O futuro próximo da Terra é um planeta em aquecimento, à medida que a expansão urbana e as emissões de gases de efeito estufa alimentam os efeitos das mudanças climáticas. As projeções climáticas atuais mostram que nas cidades dos EUA as temperaturas devem subir de 2 a 7 C (3,6 a 12,6 F) até o ano de 2099.

Para tentar se adaptar a este aquecimento e manter a habitabilidade no planeta, os pesquisadores estão procurando novas maneiras de projetar e construir cidades com tecnologias de mitigação do clima e descobrindo que, à medida que seus modelos preditivos aumentam em sofisticação, eles revelam uma complexa interdependência de efeitos.

Por exemplo, a nova modelagem está revelando a dinâmica da mudança climática e da expansão urbana em um nível mais detalhado, levando a uma nova compreensão do que pode acontecer à medida que as cidades crescem e as regiões se aquecem. Esta informação pode ser crítica para determinar o que pode ou não funcionar enquanto tentamos nos adaptar ao calor que se aproxima.

Agora, pesquisadores liderados pela Arizona State University concluíram algumas das modelagens mais sofisticadas dos efeitos das mudanças climáticas e centros urbanos nos EUA, e estão descobrindo que algumas das soluções propostas hoje fornecerão apenas uma fração do alívio do calor projetado.

Os pesquisadores analisaram a interação diária entre a expansão urbana, mudanças climáticas e adaptação nos EUA ao longo do século 21. Sua análise revelou uma interação não linear entre a expansão urbana e as emissões de gases de efeito estufa e o fez em uma grande extensão de terra - os Estados Unidos continentais - prestando atenção especial às crescentes áreas de megapolitana. Em seguida, eles examinaram um espectro de estratégias de mitigação de calor que incluíam árvores no nível da rua e soluções de engenharia que lidam com o fenômeno do calor urbano.

"Estudos anteriores mostraram que as estratégias convencionais para reduzir o aquecimento funcionam principalmente na redução das temperaturas diurnas, em vez de noturnas, "disse Matei Georgescu, professor associado da Escola de Ciências Geográficas e Planejamento Urbano da ASU. "Contudo, as cidades tendem a ter seus maiores impactos sobre o ambiente térmico regional durante a noite e à noite. "

"Simulamos os efeitos de abordagens convencionais de mitigação de calor com estratégias de resfriamento mais amplamente reconhecidas, mas também simulamos impactos associados a materiais de engenharia próximos à temperatura da superfície, "Ele acrescentou." Encontramos um alívio moderado das temperaturas durante as horas noturnas usando materiais de baixa admitância térmica. "

Os pesquisadores publicaram suas descobertas em "Diurnal interação entre a expansão urbana, mudanças climáticas e adaptação nas cidades dos EUA do século 21 "na primeira edição on-line de Nature Mudança Climática . Os co-autores com Georgescu são E. Scott Krayenhoff, Universidade de Guelph, SOBRE, Canadá, um ex-pesquisador de pós-doutorado que trabalha com Georgescu na ASU, e Mohamed Moustaoui, Ashley Broadbent e Vishesh Gupta, todos afiliados ao Centro de Pesquisa de Clima Urbano da ASU.

Um foco nos EUA

A nova pesquisa faz um olhar analítico para os Estados Unidos continentais e o faz em um nível de sofisticação maior do que estudos anteriores. Por exemplo, estudos anteriores presumiram que os efeitos da urbanização e dos gases de efeito estufa poderiam ser determinados simplesmente adicionando os efeitos dos dois. A nova abordagem permite aos pesquisadores caracterizar até que ponto esses dois fatores na mudança climática regional interagem entre si de forma não linear.

“O efeito do desenvolvimento urbano e das emissões de gases de efeito estufa é menor do que apenas a soma dos componentes individuais, "Georgescu disse." Isso só é evidente durante a noite. A magnitude da não linearidade reduz o aquecimento total em até 1 C (1,8 F) localmente. "Mas, ele adverte, "precisamos lembrar que isso é consideravelmente menor do que o próprio aquecimento total (de 4 a 8 C, 7,2 a 14,4 F) dependendo do cenário de GEE simulado. "

Além disso, A equipe de Georgescu se aprofundou nos dados. Trabalhos anteriores usaram a temperatura média de 24 horas de cada dia como um ponto de dados. Nesta pesquisa, a equipe produziu significativamente mais dados (cerca de 100 terabytes) por meio de simulações de computador feitas nos clusters de supercomputação de alto desempenho disponíveis na ASU e examinou os impactos em um período de 24 horas, ou escala "diurna", em intervalos de três horas.

"Disponibilizar esses dados para a comunidade de pesquisa permitirá pesquisas relacionadas, como avaliações biometeorológicas de pesquisadores de saúde e avaliações de energia da comunidade científica de construção, "disse Scott Krayenhoff, autor principal do estudo.

O que é revelado na modelagem é um continente em aquecimento, especialmente nos centros urbanos regionais dos EUA

"O aquecimento urbano no verão resultante de uma combinação dinamicamente interativa de expansão urbana e mudança climática é de 1 a 6 C (1,8 a 10,8 F) à tarde e 3 a 8 C (5,4 a 14,4 F) à noite no final do século, "disse o membro da equipe Mohamed Moustaoui.

Geral, as simulações projetadas que o aquecimento urbano à tarde será mais pronunciado no leste dos EUA e o aquecimento noturno será mais forte nos Apalaches, Grandes Lagos e regiões do vale central da Califórnia, em grande parte como resultado da expansão urbana nessas regiões.

Os pesquisadores então simularam o desempenho de várias tecnologias de mitigação de calor dadas as temperaturas regionais mais altas projetadas. Essas tecnologias incluem telhados frios, telhados verdes e árvores nas ruas, tudo isso pode ser usado para aliviar as temperaturas externas próximas à superfície de uma área.

Adaptando-se ao calor

"Usando simulações dinamicamente interativas, examinamos várias estratégias de adaptação com o objetivo de compensar o calor urbano projetado do século 21, "Krayenhoff explicou." Combinamos a implementação de alta intensidade de telhados frios, telhados verdes e árvores de rua (ou seja, um cenário de adaptação total) e descobriu que leva a 1,3 a 2,0 C (2,3 a 3,6 F) de resfriamento médio da tarde no verão, dependendo da região, mas menos de 1 C (1,8 F) de resfriamento noturno. O resfriamento local da tarde em muitas áreas metropolitanas dos EUA projetadas foi um pouco maior, particularmente na Califórnia, Texas e Nordeste. "

Mesmo com essas tecnologias de mitigação de calor em vigor, simulações mostraram que é provável que o calor persista.

"O que eu achei mais impressionante foi que combinada, a implementação de alta intensidade de todas as estratégias de adaptação falhou em compensar o aquecimento da mudança climática no cenário climático RCP 8.5 (ou business as usual), deixando o aquecimento urbano médio continental dos EUA de 1 a 4 C (1,8 a 7,2 F) durante o dia e 3 a 6 C (5,4 a 10,8 F) à noite, e grandes aumentos projetados em dias de calor extremo em cidades de todo o país, "Krayenhoff explicou.

"Mesmo com reduções substanciais de gases de efeito estufa, isso é, sob o cenário de emissões RCP 4.5, o aquecimento noturno permaneceu não trivial após a aplicação completa de medidas de adaptação, "ele acrescentou." Isso significa que podemos construir edifícios 'legais' e plantar árvores em nossas ruas e ainda assim as cidades dos EUA provavelmente ficarão muito mais quentes sem reduções de emissões de gases de efeito estufa simultâneas e substanciais. "