isla de calor
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Isla de calor
Isla de calor.
En color rojo se puede observar las islas de calor notables presentes enEspaña, en lasáreas de Madrid y Barcelona.
Tokio, ejemplo de isla de calor. Las Tº normales de Tokio subieron más que las del alrededor
La isla de calor es una situación urbana, de acumulación de calor por la inmensa mole de hormigón, y demás materiales absorbentes de calor; y atmosférica que se da en situaciones de estabilidad por la acción de un anticiclón térmico.
Se presenta en las grandes ciudades y consiste en la dificultad de la disipación del calor durante las horas nocturnas, cuando las áreas no urbanas, se enfrían notablemente por la falta de acumulación de calor. El centro urbano, donde los edificios y el asfalto desprenden por la noche el calor acumulado durante el día, provoca vientos locales desde el exterior hacia el interior. Comúnmente se da el fenómeno de elevación de la temperatura en zonas urbanas densamente construidas causado por una combinación de factores tales como la edificación, la falta de espacios verdes, los gases contaminantes o la generación de calor. Se ha observado queel fenómeno de la isla de calor aumenta con el tamaño de la ciudad y que es directamente proporcional al tamaño de la mancha urbana.
Índice
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1 Causas
2 Consecuencias
3 Consecuencias en estaciones meteorológicas "urbanas"
4 Véase también
5 Enlaces externos
Causas[editar]
Las zonas edificadas ofrecen más superficie para la absorción de calor, el cual irradian lentamente durante la noche. Otro efecto de los edificios altosson las múltiples reflexiones horizontales de la radiación recibida, que aumentan la probabilidad de que esta energía permanezca en el suelo en lo quese conoce como efecto cañón.
La falta de grandes zonas verdes y el entubamiento de los afluentes acuosos en la ciudad reduce las oportunidades de transformar la energía solar a través de los procesos de fotosíntesis o evaporación del agua. Diversos estudios muestran la relación directa entre las altas temperaturas urbanas y la falta de vegetación [1].
Por otra parte, la actividad industrial y doméstica genera un aporte de caloral medio. En particular los sistemas derefrigeración en la ciudad forman parte de un círculo vicioso, ya que generan calor extra y su uso se incrementa con latemperatura. Algunos autores explican la isla de calor como un efecto invernadero local, pues los gases se encierran en un solo lugar provocando una cápsula de gases que absorbe calor del sol. Los materiales queforman la ciudad absorben la radiación solar de onda corta y la emiten posteriormente con una longitud de onda más larga, frecuencia que resulta retenida por partículas en suspensión y gases de combustión.
La cápsula de gases solo puede ser rota cuando los vientos son superiores a 20 km/h, si en la superficie hay demasiados edificios de mucha altura el aireserá obstruido y la cápsula no se romperá, sin embargo hasta lo más natural puede provocar una cápsula de calor. Las ciudades localizadas en un valle rodeado de montañas de más de 500m son más propensas a una isla de calor, pues es aire queda obstruido por las montañas que la rodean haciendo la cápsula más densa y gruesa.
Otra de las causas que provocan el efecto de isla de calor es el albedo. El albedo es la capacidad de reflejar en mayor o menor medida la radiación
solar. Por regla general, un color más claro absorbe menos calor que un colormás oscuro. Las calles hechas de asfalto alcanzarán temperaturas mucho mayores a aquellas alcanzadas por una calle hecha de hormigón relativamente nuevo.
Consecuencias[editar]
La isla de calor puede llegar a disminuir el período frío del invierno y extender el de verano, adelantando la primavera y retrasando el otoño. Su efecto sobre la temperatura urbana puede reducir el uso de la calefacción en invierno, pero aumenta la demanda de refrigeración en verano. El mayor uso dela refrigeración incrementa la demanda energética, con sus consecuentes perjuicios ambientales y económicos. A nivel ambiental, la mayor temperatura también contribuye a las reacciones de los gases de combustión presentes en la atmósfera. En algunos casos no sólo resulta afectada la temperatura de la ciudad sino también de sus alrededores, alterando el clima regional.
Consecuencias en estaciones meteorológicas "urbanas"[editar]
Con la urbanización, muchas estaciones meteorológicas, han quedado dentro de las islas de calor. La deriva en los datos artificializados (ya que no registran la climatología regional, sino la forzada por el régimen de la isla de calor), puede ser eliminada matemáticamente, con fórmulas de ajuste. Con el efecto de la isla de calor las temperaturas mínimas son notablemente más altas que en el entorno próximo y las máximas son ligeramente más bajas por lo que la temperatura media es más alta en la ciudad que además suele contar con un mayor grado de humedad. Sírvanos como ilustración el clima en Madrid medido en el Parque del Retiro, en el centro de la ciudad, y en el Aeropuerto de Barajas, en las afueras de la capital española. Las máximas son 1,2º C menos por la isla de calor que impide la llegada de vientos cálidos y del calentamiento solar, pero las mínimas son 2,1º C más altas, porlo que la temperatura media es más alta en el centro y con una oscilación media diaria mucho menor que en la periferia.
Climograma de Madrid (Retiro).
Climogramade Madrid (Barajas).
Véase
también[editar]
Observatorio del Parque del Retiro
1971-2000 ene
feb
mar
abr may ju
njul
ago
sep
oct
nov
dic
Total
Temperaturamáxima (°C)
9,7
12,0
15,7
17,5
21,4
26,9
31,2
30,7
26,0
19,0
13,4
10,1 19,4
Temperaturamínima (°C)
2,6
3,7
5,6
7,2
10,7
15,1
18,4
18,2
15,0
10,2
6,0
3,8 9,7
Precipitaciones (mm) 37 35 26 47 52 25 15 10 28 49 56 56 436
Observatorio del Aeropuerto de Madrid-Barajas
1971-2000 ene
feb
mar
abr may ju
njul
ago
sep
oct
nov
dic
Total
Temperaturamáxima (°C)
10,6
12,9
16,3
18,0
22,3
28,2
33,0
32,4
27,6
20,6
14,7
11,0 20,6
Temperaturamínima (°C)
0,3
1,5
3,2
5,4 8,8 13
,016,1
16,0
12,7
8,3
3,8
1,8 7,6
Precipitaciones (mm) 33 34 23 39 47 26 11 12 24 39 48 48 386
Techo verde en Chicago
Techo verde Clima urbano
Enlaces externos[editar]
Efecto isla de calor urbano (2004) Sebastian Wypych, Anita Bokwa, Jagiellonian University, Cracovia, Polonia
www.urbanheatislands.com Sitio que intenta resumir la mayor cantidad de informacion sobre las islas de calor urbanas
Balling & Hughes. Influencias urbanas en las tendencias de Tº sudafricanas, International Journal of Climate, 16, 935
Cook et al. Cambio Climático en Tasmania de las cronologías de anillos de árboles por 1089 años, Huon Pine, Science, 253, 1266-1268
Curtis et al. 1999. Efectos de la Isla Urbana de Calor en Fairbanks, Alaska. Theoretical Applied. Climatology
Trewin, B. Rwegistros de altas Tº en Australia. Australian Meteorology Magazine. 46, 251
http://www.puc.cl/sw_educ/contam/efect/efur011.htm Contaminación, Islas deCalor
http://www.meteored.com/ram/numero44/combatiendo-calor-grandes-ciudades- mundo.asp
¿Se están poniendo más calientes las ciudades? A medida que las ciudades agregan calles, edificaciones, industria, y gente, las temperaturas en la ciudad suben con respecto a sus entornos rurales, creando así una isla de calor. La temperatura en estas islas de calor urbanas puede ser hasta 10 a 15°F más alta, bajo condiciones óptimas. Con el incremento del desarrollo urbano, las islas de calor pueden aumentar en términos de su frecuencia y magnitud. Los Ángeles, California, por ejemplo, se ha vuelto un 1°F más caliente cada década durante los últimos 60 años. Estas islas de calor producen impactos que se extienden desde escalas locales hasta escalas globales, y realzan la importancia de la urbanización para el cambio del medio ambiente.
¿Qué es una isla urbana de calor?
Tanto el aire como la superficie de la ciudad pueden estar más calientes.
Isla de calor urbana es el nombre que se usa para describir el calor característico tanto de la atmósfera como de las superficies en las ciudades (o áreas urbanas) comparadas con sus entornos no urbanizados. La isla de calor es un ejemplo de modificación climática no intencional cuando la urbanización le cambia las características a la superficie y a la atmósfera de la tierra.
¿Hay diferentes tipos de islas urbanas de calor?
Hay tres tipos de islas de calor.
Hay tres tipos de islas de calor.
Isla de calor de la capa de dosel (ICCD) Isla de calor de la capa de perímetro (ICCP) Isla de calor de superficie (ICS)
El aire caliente forma una cúpula o pluma sobre la ciudad.
Las dos primeras se refieren a un calentamiento de la atmósfera urbana; la última se refiere al calor relativo de las superficies urbanas. La capa de dosel urbana (CDU) es la capa de aire de las ciudades que está más cercana a la superficie, la cual se extiendehacia arriba aproximadamente hasta la altura media de las edificaciones (Figura 1). Por encima de la capa de dosel urbana seencuentra la capa de perímetro urbana la cual puede ser de 1 kilómetro (km) o más de espesor durante el día, y encogerse a cientos de metros o menos durante la noche (Figura 1).1 La ICCP es la que forma una cúpula de aire más caliente que se extiende en dirección del viento más allá de la ciudad. El viento a menudo le cambia la forma a la cúpula por una forma de pluma.
Figura 1.
Representación esquemática de los componentes principales de la atmósfera urbana.
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Los tipos de isla de calor varían en cuanto a su forma espacial (forma), características temporales (relacionado con el tiempo), y
algunos de los procesos físicos subyacentes que contribuyen a su desarrollo. Los científicos miden las temperaturas del aire para la ICCD y la ICCP directamente usando termómetros, mientras que laICS es medida con sensores remotos instalados sobre satélites o aviones.2,3
¿Cuáles son las características de las islas de calor?
El aire más caliente se encuentra en el centro de la ciudad.
Forma espacial general (forma) de la isla de calor Las isotermas, o líneas de igual temperatura, forman un patrón quees semejante al de una “isla” que sigue aproximadamente la forma de la región urbanizada, rodeada por zonas más frías (Figura 2). Amenudo hay un aumento intenso de la temperatura del aire en la capa de dosel, en el límite entre áreas rurales y suburbanas, seguido por un aumento lento y a menudo variable hacia el núcleo de la ciudad donde ocurren las temperaturas más altas. Las islas de calor de la capa de perímetro muestran mucho menos variabilidadque los otros tipos de islas de calor, y un corte transversal muestra que su forma se parece a una simple cúpula o pluma, donde el aire más caliente es transportado con el viento fuera de la ciudad.
Figura 2.
Caracteristicas de las islas urbanas de calor.
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Intensidad de la isla de calor
El calor solar incrementa las temperaturas de la superficie.
La intensidad de la isla de calor es una medida de la fuerza o magnitud de la isla de calor. Por la noche la intensidad de la isla de calor de la capa de dosel típicamente se encuentra en un rango de entre 1° y 3°C, pero bajo condiciones óptimas, intensidades de hasta 12°C han sido registradas.4 La ICCP tiende a mantener una intensidad de isla de calor más constante tanto durante el día como en la noche (~1.5° a 2°C). La ICS es generalmente más definida durante el día cuando el fuerte calentamiento solar puede llevar a mayores diferencias de temperatura entre las superficies secas y aquellas mojadas, sombreadas o con vegetación.
Características de la superficie y la isla de calor
Superficies secas y oscuras absorben más luz solar.
El tipo de superficie es un factor importante en cuanto a los patrones espaciales de las capas de temperatura del aire superficial y de dosel en la ciudad. Las temperaturas son más altas en aquellas zonas con mayor densidad de construcción, y son más bajas cerca a parques o zonas más abiertas (Figura 2). Las temperaturas de la superficie son especialmente susceptibles a lascondiciones de la superficie: durante el día las superficies secasy oscuras que absorben luz solar fuertemente se vuelven muy calientes, mientras que las superficies más claras y/o mojadas sonmucho más frías.2,3 El sombreado de la superficie también ayuda a controlar la temperatura. (Para ejemplos visuales de la isla de calor de superficie, vea el enlace “aprenda mas” del Proyecto Piloto Isla de Calor del EPA - Agencia de Protección Ambiental-, al final de este articulo.)
Forma temporal de la isla de calor Todas las islas de calor se forman debido a las diferencias en lastasas de calentamiento y enfriamiento de las ciudades con relacióna sus entornos.
Las tasas de calentamiento y enfriamiento afectan las islas de calor.
ICCD: la intensidad de la isla de calor aumenta con el tiempo, partiendo desde la puesta del sol hasta un máximo entre un punto unas pocas horas después de la puesta del sol y las horas previasa la madrugada. Generalmente durante el día la intensidad de la ICCD es bastante débil, y a veces es negativa (una isla fría) en algunas partes de la ciudad donde altos edificios u otras estructuras proveen sombra extensa, y donde hay una carencia de calentamiento debido al almacenamiento de calor en los materialesde construcción.
ICS: es fuertemente positiva tanto durante el día como durante lanoche debido a superficies urbanas más calientes. La ICS diurna es generalmente mayor puesto que la radiación solar afecta las temperaturas de las superficies.
ICCP: es generalmente positiva tanto en el día como en la noche pero mucho menor en magnitud que la ICCD o la ICS.
¿Cómo se forman las islas de calor y como son controladas?
Varios factores contribuyen a la ocurrencia e intensidad de las islas de calor; estos incluyen:
clima localización geográfica hora del día y estación forma de la ciudad funciones de la ciudad
El viento y las nubes afectan la formación de islas de calor.
El clima, en particular el viento y las nubes, influyen en la formación de islas de calor. Las magnitudes de la isla de calor son mayores bajo condiciones climáticas calmadas y claras. A medida que los vientos aumentan, mezclan el aire y reducen la islade calor. A medida que las nubes aumentan reducen el enfriamiento nocturno por radiación, y también reducen la isla de calor. Las variaciones estacionales de los patrones climáticos afectan la frecuencia y la magnitud de la isla de calor.
La geografía influencia el clima.
La localización geográfica influye sobre el clima y la topografía de la zona, así como sobre las características de los alrededores rurales de la ciudad. Las influencias climáticas regionales o locales, tales como los sistemas locales de vientos, pueden afectar las islas de calor; por ejemplo, las ciudades costeras pueden experimentar un enfriamiento de las temperaturas urbanas durante el verano cuando las temperaturas de la superficie del océano están mas frías que las de la tierra y el viento sopla hacia tierra firme. Donde las ciudades están rodeadas por superficies rurales mojadas, el enfriamiento más lento de estas superficies puede reducir las magnitudes de la isla de calor, especialmente en climas cálidos y húmedos.5
Las estaciones cambian las islas de calor.
Hora del día/estación: Los impactos diurnos fueron discutidos en la sección llamada “Forma temporal de la isla de calor.” Las estaciones juegan un papel también. Las islas de calor de ciudadeslocalizadas en latitudes medias, generalmente son más fuertes en el verano o en el invierno. En climas tropicales, la estación secapuede favorecer grandes magnitudes de las islas de calor.
La forma de la ciudad incluye los materiales usados en la construcción,las características de las superficies de la ciudad, tales como las dimensiones y espaciamiento de las edificaciones, las propiedades térmicas, y la cantidad de espacios verdes. La formación de islas de calor es favorecida por
Ciertas estructuras y geometría de las ciudades favorecen a las islas de calor.
materiales de construcción relativamente densos que son lentos encalentarse y enfriarse, y almacenan una cantidad de energía
el reemplazo de las superficies naturales por superficies impermeables o a prueba de agua, lo que induce un área urbana másseca, en donde hay menos agua disponible para la evaporación, lo cual contrarresta el calentamiento del aire
una menor capacidad de las superficies de reverberar la radiaciónsolar; las superficies oscuras, tales como las carreteras de asfalto, absorben más luz solar y se ponen mucho más calientes que las superficies de color claro.
La actividad humana puede también incrementar las temperaturas de las islas de calor.
Las funciones de la ciudad regulan la emisión de contaminantes a la atmósfera urbana, el calor por uso de energía, y el uso de agua enirrigación. El calor antropogénico, o calor generado por las actividadeshumanas, principalmente la combustión de combustibles fósiles, puede ser importante para la formación de islas de calor.6 El calentamiento antropogénico generalmente tiene mayor impacto durante la estación de invierno de los climas fríos, en el núcleo del centro de la ciudad.7 En casos selectos, ciudades construidas en forma muy densa pueden presentar calentamiento antropogénico severo durante la época de verano, como consecuencia de un alto uso de energía para enfriar las edificaciones.7
¿Cómo afectan a las ciudades las islas de calor?
Las islas de calor tienen rangos de impactos para los habitantes de ciudad, incluyendo
confort humano: positivo (invierno), negativo (verano) uso de energía: positivo (invierno), negativo (verano) uso de agua: negativo actividad biológica (por ejemplo, la duración de la temporada de
cultivo): positivo hielo y nieve: positivo
Las islas de calor podrían impactar a la salud humana.
Las islas de calor del verano pueden aumentar la demanda de energía para aire acondicionado, lo cual libera más calor al aire y también gases de efecto invernadero, degradando así la calidad del aire local.8 Las temperaturas urbanas más elevadas durante el día en la ICCP pueden aumentar la formación del smog urbano, puesto que tanto las emisiones de contaminantes precursores, como las tasas de reacciones fotoquímicas de la atmósfera, aumentan.9,10 Las islas de calor también pueden afectar en forma directa la salud humana exacerbando el estrés por calor durante las oleadas de calor, especialmente en zonas temperadas, y creando
las condiciones adecuadas para que se distribuyan las enfermedadestransmitidas por vectores.11,12
Soluciones biológicas para aliviar las islas urbanas de calor
Una solución: tejados y pavimento de colores claros.
La comprensión de los mecanismos físicos subyacentes a la formación de las islas de calor provee la base para el desarrollo de controles que pueden promover o aliviar las islas de calor, pero en algunos casos la aplicación de esos controles es difícil. Por ejemplo, el cambio extenso en la geometría de la superficie urbana a través del espaciamiento de las edificaciones, generalmente no es factible. Sin embargo, otras estrategias son posibles -por ejemplo, usar tejados y pavimentos blancos o de otrocolor claro.
Una solución de tipo biológico es usar vegetación para reducir el calor urbano. La vegetación provee importantes efectos de sombra al igual que enfriamiento a través de la evaporación. Algunos ejemplos incluyen:
Sembrar árboles alrededor de edificaciones individuales para sombrear las superficies urbanas y así reducir su temperatura, especialmente aquella de los tejados y de las paredes de los costados sur oriental y occidental. La reducción en la temperatura de la superficie también conduce a reducciones substanciales en el uso de energía para el aire acondicionado.
Otras soluciones son árboles y espacios verdes.
Los árboles también pueden ser usados para sombrear calles y parqueaderos, los cuales de otra manera se pondrían muy calientesdurante el día y almacenarían calor para luego liberarlo durante la noche. El sombreado de vehículos en los parqueaderos puede reducir la emisión de vapores de gasolina, lo cual contribuye a incrementar los niveles de ozono urbano.
Los “tejados verdes” utilizan vegetación viva en los tejados parareducir la acumulación de calor de las edificaciones. Por
ejemplo, para junio del 2004, la ciudad de Chicago tenía más de 80 tejados gubernamentales y privados, incluyendo el primer tejado gubernamental verde del país -el jardín del tejado del City Hall (el ayuntamiento). Un tejado verde es mucho más frio que un tejado tradicional puesto que una fracción significativa de la energía absorbida es usada para evaporar agua en vez de calentar el techo y el aire encima de éste.
La creación de espacios verdes tales como parques puede ser usadapara ayudar al enfriamiento de los vecindarios,13,14 y un “reverdecimiento” general de la ciudad puede llevar a una atmósfera urbana más fresca.15
Existe un beneficio de costo en el use de soluciones verdes.
Estas estrategias pueden proporcionar beneficios de costos. El dueño de una edificación se beneficia con menores costos de consumo de energía. Los residentes en la dirección del viento mas allá de la zona urbana se benefician con mejoras en la calidad delaire porque:
los contaminantes se depositan en los árboles se reducen el gas de efecto invernadero y las emisiones
contaminantes provenientes del uso del aire acondicionado se disminuyen las emisiones de compuestos orgánicos volátiles que
contribuyen al smog urbano se reduce potencialmente la tasa de formación de ozono
La Agencia Norteamericana de Protección Ambiental (US Environmental Protection Agency) ha emprendido el Proyecto Piloto de Islas de Calor Urbanas (Urban Heat Island Pilot Project) como parte de la Iniciativa de Reducción de Islas de Calor (Heat IslandReduction Initiative). Las ciudades piloto incluyen Baton Rouge, Chicago, Houston, Sacramento, y Salt Lake City.
¿Afectan el clima global las islas urbanas de calor?
Las islas urbanas de calor por sí mismas no son responsables del calentamiento global porque son fenómenos de pequeña escala y
cubren tan solo una minúscula fracción de la superficie de la tierra. Sin embargo, hay algunas conexiones urbano-globales dignasde mencionar:
Las islas de calor en zonas urbanas son modelos para la investigación del cambio climático.
1. Aproximadamente la mitad de la población del mundo vive actualmente en ciudades, y se espera que esta cantidad aumente al 61% para el 2030.16La alta tasa de urbanización, especialmente en los trópicos, implica que un futuro, un número de personas cada vez mayor se verá expuesto a los impactos que resultan de la isla de calor.
2. Las zonas urbanas han sido históricamente el lugar de algunas de las estaciones de observación más tempranas usadas para construir el record global de temperatura de la superficie, utilizado para documentar cambios climáticos de larga escala. A lo largo del tiempo, los efectos de la urbanización, y en consecuencia las islas de calor en estas estaciones, pueden llevar a algo de “contaminación” del record de temperatura. La habilidad de eliminar totalmente estas influencias sigue siendo tema de debate puesto que loscambios pueden darse en forma independiente de la población,17 y las técnicas corrientes que se utilizan para eliminar los efectos urbanos pueden ser inadecuadas.17-19
3. La mayoría de las emisiones de gas de efecto invernadero quecontribuyen al cambio climático global, provienen de zonas urbanas. Por consiguiente estas emisiones contribuyen a las condiciones del tiempo a escala local y global, y también a la modificación del clima.20 Una mayor urbanización aumentarálas emisiones que se originan en las ciudades. La investigación de los impactos de mayor escala de las emisiones urbanas es considerada como una importante área futura de investigación.20
4. Las modificaciones climáticas que han ocurrido en las grandes ciudades en el último siglo muestran similitudes en
términos de las tasas y magnitud esperadas con respecto a los cambios climáticos proyectados hacia el futuro. Por lo tanto, las ciudades pueden servir como modelo para evaluar los impactos del cambio climático así como las estrategias de adaptación al mismo, tanto a escala local como global.4
Estos factores subrayan la importancia de los climas urbanos no solo para el ambiente local sino también para el estado del medio ambiente en el planeta en su totalidad.
© 2008, American Institute of Biological Sciences. Los educadores tienen permiso de reimprimir artículos para su uso en las clases; otros usuarios por favor comunicarse [email protected] para solicitar permisos de reimpresión. Por favor ver políticas de reimpresión.
James A. Voogt, Ph.D., es profesor asociado de geografía en la Universidad deWestern Ontario. Es director de la Junta Directiva sobre el Ambiente Urbano de la Sociedad Norteamericana de Meteorología (Board on the Urban Environmentof the American Meteorological Society) y miembro actual de la junta de la Asociacion Internacional para Clima Urbano (International Association for Urban Climate). Sus intereses investigativos son: la medición de la temperatura de la superficie urbana utilizando sensores térmicos remotos, y el estudio de las interacciones de las superficies urbanas con la atmosfera urbana que la cubre.http://publish.uwo.ca/~javoogt
http://www.actionbioscience.org/esp/ambiente/voogt.html