Cómo se calientan las ciudades

El nuevo hallazgo podría proporcionar a los planificadores y a los funcionarios de las ciudades nuevas formas de influir en esos efectos.

Algunas ciudades, como Nueva York y Chicago, están dispuestas en una cuadrícula precisa, como los átomos en un cristal, mientras que otras, como Boston o Londres, están dispuestas más caóticamente, 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 su entorno que las "cristal".

El estudio, publicado en la revista Physical Review Letters, encontró que estas diferencias en los patrones de las ciudades, que ellos llaman "textura", fueron el determinante más importante del efecto isla de calor de una ciudad.

La investigación fue llevada a cabo por Roland Pellenq del MIT y del Centro de Investigación Científica, quien también es director de un laboratorio conjunto de la Universidad MIT / CNRS / Aix-Marseille (Ciencia de Materiales MultiScale para Energía y Medio Ambiente); profesor de ingeniería civil y ambiental Franz-Josef Ulm; el asistente de investigación Jacob Sobstyl; científico de investigación 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. Se debe esencialmente al hecho de que los materiales de construcción urbanos, como el suelo, paredes y el asfalto, pueden 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 5º C a las temperaturas nocturnas en lugares como Phoenix, Arizona. En dichos lugares, este efecto puede aumentar significativamente los problemas de salud y el uso de energía durante el tiempo cálido, por lo que una mejor comprensión de lo que 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, que conduce a una fórmula directa para describir la forma en que el diseño de una ciudad influiría en su efecto de isla de calor, dice Pellenq.

"Usamos herramientas de física estadística clásica", explica. Los investigadores adaptaron fórmulas inicialmente diseñadas para describir cómo los átomos individuales en un material se ven afectados por las fuerzas de los otros átomos, y redujeron estos conjuntos complejos de relaciones a descripciones estadísticas mucho más simples de las distancias relativas de 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, terminando finalmente con un único índice para cada uno, llamado parámetro de orden local, que oscila entre 0 (desorden total) y 1 (perfecto) estructura cristalina), para proporcionar una descripción estadística del grupo de vecinos más cercanos de cualquier edificio dado.

Para cada ciudad, se tenían que recopilar datos fiables de temperatura, que provenían de una estación dentro de la ciudad y otra fuera, pero cerca, y luego se determinan las diferencias.

Para calcular este parámetro de orden local, los físicos generalmente tienen que usar métodos como bombardear materiales con neutrones para ubicar las posiciones de los átomos dentro de ellos. Pero para este proyecto, dice Pellenq, "para obtener las posiciones de construcción no usamos 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 calentamiento parecen ser el resultado de la forma en que los edificios re-irradian el calor que luego puede ser reabsorbido por otros edificios que los enfrentan directamente, determinó el equipo.

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, 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 construcción de casas en Phoenix", dice Pellenq, "no construya en cuadrículas, ya que es un lugar muy cálido. Pero en algún lugar de Canadá, un alcalde puede decir que no, le aconsejaremos usar formas de cuadrícula para mantener la ciudad más cálida”.

Los efectos son significativos, dice. El equipo evaluó todos los estados individualmente y descubrió, por ejemplo, que solo en el estado de Florida los efectos de las islas de calor urbanas causan un exceso de costos estimados de $ 400 millones para el aire acondicionado. "Esto ofrece una estrategia para los planificadores urbanos", dice.

Aunque en general es más simple seguir un patrón de cuadrícula, en términos de colocar líneas de servicios públicos, alcantarillas 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.