ISLA DE CALOR
POR: ALEXANDRA GONZÁLEZ
CONTAMINACION ATMOSFERICA
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA SANITARIA MEDELLIN 2007
TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCION OBJETIVOS 1. ISLA DE CALOR 1.2 FACTORES QUE PRODUCEN UN ECOSISTEMA URBANO 1.3 ¿QUE ES LA ISLA DE CALOR? 1.4 ESTUDIO ISLA DE CALOR EN SALAMANCA 1.4.1 Resultados Obtenidos 1.4.1.1 Evolución diaria 1.4.1.2 Evolución estacional 1.4.1.3 Evolución anual
1.5 CAUSAS QUE CONTRIBUYEN A LA FORMACION DE ISLAS DE CALOR 1.6 EFECTOS PRODUCIDOS POR LA ISLA DE CALOR 1.6.1 Variaciones Climáticas 1.6.2 Efectos Sobre Las Temperaturas 1.6.3 Modificación de las Precipitaciones 1.6.4 Modificación de la Humedad 1.6.5 Modificación del Viento
1.7 TAMAÑO Y ESTRUCTURA ESPACIAL 1.8 SU RELACIÓN CON EL CALENTAMIENTO GLOBAL 1.9 MITIGACION DE LOS IMPACTOS COMENTARIOS Y CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA
INTRODUCCION
El creciente aumento de la actividad económica es uno de los factores mas importantes que han influido en el
desplazamiento de la
población de la zona rural hacia la zona urbana, este traslado ha contribuido a que las ciudades en su proceso de adaptación se configuren
según
las
necesidades
y
se
establezcan
cuadros
poblacionales muy marcados.
Las zonas urbanas e industrializadas se caracterizan por un fuerte cambio en las propiedades de la superficie. Las superficies naturales (prados, bosques, campos) se convierten en superficies de piedra y concreto. Esto afecta al balance del calor y del agua, al agua superficial, provoca cambios de temperatura, lluvias y nubosidad. Los edificios altos con esquinas muy marcadas hacen que el viento fluya de forma distinta a como lo haría en zonas rurales.
OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES •
Estudiar el efecto de la isla de calor como uno de los problemas actuales en el campo de la contaminación atmosférica.
OBJETIVOS ESPECIFICOS •
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Reconocer las causas, los efectos y las consecuencias del efecto isla de calor. Investigar datos que contribuyan a conocer las magnitudes del efecto.
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Reconocer la incidencia del hombre y establecer soluciones.
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Recopilar información que nos permita analizar el efecto
1. ISLA DE CALOR
1.2 FACTORES QUE PRODUCEN UN ECOSISTEMA URBANO Los factores que producen un ecosistema urbano se mencionan a continuación: •
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La superficie natural ha sido sustituida o recubierta por construcciones diversas de edificios que forman un conjunto denso y compacto. Esto genera una rugosidad que modifica los movimientos del aire en la superficie, la velocidad del viento se ve reducida y se aumentan las turbulencias. Hay una sustitución del suelo natural por diversos tipos de pavimentos además se da un sistema de drenaje urbano, que permite una escorrentía rápida. Genera una reducción de la evaporación y de la humedad de la superficie de la tierra y del aire. Los materiales de construcción poseen propiedades físicas distintas a las del suelo natural presentando menos albedos. Se da una mayor capacidad calorífica y buena conductividad térmica, lo cual modifica el balance de radiación urbana influyendo sobre la temperatura del aire. El calor generado por las actividades humanas en la ciudad modifica el balance de energía. Este calor antropogénico produce un aumento en la temperatura del aire, se da un aumento en la convección y nubosidad y por consiguiente un posible aumento en las precipitaciones. La presencia de partículas en suspensión, como producto de la combustión urbano en industrial aumenta la turbidez. Esto disminuye la visibilidad y la radiación solar queda interceptada aumentando la posibilidad de formación de nieblas.
Donde finalmente el Ecosistema Urbano genera el fenómeno de La isla de Calor, también conocido como Isla térmica o caliente o Isla de calor urbano (UHI). Descrita por numerosos autores como un “efecto invernadero local”.
1.3 ¿QUE ES LA ISLA DE CALOR? La Isla de calor es el brusco aumento de la temperatura ambiente en el interior de las ciudades con respecto a su entorno rural. Es una situación urbana, de acumulación de calor por la inmensa cantidad de concreto, y demás materiales absorbentes de calor y una situación atmosférica que se da en situaciones de estabilidad por la acción de un anticiclón térmico Un anticiclón térmico es el descenso de una masa de aire debido a que está más fría que el entorno. Se produce cuando el aire desciende por enfriamiento, aumenta la presión atmosférica, y l a pérdida de temperatura es mayor en las capas bajas que en las altas, provocando una inversión térmica. Da un tiempo seco, soleado y frío.
1.4 ESTUDIO DE LA ISLA DE CALOR EN LA CIUDAD DE SALAMANCA Según estudios realizados en la Universidad de Salamanca se ha comprobado la existencia de la isla de calor urbana (ICU) en la ciudad de Salamanca, una ciudad de tamaño medio, con un clima extremado y focos industriales de poca actividad. El fenómeno de la Isla de Calor que se trata en este estudio es el calentamiento urbano, que está cuantificado por una variable denominada Intensidad de la isla de calor, definida como la diferencia de temperatura entre el medio urbano (Tu) y el medio rural (Tr), Para hacer el estudio del fenómeno de la Isla de Calor de la ciudad de Salamanca tomaron datos de temperatura de estaciones meteorológicas urbanas y rurales. La estación Rural es lo suficientemente alejado de la ciudad siendo una zona dedicada a la agricultura y la estación Urbana ubicada en uno de los puntos de más alta contaminación, en pleno casco urbano, con alto tráfico vehicular y gran densidad de edificación. El propósito de la investigación es determinar la evolución temporal de la intensidad de la isla de calor, para lo cual, se opta por el método de comparación de series de datos de temperatura de las estaciones meteorológicas. Se analiza la evolución diaria de la isla de calor, haciendo un estudio en horas nocturnas utilizando las temperaturas mínimas y en
horas diurnas utilizando las temperaturas máximas, se hace un estudio estacional, calculando los valores medios y extremos por periodos estaciónales de la intensidad de la isla de calor y finalmente se toman los valores anuales del fenómeno.
1.4.1 Los resultados que obtuvieron: 1.4.1.1 Evolución diaria Los valores medios de la intensidad de Isla de calor diurna fueron negativos. Es decir, que el calentamiento en la zona rural supera al calentamiento en la zona urbana. Este hecho se conoce como inversión de la isla de calor, esto se puede explicar así: Por lo general, los focos de contaminación se localizan dentro del perímetro urbano, debe ser esta zona la que sufra sus consecuencias, lo que, en principio, nos indicaría que el calentamiento provocado por la contaminación debe centrarse en la ciudad, pero considerando la estructura urbana hay que tener en cuenta la presencia de radiación solar a horas diurnas, la cual tienen menor número de obstáculos para alcanzar la superficie terrestre en zona rural que en zona urbana, debido a la presencia de los edificios. Así, la radiación solar puede hacer que suba más la temperatura en el campo abierto que la ciudad. Considerando las condiciones meteorológicas, en horas diurnas normalmente, la velocidad del viento será mayor, y teóricamente disminuiría la intensidad de la isla, sin embargo esto sucedería tanto en la zona urbana como en la rural; lo anterior lleva a considerar la morfología urbana como el factor más influyente en la variación negativa de la isla de calor urbana. Según el estudio a la hora a la que se registran las temperaturas máximas también se alcanzan las mayores inversiones de la isla de calor. Es por esto que, se considera Tº máx como la representativa del fenómeno inversión de la isla de calor.
Isla de calor nocturna, que presenta valores de intensidad media positiva, es decir, la temperatura medida dentro del recinto urbano es mayor que la que se da, simultáneamente, en la zona rural, en este caso la morfología urbana se considera como la causa principal que influye en la isla de calor nocturna, cuando la radiación solar incide sobre los materiales que forman el entorno rural, gran parte es reflejada, mientras que al incidir sobre los materiales propios de la zona urbana, es absorbida, para ser emitida, posteriormente y de forma lenta, como radiación de onda larga. Así, por la noche la zona rural se ha deshecho de toda la energía que, durante el día, ha llegado a su superficie, mientras que, la ciudad continúa emitiendo energía, y por tanto, calentando las capas atmosféricas más bajas.
Según el estudio a la hora a la que se registran las temperaturas mínimas también se alcanzan los valores medios más altos. Es por esto que, se considera Tºmín como la representativa del fenómeno de la isla de calor nocturna. En conclusión, se puede comprobar cómo a horas diurnas predomina el calentamiento rural, es decir, los valores negativos de la variable Imáx, y a horas nocturnas apenas existe inversión de la isla de calor, quedando restringida a los meses de primavera, que es la época en la que llega a tierra más radiación solar y durante más tiempo.
1.4.1.2 Evolución estacional Los valores medios de Tºmáx son negativos en todas las estaciones del año, alcanzando el valor medio más alto en la primavera esto por ser la época del año en la que llega más radiación solar al suelo provoca un mayor calentamiento de la zona rural, debido a que está despejada de edificios que le hacen sombra La isla de calor nocturna alcanza su valor medio más alto en el otoño, lo que se puede explicar considerando que, en el caso de Salamanca, es la época de menor velocidad del viento.
1.4.1.3 Evolución anual Se han establecido los siguientes rangos de intensidades realizando un estudio estadístico de la evolución anual de la isla de calor nocturna en Salamanca: o o
Isla de calor débil, si su intensidad es inferior a los 2.0 ºC Isla de calor moderada, si su intensidad está entre 2 ºC y 4 ºC
o
Isla de calor intensa, si ésta supera los 4.0 ºC.
1.5 CAUSAS QUE CONTRIBUYEN A LA FORMACION DE ISLAS DE CALOR La isla de calor se forma a medida que las ciudades van reemplazando las áreas naturales por cemento, edificios, y otro tipo de infraestructura, cambios que contribuyen a elevar la temperatura ya que las zonas edificadas (materiales de construcción) ofrecen más superficie para la absorción de radiación solar de onda corta y la emiten posteriormente con una longitud de onda más larga la cual irradian lentamente durante la noche, frecuencia que resulta retenida por partículas en suspensión y gases de combustión, por lo tanto algunos autores explican la isla de calor como un efecto invernadero local, pues los gases se encierran en un solo lugar provocando una cápsula de gases que absorbe calor del sol. Otro efecto de los edificios altos son las múltiples reflexiones horizontales de la radiación recibida, que aumentan la probabilidad de que esta energía permanezca en el suelo en lo que se conoce como efecto cañón. o
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La falta de grandes zonas verdes y el entubamiento de los afluentes acuosos en la ciudad reduce las oportunidades de transformar la energía solar a través de los procesos de fotosíntesis o evaporación del agua. La combinación de construcciones altas, y vías estrechas que atrapan el aire caliente y disminuye el flujo de aire. Esta condición de vientos con baja velocidad no contribuyen al rompimiento de la cápsula de gases que se encuentra entre las altas edificaciones. Se debe tener en cuenta que hasta lo más natural puede provocar una cápsula de calor. Las ciudades localizadas en un valle rodeado de montañas de más de 500 m son más propensas a una isla de calor, pues es aire queda obstruido por las montañas que la rodean haciendo la cápsula de gases. •
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La actividad industrial, el tráfico, las calefacciones domésticas, etc., también contribuyen a un aporte calorífico extra. La presencia de contaminantes en la atmósfera urbana, sobre todo el material particulado en suspensión, actúan absorbiendo la radiación infrarroja que emite el suelo al enfriarse.
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El efecto isla de calor urbano aumenta con el tamaño de la ciudad y que es directamente proporcional al tamaño de la mancha urbana. Otra de las causas que provocan el efecto de isla de calor es el albedo. El albedo es la capacidad de reflejar en mayor o menor medida la radiación solar. Por regla general, un color más claro absorbe menos calor que un color más oscuro. Las calles hechas de asfalto alcanzarán temperaturas mucho mayores a aquellas alcanzadas por una calle hecha de hormigón relativamente nuevo.
TABLA Nº 1 Referencial Albedo (Α)
1.6 EFECTOS PRODUCIDOS POR LA ISLA DE CALOR •
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El fenómeno de la isla de calor tiene un impacto negativo sobre el organismo humano, especialmente en verano, ya que puede causar recalentamiento. Por lo tanto, se debe aumentar la proporción de zonas verdes y pequeñas masas de agua. La isla de calor amplifica los eventos climáticos de aumento de temperatura, causando “golpes” de calor que pueden causar un desbalance fisiológico, daño de órganos, e incluso la muerte en la población vulnerable. Acelera las reacciones químicas involucradas en la producción de ozono tropósferico o smog, presentando una amenaza adicional para la salud y los ecosistemas dentro. Las construcciones absorben calor, aumentando la demanda en verano de energía. En ciudades con poblaciones sobre los 100.000 habitantes reducir 0.6°C implica un incremento de energía de1.5-2.0%.
1.6.1 Variaciones Climáticas
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En verano según la EPA (Agencia para la Protección del Ambiente de los Estados Unidos) establece que "en los días más calurosos, la temperatura atmosférica puede ser 2 a 6º Celsius más alta que en los alrededores". El impacto para la ciudad es más negativo en verano, que los beneficios que puedan generarse en invierno. En invierno, algunas ciudades pueden verse beneficiadas por el efecto. En invierno, puede ser dos veces mayor que en verano debido a la emisión de calor antrópico causado por la calefacción de los edificios. La intensidad de los cambios de la isla de calor en ciclos diarios Se observa mayor intensidad de la isla de calor por la noche que durante el día ya que durante la noche tiene lugar la radiación intensiva de la superficie a la atmósfera. La aparición de la isla de calor produce cambios en el clima urbano. En comparación con las zonas no urbanas, hay más días cálidos y menos días de heladas. El periodo de vegetación es más largo, la suma de precipitaciones es mayor y se ven más frecuentemente nubes en forma de cúmulo. La isla de calor puede llegar a disminuir el período frío del invierno y extender el de verano, adelantando la primavera y retrasando el otoño. En algunos casos no sólo resulta afectada la temperatura de la ciudad sino también de sus alrededores, alterando el clima regional.
1.6.2 Efectos Sobre Las Temperaturas •
En las ciudades con población de 500.0001.000.000, la temperatura del aire suele aumentar en 1.1-1.2ºC con respecto a las zonas no urbanas de alrededor. Para las ciudades con más de 1 millón de habitantes el valor aumenta hasta 1.2-1.5ºC.
GRAFICA Nº1Variación del máximo de intensidad de una Isla de Calor según el (Dato Europeo)
número de habitantes de una ciudad
1.6.3 Modificación de las Precipitaciones Modifican las precipitaciones: Movimientos ascendentes del aire El Efecto obstáculo que supone la ciudad y que supone la turbulencia La abundancia de partículas que actúan como núcleos de condensación incrementando la nubosidad • •
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Las precipitaciones aumentan producto de la urbanización debido a hay ciertas cargas electrostáticas en los edificios altos que atraen la humedad, lo que posteriormente se convierte en grandes precipitaciones. 1
1.6.4 Modificación de la Humedad La atmósfera urbana es ligeramente más húmeda. La humedad experimenta variaciones en las zonas urbanas producto de la impermeabilización de las ciudades debido a: Superficies ocupadas por edificios Pavimentación de zonas naturales • •
1.6.5 Modificación del Viento Por efecto de la isla de calor y la rugosidad de las ciudades se produce Disminución de la velocidad del viento.
1.7 TAMAÑO Y ESTRUCTURA ESPACIAL La Isla de Calor tiene cierta estructura vertical alcanza 200-300 m sobre el suelo, lo que equivale a 3-5 veces la altura de los edificios. En caso de haber cielo despejado puede alcanzar incluso 500 m. Se pueden distinguir dos estratos: Capa inferior en donde el calor se libera por las chimeneas de las casas (bajas emisiones), por los mismos edificios y por el transporte. Capa superior situada sobre la capa inferior, donde se libera el calor por los denonimados emisores altos, por ejemplo las chimeneas de las centrales eléctricas. El tamaño y la estructura espacial de una ciudad son también de gran importancia, ya que las zonas urbanas de edificios pequeños extendidos no forman efecto isla de calor. El perfil de una isla urbana de calor, mostrado aquí, demuestra que las islas de calor son típicamente más intensas sobre áreas densamente pobladas. GRAFICA Nº 2 Isotermas de calor
Se cree que la aportación del efecto de isla de calor urbano al aumento de 0.4 a 0.8ºC en la temperatura global del último siglo, no es mayor de 0.05ºC.
1.8 SU RELACIÓN CON EL CALENTAMIENTO GLOBAL
Aunque se trata de dos fenómenos distintos, las islas de calor producidas en verano pueden contribuir al calentamiento global debido al mayor requerimiento energético por el incremento en el uso de sistemas de refrigeración. Se deduce de esto que combatir el efecto de la isla de calor contribuiría a disminuir el calentamiento global. El efecto de la isla de calor se refiere a una escala local, comparando por ejemplo, lo que sucede entre un área urbana, y una rural, mientras que el calentamiento global se refiere al incremento gradual de la temperatura del planeta.
1.9 MITIGACION DE LOS IMPACTOS Una de las mejores estrategias para la mitigación de los impactos generados por el fenómeno de la Isla de Calor es el Desarrollo Inteligente, siendo este un esquema para el desarrollo urbano, es aquel que mejora a la economía de la comunidad y del medio ambiente a través de estrategias para ayudar a los ciudadanos a tomar decisiones informadas de cómo y dónde quieren que la ciudad crezca. Algunas estrategias son: •
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Reducir lotes de estacionamiento materiales porosos.
y
usar pavimento
de
Sembrar, preservar y mantener árboles y vegetación. Promover el uso de lotes baldíos y la mayor densidad de desarrollo urbano. Los desarrollos en comunidades existentes pueden preservar los espacios abiertos y ayudar a deshacer las islas de calor y sus consecuencias. Un reporte del año 2001 encontró que por cada acre industrial abandonado y redesarrollado, 4.5 acres de espacio abierto se conservan. Aumentar la educación y actividades de alcance público en la comunidad.
COMENTARIOS Y CONCLUSIONES •
La isla de calor es un efecto antrópico debido a la necesidad de la evolución del hombre por lo tanto es fenómeno que no se puede controlar pero existen ciertos factores que lo pueden mitigar.
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La Isla de Calor no es un efecto negativo en todos los países pues este trae consigo un aumento de temperatura que beneficia los lugares más fríos por lo tanto en ciertos lugares este no es tomado como un impacto ambiental. En general, las estrategias para reducir los efectos de la isla de calor en verano, no pueden evitar reducir también los beneficios producidos en invierno. Mayor concentración de contaminantes menos radiación
• Los contaminantes disminuyen la capacidad de la radiación onda corta sobre todo la porción de radiación U.V., actúan como filtro • Lo anterior trae como consecuencia una disminución de la fotosíntesis en los vegetales y una disminución de la producción de vitamina “D” en los humanos. También existe una disminución de cáncer en la piel • En las ciudades la radiación onda corta es entre un 10% a 20% menor que en las zonas rurales.
BIBLIOGRAFIA
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