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Isla de calor urbana

 
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- Una cúpula sobre la ciudad
La isla de calor urbana (ICU) se refiere esquemáticamente al gradiente de temperatura existente entre las estaciones urbanas y rurales (Oke, 1987) tanto en estación cálida como en estación fría. Oke (1995) recuerda que la calificación de isla se explica por el diseño de las isotermas cercanas a la ciudad que se asemejan a los límites de una isla en el “mar” en un campo vecino más fresco. Como lo muestra la disminución gradual de la temperatura desde el centro de la ciudad hacia la periferia, la artificialización del sustrato –junto a la modificación de las propiedades atmosféricas que acompañan a la edificación- provoca un fenómeno de sobrecalentamiento responsable de la formación de una verdadera cúpula de calor sobre la ciudad. Solamente las áreas verdes funcionan como reguladores térmicos (Fig. n° 1).
La isla de calor urbana es el resultado de una combinación entre el contexto climático regional, las estaciones y sus tipos de tiempo, la topografía del sitio y las características de la ciudad estudiada en términos de modo de ocupación del suelo (Cantat, 2004). Cantat (ibid.) establece también una combinación de factores meteorológicos que propician un tipo de tiempo favorable para la formación de esta isla (condiciones anticiclónicas, vientos débiles, cielos claros) y avanza incluso en este sentido cifras sobre dos “condiciones requeridas” que favorecen las ICU fuertes: insolación > 50 % y un viento medio < 3 metros/segundo. Los mecanismos físicos de formación de una ICU están de aquí en adelante muy bien documentados. Los materiales constitutivos de los sectores urbanos (asfalto, hormigón, tejados) tienen una capacidad térmica más fuerte (capacidad de almacenar el calor) que las áreas verdes. Bajo la presión demográfica, los sectores con vegetación tienen tendencia a disminuir sus superficies en favor de edificios cada vez más numerosos que generan una modificación del balance de radiación por una retención diferencial del flujo de energía incidente en función del sustrato. De este modo, los espacios verdes son empujados cada vez más lejos de los centros urbanos. Estas modificaciones favorecen la formación de las ICU: los sectores construidos almacenan literalmente una gran cantidad de energía térmica durante el día, para luego restituirla bajo forma de calor, al modo de los ladrillos refractarios, durante la noche siguiente (Stone Jr. y Rodgers, 2001). La liberación de calor puede igualmente ser el efecto de las actividades humanas (pérdida energética ligada a la calefacción, a los transportes, a las actividades industriales…). La disminución de las superficies verdes en favor de las áreas edificadas contribuye doblemente al crecimiento de este fenómeno, al aumentar mecánicamente las posibilidades de retención de calor mientras se reducen, de hecho, las de un enfriamiento por evapotranspiración. Sakhy et al. (2011) reiteran en ese sentido las bases termodinámicas de este fenómeno, al recordar que la impermeabilización dirige las aguas de escorrentía directamente hacia las redes subterráneas, conduciendo a un déficit de agua para el flujo de calor latente. Asociado con el excedente del flujo de calor sensible (superficie construida hacia la atmósfera), éste conduce a un calentamiento progresivo de la atmósfera a medida que el sol se eleva en el cielo: la suma de estos diferentes flujos de calor constituye el balance térmico. Dicho calentamiento provoca finalmente la creación de células convectivas responsables de la formación de una verdadera cúpula de calor con condiciones de viento débil. La compacidad de las ciudades, la densidad de habitantes y ciertas formas urbanas (cañones urbanos, por ejemplo) son por lo tanto parámetros importantes que juegan sobre la intensidad de las ICU que –bajo condiciones meteorológicas equivalentes- serían menores en una ciudad más extendida. Finalmente, ciertos parámetros que favorecen a las ICU pueden variar de manera zonal. De este modo, en verano en las latitudes bajas, la liberación de calor causada por la generalización de los aires acondicionados en las grandes metrópolis contribuye al crecimiento de la intensidad de la ICU.

-Dos problemas de salud pública asociados a la ICU
ICU y olas de calor. Aunque la isla de calor urbana no está asociada a una estación dada, se comprende a pesar de todo que sus impactos –principalmente en términos de riesgos sanitarios- se dupliquen durante las olas de calor estivales generando incluso situaciones de canícula en los centros urbanos, reduciendo el enfriamiento nocturno. Una literatura abundante remite al vínculo causal entre calor excesivo y exceso de mortalidad a partir de numerosos casos de estudios: Atenas a fines de los años 80, Chicago a mediados de la década de 1990 y Europa del Oeste en 2003. El golpe de calor puede ser la causa directa del deceso: el cuerpo no es más capaz de regular su homeotermia, lo cual puede generar complicaciones neurológicas severas y terminar algunas veces en la muerte. Se entrevén desde entonces ciertos factores de vulnerabilidad asociados, como la edad de las víctimas. Laaidi et al. (2012) pudieron, en el marco de la canícula de 2003 en París, confirmar el impacto de la isla de calor urbana sobre la mortalidad. Los autores recuerdan que las ICU son responsables de una fuerte sobremortalidad durante episodios caniculares, explicada principalmente por el debilitamiento progresivo de personas vulnerables, incapaces de conocer un reposo nocturno reparador durante varias noches. Ellos demostraron particularmente la formación de una ICU nocturna en el centro de la aglomeración parisina explicada por la densidad urbana, opuesta a una ICU diurna más difusa ligada a las propiedades térmicas de los materiales de superficie.

- ICU y contaminación atmosférica
Aunque la contaminación atmosférica constituye un factor de riesgo suplementario asociado a los episodios caniculares, el crecimiento de ésta en situación de ICU se observa tanto en la estación cálida como en la estación fría. Durante situaciones invernales de aire calmo, el aire contaminado tiene tendencia a estar conectado al suelo. La ICU viene entonces a agravar esta situación, instaurando un régimen de brisa de campo, fenómeno muy bien documentado para la aglomeración parisina desde la década de 1980 (Escourrou, 1986): los vientos que convergen en el centro de la ciudad donde se acumulan los contaminantes (APUR, 2017). En verano, con condiciones meteorológicas radiativas (cielo despejado, poco viento), se puede establecer un mecanismo relativamente comparable y llegar a consecuencias similares. El calentamiento del centro de la ciudad induce la creación de células convectivas responsables de la instauración de un régimen de brisas térmicas desde la periferia hacia el centro y genera, de la misma forma, una acumulación de contaminantes. Tanto en estación cálida como en estación fría, las ICU asociadas a un aumento de la concentración de contaminantes se observan principalmente durante situaciones anticiclónicas persistentes (Roussel, 1998). Por supuesto, elementos propios de los diferentes sitios (topografía, proximidad del litoral) desempeñan un papel importante en las posibilidades de formación de ICU y en la dispersión de los contaminantes: distinguimos de este modo, en el caso francés, las ciudades situadas en cuencas (estancamiento), aquellas cercanas al litoral atlántico (ventilación), y aquellas ubicadas sobre el litoral mediterráneo en las proximidades de relieves que generan brisas térmicas (transporte de contaminantes en cortas distancias, pero no eliminados, por lo tanto, acumulación) (Michelot y Carrega, 2014).

-Reflexiones acerca de escenarios arquitectónicos para atenuar las ICU
Si consideramos el impacto de las ICU en términos de salud pública, en un contexto probable de aumento del número de episodios caniculares combinado con las necesidades de una transición hacia un modelo energético más sobrio, se pueden hacer desde ya numerosas reflexiones para atenuar este fenómeno (Rizwan, Dennis & Liu, 2007). Generalmente se presentan varias pistas (Rizwan, Dennis & Liu, 2007): bajar los desprendimientos de calor de origen antrópico, establecer islas de frescura, aclarar los revestimientos. El primer punto tendría un impacto directo sobre el aporte de calor durante las ICU, tanto en estación fría como en estación cálida. La disminución del tránsito en las carreteras y la liberación de calor asociada, por ejemplo, permitiría reducir el efecto de la ICU en invierno, facilitando el enfriamiento radiativo nocturno (APUR, 2012). A la inversa, en verano, una disminución de los aires acondicionados (principalmente instalados en los patios, y generando un aporte calórico considerable) mejoraría las posibilidades de ventilación natural nocturna de los alojamientos debido al gradiente térmico entre los patios y las calles: el conjunto iría de la mano –tanto en estación cálida como en estación fría- con un mejor aislamiento térmico de los edificios (aislar los inmuebles para no calentar el aire de las calles). La creación de islas de frescura generalmente implica desarrollos que generan evaporación, incluso evapotranspiración: creación de una lámina de agua y generación de más espacios verdes. Por último, el empleo de colores más claros en los revestimientos (aumento del albedo) permitiría reducir la absorción diurna al devolver más radiación durante el día para restituir menos finalmente durante la noche.
Benjamin Lysaniuk (B.L.) – UMR PRODIG


Referencias bibliográficas

- APUR, 2012, Les îlots de chaleur urbains à Paris – Cahier #1, 40 p. URL : https://www.apur.org/fr/nos-travaux/ilots-chaleur-urbains-paris-cahier-ndeg1
- APUR, 2017, Les îlots de chaleur urbains du cœur de l’agglomération parisienne – Cahier#3 : brises thermiques, 20 p. URL : https://www.apur.org/sites/default/files/documents/ilots_chaleur_urbains_brises_thermiques.pdf
- CANTAT O., 2004, L’îlot de chaleur urbain parisien selon les types de temps, Norois , 191/2. URL : http://norois.revues.org/1373
- ESCOURROU G., 1986, Les brises de campagne : un aspect essentiel du climat urbain. Intern. Symposium on Urban and Local Climatology, Freiburg, 20-21 février 1986, pp. 87-95.
- LAAIDI K., ZEGHNOUN A., DOUSSET B. et al., 2012, The Impact of Heat Islands on Mortality in Paris during the August 2003 Heatwave, Environ Health Perspect, 120 : 254-299. URL : http://ehp03.niehs.nih.gov/article/info:doi/10.1289/ehp.1103532
- MICHELOT N., CARREGA P., 2014, Topoclimatogie et pollution de l’air dans les Alpes-Maritimes : mécanismes et conséquences en images », EchoGéo [En ligne], 29. URL : http://journals.openedition.org/echogeo/13951
- OKE T.R., 1987, Boundary layer climates, Methuen, New York, 435 p.
- OKE T.R., 1995, The Heat Island of the Urban Boundary Layer : Characteristics, Causes and Effects, in : CERMAK J.E., DAVENPORT A.G., PLATE E.J., VIEGAS D.X. (dir), Wind climate in cities, Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on Wind Climate in Cities, Springer Science, pp. 81-109.
- RIZWAN A.M., DENNIS Y.C.L., LIU C., 2007, A review on the generation, determination and mitigation of Urban Heat Island, Journal of Environmental Sciences, 20 : 120-128.
- ROUSSEL I., 1998, Climat et pollution atmosphérique : les différentes échelles, Air Pur, 55 : 16-22.
- SAKHI A., MADELIN M., BELTRANDO G., 2011, Les échelles d’étude de l’îlot de chaleur urbain et ses relations avec la végétation et la géométrie de la ville (exemple de Paris), Actes des dixièmes rencontres de Théo Quant, 9p,
URL : http://thema.univ-fcomte.fr/theoq/pdf/2011/TQ2011%20ARTICLE%203.pdf
- STONE Jr B., RODGERS M.O., 2001, Urban Form and Thermal Efficiency : How the Design of Cities Influences the Urban Heat Island Effect, Journal of the American Planning Association, 67(2):186-198.