Cambiamenti climatici, ondate di calore ed Effetto Urban Heat Island (Isole di calore Urbane)

Gli impatti dei cambiamenti climatici dovrebbero essere molto diverso a seconda delle aree geografiche, caratteristiche locali e condizioni socioeconomiche, colpendo, in modo notevole, i più poveri paesi e fasce più bisognose della popolazione.

Ora è noto come potrebbero vivere le città deterioramento della qualità della vita, posa dura sfide alle comunità urbane;

i) ondate di calore, aggravato da aumento riscaldamento caratterizzante gli ambienti antropici costruiti (UHI, isola di calore urbano),

ii) inquinamento aria

iii) rischi legati a condizioni meteorologiche estreme

Impatti dell’ondata di caldo

Negli ultimi anni, gli effetti delle ondate di caldo hanno interessato diverse aree e un gran numero di la popolazione. In generale, secondo Oke et al. (2017), non esiste in assoluto una definizione di ondata di caldo: si riferisce infatti a un periodo prolungato di temperature insolitamente elevate e poi dipende dal background microclimatico (ad es. contesto geografico, il clima a scala locale ed evoluzione urbana di ogni città).

Tuttavia, questo termine viene spesso adottato per fare riferimento a casi in cui relativamente ad alte temperature (spesso accompagnate da un alto coefficiente di umidità relativo) provocano stress termico e disagio nella popolazione, portando in alcuni casi a ipertermia e morte. Durante l’estate del 2003, in Europa, tali fenomeni hanno causato 70.000 vite con perdite complessive valutate a 13.800 US $ M (dati MunichRe) e più di 55.000 vittime sono state le vittime dell’ondata di caldo del 2010 in Europa orientale e Russia; infine, nell’estate del 2017, la Regione Mediterranea e le aree India / Pakistan sono state colpite dagli eventi di caldo estremo provocando più di 7.000 decessi.

Per quanto riguarda il potenziale d’esacerbazione indotta dal cambiamento climatico nelle ondate di caldo, Guerreiro et al. (2018) hanno recentemente pubblicato uno studio che contava 571 euro città nel database Urban Audit, considerando proiezioni climatiche del progetto Coupled Model Intercomparison Fase 5 (CMIP5) nell’ambito del più pessimista ma “business as usual” RCP8.5 scenario. Hanno concluso che il numero di giorni delle ondate di calore aumentano in tutte le città (specialmente in Europa meridionale) mentre il maggiore aumento delle temperature sono previste nelle città dell’Europa centrale.

Tuttavia, all’interno dei contesti urbani, gli effetti potrebbero risultare molto diversi.

In agosto 2018, The Guardian ha pubblicato un interessante articolo sulle ondate di calore e le disuguaglianze, sottolineando che nelle città più grandi gli,strati della popolazione più povera sono quelle che subiscono principalmente le conseguenze delle ondate di calore.

Ad esempio, negli Stati Uniti è tre volte più probabile che gli immigrati muoiano durante un evento di caldo estremo rispetto aCittadini americani, mentre in India, dov’è previsto che 24 città raggiungeranno una media temperatura massima estiva superiore a 35 gradi entro il 2050, le persone più a rischio sono quelle che vivono nelle baraccopoli.

Sullo stesso argomento, The Lancet Conto alla rovescia su salute e cambiamento climatico (Wattset al. 2017) evidenzia un aumento di 125 milioni di adulti che soffrono di intense ondate di calore tra2000 e 2016 e una riduzione del 5% del produttività del lavoro manuale all’aperto, con perdite economiche pari a 129 miliardi di dollari nel 2016.

Come detto sopra, le città sono generalmente più calde rispetto al loro ambiente rurale risultante in un particolare urbano modello climatico noto come Urban Heat Island.

Le città infatti assorbono, producono e irradiano calore: asfalto, mattoni, cemento e tetti diventano come spugne che assorbono il calore durante il giorno per poi rilasciarlo durante la notte (vedi Figura 1). In questo senso, ci si aspetta che in futuro l’UHI, combinato con la crescente urbanizzazione, sarà rendere le comunità urbane, soprattutto le più povere, quelle ancora più vulnerabili ai problemi di salute legati all’aumento del calore urbano.

Figura 1: Confronto dei cicli energetici (radiazione netta contro flusso di calore di accumulo) per le aree urbane e rurali durante l’inverno ed estate (valori positivi di flusso termico di accumulo rappresentano un flusso che riscalda le superfici degli elementi urbani; negativo valori di flusso termico di accumulo tende a riscaldare il canyon).
L’area urbana è in grado di immagazzinare durante le ore diurne una maggiore quantità di calore soprattutto nel periodo estivo. Durante le ore diurne, caratterizzate da valori positivi di irraggiamento netto, l’area urbana restituisce un flusso termico sensibile molto maggiore rispetto al flusso di calore latente (praticamente trascurabile) per la presenza di superfici impermeabili da cui viene raccolta l’acqua nei sistemi fognari. Per questo motivo l’area urbana immagazzina un’elevata quantità di calore in grado di riscaldare gli elementi della città.
Il territorio rurale restituisce invece grandi valori di flusso di calore latente, che sommati al flusso di calore sensibile, possono bilancia quasi completamente la radiazione netta. Durante le ore notturne, caratterizzate da valori negativi di radiazione netta, il flusso di calore di accumulo è negativo e quindi diretto al canyon. In termini assoluti, è maggiore per l’area urbana che per l’area rurale. Di conseguenza strade e pareti rilasciano calore che rimane intrappolato nel canyon, riscaldando l’aria
all’interno della città (modificato da Reder et al, 2018).

Misure per affrontare le ondate di calore nelle Isole di calore urbane

Per far fronte a tali sfide, le amministrazioni cittadine e i decisori si stanno schierando in modo significativo risorse con l’obiettivo di raggiungere ambienti sostenibili emisure di protezione dell’adattamento efficaci.

Seguendo ancora Oke et al. (2017), il clima Urban Sensitive Design (CSUD) può essere visto come una visione efficace in grado di ridurre i rischi climatici in aree urbane attraverso l’adozione coscienziosa di una serie di strumenti basati sull’evidenza che si basano su una corretta comprensione delle condizioni del presente e del futuro

In contesti complessi come le città caratterizzati da rilevanti vincoli di spazio, l’identificazione delle migliori soluzioni dovrebbe essere sempre incline a dare la priorità a coloro che consentono il raggiungimento di obiettivi multipli e simultanei.

A questo riguardo, le soluzioni basate sulla natura (NBS) hanno suscitato grande interesse negli ultimi anni; esse possono essere definite come “azioni per proteggere, in modo sostenibile gestire e ripristinare ecosistemi naturali o modificati, che affrontano le sfide della società in modo efficace e adattivo e simultaneamente fornire benessere umano e benefici della biodiversità” (IUCN, 2016).

In particolare, in città, potrebbero rispondere, allo stesso tempo, a diverse esigenze: abbassando la temperatura dell’aria locale attraverso diversi meccanismi (ombreggiamento, evapotraspirazione), ridurre il deflusso dopo forti piogge e poi rischi di alluvione e, per ultimo ma non meno importante, permettendo attività ricreative. Tuttavia, il mantenimento a lungo termine di questi e della loro efficacia rispetto ad altri “grigi” su misura le soluzioni (strutturali) rappresentano effettivamente domande aperte e stimolanti.

In questa prospettiva, la divisione REMHI ha recentemente pubblicato la ricerca peer-reviewed paper Indagine parametrica sul calore urbano Dinamica dell’isola attraverso il modello TEB 1D per un caso studio: valutazione delle misure di adattamento.

Il documento propone strumenti rapidi per la quantificazione le alterazioni della temperatura e dell’energia modelli indotti da urbani antropizzati ambienti e l’efficacia delle diverse misure di adattamento locale, basate o meno sugli NBS, affrontare specificamente il disagio dei problemi del calore urbano (Reder et al.2018.

Questi problemi sono stati affrontati tramite uno studio parametrico realizzato adottando il TEB (Town Energy Balance) e assumendo la città di Tolosa come caso di riferimento, per il quale i seguenti dati sono a disposizione:
• Set di dati di 1 anno delle misure di monitoraggio di flussi di energia superficiale e temperature (sugli “elementi della città”, che sono strade, tetto e muro e in generale nel cosiddetto “canyon urbano”) come parte del CAPITOUL (Canopy and Aerosol Particles Interazioni in Toulouse Urban Layer) progetto (Masson et al., 2008);
• parametri del modello relativi alla geompetria urbana (ad es. altezza media degli edifici, larghezza media della strada, frazioni di copertura di edifici, aree verdi e strade) e caratteristiche architettoniche degli elementi della città (es. albedo, emissività, spessore, conducibilità e termica capacità)

Gli impatti delle misure di adattamento

Modificando caso per caso sia la geometria urbana o le caratteristiche architettoniche del caso di riferimento, mantenendo le altre caratteristiche costanti, diverse configurazioni urbane sono ipotizzate e alcune misure di adattamento implementate e i loro effetti sul microclima urbano sono stati valutati.

In particolare, per configurazioni urbane, il rapporto tra aree adibite a edifici civili e non, e verde gli spazi sono stati modificati, mentre per l’adattamento delle misure, l’adozione di tetti “bianchi” e tetti verdi (in sostituzione delle classiche tegole e / o scure tetti), aree verdi e pavimentazioni “libere” (in luogo, ad esempio, del classico asfalto) è stato presunto.

I principali risultati di questa attività di ricerca sono:
• ridurre il rapporto tra aree per civile fabbricati e non, e aree adibite a spazi verdi è un’ottima strategia per ridurre al minimo l’intensità dell’UHI; rappresenta un buona pratica da considerare per lo sviluppo di nuovi centri urbani o per il recupero di siti brownfield;
• l’implementazione di tetti “bianchi” riduce la temperatura sui tetti, soprattutto durante le ore diurne (vedi figura 2);
• realizzazione di pavimentazioni “chiare” (per esempio concrete) invece di “dark” i marciapiedi (ad esempio asfalto) riducono la temperatura sul manto stradale principalmente durante le ore diurne (vedi figura 2);
• sostituzione delle frazioni stradali con aree verdi porta ad una riduzione dell’energia immagazzinata nell’ambiente urbano, così come l’introduzione di superfici permeabili;
• introdurre una vegetazione sul tetto presenta il vantaggio di schermare le superfici sottostanti dalla radiazione solare durante il giorno, riducendo il riscaldamento e di conseguenza la temperatura del tetto; tuttavia, di notte, potrebbe impedire il raffreddamento radiativo della superficie, quindi evitando in parte l’abbassamento temperatura notturna (vedi Figura 2).
La ricerca suggerisce una semplice ingegneria, un approccio per l’individuazione delle migliori strategie per ridurre gli impatti legati al calore sull’ambiente urbano di comunità.

Figura 2: Ciclo estivo medio diurno della temperatura stradale (sinistra) e della temperatura del tetto (destra) per diversi adattamenti e strategie.
(a sinistra) La presenza di una pavimentazione fresca restituisce valori di temperatura sulla strada inferiori a quelli previsti per il caso di riferimento. Le differenze sono piuttosto ridotte di notte (circa 1 ° C) mentre si accentuano di giorno con un bias massimo di circa 12 ° C. (a destra) L’adozione di un cool roof restituisce valori di temperatura sul tetto inferiori a quello previsto per il caso di riferimento. L’effetto è massimo durante le ore diurne, mentre di notte è praticamente trascurabile. Durante il giorno, il bias raggiunge circa 5 ° C. Per contro, la presenza di una vegetazione urbana sul tetto ha il vantaggio di schermare le superfici sottostanti dalla radiazione solare incidente durante il giorno, riducendo il riscaldamento. Questo fenomeno si traduce durante le ore diurne in una riduzione della temperatura del tetto rispetto al caso di riferimento; questa riduzione è più evidente in estate. Tuttavia, nelle ore notturne, l’andamento della temperatura dei due casi è invertito e si osserva un aumento della temperatura di circa 1 ° C in inverno e addirittura di circa 2 ° C in estate: la presenza di un tetto verde poi potrebbe impedire il raffreddamento radiativo della superficie, contribuendo al calore urbano notturno island (modificato da Reder et al, 2018).

Pertanto, rappresenta l’adozione di decisioni di pianificazione: variazione della geometria urbana, modificare l’uso del suolo e quindi la copertura del suolo introduzione di spazi verdi o metodo di costruzione, materiali da costruzione in termini di colori o proprietà termali.

Tuttavia, dovrebbe essere chiaramente ricordato che le scelte ottimali individuate per affrontare UHI e le ondate di calore potrebbero non rappresentare le migliori opzioni in un quadro sistemico per i quali sono forniti tutti i potenziali servizi considerati.

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