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Combatiendo el calor en las grandes ciudades del mundo

Cuando llegan las olas de calor, Stuart Gaffin se considera muy afortunado. Un científico investigador asociado al Instituto de la Tierra en la Universidad de Colombia. Gaffin estudia con frecuencia las olas de calor. Hasta ahora, ha tratado de evitar una ola de calor mortal, tal como la de Chicago de 1995, o la ola de calor de París de 2003. Él vive en la ciudad de Nueva York y la peor ola de calor que recuerda aconteció cuando estaba en un área rural próxima. “Nosotros no teníamos aire acondicionado y fue una ola de calor muy adversa, llegando a los 42ºC”, recuerda. Se marchó del campo y volvió de nuevo a la ciudad donde le aguardaba su apartamento con aire acondicionado.

Irónicamente Gaffin también estudia lo que es conocido como la isla de calor urbana. Las ciudades experimentan temperaturas más calidas que las áreas rurales que las rodean y zonas suburbanas. Al salir del campo, sabía que se dirigía hacia un ambiente más cálido. El apartamento de Gaffin en Nueva York tiene aire acondicionado, pero “tenemos muchas comunidades pobres en esta ciudad con tasas bajas de equipos con aire acondicionado,”. “Y los apagones de electricidad causados por una oleada en la demanda durante las olas de calor pueden coger a cualquier persona desprevenida. El problema de la ola de calor es real y una de las razones primarias es la isla urbana de calor,” explica.


Imagen térmica de una gran ciudad de Auntie P/Flickr, biblioteca del Congreso. Photos.com, servicio del Parque Nacional, Photos.com.

Dos ideas hacen pensar a Gaffin seriamente sobre las islas urbanas de calor. Una tendencia es el aumento en el número de los habitantes de las ciudades. La mitad de la población del mundo —3 mil millones — vive en ciudades. En un par de décadas, serán 5 mil millones personas,”. En países en vías de desarrollo, las gentes emigran a menudo a las ciudades debido a faltas de cosechas, desastres naturales o conflictos armados, y no es porqué las ciudades tienen economías robustas capaces de apoyar a más gente. En las décadas que vienen, muchos nuevos habitantes de las ciudades serán desesperadamente pobres. Con poco acceso al aire acondicionado, a la refrigeración o a la asistencia médica, los pobres urbanos del mundo serán particularmente vulnerables a los peligros para la salud de las olas de calor.

La otra tendencia que se refiere Gaffin es el cambio del clima. Él no es ningún escéptico sobre el calentamiento global; acepta los resultados de la comunidad de científica de que la Tierra se está calentando debida, en gran parte, a la actividad humana. Pero incluso si los países pueden reducir sus emisiones de gases efecto invernadero, Gaffin sospecha que cierta cantidad de calentamiento adicional es inevitable. “Creo que la mitigación del calentamiento global es importante,” dice, “pero incluso con la mitigación, toda esta gente que vive en ciudades va a experimentar tal calentamiento.” De acuerdo con la investigación que él llevó a cabo para el Programa de Investigación del Cambio Global de los EE.UU., se espera que un clima más cálido empeore las olas de calor. “Ahora, tenemos un promedio de cerca de 14 días cada verano sobre lo 32ºC en Nueva York. En un par de décadas, podríamos experimentar unos 30 días o más,” afirmó.

“Así tenemos dos fuerzas actuando sobre las islas del calor— la urbana y el calentamiento global— Ambas se están reforzando y van a crear condiciones más cálidas para más de la mitad de la población del mundo,” Gaffin explicó. “¿Cómo hacemos las ciudades más habitables en el futuro?”.

En 2002, Gaffin y varios colegas trataron de precisar y contestar a esa pregunta para la ciudad más poblada de los EEUU: Nueva York. Para ayudar a los planificadores de la ciudad para hacerla más soportable con el calor, Gaffin y sus colegas primero tuvieron que considerar cómo las áreas urbanas calientan sus ambientes.

La piedra, el ladrillo, cristaleras y las superficies de asfalto son impermeables al agua y pueden atrapar el calor del sol. Las ciudades concentran no solamente tales superficies atrapadoras del calor, ellas también contienen otras fuentes propias de calor, tales como motores de vehículos y chimeneas, por citar algunos ejemplos. (Fotos cortesía de Photos.com).

Generando y destruyendo la isla de calor urbana

En una calurosa y soleada tarde, camine y encuentre un estacionamiento rodeado por la hierba. Ponga una mano en el asfalto y la otra en la hierba. Las mismas superficies de asfalto, de piedra, de ladrillo y de cemento, que no mantienen malas hierbas y agua, absorben la luz del sol y elevan las temperaturas localmente. Para hacer sitio a edificios y caminos, las ciudades eliminan la vegetación que, de otra manera, refrescarían sus alrededores evaporando el agua. Se suman a la mezcla los motores de los coches, el aire caliente de los acondicionadores de aire, los secadores de ropas, máquinas escabadoras, incluso chimeneas. Todas estas fuentes de calor trabajan juntas para elevar la temperatura de la ciudad. Según la Agencia de Protección del Medio Ambiente de los EE.UU., un área urbana puede elevar la temperatura del aire hasta 6 º C más que las áreas suburbanas y rurales próximas.

Nueva York ha producido su propia isla urbana de calor durante más de un siglo. En el verano de 2002, Gaffin y sus colegas usaron datos de temperaturas basados en satélites, mapas de la cubierta de tierra y los datos del tiempo, junto con un modelo regional del clima para identificar las mejores estrategias para refrescar la ciudad. El equipo estimó cuánto se refrescaría la ciudad plantando árboles, sustituyendo superficies oscuras por otras más claras e instalando “cubiertas y techos verdes de vegetación.”

Estuardo Gaffin y sus colaboradores en la universidad de estado de Pennsylvania realizó experimentos controlados en el verano de 2003 de temperaturas, comparándolas en las azoteas cubiertas con vegetación con las temperaturas en las azoteas impermeables, oscuras. (Foto cortesía Stuart Gaffin.)

El equipo estudió la ciudad en su totalidad, y detectó así como seis “zonas cálidas” — que incluían Manhattan, Bronx, Queens y Brooklyn— donde las temperaturas cercanas al suelo eran más altas que el promedio de la ciudad. Cada área fue mantenida por Con Edison, la compañía local de energía, así que los científicos podrían comparar el uso de electricidad. Cada área también tenía espacios disponibles, de modo que las estrategias de mitigación, que el equipo consideraba, se pudieran modelar en el estudio y potencialmente ponerse en proyecto y en ejecución más tarde.

Gaffin y sus colegas usaron datos del satélite Landsat para acceder a la información del calor veraniego de la ciudad de Nueva York. La imagen superior muestra las temperaturas de la ciudad, zonas más frescas en azul y cálidas en amarillo. La imagen inferior muestra la vegetación, zonas verdes con densa vegetación y el beige indicando vegetación esparcida. Los mapas muestran una correlación entre las zonas de vegetación densa y zonas más frescas, y las zonas de escasa vegetación y temperaturas altas. Imágenes Landsat de la NASA tomadas el 14 de agosto de 2002 a las 10:30 a.m. (Mapas de Robert Simmon, usando datos del Programa Landsat).

El efecto urbano de la isla de calor es quizás más peligroso durante las olas de calor, cuando se eleva la demanda de aire acondicionado, así que el equipo está concentrado en recoger datos durante esos períodos. Aunque las definiciones de ola de calor varían, para el estudio 2002 el equipo estableció para ello que, por lo menos, se deberían dar tres días consecutivos con temperaturas máximas sobre los 32.2ºC en Central Park. Usando datos de Servicio Nacional de Meteorología, los investigadores identificaron tres olas de calor ese verano: 2-4 de julio, 28 de julio – 7 de agosto, y del 11 -18 agosto.

El 14 de agosto fue uno de los días más cálidos de la ola de calor del verano de Nueva York en 2002, siendo un buen día para tomar la temperatura de la ciudad. La medida de la temperatura de aceras, calles, parkings, azoteas, jardines y áreas arboladas en una ciudad entera no es una tarea fácil desde tierra, así que de los investigadores confiaron en la NASA para tomar la temperatura de la ciudad, usando los datos basados de los sensores infrarrojos termales de satélite recogidos desde Landsat de la NASA. Con una resolución espacial (nivel del detalle) de 60 metros por pixel de dato, Landsat ofreció un mapa detallado de la isla de calor de la ciudad de Nueva York, supliendo los datos de temperatura del Servicio Nacional que el equipo necesitaba.

Después de recoger medidas de la temperatura, Gaffin y sus colegas combinaron esas medidas con otros datos, incluyendo una base de datos de la cubierta de tierra de la ciudad. Específicamente, el equipo analizó por cuánto la ciudad — y en cada área más pequeña del estudio— estaba conformada por tipos de superficies y tejados impermeables, áreas de jardines, árboles y agua. Entonces los investigadores introdujeron estos datos en un modelo del clima. Desarrollado por la Universidad del Estado de Pennsylvania y el Centro Nacional para la Investigación Atmosférica, este modelo, conocido como MM5, predice fenómenos atmosféricos regionales de circulación atmosférica.

Gaffin y sus colegas compararon los resultados del modelo con la temperatura observada y las condiciones atmosféricas en Nueva York para asegurar que sus predicciones eran exactas. Entonces corrieron el modelo partiendo con diversas condiciones iniciales, tales como una conversión de toda el área disponible de azoteas de la ciudad a superficies reflectoras de luz. El modelo predijo que una combinación de la zona forestal urbana y de las azoteas reflectantes podría reducir la temperatura total de Nueva York City al menos -0.67ºC. A las 3 P.M., cuando las temperaturas alcanzaban su pico, estas estrategias de mitigación podrían reducir la temperatura de Nueva York en -0.89ºC. Los resultados variaron para las áreas más pequeñas del estudio, pero para la mitad oeste de Manhattan se observó un aligeramiento mayor de la temperatura a lo largo del día de -0.94ºC, y en el sureste de Manhattan la reducción a las 3 P.M., era de -1.33ºC.

Durante el estudio de 2003 de Penn State, Gaffin y sus colaboradores midieron las temperaturas en azoteas verdes y oscuras. Ambas clases de azoteas se calentaron durante el día y se refrescaron durante la noche. Mientras que las azoteas oscuras se refrescaron levemente más durante la noche, sin embargo, se calentaron mucho más durante el día que las verdes. En su momento más cálido, las azoteas oscuras alcanzaron unos 70ºC, mientras que las azoteas verdes alcanzaron solamente cerca de los 40ºC. (Gráfico cortesía de Stuart Gaffin.)

Estas reducciones de la temperatura pueden que parezcan no muy llamativas, pero pueden realmente tener un impacto importante. El uso de potencia, explicó Gaffin, es muy sensible incluso a las variaciones leves de temperatura. “Si se nos acercamos a la disponibilidad de máxima energía en un punto de suministro, que es a menudo el caso en estas olas de calor del verano, cada grado puede suponer una diferencia significativa en la sobrecarga en la red y puede generar un apagón,” afirmó Gaffín. Así, cualquier cosa que refresque la ciudad, incluso un poco, podría facilitar las demandas energéticas y reducir los riesgos de un apagón.

La demanda de electricidad es muy sensible a la temperatura. Este gráfico muestra la demanda (en gigawatios por hora) frente a la temperatura (en grados Fahrenheit) en el estado de Nuevo York a finales de los 90. La demanda eléctrica es ligeramente más baja los fines de semanas y vacaciones (puntos azules) que durante el resto de los días de la semana (puntos rojos). La demanda se incrementa rápidamente por encima de los 60 º F, 15º C. (Gráfico adaptado de Rosenzweig et. al. 2001, basado en datos de Nueva York Power Pool y Itron, Inc.). Fuente NASA.

Gaffin encontró que la modelización era útil, aunque tenía algunas reservas. “ Mucho de los modelos [del clima regional] fueron diseñados originalmente para superficies naturales de la tierra, ” explicó. Para las ciudades, “tenemos que considerar los millares y los centenares de millares de geometrías de los edificios. Todavía está fuera de nuestro alcance cómo serán las reducciones de temperatura.” El estudio de 2002 proporcionó bastantes evidencias, sin embargo, no las suficientes como para permitir que Gaffin y sus colegas hicieran algunas recomendaciones para atenuar el calor.

Una estrategia especialmente eficaz de mitigación implicaba plantar árboles. Cada árbol, no solamente podía refrescar su área más cercana, podía también dar sombras en los edificios próximos. Gaffin y sus colegas estimaban que en el 17 por ciento de la superficie de ciudad se podría plantar árboles. También estimaron, sin embargo, que las reducciones más grandes de temperaturas podrían ser logradas tratando de hacer más “oscura” la ciudad de Nueva York, superficies impermeables tales como caminos y azoteas. Su valoración de la ciudad indicó que el 64 por ciento del área de la ciudad consistía en tales superficies.

Cerca del 14 por ciento del área superficial impermeable de Nueva York consiste en tejados, la mayoría de ellos oscuros, superficies generadoras de calor, típicamente de alquitrán y cubierto a veces con grava. “El tejado es un horno en verano, alcanzando los 70ºC,” Gaffin explicó. “Así que, refrescando las azoteas es como apagar un horno encendido.” Apagando el horno que cubre gran parte de la ciudad, Nueva York podría refrescarse considerablemente. Dos opciones existen para cambiar una azotea de alquitrán en algo más fresco: una superficie más reflectora de la luz y vegetación.

Blancos versus Verdes

Cualquier persona que ha planeado pasar horas afuera en un día caluroso y soleado ha oído probablemente el consejo de usar colores ligeros. Los colores pálidos reflejan mucho la luz del sol, manteniendo el vestido fresco. Igual es cierto para los edificios. Gaffin y sus colegas presentaron los resultados de su estudio 2002 de la ola de calor de Nueva York en una reunión de la ciencia en enero de 2006, y en aquella época, él consideraba a las azoteas blancas la estrategia ganadora. Antes de abril de 2006, sin embargo, él había cambiado de opinión.

El estudio en Nueva York confirmó que los tejados blancos —generalmente hechos con una cubierta fina y ligera — absorbían mucho menos la energía del sol que las azoteas de asfalto y que eran bastante baratos y fáciles instalar. Pero aunque las superficies blancas pueden ser más frescas que superficies oscuras, todavía atrapan calor. “Sólo con ir alrededor de tu vecindario, podrás observarlo. Pienso que encontrarás que las superficies urbanas blanquecinas siguen siendo más cálidas en verano si las comparas con las que poseen plantas,” Gaffin comentó. Lo que es peor, ambientes urbanos donde las azoteas son blancas se ponen sucias más rápidamente,” reduciendo su capacidad de reflejar la luz del sol. Incluso cuando se mantienen limpias, los tejados blancos causan problemas. En el reflejo de la luz del sol, pueden despedir mucha energía a los edificios próximos, calentando el área más inmediata y cercana. “Realmente no se ha eliminado la luz de la ciudad,” dijo. Y en el invierno, las azoteas de colores claros pueden refrescar los edificios innecesariamente, con el aumento de la calefacción que eso exige.

Las azoteas de color claro tienen otra desventaja para Gaffin. Mientras que investigaba las opciones de la mitigación del calor en la isla urbana, llegó a darse cuenta de otro tema que causa que algunas ciudades tengan problemas y dificultades: la escorrentía de las aguas de las tormentas. El propósito del asfalto es crear una superficie impermeable para mantener alejada al agua. Desafortunadamente, el agua que no pueda ser absorbida por las azoteas, carreteras, calles y caminos tiene que ir a alguna parte.

Las azoteas verdes pueden extenderse en complejidad desde una capa fina de suelo y de plantas a un jardín más elaborado de tejados con árboles y arbustos. Las azoteas más elaboradas dan lugar a mayores cargas estructurales en edificios y requieren más mantenimiento, así que el planeamiento y ponerlos en ejecución son procesos más complicados. Esta foto muestra un jardín – azotea verde del Solaire en Battery Park City en Nueva York. (Photo Copyright © birdw0rks/Simon Bird and the Albanese Organization.)

Para tratar con la escorrentía de las lluvias intensas, las ciudades tienen alcantarillas, pero muchas ciudades utilizan los mismos sistemas para gestionar el desbordamiento de las aguas de la lluvia y el agua de los servicios, cuartos de baños, etc. Las lluvias intensas pueden desbordar estos sistemas, llevando las aguas residuales crudas a los canales. “Esa es la fuente principal de patógenos en el puerto de Nueva York. Es un problema importante en Europa. Se ha acuñado un término para este problema paralelo al de la isla de calor urbana. Se llama “la isla de escorrentía urbana.” Las azoteas de color claro pueden absorber menos la energía del sol que las azoteas oscuras, pero no hacen nada atenuar la salida.

“Ahora no soy un defensor de las azoteas blancas” Gaffin concluye. “Comencé esta línea de investigación pensando que sería lo mejor. Pero acabé esta investigación pensando que esta sería una opción secundaria.”

Gaffin promovería alguna otra solución que tratara el calor urbano y la escorrentía urbana. Si las ciudades tienen mucho sitio para más árboles adicionales y si las azoteas de color claro reducen solamente parcialmente el calor urbano y de ninguna manera reducen la salida, sigue habiendo una opción: azoteas cubiertas de vegetación.

Mientras que Gaffin y sus colegas emprendieron el estudio de Nueva York en 2002, los experimentos estaban ya en curso en la Universidad del Estado de Pennsylvania para determinar las capacidades refrescantes de las azoteas cubiertas con vegetación. En 2003, Gaffin trabajó con los investigadores del Estado de Penn para comparar las temperaturas de las azoteas plantadas con Sedum spurium con las azoteas oscuras estándares.

Sedum es una planta del desierto con sistemas de raíces poco profundas. Estas plantas pueden tolerar períodos largos de sequía. Son plantas verdes, de aspecto y tacto agradable,” comentó Gaffin. En el sudoeste americano árido, esta planta de la familia de los cactus es una opción popular para ajardinar aquellas zonas donde se trata de reducir al mínimo el uso del agua en céspedes.

El spurium de Sedum es una planta adaptada a las sequías, usada a menudo para las azoteas verdes de bajo mantenimiento. (Foto copyright © G. A. Cooper de la base de datos de USDA-NRCS PLANTA .)

Durante su proyecto del jardín en tejado, Gaffin y el equipo del Estado de Penn encontraron que las temperaturas máximas en las azoteas plantadas con Sedum eran de 30 grados más bajas que las temperaturas en las azoteas estándares. También encontraron que las plantas de Sedum eran de bajo mantenimiento y prosperaban sin riego suplementario.

A pesar de la confianza de Gaffin en las azoteas verdes, él sabe que su puesta en práctica podría ser complicada. “Mucha gente piensa que las azoteas verdes pueden causar problemas, que pueden caerse a la calle, salir volando y durar muy poco” afirmó, “ pero todo lo contrario”. Hay azoteas [verdes] en Europa que duran 30, 40, 50 años o más.” La longevidad, sin embargo, tiene en un precio. “Gastamos mucho tiempo y dinero en las azoteas verdes. Son costosas y estamos intentando ver cómo reducir los costes. Parte del problema es que no tenemos una industria madura aquí en los Estados Unidos. Todavía es un tipo de construcción algo especializada.”

Las buenas azoteas cubiertas de vegetación poseen típicamente las siguientes capas: una membrana impermeable en el fondo, una capa de materiales de drenaje, una capa filtro y repulsivo de las raíces, suelo de peso ligero para un crecimiento medio y, finalmente, las plantas. Comparado con las azoteas estándares, las azoteas verdes tienen más masa, pero unos sistemas finos de espesor de solamente 7.5 a 10 centímetros son suficientes. Cuando se saturan con agua de lluvia, pueden crear una carga adicional de 1.197 pascales (cerca de 25 libras por pie cuadrado) que es, a menudo, factible para muchos edificios de la ciudad. Evaporando la humedad, las plantas lanzan calor sin elevar las temperaturas locales. Asimismo, las plantas y el suelo se empapan por la precipitación como una esponja en vez de dejarla salir libremente por la superficie.

Los tejados con vegetación podrían mitigar en parte los efectos de las islas de calor y escorrentía urbana. El agua, que de otra forma correría y se perdería, sería retenida por estos jardines en las azoteas. (Imagen Copyright © American Wick Drain Corporation.)

Si las azoteas verdes proporcionan una solución para las islas de color y escorrentía, pueden necesitar una puesta en ejecución diferente en diversos lugares. Los experimentos en Pennsylvania demostraron que Sedum podría prosperar sin irrigación, pero Pennsylvania es más húmeda y lluviosa que otras partes del mundo. Los lugares como África sub-saharina y el noroeste de China son vulnerables a las sequías severas y prolongadas. Incluso los jardines en el sudoeste americano pasarían dificultades.

Panayoti Kelaidis, horticultor, es el director de los Jardines Botánicos de Denver. Como Gaffin, él admira el concepto azoteas verdes y al Sedum, que es tolerante a la sequía. Pero Kelaidis duda que las azoteas verdes puedan tener éxito en un clima árido sin riego suplementario. Cambiar a plantas menos sedientas no solucionaría necesariamente el problema. “Algunas plantas toman incluso menos agua que el Sedum, y crecen en ambientes más duros. Podrían crecer prácticamente en la superficie de la luna,” dice Kelaidis. Tales plantas responden a las sequías prolongadas. “La desventaja es que su actividad biológica es mínima cuando están inactivas, no siendo mejor que el propio asfalto.” Esto no significa que él piense que estas azoteas verdes no tengan futuro, pero cree que algunos sistemas de irrigación serían requeridos. “La irrigación modesta funcionaría, incluso con apenas una niebla, sería bastante.”

Así, en los climas más secos, la azotea verde ideal podía requerir un sistema de irrigación y el costo de estas azoteas para su ejecución puede retardar su llegada y adopción. Pero mientras las temperaturas se elevan, los tejados verdes potencialmente refrescarían las ciudades y permanecería atractiva la idea.

Las cifras recientes de las olas de calor muestran la gravedad de las temperaturas que van elevándose. La ola de calor de Chicago de 1995 mató a más de 700 vidas. El verano europeo de 2003 fue muy cálido y se llevó entre 22.000 y 45.000 vidas. ¿“Puede el aire condicionado suavizar estas olas de calor?. No siempre, ” Gaffin afirma. ¿“Cómo podemos refrescar nuestras ciudades? No hay muchas estrategias que podemos elegir. Pero la opción de los tejados verdes parece una gran manera de aliviar estos problemas.”

+referencias:

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• Rosenzweig, C., and Solecki, W.D. (Eds.) (2001) Climate Change and a Global City: The Potential Consequences of Climate Variability and Change – Metro East Coast, Report for the U.S. Global Change Research Program, National Assessment of the Potential Consequences of Climate Variability and Change for the United States. Columbia Earth Institute, New York.
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• Report reveals global slum crisis from the BBC. Accessed June 20, 2006.
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• Green roofs from Pennsylvania State University. Accessed July 3, 2006.
Earth Pledge. Accessed July 31, 2006.

+fuente del artículo: www.earthobservatory.nasa.gov