A disposição das ruas e edifícios de uma cidade desempenha um papel crucial no efeito da ilha de calor urbana local, o que faz com que as cidades sejam mais quentes do que seus arredores, pesquisadores descobriram. A nova descoberta pode fornecer aos planejadores e autoridades municipais novas maneiras de influenciar esses efeitos.

Algumas cidades, como Nova York e Chicago, são dispostos em uma grade precisa, como os átomos em um cristal, enquanto outros, como Boston ou Londres são organizados de forma mais caótica, como os átomos desordenados em um líquido ou vidro. Os pesquisadores descobriram que as cidades "cristalinas" tinham um aumento muito maior de calor em comparação com seus arredores do que as "parecidas com vidro".

O estudo, publicado hoje no jornal Cartas de revisão física , encontraram essas diferenças nos padrões das cidades, que eles chamam de "textura, "foi o determinante mais importante do efeito de ilha de calor de uma cidade. A pesquisa foi realizada pelo MIT e pelo cientista sênior Roland Pellenq do National Center for Scientific Research, que também é diretor de um laboratório conjunto MIT / CNRS / Aix-Marseille University chamado (MSE) 2 (Ciência de Materiais MultiScale para Energia e Meio Ambiente); professor de engenharia civil e ambiental Franz-Josef Ulm; assistente de pesquisa Jacob Sobstyl; (MSE) 2 cientista pesquisador sênior T. Emig; e M.J. Abdolhosseini Qomi, professor assistente de engenharia civil e ambiental na Universidade da Califórnia em Irvine.

O efeito da ilha de calor é conhecido há décadas. Resulta essencialmente do fato de que os materiais de construção urbana, como concreto e asfalto, pode absorver calor durante o dia e irradiá-lo de volta à noite, muito mais do que as áreas cobertas de vegetação. O efeito pode ser bastante dramático, adicionando até 10 graus Farenheit às temperaturas noturnas em lugares como Phoenix, Arizona. Em tais lugares, esse efeito pode aumentar significativamente os problemas de saúde e o uso de energia durante o tempo quente, portanto, um melhor entendimento do que o produz será importante em uma era em que cada vez mais pessoas estão morando nas cidades.

A equipe descobriu que usar modelos matemáticos que foram desenvolvidos para analisar estruturas atômicas em materiais fornece uma ferramenta útil, levando a uma fórmula simples para descrever a forma como o design de uma cidade influenciaria seu efeito de ilha de calor, Pellenq diz.

"Usamos ferramentas da física estatística clássica, ", explica. Os pesquisadores adaptaram fórmulas inicialmente concebidas para descrever como átomos individuais em um material são afetados por forças de outros átomos, e reduziram esses conjuntos complexos de relações a descrições estatísticas muito mais simples das distâncias relativas de edifícios próximos uns aos outros. Eles então os aplicaram a padrões de edifícios determinados a partir de imagens de satélite de 47 cidades nos EUA e em outros países, em última análise, terminando com um único número de índice para cada - chamado de parâmetro de ordem local - variando entre 0 (desordem total) e 1 (estrutura cristalina perfeita), para fornecer uma descrição estatística do agrupamento de vizinhos mais próximos de qualquer edifício.

Para cada cidade, eles tiveram que coletar dados confiáveis ​​de temperatura, que veio de uma estação dentro da cidade e outra fora dela, mas nas proximidades, e então determinar a diferença.

Para calcular este parâmetro de ordem local, os físicos normalmente precisam usar métodos como o bombardeio de materiais com nêutrons para localizar as posições dos átomos dentro deles. Mas para este projeto, Pellenq diz, "para obter as posições de construção, não usamos nêutrons, apenas mapas do Google. "Usando algoritmos que desenvolveram para determinar o parâmetro dos mapas da cidade, eles descobriram que as cidades variaram de 0,5 a 0,9.

As diferenças no efeito de aquecimento parecem resultar da maneira como os edifícios irradiam novamente o calor que pode então ser reabsorvido por outros edifícios que os enfrentam diretamente, a equipe determinada.

Especialmente para lugares como a China, onde novas cidades estão sendo construídas rapidamente, e outras regiões onde as cidades existentes estão se expandindo rapidamente, a informação pode ser importante ter, ele diz. Em locais quentes, cidades poderiam ser projetadas para minimizar o aquecimento extra, mas em lugares mais frios, o efeito pode realmente ser uma vantagem, e as cidades poderiam ser projetadas de acordo.

"Se você está planejando uma nova seção de Phoenix, "Pellenq diz, "você não quer construir em uma grade, pois já é um lugar muito quente. Mas em algum lugar no Canadá, um prefeito pode dizer não, vamos escolher usar a grade, para manter a cidade mais quente. "

Os efeitos são significativos, ele diz. A equipe avaliou todos os estados individualmente e descobriu, por exemplo, que apenas no estado da Flórida os efeitos das ilhas de calor urbanas causam cerca de US $ 400 milhões em custos excessivos para o ar-condicionado. "Isso dá uma estratégia para planejadores urbanos, "diz ele. Embora, em geral, seja mais simples seguir um padrão de grade, em termos de colocação de linhas de serviços públicos, canos de esgoto e água, e sistemas de transporte, em lugares onde o calor pode ser um problema sério, pode valer a pena as complicações extras para um layout menos linear.

Este estudo também sugere que a pesquisa em materiais de construção pode oferecer um caminho a seguir para gerenciar adequadamente a interação de calor entre edifícios em áreas centrais históricas das cidades.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.