La disposición de las calles y los edificios de una ciudad juega un papel crucial en el efecto de isla de calor urbano local, que hace que las ciudades sean más calientes que sus alrededores, los investigadores han encontrado. El nuevo hallazgo podría proporcionar a los planificadores y funcionarios de la ciudad nuevas formas de influir en esos efectos.

Algunas ciudades, como Nueva York y Chicago, están dispuestos en una cuadrícula precisa, como los átomos en un cristal, mientras que otros como Boston o Londres se organizan de forma más caótica, como los átomos desordenados en un líquido o vidrio. Los investigadores encontraron que las ciudades "cristalinas" tenían una acumulación de calor mucho mayor en comparación con sus alrededores que las "similares al vidrio".

El estudio, publicado hoy en la revista Cartas de revisión física , encontró estas diferencias en los patrones de la ciudad, que ellos llaman "textura, "fue el determinante más importante del efecto isla de calor de una ciudad. La investigación fue realizada por el MIT y el científico investigador principal del Centro Nacional de Investigación Científica Roland Pellenq, quien también es director de un laboratorio conjunto MIT / CNRS / Aix-Marseille University llamado (MSE) 2 (Ciencia de materiales multiescala para la energía y el medio ambiente); el profesor de ingeniería civil y medioambiental Franz-Josef Ulm; asistente de investigación Jacob Sobstyl; (MSE) 2 científico investigador senior T. Emig; y M.J. Abdolhosseini Qomi, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de California en Irvine.

El efecto isla de calor se conoce desde hace décadas. Esencialmente resulta del hecho de que los materiales de construcción urbana, como hormigón y asfalto, puede absorber calor durante el día e irradiarlo por la noche, mucho más que las áreas cubiertas de vegetación. El efecto puede ser bastante dramático, agregando hasta 10 grados Farenheit a las temperaturas nocturnas en lugares como Phoenix, Arizona. En tales lugares, este efecto puede aumentar significativamente los problemas de salud y el uso de energía durante el clima cálido, por lo que comprender mejor qué lo produce será importante en una era en la que cada vez más personas viven en las ciudades.

El equipo descubrió que el uso de modelos matemáticos que se desarrollaron para analizar estructuras atómicas en materiales proporciona una herramienta útil, lo que lleva a una fórmula sencilla para describir la forma en que el diseño de una ciudad influiría en su efecto de isla de calor, Pellenq dice.

"Utilizamos herramientas de la física estadística clásica, ", explica. Los investigadores adaptaron fórmulas diseñadas inicialmente para describir cómo los átomos individuales de un material se ven afectados por las fuerzas de los otros átomos, y redujeron estos complejos conjuntos de relaciones a descripciones estadísticas mucho más simples de las distancias relativas de los edificios cercanos entre sí. Luego los aplicaron a patrones de edificios determinados a partir de imágenes satelitales de 47 ciudades en los EE. UU. Y otros países. en última instancia, termina con un solo número índice para cada uno, llamado parámetro de orden local, que varía entre 0 (desorden total) y 1 (estructura cristalina perfecta), para proporcionar una descripción estadística del grupo de vecinos más cercanos de cualquier edificio dado.

Para cada ciudad, tenían que recopilar datos fiables de temperatura, que provenía de una estación dentro de la ciudad y otra fuera de ella pero cercana, y luego determinar la diferencia.

Para calcular este parámetro de orden local, Los físicos suelen tener que utilizar métodos como bombardear materiales con neutrones para localizar las posiciones de los átomos dentro de ellos. Pero para este proyecto, Pellenq dice:"para obtener las posiciones de los edificios no utilizamos neutrones, solo mapas de Google ". Usando algoritmos que desarrollaron para determinar el parámetro de los mapas de la ciudad, encontraron que las ciudades variaban de 0,5 a 0,9.

Las diferencias en el efecto de calefacción parecen resultar de la forma en que los edificios irradian calor que luego puede ser reabsorbido por otros edificios que se enfrentan directamente a ellos. el equipo determinó.

Especialmente para lugares como China, donde se están construyendo rápidamente nuevas ciudades, y otras regiones donde las ciudades existentes se están expandiendo rápidamente, la información podría ser importante de tener, él dice. En lugares calurosos, las ciudades podrían diseñarse para minimizar el calentamiento adicional, pero en lugares más fríos, el efecto podría ser una ventaja, y las ciudades podrían diseñarse en consecuencia.

"Si está planeando una nueva sección de Phoenix, "Pellenq dice, "no quieres construir en una cuadrícula, ya que es un lugar muy caluroso. Pero en algún lugar de Canadá un alcalde puede decir que no, elegiremos usar la cuadrícula, para mantener la ciudad más cálida ".

Los efectos son significativos, él dice. El equipo evaluó todos los estados individualmente y encontró, por ejemplo, que solo en el estado de Florida, los efectos de las islas de calor urbano causan un costo excesivo estimado en $ 400 millones para el aire acondicionado. "Esto proporciona una estrategia para los planificadores urbanos, ", dice. Si bien, en general, es más sencillo seguir un patrón de cuadrícula, en términos de colocación de líneas de servicios públicos, alcantarillado y tuberías de agua, y sistemas de transporte, en lugares donde el calor puede ser un problema grave, Puede valer la pena las complicaciones adicionales para un diseño menos lineal.

Este estudio también sugiere que la investigación sobre materiales de construcción puede ofrecer un camino a seguir para administrar adecuadamente la interacción del calor entre los edificios en las áreas del centro histórico de las ciudades.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.