miniaturadaimagem| Exemplo de vida urbana densa sem espaços verdes que leva a um efeito pronunciado de ilha de calor urbana (Milão, Itália) miniaturadaimagem| Exemplo de um espaço verde no centro da cidade que pode reduzir o efeito de ilha de calor urbana (Central Park, Nova York) Áreas urbanas geralmente sofrem o efeito da ilha de calor (IC), ou seja, são significativamente mais quentes do que as áreas rurais vizinhas. A diferença de temperatura é geralmente maior à noite do que durante o dia, e é mais aparente quando os ventos são fracos, em condições de bloqueio, notavelmente durante o verão e o inverno. A principal causa do efeito IC é a modificação das superfícies terrestres, enquanto o calor residual gerado pelo uso de energia é um contribuinte secundário. As áreas urbanas ocupam cerca de 0,5% da superfície terrestre da Terra, mas abrigam mais da metade da população mundial. À medida que um centro populacional cresce, ele tende a expandir sua área e aumentar sua temperatura média. O termo ilha de calor também é usado; o termo pode ser usado para se referir a qualquer área que seja relativamente mais quente do que a área circundante, mas geralmente se refere a áreas perturbadas pelo homem.
A precipitação mensal é maior a favor do vento nas cidades, em parte devido à IC. O aumento do calor nos centros urbanos aumenta a duração das estações de cultivo e diminui a ocorrência de tornados fracos. A IC diminui a qualidade do ar ao aumentar a produção de poluentes como o ozônio, e diminui a qualidade da água à medida que águas mais quentes fluem para os riachos da área e colocam pressão em seus ecossistemas.
Nem todas as cidades têm uma ilha de calor urbana distinta, e as suas características dependem fortemente do clima de fundo da área em que a cidade está localizada. O impacto em uma cidade pode mudar muito com base no ambiente local. O calor pode ser reduzido pela cobertura de árvores e espaços verdes que atuam como fontes de sombra e promovem o resfriamento evaporativo. Outras opções incluem telhados verdes, aplicações passivas de resfriamento radiativo diurno e o uso de superfícies de cores mais claras e materiais de construção menos absorventes. Elas refletem mais luz solar e absorvem menos calor.
As alterações climáticas não são a causa das ilhas de calor urbanas, mas estão a causar ondas de calor mais frequentes e intensas, que por sua vez amplificam o efeito de ilha de calor urbana nas cidades. O desenvolvimento urbano compacto e denso pode aumentar o efeito de ilha de calor urbana, levando a temperaturas mais elevadas e a uma maior exposição.
Definição Uma definição de ilha de calor é: "O calor relativo de uma cidade em comparação com as áreas rurais circundantes."Este calor relativo é causado pela "retenção de calor devido ao uso do solo, à configuração e ao design do ambiente construído, incluindo o traçado das ruas e o tamanho dos edifícios, às propriedades de absorção de calor dos materiais de construção urbana, à ventilação reduzida, à redução da vegetação e das características da água, e às emissões de calor domésticas e industriais geradas diretamente pelas atividades humanas".
Descrição miniaturadaimagem|300x300px| Mecanismo do efeito de ilha de calor urbana: áreas centrais densamente construídas tendem a ser mais quentes do que áreas residenciais suburbanas ou áreas rurais. Variabilidade diurna Em termos gerais, a diferença de temperatura entre a área urbana e a área rural circundante é mais pronunciada à noite do que durante o dia. Por exemplo, nos Estados Unidos, a temperatura nas áreas urbanas tende a ser mais quente do que na área circundante em cerca de 0,6-4 °C durante o dia e cerca de 1-3 °C à noite. No entanto, a diferença é mais pronunciada durante o dia em climas áridos, como os do sudeste da China e de Taiwan. Estudos têm demonstrado que a variabilidade diurna é impactada por vários fatores, incluindo clima e tempo locais, sazonalidade, humidade, vegetação, superfícies e materiais no ambiente construído.
Variabilidade sazonal A variabilidade sazonal é menos bem compreendida do que a variabilidade diurna. As relações complexas entre precipitação, vegetação, radiação solar e materiais de superfície em várias zonas climáticas locais desempenham papéis interligados que influenciam os padrões sazonais de variação de temperatura em uma ilha de calor urbana específica.
Medições e previsões
Índice de Ilha de Calor Urbana (ICUU) miniaturadaimagem| As cidades geralmente sofrem efeitos mais fortes de ilhas de calor urbanas à noite; os efeitos podem variar de acordo com a localização e a topografia das áreas metropolitanas.|esquerda Um método para quantificar o efeito da IC em áreas urbanas é o Índice IC criado pela EPA da Califórnia em 2015. Ele compara a temperatura de uma área pesquisada e de pontos de referência rurais a favor do vento da área pesquisada, a uma altura de dois metros acima do nível do solo. A diferença de temperatura em graus Celsius é medida a cada hora e as diferenças com o aumento da temperatura urbana em comparação aos pontos de referência são somadas, criando uma quantidade de graus Celsius-hora, que é o Índice IC da área pesquisada. A medida de Celsius-hora pode ser calculada em média ao longo de muitos dias, mas é especificada como Celsius-hora por dia médio.
O índice foi criado para estimar o uso esperado de ar condicionado e as emissões de gases de efeito estufa resultantes na Califórnia. O índice não considera valores ou diferenças na velocidade do vento, humidade ou influxo solar, que podem influenciar a temperatura percebida ou o funcionamento dos aparelhos de ar condicionado.
Modelos e simulações Se uma cidade ou vila tiver um bom sistema de observação meteorológica, a IC pode ser medida diretamente. Uma alternativa é usar uma simulação complexa do local para calcular a IC, ou usar um método empírico aproximado.
Leonard O. Myrup publicou o primeiro tratamento numérico abrangente para prever os efeitos da ilha de calor urbana (IC) em 1969. Descobriu-se que o efeito de ilha de calor é o resultado líquido de vários processos físicos concorrentes. Em geral, a evaporação reduzida no centro da cidade e as propriedades térmicas dos materiais de construção e pavimentação da cidade são os parâmetros dominantes. Os ambientes de simulação modernos incluem o ENVI-met, que simula todas as interações entre as superfícies dos edifícios e do solo, as plantas e o ar ambiente.
Causas miniaturadaimagem| Exemplo de vida urbana densa: Prédios altos de Manhattan durante o pôr do sol miniaturadaimagem| Localização térmica (acima) e da vegetação (abaixo) ao redor da cidade de Nova York via imagens de satélite infravermelho. Uma comparação das imagens mostra que onde a vegetação é densa, as temperaturas são mais baixas.
Desenho urbano Existem várias causas de uma ilha de calor urbana (IC) relacionadas a aspectos comuns do design urbano. Por exemplo, as superfícies escuras absorvem significativamente mais radiação solar, o que faz com que as concentrações urbanas de estradas e edifícios aqueçam mais do que as áreas suburbanas e rurais durante o dia; os materiais comumente usados em áreas urbanas para pavimentação e telhados, como concreto e asfalto, têm propriedades térmicas em massa (incluindo capacidade de calor e condutividade térmica) e propriedades radiativas de superfície (albedo e emissividade) significativamente diferentes das áreas rurais circundantes. Isto provoca uma alteração no orçamento energético da área urbana, conduzindo frequentemente a temperaturas mais elevadas do que as das áreas rurais circundantes.
Os passeios, os parques de estacionamento, as estradas ou, de um modo mais geral, as infraestruturas de transporte contribuem significativamente para o efeito de ilha de calor urbana. Por exemplo, a infraestrutura de pavimentação é um dos principais contribuintes para o calor urbano durante as tardes de verão em Phoenix, Estados Unidos.
Outra razão importante é a falta de evapotranspiração (por exemplo, devido à falta de vegetação) nas áreas urbanas. O Serviço Florestal dos EUA descobriu em 2018 que as cidades dos Estados Unidos estão perdendo 36 milhões de árvores a cada ano. Com a diminuição da quantidade de vegetação, as cidades também perdem a sombra e o efeito de resfriamento evaporativo das árvores.
Outras causas da IC são devidas a efeitos geométricos. Os edifícios altos em muitas áreas urbanas fornecem múltiplas superfícies para reflexão e absorção da luz solar, aumentando a eficiência com que as áreas urbanas são aquecidas. Isso é chamado de "desfiladeiro urbano". Outro efeito das construções é o bloqueio do vento, o que também inibe o resfriamento por convecção e impede a dissipação de poluentes. O calor residual proveniente de automóveis, ar condicionado, indústria e outras fontes também contribui para a IC.
As ilhas de calor podem ser afetadas pela proximidade de diferentes tipos de cobertura de solo, de modo que a proximidade de terras áridas faz com que as terras urbanas se tornem mais quentes e a proximidade da vegetação as torna mais frias.
Poluição do ar Altos níveis de poluição atmosférica em áreas urbanas também podem aumentar a IC, uma vez que muitas formas de poluição alteram as propriedades radiativas da atmosfera. A ilha de calor não só aumenta as temperaturas urbanas como também aumenta as concentrações de ozono, porque o ozono é um gás com efeito de estufa cuja formação irá acelerar com o aumento da temperatura.Union of Concerned Scientists. "Rising Temperatures, Worsening Ozone Pollution." Climate Change and Your Health (2011): n. pag. Print.
As alterações climáticas como amplificador As mudanças climáticas não são uma causa, mas um amplificador do efeito de ilha de calor urbana. O Sexto Relatório de Avaliação do IPCC de 2022 resumiu a pesquisa disponível da seguinte forma: "As mudanças climáticas aumentam os riscos de estresse térmico nas cidades [...] e amplificam a ilha de calor urbana nas cidades asiáticas em 1,5 °C e 2 °C, ambos substancialmente maiores do que nos climas atuais [...]."
O relatório prossegue dizendo: "Num mundo em aquecimento, o aumento da temperatura do ar piora o efeito de ilha de calor urbana nas cidades. Um risco fundamental são as ondas de calor nas cidades que provavelmente afetarão metade da futura população urbana global, com impactos negativos na saúde humana e na produtividade económica."
Existem interações inúteis entre o calor e a infraestrutura construída: essas interações aumentam o risco de estresse térmico para as pessoas que vivem nas cidades.
Impactos miniaturadaimagem| Exemplo de urbanização: Dubai
Sobre o clima e o tempo Além do efeito na temperatura, as ilhas de calor podem produzir efeitos secundários na meteorologia local, incluindo a alteração dos padrões de vento locais, o desenvolvimento de nuvens e neblina, a humidade e as taxas de precipitação. O calor extra fornecido pela IC leva a um maior movimento ascendente, o que pode induzir mais atividades de chuva e tempestades. Além disso, a ilha de calor cria durante o dia uma área local de baixa pressão onde o ar relativamente úmido do seu entorno rural converge, possivelmente levando a condições mais favoráveis à formação de nuvens. As taxas de precipitação a favor do vento nas cidades aumentam entre 48% e 116%. Em parte como resultado deste aquecimento, a precipitação mensal é cerca de 28% maior entre 32 e 64 quilômetros a favor do vento das cidades. Algumas cidades apresentam um aumento total de precipitação de 51%.
Um estudo concluiu que as cidades alteram o clima em áreas duas a quatro vezes maiores do que a sua própria. Uma comparação de 1999 entre áreas urbanas e rurais propôs que os efeitos das ilhas de calor têm pouca influência nas tendências globais da temperatura média. Outros sugeriram que as ilhas de calor urbanas afectam o clima global através do impacto na corrente de jacto.
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