Quando il sole estivo splende su una calda strada cittadina, la nostra prima reazione è fuggire in un luogo ombreggiato protetto da un edificio o da un albero.

Un nuovo studio è il primo a calcolare esattamente quanto queste aree ombreggiate aiutino ad abbassare la temperatura e a ridurre l'effetto "isola di calore urbana".

I ricercatori hanno creato un intricato modello digitale 3D di una sezione di Columbus e hanno determinato quale effetto ha avuto l'ombra degli edifici e degli alberi nell'area sulle temperature della superficie terrestre nel corso di un'ora in un giorno d'estate.

"Possiamo utilizzare le informazioni del nostro modello per formulare linee guida per l'inverdimento della comunità e gli sforzi per piantare alberi, e anche dove posizionare gli edifici per massimizzare l'ombreggiamento su altri edifici e strade, " ha detto Jean-Michel Guldmann, coautore dello studio e professore emerito di pianificazione urbana e regionale presso la Ohio State University.

"Questo potrebbe avere effetti significativi sulle temperature a livello di strada e di quartiere".

Per esempio, una simulazione eseguita dai ricercatori in un quartiere di Columbus trovato in un giorno con una massima di 93,33 gradi Fahrenheit, la temperatura avrebbe potuto essere inferiore di 4,87 gradi se i giovani alberi già in quella zona fossero completamente cresciuti e fossero stati piantati altri 20 alberi completamente cresciuti.

Guldmann ha condotto lo studio con Yujin Park, che ha svolto il lavoro come studente di dottorato presso l'Ohio State ed è ora assistente professore di pianificazione urbana e regionale presso la Chung-Ang University in Corea del Sud, e Desheng Liu, un professore di geografia all'Ohio State.

Il loro lavoro è stato recentemente pubblicato online sulla rivista computer, Ambiente e Sistemi Urbani .

I ricercatori conoscono da tempo l'effetto isola di calore urbana, in cui edifici e strade assorbono più calore dal sole rispetto ai paesaggi rurali, rilasciandolo e aumentando le temperature nelle città.

Uno studio recente ha rilevato che in 60 città degli Stati Uniti, le temperature estive urbane erano di 2,4 gradi F in più rispetto alle temperature rurali e Columbus era una delle prime 10 città con le isole di calore urbane estive più intense.

Per questo nuovo studio, Guldmann e i suoi colleghi hanno selezionato un'area di quasi 14 miglia quadrate del nord di Colombo che aveva una vasta gamma di usi del suolo, comprese le case unifamiliari, condomini, complessi commerciali e commerciali, aree industriali, parchi ricreativi e aree naturali. Più di 25, 000 edifici erano nell'area di studio.

I ricercatori hanno creato un modello 3D dell'area di studio utilizzando mappe 2D della copertura del suolo di Colombo, così come i dati LiDAR raccolti dalla città di Colombo da un aereo. LiDAR è un sensore laser che rileva la forma degli oggetti. La combinazione di questi dati ha prodotto un modello 3D che mostra le altezze e le larghezze esatte di edifici e alberi.

Si sono quindi rivolti a un software per computer che ha calcolato le ombre proiettate da ciascuno degli edifici e degli alberi nell'area di studio nel corso di un periodo di un'ora, dalle 11:00 a mezzogiorno, il 14 settembre. 2015.

Inoltre, i ricercatori avevano dati sulle temperature della superficie terrestre nell'area di studio per la stessa data e ora. Questi dati provengono da un satellite della NASA che utilizza sensori a infrarossi termici per misurare le temperature della superficie terrestre con una risoluzione di 30 per 30 metri (circa 98 per 98 piedi). Ciò ha portato a temperature superficiali per 39, 715 punti nell'area di studio.

Con quei dati in mano, i ricercatori hanno condotto un'analisi statistica per determinare con precisione in che modo l'ombra proiettata da edifici e alberi ha influenzato le temperature superficiali in quel giorno di settembre.

I risultati hanno mostrato che, come previsto, edifici hanno alzato il calore nella zona, ma che le ombre da esse proiettate avevano anche un notevole effetto rinfrescante sulle temperature, soprattutto se ombreggiavano i tetti degli edifici adiacenti.

Il modello statistico potrebbe calcolare con precisione tali effetti, sia positivo che negativo. Per esempio, un aumento dell'1% della superficie di un edificio ha portato ad aumenti della temperatura superficiale tra il 2,6% e il 3% in media.

Ma un aumento dell'1% nell'area di un tetto ombreggiato ha portato a diminuzioni della temperatura tra lo 0,13% e lo 0,31% in media.

Anche l'ombra sulle strade e sui parcheggi ha ridotto significativamente le temperature.

"Abbiamo appreso che è possibile ottenere maggiori effetti di mitigazione del calore massimizzando l'ombra sui tetti degli edifici e sulle strade, " ha detto Guldmann.

I risultati hanno anche mostrato l'importanza degli spazi verdi e dell'acqua per abbassare le temperature. zone erbose, sia ombreggiato che esposto, ha mostrato significativi effetti di riduzione del calore. Però, l'impatto dell'erba ombreggiata era più forte di quello dell'erba esposta alla luce solare diretta.

Anche il volume delle chiome degli alberi e l'area dei corpi idrici hanno avuto effetti di raffreddamento significativi.

In the simulation run in the Columbus neighborhood, the researchers calculated that if the current trees there were fully grown, the temperature on a 93.33-degree F day would be 3.48 degrees lower (89.85 degrees).

Ma non è tutto. The simulation showed that if the neighborhood had 20 more full-grown trees, the temperature would be another 1.39 degrees lower.

"We've long known that the shade of trees and buildings can provide cooling, " Guldmann said.

"But now we can more precisely measure exactly what that effect will be in specific instances, which can help us make better design choices and greening strategies to mitigate the urban heat island effect."