El futuro a corto plazo de la Tierra es el de un planeta en calentamiento, a medida que la expansión urbana y las emisiones de gases de efecto invernadero avivan los efectos del cambio climático. Las proyecciones climáticas actuales muestran que en las ciudades de EE. UU. Se espera que las temperaturas aumenten de 2 a 7 C (3.6 a 12.6 F) para el año 2099.

Para tratar de adaptarse a este calentamiento y mantener la habitabilidad en el planeta, Los investigadores están buscando nuevas formas de diseñar y construir ciudades con tecnologías de mitigación del clima y encuentran que a medida que sus modelos predictivos aumentan en sofisticación, están revelando una compleja interdependencia de efectos.

Por ejemplo, El nuevo modelo está revelando la dinámica del cambio climático y la expansión urbana a un nivel más detallado, lo que lleva a una nueva comprensión de lo que podría suceder a medida que las ciudades crecen y las regiones se calientan. Esta información podría ser fundamental para determinar qué podría funcionar o no mientras intentamos adaptarnos al calor que se avecina.

Ahora, los investigadores dirigidos por la Universidad Estatal de Arizona han completado algunos de los modelos más sofisticados de los efectos del cambio climático y los centros urbanos en los EE. UU. y están descubriendo que algunas de las soluciones propuestas en la actualidad proporcionarán solo una fracción de alivio del calor proyectado.

Los investigadores observaron la interacción diaria entre la expansión urbana, cambio climático y adaptación en los EE. UU. hasta el siglo XXI. Su análisis reveló una interacción no lineal entre la expansión urbana y las emisiones de gases de efecto invernadero y lo hizo en una gran extensión de tierra, los EE. UU. Continental, prestando especial atención a las áreas megapolitanas en crecimiento. Luego examinaron un espectro de estrategias de mitigación del calor que incluían árboles a nivel de la calle y soluciones de ingeniería que abordan el fenómeno del calor urbano.

"Estudios anteriores han demostrado que las estrategias convencionales para reducir el calentamiento funcionan principalmente en la reducción de las temperaturas diurnas en lugar de nocturnas, "dijo Matei Georgescu, profesor asociado en la Facultad de Ciencias Geográficas y Planificación Urbana de ASU. "Sin embargo, las ciudades tienden a tener sus mayores impactos en el ambiente termal regional durante las horas de la tarde y la noche ".

"Simulamos los efectos de los enfoques convencionales de mitigación del calor con estrategias de enfriamiento más reconocidas, pero también simulamos impactos asociados con materiales de ingeniería en temperaturas cercanas a la superficie, ", agregó." Encontramos un alivio moderado de las temperaturas durante las horas nocturnas utilizando materiales de baja admitancia térmica ".

Los investigadores publicaron sus hallazgos en "Interacción diurna entre expansión urbana, cambio climático y adaptación en las ciudades estadounidenses del siglo XXI "en la primera edición en línea de Naturaleza Cambio Climático . Los coautores con Georgescu son E. Scott Krayenhoff, Universidad de Guelph, SOBRE, Canadá, un ex investigador postdoctoral que trabaja con Georgescu en ASU, y Mohamed Moustaoui, Ashley Broadbent y Vishesh Gupta, todos afiliados al Centro de Investigación del Clima Urbano en ASU.

Enfoque en los EE. UU.

La nueva investigación tiene una mirada analítica en los Estados Unidos continentales y lo hace con un mayor nivel de sofisticación que los estudios anteriores. Por ejemplo, Los estudios anteriores asumieron que los efectos de la urbanización y los gases de efecto invernadero podrían determinarse simplemente sumando los efectos de los dos. El nuevo enfoque permite a los investigadores caracterizar hasta qué punto estos dos factores del cambio climático regional interactúan entre sí de forma no lineal.

"El efecto del desarrollo urbano y las emisiones de gases de efecto invernadero es menor que la mera suma de los componentes individuales, ", Dijo Georgescu." Esto sólo es evidente durante las horas de la noche. La magnitud de la no linealidad reduce el calentamiento total en hasta 1 C (1.8 F) localmente ". Pero, advierte, "debemos recordar que esto es considerablemente menor que el calentamiento total en sí (de 4 a 8 C, 7.2 a 14.4 F) dependiendo del escenario de GEI simulado ".

Además, El equipo de Georgescu profundizó en los datos. El trabajo anterior utilizó la temperatura promedio de 24 horas de cada día como punto de datos. En esta investigación, el equipo produjo significativamente más datos (aproximadamente 100 terabytes) a través de simulaciones por computadora realizadas en los clústeres de supercomputación de alto rendimiento disponibles en ASU y examinó los impactos durante 24 horas, o escala "diurna", en intervalos de tres horas.

"Poner estos datos a disposición de la comunidad investigadora permitirá investigaciones relacionadas, como evaluaciones biometeorológicas de investigadores de salud y evaluaciones energéticas de la comunidad científica de la construcción, "dijo Scott Krayenhoff, autor principal del estudio.

Lo que se revela en el modelado es un continente en calentamiento, especialmente en los centros urbanos regionales de los EE. UU.

"El calentamiento urbano durante el verano como resultado de una combinación dinámicamente interactiva de expansión urbana y cambio climático es de 1 a 6 C (1.8 a 10.8 F) por la tarde y de 3 a 8 C (5.4 a 14.4 F) por la noche a fines de siglo, "dijo el miembro del equipo Mohamed Moustaoui.

En general, las simulaciones proyectadas que el calentamiento urbano de la tarde será más pronunciado en el este de los EE. UU. y el calentamiento nocturno será más fuerte en los Apalaches, Regiones de los Grandes Lagos y del Valle Central de California, en gran parte como resultado de la expansión urbana en estas regiones.

Luego, los investigadores simularon cómo funcionarían varias tecnologías de mitigación del calor dadas las temperaturas regionales más altas proyectadas. Estas tecnologías incluyen techos fríos, tejados verdes y árboles de la calle, todo lo cual se puede utilizar para aliviar las temperaturas exteriores cercanas a la superficie de un área.

Adaptarse al calor

"Mediante simulaciones dinámicamente interactivas, Examinamos múltiples estrategias de adaptación con el objetivo de compensar el calor urbano proyectado para el siglo XXI. ", Explicó Krayenhoff." Combinamos la implementación de alta intensidad de techos fríos, techos verdes y árboles de la calle (es decir, un escenario de adaptación total) y encontró que conduce a 1.3 a 2.0 C (2.3 a 3.6 F) de enfriamiento medio de la tarde en verano dependiendo de la región, pero menos de 1 C (1.8 F) de enfriamiento nocturno. El enfriamiento local por la tarde en muchas áreas metropolitanas proyectadas de EE. UU. Fue algo mayor, particularmente en California, Texas y el noreste ".

Incluso con estas tecnologías de mitigación del calor implementadas, Las simulaciones mostraron que es probable que el calor persista.

"Lo que me pareció más sorprendente fue que, combinado, La implementación de alta intensidad de todas las estrategias de adaptación no logró contrarrestar el calentamiento del cambio climático en el escenario climático RCP 8.5 (o como siempre). dejando un calentamiento urbano medio continental de los EE. UU. de 1 a 4 C (1.8 a 7.2 F) durante el día y de 3 a 6 C (5.4 a 10.8 F) durante la noche, y grandes aumentos proyectados en los días de calor extremo en ciudades de todo el país, ", Explicó Krayenhoff.

"Incluso con reducciones sustanciales de gases de efecto invernadero, es decir, en el escenario de emisiones RCP 4.5, El calentamiento nocturno no siguió siendo trivial después de la aplicación completa de las medidas de adaptación. ", agregó." Esto significa que podemos construir edificios 'frescos' y plantar árboles en nuestras calles y, aún así, es probable que las ciudades estadounidenses se vuelvan mucho más calientes sin reducciones simultáneas y sustanciales de las emisiones de gases de efecto invernadero ".