterebbero un pregiudizio non urbano nelle intensità calcolate dell’isola di calore., In breve, la differenza altitudinale tra i punti urbani e non urbani non dovrebbe mai superare i 30 m e, se possibile, dovrebbe essere inferiore a 10 m. Nel caso in cui quest’ultimo criterio non fosse possibile, l’intensità dell’isola di calore stabilita nelle notti con inversione termica intensa deve essere sottoposta a correzione. Questo vale anche se fosse impossibile trovare un punto non urbano con un dislivello di 30 m o meno rispetto al punto urbano (ad esempio, in una città che occupa totalmente il fondo di una valle chiusa).,

È un fatto ben noto che i corpi idrici regolano la temperatura e attenuano le differenze di temperatura giornaliere e stagionali, come si può vedere nei limitati intervalli di temperatura giornalieri e annuali sulle coste e sulle isole. Per questo motivo, non è consigliabile scegliere un punto non urbano più distante o vicino alla costa rispetto al punto urbano, ma ciò richiede ulteriori discussioni. Ancora una volta, è necessario specificare il valore massimo assumibile per questa differenza di distanza dalla costa., Pochissimi studi hanno affrontato questo problema, che non fornisce un solo risultato, dato che l’influenza della distanza dal mare è molto forte in una zona costiera e trascurabile in un ambiente interno lontano dalla costa o separato da esso da rilievi. In quest’ultimo caso, in una grande area urbana interna, con un clima continentale, anche una differenza di decine di chilometri di distanza dal mare tra i punti urbani e non urbani non causerà alcuna differenza di temperatura., Al contrario, vicino alla costa o al bordo di un grande lago, l’effetto del corpo idrico diminuisce rapidamente man mano che ci si allontana da esso. È molto probabile che la relazione tra l’influenza della distanza dal mare e la temperatura non sia lineare. In un ambiente aperto al mare come le pianure di Valencia (Spagna orientale), la temperatura minima media annua diminuisce di circa 0,16 °C / km con la distanza dal mare; in gennaio questa variazione è di 0,23 °C / km e in luglio di 0,11 °C/km, circa (Ninyerola et al., 2005)., Se la città è costiera, la distanza dal mare dei punti urbani e non urbani non dovrebbe differire di molto più di oltre 800 m (nel caso citato, e come media annuale, in considerazione della mancanza di record specifici, si verificherebbe una differenza di 0,2 °C/km a gennaio con una differenza tra distanze di 870 m). Come si può vedere nell’esempio dato, il fattore “distanza dal mare” dipende dal periodo dell’anno e anche dalla latitudine, a causa dell’influenza delle temperature dell’acqua e dell’aria e delle correnti marine, che possiedono una propria anomalia termica.,

Conclusioni

In sintesi, l’intensità dell’isola di calore è l’indicatore più semplice e quantitativo della modificazione termica imposta dalla città al territorio. Pertanto, gli aspetti più importanti da considerare in questa definizione sono, in primo luogo, che i due punti (urbano e non urbano) che seguono lo schema di Stewart e Oke (2009), che è un punto nel centro urbano e l’altro con meno del 10% della superficie del pavimento, inoltre, la quota di differenza tra urbano e non urbano punti non dovrebbe mai superare i 30 m, e, se possibile, deve essere inferiore a 10 m., Infine, la vicinanza ai corpi idrici nei punti urbani e non urbani dovrebbe essere simile e idealmente oltre i metri 800.

Dichiarazione sul conflitto di interessi

Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di relazioni commerciali o finanziarie che potrebbero essere interpretate come un potenziale conflitto di interessi.

Riconoscimenti

Institut de l”Aigua (Università di Barcellona, Spagna), Grup de Climatologia 2014SGR300 (Governo catalano).

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