Le ondate di calore stanno aumentando in tutto il mondo, inclusa la Svizzera. Ne risentono soprattutto le città:la differenza di temperatura tra città e campagna può ammontare a diversi gradi. Un nuovo tunnel per l'acqua all'Empa potrebbe aiutare ad alleviare queste isole di calore urbane in futuro, ad esempio da città che garantiscono temperature più basse a livello locale attraverso la vegetazione, superfici d'acqua e materiali più luminosi e creando spazio per il vento per aerare meglio le città.

Aprile 2018 ha mostrato temperature in Svizzera che di solito sono più comuni a maggio e a maggio il tempo ricordava già la piena estate. Questa non è più un'eccezione. Anno dopo anno i record di calore vengono battuti. Le città soffrono molto di più le ondate di calore rispetto alla campagna circostante:le differenze di temperatura tra le zone urbane e le aree verdi circostanti possono raggiungere anche diversi gradi.

Il fenomeno è noto come isole di calore urbane. Ci sono diverse ragioni per le differenze di temperatura:le superfici scure dei marciapiedi e dei tetti assorbono più luce solare durante il giorno e la trattengono meglio. Il calore aggiuntivo viene generato in città dal traffico e dall'industria. Per di più, di solito c'è una mancanza di vegetazione che potrebbe ridurre la temperatura per evaporazione. E gli edifici ravvicinati bloccano il vento, che potrebbe portare aria ambiente più fresca.

Come può il vento portare il calore fuori dalla città?

Il caldo non è solo sgradevole, ma ha anche gravi effetti:il consumo di energia per il raffrescamento è in aumento, i livelli di ozono a livello del suolo stanno aumentando e le temperature stanno portando a ulteriori malattie e persino alla morte. E sempre più persone ne sono colpite:oltre la metà della popolazione mondiale vive oggi in aree urbane. Entro il 2030, questa percentuale dovrebbe salire a due terzi. Città e gruppi di ricerca di tutto il mondo stanno lavorando su come alleviare questo effetto isola di calore urbana. Particolare attenzione è riservata al vento:potrebbe dissipare il calore dalle città, portare aria più fresca dai laghi e dalle foreste circostanti e raffreddare ulteriormente le superfici per convezione. Durante le ondate di caldo con poco vento, l'effetto galleggiamento gioca un ruolo importante:quando l'aria calda sale sopra la città, l'aria più fresca può fluire in basso. Inoltre, possono essere create aree con aria più fresca:ad esempio, parchi con vegetazione, superfici più leggere che assorbono meno radiazione solare o superfici in cui l'acqua evapora, ad esempio laghi artificiali o materiali bagnati. Il vento può distribuire quest'aria più fresca in aree in cui l'effetto isola di calore non può essere combattuto localmente.

Affinché il vento dissipi il calore dalle città, però, la città deve essere costruita in modo tale che le masse d'aria possano circolare con relativa facilità intorno agli edifici. Però, questo è tutt'altro che banale:non c'è ancora stata abbastanza ricerca su come le strutture urbane influenzino le condizioni del vento locale. Al fine di ottimizzare le città in modo che possano prevenire efficacemente le isole di calore, bisogna prima capire cosa succede esattamente:come scorre e turbina il vento sugli edifici e sulle strade surriscaldate? E come cambia la distribuzione della temperatura?

Una questione di scala

Rispondere a queste domande è l'obiettivo della nuova galleria d'acqua all'Empa, che è stato ufficialmente inaugurato oggi. Ma perché ci vuole un tunnel d'acqua per capire meglio i movimenti del vento? È una questione di scala:poiché i modelli delle strutture urbane sono solo una frazione delle dimensioni di edifici e strade reali, l'acqua si comporta esattamente come il vento in una città reale a velocità di flusso adeguate. La galleria dell'acqua ha due chiari vantaggi rispetto alla galleria del vento, che è adatto anche per studiare i flussi del vento nelle città:da un lato, possono essere utilizzati modelli più piccoli, cioè si può esaminare un'area più ampia della città. D'altra parte, il campo di flusso e la distribuzione della temperatura nell'acqua possono essere misurati contemporaneamente.

Questo viene fatto con un sistema di misurazione laser:il team di ricerca mescola minuscole particelle e un colorante fluorescente nell'acqua. Le particelle sono illuminate con un raggio laser pulsante esteso su un piano. Durante un tale impulso laser, una fotocamera scatta due immagini in rapida successione. Il sistema di misurazione può ora valutare fino a che punto e in quale direzione si sono spostate le particelle tra le due immagini e determinare le velocità e le direzioni del flusso. Grazie al colorante fluorescente, i ricercatori possono determinare la distribuzione della temperatura:assorbe la luce laser verde ed emette luce di un colore diverso:più calda è l'acqua, più brillante è la luce. Una seconda fotocamera, che filtra la luce laser verde, registra la distribuzione della luce emessa.

La determinazione delle strutture del flusso freddo e caldo consente ai ricercatori di acquisire nuove conoscenze su come rimuovere il calore dalle città. Questi risultati potrebbero aiutare i pianificatori, architects and governments in the future to develop cities so that life in urban areas remains bearable even during increasing heat waves.