Il futuro a breve termine della Terra è quello di un pianeta che si riscalda, poiché l'espansione urbana e le emissioni di gas serra alimentano gli effetti del cambiamento climatico. Le attuali proiezioni climatiche mostrano che nelle città degli Stati Uniti le temperature dovrebbero aumentare da 2 a 7 C (da 3,6 a 12,6 F) entro il 2099.

Per cercare di adattarsi a questo riscaldamento e mantenere la vivibilità del pianeta, i ricercatori stanno esaminando nuovi modi di progettare e costruire città con tecnologie di mitigazione del clima e stanno scoprendo che man mano che i loro modelli predittivi aumentano in sofisticatezza, stanno svelando una complessa interdipendenza di effetti.

Per esempio, nuovi modelli stanno rivelando le dinamiche del cambiamento climatico e dell'espansione urbana a un livello più dettagliato, portando a una nuova comprensione di ciò che potrebbe essere in serbo quando le città crescono e le regioni si riscaldano. Queste informazioni potrebbero essere fondamentali per determinare cosa potrebbe o non potrebbe funzionare mentre cerchiamo di adattarci al caldo in arrivo.

Ora i ricercatori guidati dall'Arizona State University hanno completato alcuni dei modelli più sofisticati degli effetti del cambiamento climatico e dei centri urbani negli Stati Uniti, e stanno scoprendo che alcune delle soluzioni proposte odierne forniranno solo una frazione di sollievo dal calore previsto.

I ricercatori hanno esaminato l'interazione quotidiana tra espansione urbana, cambiamento climatico e adattamento negli Stati Uniti nel 21° secolo. La loro analisi ha rivelato un'interazione non lineare tra espansione urbana ed emissioni di gas serra e lo ha fatto su un'ampia distesa di terra - gli Stati Uniti continentali - prestando particolare attenzione alle aree megapolitiche in crescita. Quindi hanno esaminato uno spettro di strategie di mitigazione del calore che includevano alberi a livello della strada e soluzioni ingegnerizzate che affrontano il fenomeno del calore urbano.

"Studi precedenti hanno dimostrato che le strategie convenzionali per ridurre il riscaldamento funzionano principalmente nell'abbassare le temperature diurne piuttosto che notturne, " disse Matei Georgescu, professore associato presso la School of Geographical Sciences &Urban Planning dell'ASU. "Però, le città tendono ad avere i loro maggiori impatti sull'ambiente termico regionale durante le ore serali e notturne".

"Abbiamo simulato gli effetti degli approcci convenzionali di mitigazione del calore con strategie di raffreddamento più ampiamente riconosciute, ma abbiamo anche simulato gli impatti associati ai materiali ingegnerizzati sulla temperatura prossima alla superficie, " ha aggiunto. "Abbiamo riscontrato un moderato alleggerimento delle temperature durante le ore notturne utilizzando materiali a bassa ammissione termica".

I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati in "Interazione diurna tra espansione urbana, cambiamento climatico e adattamento nelle città degli Stati Uniti del 21° secolo" nella prima edizione on-line di Cambiamenti climatici naturali . Co-autori con Georgescu sono E. Scott Krayenhoff, Università di Guelph, SU, Canada, un ex ricercatore post-dottorato che lavorava con Georgescu all'ASU, e Mohamed Moustaoui, Ashley Broadbent e Vishesh Gupta, tutti convenzionati con l'Urban Climate Research Center dell'ASU.

Un focus sugli Stati Uniti

La nuova ricerca dà uno sguardo analitico agli Stati Uniti continentali e lo fa a un livello di sofisticazione maggiore rispetto agli studi precedenti. Per esempio, studi precedenti presumevano che gli effetti dell'urbanizzazione e dei gas serra potessero essere determinati semplicemente sommando gli effetti dei due. Il nuovo approccio consente ai ricercatori di caratterizzare la misura in cui questi due fattori del cambiamento climatico regionale interagiscono tra loro in modo non lineare.

"L'effetto dello sviluppo urbano e delle emissioni di gas serra è inferiore alla semplice somma delle singole componenti, " Georgescu ha detto. "Questo è evidente solo durante le ore notturne. L'entità della non linearità riduce il riscaldamento totale fino a 1 C (1,8 F) a livello locale." Ma, lui mette in guardia, "bisogna ricordare che questo è notevolmente inferiore al riscaldamento totale stesso (da 4 a 8 C, da 7,2 a 14,4 F) a seconda dello scenario GHG simulato."

Inoltre, Il team di Georgescu ha approfondito i dati. Il lavoro precedente utilizzava la temperatura media di 24 ore di ogni giorno come punto di dati. In questa ricerca, il team ha prodotto una quantità significativamente maggiore di dati (circa 100 terabyte) tramite simulazioni al computer effettuate sui cluster di supercalcolo ad alte prestazioni disponibili presso l'ASU e ha esaminato gli impatti nell'arco di 24 ore, o scala "diurna", a intervalli di tre ore.

"Rendere questi dati disponibili alla comunità di ricerca consentirà ricerche correlate come valutazioni biometeorologiche da parte di ricercatori sanitari e valutazioni energetiche da parte della comunità scientifica dell'edilizia, " ha detto Scott Krayenhoff, autore principale dello studio.

Ciò che viene rivelato nella modellazione è un continente in via di riscaldamento, soprattutto nei centri urbani regionali degli Stati Uniti.

"Il riscaldamento urbano estivo risultante da una combinazione dinamicamente interattiva di espansione urbana e cambiamento climatico è compreso tra 1 e 6 C (da 1,8 a 10,8 F) nel pomeriggio e da 3 a 8 C (da 5,4 a 14,4 F) di notte entro la fine del secolo, ", ha detto il membro del team Mohamed Moustaoui.

Globale, le simulazioni previste che il riscaldamento urbano pomeridiano sarà più pronunciato negli Stati Uniti orientali e il riscaldamento notturno sarà più forte negli Appalachi, Grandi Laghi e regioni della valle centrale della California, in gran parte a causa dell'espansione urbana in queste regioni.

I ricercatori hanno quindi simulato le prestazioni delle varie tecnologie di mitigazione del calore date le temperature regionali più elevate previste. Queste tecnologie includono cool roof, tetti verdi e alberi da strada, tutto ciò può essere utilizzato per alleviare la temperatura esterna vicina alla superficie di un'area.

Adattarsi al caldo

"Utilizzando simulazioni dinamicamente interattive, abbiamo esaminato molteplici strategie di adattamento con l'obiettivo di compensare il calore urbano previsto per il 21° secolo, " ha spiegato Krayenhoff. "Abbiamo combinato l'implementazione ad alta intensità di cool roof, tetti verdi e alberi stradali (ovvero uno scenario di adattamento completo) e ha scoperto che porta da 1,3 a 2,0 C (2,3 a 3,6 F) di raffreddamento medio pomeridiano estivo a seconda della regione ma a meno di 1 C (1,8 F) di raffreddamento notturno. Il raffreddamento pomeridiano locale in molte aree metropolitane degli Stati Uniti previste è stato leggermente superiore, in particolare in California, Texas e il nord-est".

Anche con queste tecnologie di mitigazione del calore in atto, le simulazioni hanno mostrato che è probabile che il calore persista.

"Quello che ho trovato più sorprendente è che combinato, l'implementazione ad alta intensità di tutte le strategie di adattamento non è riuscita a compensare il riscaldamento del cambiamento climatico nell'ambito dello scenario climatico RCP 8.5 (o business as usual), lasciando il riscaldamento urbano continentale medio degli Stati Uniti da 1 a 4 C (da 1,8 a 7,2 F) durante il giorno e da 3 a 6 C (da 5,4 a 10,8 F) di notte, e grandi aumenti previsti nei giorni di caldo estremo nelle città di tutto il paese, "Ha spiegato Krayenhoff.

"Anche con riduzioni sostanziali di gas serra, questo è, nello scenario delle emissioni RCP 4.5, il riscaldamento notturno è rimasto non banale dopo la piena applicazione delle misure di adattamento, " ha aggiunto. "Ciò significa che possiamo costruire edifici "freddi" e piantare alberi nelle nostre strade e le città degli Stati Uniti potrebbero comunque diventare molto più calde senza riduzioni simultanee e sostanziali delle emissioni di gas serra".