isla de calor urbana

Durante el día, especialmente cuando el cielo está despejado, las superficies urbanas se calientan por la absorción de la radiación solar . Las superficies en las áreas urbanas tienden a calentarse más rápido que las de las áreas rurales circundantes. Debido a su alta capacidad calorífica , las superficies urbanas actúan como un depósito de energía térmica. Por ejemplo, el hormigón puede retener aproximadamente 2000 veces más calor que un volumen equivalente de aire. ^{[ 15 ]} "Este estudio muestra que las superficies urbanas, como el hormigón, absorben y almacenan grandes cantidades de calor durante el día, lo que confirma el efecto de alta capacidad calorífica descrito en las islas de calor urbanas". Como resultado, las altas temperaturas superficiales diurnas dentro de la UHI se pueden observar fácilmente mediante teledetección térmica . Como suele ocurrir con el calentamiento diurno, este calentamiento también tiene el efecto de generar vientos convectivos dentro de la capa límite urbana . Por la noche, la situación se invierte. La ausencia de calentamiento solar conduce a la disminución de la convección atmosférica y la estabilización de la capa límite urbana. Si se produce una estabilización suficiente, se forma una capa de inversión . Esto atrapa el aire urbano cerca de la superficie, manteniendo caliente el aire superficial proveniente de las superficies urbanas aún calientes, lo que resulta en temperaturas nocturnas más cálidas dentro del efecto de isla de calor urbana.

En términos generales, la diferencia de temperatura entre el área urbana y el área rural circundante es más pronunciada por la noche que durante el día. ^{[ 16 ]} Por ejemplo, en Estados Unidos, la temperatura en las áreas urbanas tiende a ser más cálida que el área circundante en aproximadamente 1–7  °F (0,55–3,9  °C) durante el día, y aproximadamente 2–5  °F (1,1–2,8  °C) más cálida por la noche. ^{[ 17 ]} Sin embargo, la diferencia es más pronunciada durante el día en climas áridos como los del sureste de China y Taiwán. ^{[ 18 ] [ 19 ]} Los estudios han demostrado que la variabilidad diurna se ve afectada por varios factores, incluidos el clima y el tiempo locales, la estacionalidad, la humedad, la vegetación, las superficies y los materiales en el entorno construido. ^{[ 20 ] [ 17 ] [ 21 ] [ 22 ]}

La variabilidad estacional se comprende menos que la variabilidad diurna de la diferencia de temperatura de la isla de calor urbana. ^{[ 23 ]} Las relaciones complejas entre la precipitación, la vegetación, la radiación solar y los materiales de la superficie en varias zonas climáticas locales desempeñan roles interrelacionados que influyen en los patrones estacionales de variación de la temperatura en una isla de calor urbana en particular. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

Un método para cuantificar el efecto de isla de calor urbana (ICU) en áreas urbanas es el Índice ICU creado por la EPA de California en 2015. Este índice compara la temperatura de un área estudiada con puntos de referencia rurales situados a sotavento del área estudiada, a una altura de dos metros sobre el nivel del suelo. La diferencia de temperatura en grados Celsius se toma cada hora y las diferencias con una temperatura urbana elevada en comparación con los puntos de referencia se suman, generando un número de grados-Celsius-hora, que constituye el Índice ICU del área estudiada. La medida de grados-Celsius-hora puede promediarse a lo largo de varios días, pero se especifica como grados-Celsius-hora por día promedio. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]}

El índice se creó para estimar el uso previsto del aire acondicionado y las consiguientes emisiones de gases de efecto invernadero en California. ^{[ 28 ]} El índice no considera los valores ni las diferencias en la velocidad del viento, la humedad o la radiación solar , que podrían influir en la temperatura percibida o en el funcionamiento de los aires acondicionados. ^{[ 29 ]}

Si una ciudad o pueblo cuenta con un buen sistema de observación meteorológica, el efecto de isla de calor urbana (ICU) puede medirse directamente. ^{[ 30 ]} Otra alternativa es utilizar una simulación compleja de la ubicación para calcular el ICU, o bien un método empírico aproximado. ^{[ 31 ] [ 32 ]} Estos modelos permiten incluir el ICU en las estimaciones de los futuros aumentos de temperatura en las ciudades debido al cambio climático.

Leonard O. Myrup publicó el primer tratamiento numérico integral para predecir los efectos de la isla de calor urbana (ICU) en 1969. ^{[ 33 ]} Se descubrió que el efecto de isla de calor era el resultado neto de varios procesos físicos competitivos. En general, la evaporación reducida en el centro de la ciudad y las propiedades térmicas de los materiales de construcción y pavimentación de la ciudad son los parámetros dominantes. ^{[ 33 ]} Los entornos de simulación modernos incluyen ENVI-met , que simula todas las interacciones entre las superficies de los edificios y el suelo, las plantas y el aire ambiente. ^{[ 34 ]}

Existen varias causas de la isla de calor urbana (ICU) relacionadas con aspectos comunes del diseño urbano . Por ejemplo, las superficies oscuras absorben significativamente más radiación solar , lo que provoca que las concentraciones urbanas de carreteras y edificios se calienten más que las áreas suburbanas y rurales durante el día; ^{[ 2 ]} los materiales comúnmente utilizados en áreas urbanas para pavimentos y techos, como el hormigón y el asfalto , tienen propiedades térmicas volumétricas (incluida la capacidad calorífica y la conductividad térmica ) y propiedades radiativas superficiales ( albedo y emisividad ) significativamente diferentes a las de las áreas rurales circundantes. Esto provoca un cambio en el balance energético del área urbana, lo que a menudo resulta en temperaturas más altas que las áreas rurales circundantes. ^{[ 35 ]}

Los pavimentos , los estacionamientos , las carreteras o, en términos más generales, la infraestructura de transporte , contribuyen significativamente al efecto de isla de calor urbana. ^{[ 36 ]} Por ejemplo, la infraestructura de pavimentos es uno de los principales contribuyentes al calor urbano durante las tardes de verano en Phoenix , Estados Unidos. ^{[ 36 ]}

Otra razón importante es la falta de evapotranspiración (por ejemplo, debido a la falta de vegetación) en las zonas urbanas. ^{[ 37 ]} El Servicio Forestal de los Estados Unidos descubrió en 2018 que las ciudades de los Estados Unidos pierden 36 millones de árboles cada año. ^{[ 38 ]} Con una menor cantidad de vegetación, las ciudades también pierden la sombra y el efecto de enfriamiento por evaporación de los árboles. ^{[ 39 ] [ 40 ]}

Otras causas del efecto isla de calor urbano (ICU) se deben a efectos geométricos. Los edificios altos en muchas áreas urbanas proporcionan múltiples superficies para la reflexión y absorción de la luz solar, lo que aumenta la eficiencia con la que se calientan las áreas urbanas. Esto se conoce como el "efecto cañón urbano ". Otro efecto de los edificios es el bloqueo del viento, que también inhibe la refrigeración por convección e impide la disipación de contaminantes. El calor residual de los automóviles, el aire acondicionado, la industria y otras fuentes también contribuye al ICU. ^{[ 4 ] [ 41 ] [ 42 ]}

Las islas de calor pueden verse afectadas por la proximidad a diferentes tipos de cobertura del suelo, de modo que la proximidad a terrenos baldíos provoca que el suelo urbano se caliente más y la proximidad a la vegetación lo enfría. ^{[ 43 ]}

El diseño de paisajes privados como jardines y áreas públicas como parques urbanos puede tener un gran efecto en las islas de calor urbanas (ICU). Un paisaje bien diseñado, basado en plantas autóctonas, puede sobrevivir con la lluvia natural y será resistente a las olas de calor y al calor excesivo de los estacionamientos. Estos paisajes proporcionan sombra, estabilidad y humedad a las áreas circundantes. Los céspedes de gramíneas no autóctonas no serán resistentes a los cambios en el clima, la temperatura, las precipitaciones o la disponibilidad de agua. Los grandes estacionamientos continuos pueden calentarse mucho más que las áreas circundantes. ^{[ 44 ]} Considerar el espacio para la cobertura arbórea, las estructuras de sombra y las plantas resistentes puede evitar que un desarrollo se vuelva peligrosamente caliente o contribuya a las ICU. ^{[ 45 ]}

Los altos niveles de contaminación del aire en las zonas urbanas también pueden aumentar el efecto de isla de calor urbana (ICU), ya que muchas formas de contaminación modifican las propiedades radiativas de la atmósfera. ^{[ 35 ]} El ICU no solo eleva las temperaturas urbanas, sino que también aumenta las concentraciones de ozono, dado que el ozono es un gas de efecto invernadero cuya formación se acelera con el aumento de la temperatura. ^{[ 46 ]}

El cambio climático no es una causa, sino un amplificador del efecto de isla de calor urbana. El Sexto Informe de Evaluación del IPCC de 2022 resumió la investigación disponible en consecuencia: «El cambio climático aumenta los riesgos de estrés térmico en las ciudades [...] y amplifica la isla de calor urbana en las ciudades asiáticas con niveles de calentamiento de 1,5  °C y 2  °C, ambos sustancialmente mayores que en los climas actuales [...]». ^{[ 47 ] : 66}

El informe continúa diciendo: «En un mundo que se calienta, el aumento de la temperatura del aire agrava el efecto de isla de calor urbana en las ciudades. Un riesgo clave son las olas de calor en las ciudades, que probablemente afectarán a la mitad de la futura población urbana mundial, con impactos negativos en la salud humana y la productividad económica». ^{[ 12 ] : 993}

Existen interacciones perjudiciales entre el calor y la infraestructura construida: estas interacciones aumentan el riesgo de estrés por calor para las personas que viven en ciudades. ^{[ 12 ] : 993}

El aumento de la urbanización es una de las principales causas del aumento de los riesgos de calor urbano, ya que reemplaza las áreas vegetadas con superficies impermeables y concentra a las personas en áreas de tierra más pequeñas. ^{[ 48 ]} Hay factores medibles y diseñables que determinan si un área urbana o suburbana tendrá un efecto de isla de calor. Las áreas suburbanas suelen tener más vegetación, pero pueden estar sujetas a un calentamiento rápido si las condiciones de sequía provocan que no haya suficiente agua para los jardines privados . Las áreas suburbanas también se expanden más rápidamente y, si dependen del automóvil , requieren grandes cantidades de asfalto y grandes estacionamientos que se calientan rápidamente y retienen el calor. Las ciudades son más propensas a tener UHI, pero pueden diseñarse para tener torres altas rodeadas de grandes parques que pueden coexistir armoniosamente con el clima circundante.

Además del efecto sobre la temperatura, las islas de calor urbanas (ICU) pueden producir efectos secundarios en la meteorología local, incluyendo la alteración de los patrones de viento locales, el desarrollo de nubes y niebla , la humedad y las tasas de precipitación. ^{[ 53 ]} El calor adicional proporcionado por la ICU conduce a un mayor movimiento ascendente, lo que puede inducir actividad adicional de lluvias y tormentas eléctricas. Además, la ICU crea durante el día un área local de baja presión donde converge el aire relativamente húmedo de sus alrededores rurales, lo que posiblemente conduce a condiciones más favorables para la formación de nubes. ^{[ 54 ]} Las tasas de lluvia a sotavento de las ciudades aumentan entre un 48% y un 116%. En parte como resultado de este calentamiento, la precipitación mensual es aproximadamente un 28% mayor entre 20 y 40 millas (32 y 64 km) a sotavento de las ciudades, en comparación con barlovento. ^{[ 55 ]} Algunas ciudades muestran un aumento total de precipitación del 51%. ^{[ 56 ]} 

Un estudio concluyó que las ciudades modifican el clima en un área dos a cuatro veces mayor que su propia área. ^{[ 57 ]} Una comparación de 1999 entre áreas urbanas y rurales propuso que los efectos de las islas de calor urbanas tienen poca influencia en las tendencias de la temperatura media global . ^{[ 58 ]} Otros sugirieron que las islas de calor urbanas afectan el clima global al impactar la corriente en chorro. ^{[ 59 ]}

Las islas de calor urbanas (ICU) tienen el potencial de influir directamente en la salud y el bienestar de los residentes urbanos. Dado que las ICU se caracterizan por un aumento de la temperatura, pueden incrementar la magnitud y la duración de las olas de calor en las ciudades. El número de personas expuestas a temperaturas extremas aumenta debido al calentamiento inducido por las ICU. ^{[ 60 ]} El efecto nocturno de las ICU puede ser particularmente perjudicial durante una ola de calor, ya que priva a los residentes urbanos del alivio del frescor que se encuentra en las zonas rurales durante la noche. ^{[ 61 ]} La exposición al calor urbano extremo puede aumentar el riesgo de enfermedades y mortalidad relacionadas con el calor, especialmente entre la población anciana. ^{[ 62 ]}

Se ha informado que el aumento de las temperaturas provoca enfermedades relacionadas con el calor , como insolación , agotamiento por calor , síncope por calor y calambres por calor . ^{[ 63 ]}

El calor extremo es la forma más letal de clima en los EE. UU. Según un estudio de la profesora Terri Adams-Fuller, las olas de calor matan a más personas en los EE. UU. que los huracanes, las inundaciones y los tornados juntos. ^{[ 64 ]} Estas enfermedades relacionadas con el calor son más comunes en las áreas metropolitanas medianas y grandes que en el resto de los EE. UU., en gran parte debido a las islas de calor urbanas. Las enfermedades relacionadas con el calor también pueden agravarse al combinarse con la contaminación del aire, que es común en muchas áreas urbanas. ^{[ 65 ]}

La exposición al calor puede tener efectos adversos en la salud mental. El aumento de la temperatura puede contribuir a una mayor agresividad, así como a más casos de violencia doméstica y abuso de sustancias. ^{[ 66 ]} El calor intenso también puede afectar negativamente el rendimiento escolar y la educación. Según un estudio de Hyunkuk Cho de la Universidad de Yeungnam, un mayor número de días con calor extremo cada año se correlaciona con una disminución en las calificaciones de los estudiantes en las pruebas. ^{[ 67 ]}

La alta intensidad del UHI se correlaciona con mayores concentraciones de contaminantes atmosféricos que se acumulan durante la noche, lo que puede afectar la calidad del aire del día siguiente . ^{[ 68 ]} Estos contaminantes incluyen compuestos orgánicos volátiles , monóxido de carbono , óxidos de nitrógeno y material particulado . ^{[ 69 ]} La producción de estos contaminantes combinada con las temperaturas más altas en los UHI puede acelerar la producción de ozono . ^{[ 68 ]} El ozono a nivel de superficie se considera un contaminante nocivo. ^{[ 68 ]} Los estudios sugieren que el aumento de las temperaturas en los UHI puede incrementar los días contaminados, pero también señalan que otros factores (por ejemplo , la presión atmosférica , la nubosidad , la velocidad del viento ) también pueden tener un efecto sobre la contaminación. ^{[ 68 ]}

Estudios realizados en Hong Kong han encontrado que las áreas de la ciudad con peor ventilación del aire urbano exterior tendían a tener efectos de isla de calor urbana más fuertes ^{[ 70 ]} y una mortalidad por todas las causas significativamente mayor ^{[ 71 ]} en comparación con áreas con mejor ventilación. Otro estudio que empleó métodos estadísticos avanzados en la ciudad de Babol, Irán, reveló un aumento significativo en la Intensidad de la Isla de Calor Urbana Superficial (SUHII) de 1985 a 2017, influenciado tanto por la dirección geográfica como por el tiempo. Esta investigación, que mejora la comprensión de las variaciones espaciales y temporales de la SUHII, enfatiza la necesidad de una planificación urbana precisa para mitigar los impactos en la salud de las islas de calor urbanas. ^{[ 72 ]} Las UHI superficiales son más prominentes durante el día y se miden utilizando la temperatura de la superficie terrestre y la teledetección. ^{[ 73 ]}

La vulnerabilidad al estrés por calor se refiere a la predisposición de un individuo, generalmente debido a factores demográficos, a verse afectado negativamente por el calor. ^{[ 52 ]} La medición tiene en cuenta las rutinas diarias, la ubicación y la sensibilidad debida a factores demográficos, incluida la edad. ^{[ 52 ]} Algunos grupos demográficos conocidos por tener una mayor vulnerabilidad al estrés por calor incluyen a los ancianos, las mujeres, los niños, los hogares de bajos ingresos y las personas con enfermedades crónicas. ^{[ 52 ]} Las poblaciones de ancianos se incluyen porque a menudo no pueden regular su temperatura corporal y suelen tener afecciones médicas preexistentes que los hacen más susceptibles al calor. ^{[ 52 ]} Los niños también son sensibles al aumento del calor, lo que puede causar estrés en sus cuerpos en desarrollo. ^{[ 52 ]} El calor intenso en interiores causa estrés en la mente y el cuerpo y tensa las relaciones familiares. ^{[ 52 ]}

Las islas de calor urbanas también afectan la calidad del agua . El pavimento caliente y las superficies de los tejados transfieren su exceso de calor al agua de lluvia , que luego drena hacia las alcantarillas pluviales y eleva la temperatura del agua al ser liberada a arroyos, ríos, estanques y lagos. Además, el aumento de la temperatura de los cuerpos de agua urbanos conduce a una disminución de la biodiversidad en el agua. ^{[ 74 ]} Por ejemplo, en agosto de 2001, las lluvias sobre Cedar Rapids, Iowa, provocaron un aumento de 10,5 °C (18,9 °F) en el arroyo cercano en una hora, lo que resultó en una mortandad de peces que afectó a aproximadamente 188 peces. ^{[ 75 ]} Dado que la temperatura de la lluvia era relativamente fría, las muertes podrían atribuirse al pavimento caliente de la ciudad. Se han documentado eventos similares en todo el Medio Oeste estadounidense, así como en Oregón y California. ^{[ 76 ]} Los cambios rápidos de temperatura pueden ser estresantes para los ecosistemas acuáticos. ^{[ 77 ]}  

Con la temperatura de los edificios cercanos alcanzando a veces una diferencia de más de 50 °F (28 °C) con respecto a la temperatura del aire cerca de la superficie, la precipitación se calienta rápidamente y la escorrentía hacia arroyos, lagos y ríos cercanos (u otros cuerpos de agua) genera una contaminación térmica excesiva . El aumento de la contaminación térmica puede elevar la temperatura del agua entre 20 y 30 °F (11 y 17 °C) . Este aumento provoca que las especies de peces que habitan el cuerpo de agua sufran estrés térmico y choque debido al rápido cambio de temperatura de su hábitat. ^{[ 78 ]}    

Los pavimentos permeables pueden reducir estos efectos al permitir que el agua se filtre a través del pavimento hacia áreas de almacenamiento subterráneas donde puede disiparse mediante absorción y evaporación. ^{[ 79 ]}

Las islas de calor urbanas pueden empeorar y ser empeoradas por las sequías . ^{[ 80 ]}

Las especies que tienen buena capacidad de colonización pueden aprovechar las condiciones que brindan las islas de calor urbanas para prosperar en regiones fuera de su área de distribución habitual. Ejemplos de esto incluyen el zorro volador de cabeza gris ( Pteropus poliocephalus ) y el gecko doméstico común ( Hemidactylus frenatus ). ^{[ 81 ]} Los zorros voladores de cabeza gris, encontrados en Melbourne, Australia , colonizaron hábitats urbanos tras el aumento de las temperaturas en la ciudad. El aumento de las temperaturas, que provocó inviernos más cálidos, hizo que el clima de la ciudad se asemejara más al del hábitat silvestre más septentrional de la especie.

En climas templados, las islas de calor urbanas prolongarán la temporada de crecimiento, alterando así las estrategias de reproducción de las especies que las habitan. ^{[ 81 ]} Esto se puede observar mejor en los efectos que las islas de calor urbanas tienen sobre la temperatura del agua (véase efectos sobre los cuerpos de agua ).

Las islas de calor urbanas causadas por las ciudades han alterado el proceso de selección natural . ^{[ 81 ]} Las presiones selectivas como la variación temporal en el alimento, la depredación y el agua se reducen, lo que provoca que surja un nuevo conjunto de fuerzas selectivas. Por ejemplo, en los hábitats urbanos, los insectos son más abundantes que en las zonas rurales. Los insectos son ectotermos . Esto significa que dependen de la temperatura del ambiente para controlar su temperatura corporal, lo que hace que los climas más cálidos de la ciudad sean perfectos para su desarrollo. Un estudio realizado en Raleigh, Carolina del Norte, sobre Parthenolecanium quercifex (cochinilla del roble), mostró que esta especie en particular prefería los climas más cálidos y, por lo tanto, se encontraba en mayor abundancia en los hábitats urbanos que en los robles de los hábitats rurales. Con el tiempo que han vivido en hábitats urbanos, se han adaptado para prosperar en climas más cálidos que en los más fríos. ^{[ 82 ]}

Otra consecuencia de las islas de calor urbanas es el aumento de la energía necesaria para el aire acondicionado y la refrigeración en ciudades con climas relativamente cálidos. El efecto de isla de calor le costó a Los Ángeles aproximadamente 100 millones de dólares estadounidenses al año en energía (en el año 2000). ^{[ 83 ]} Mediante la implementación de estrategias de reducción de islas de calor, se han calculado importantes ahorros netos anuales de energía para localidades del norte como Chicago, Salt Lake City y Toronto. ^{[ 84 ]}

Cada año en EE. UU., el 15 % de la energía se destina al aire acondicionado de los edificios en estas islas de calor urbanas. En 1998 se informó que "la demanda de aire acondicionado ha aumentado un 10 % en los últimos 40 años". ^{[ 85 ]}

El aumento del uso del aire acondicionado también contribuye a agravar los efectos de las islas de calor urbanas (ICU) durante la noche. Si bien las noches más frescas suelen ser un alivio de las olas de calor diurnas, el calor residual generado por el uso del aire acondicionado puede provocar temperaturas nocturnas más elevadas. Según un estudio del profesor Francisco Salamanca Palou y sus colegas, este calor residual puede causar aumentos nocturnos de hasta 1  °C en zonas urbanas. ^{[ 86 ]} El mayor consumo energético de los aires acondicionados también contribuye a las emisiones de carbono, lo que agrava aún más los efectos de las ICU.

Plantar árboles alrededor de la ciudad puede ser otra forma de aumentar el albedo y disminuir el efecto de isla de calor urbana. Se recomienda plantar árboles de hoja caduca porque pueden proporcionar muchos beneficios como más sombra en verano y no bloquear el calor en invierno. ^{[ 91 ]} Los árboles son un elemento necesario para combatir la mayor parte del efecto de isla de calor urbana porque reducen las temperaturas del aire en 10 °F (5,6 °C) , ^{[ 92 ]} y las temperaturas de la superficie hasta en 20–45 °F (11–25 °C) . ^{[ 93 ]} Otro beneficio de tener árboles en una ciudad es que los árboles también ayudan a combatir el calentamiento global al absorber CO ₂ de la atmósfera.    

Síntesis recientes muestran que el aumento de la cubierta arbórea en las calles enfría notablemente las temperaturas del aire a nivel peatonal, con efectos que varían según el clima, la densidad de la cubierta y la forma urbana. Un metaanálisis de 2024 en 110 ciudades reporta un  enfriamiento típico de ~1–2 °C durante el día, y un estudio de campo de 2024 encontró que los lugares sin cubierta a menos de 10 m tenían hasta cinco veces más probabilidades de superar los 32,2  °C, con una disminución lineal de la temperatura del aire a medida que aumentaba la cubierta. ^{[ 94 ] [ 95 ]} La diversidad de especies arbóreas y la cobertura de la cubierta están asociadas con los efectos de enfriamiento de los espacios verdes urbanos, y una mayor diversidad se relaciona con mayores reducciones de temperatura en ciertas estaciones. ^{[ 96 ]}

La infraestructura verde urbana (IVU) son redes integradas de espacios verdes en las ciudades y se desarrollan tanto en áreas privadas como públicas de la ciudad. ^{[ 49 ]} Ejemplos de IVU incluyen parques urbanos con árboles y arbustos, hileras de árboles a lo largo de una calle, jardines privados, jardines en azoteas y otros espacios verdes en toda la ciudad. ^{[ 52 ]} La IVU bien utilizada promueve una distribución más equitativa del calor, mientras que su uso inadecuado solo perpetúa la inequidad térmica. ^{[ 49 ]} La IVU proporciona sombra y evapotranspiración , lo que reduce las temperaturas del aire y del suelo. ^{[ 49 ]} Por lo tanto, la falta de IVU en comunidades marginadas reduce la capacidad de regulación de la temperatura del suelo y promueve la inequidad térmica. ^{[ 49 ]} La IVU es ampliamente reconocida como una solución eficiente, sostenible y no controvertida para la inequidad térmica. ^{[ 49 ]}

Pintar los tejados de blanco se ha convertido en una estrategia común para reducir el efecto isla de calor. ^{[ 97 ]} En las ciudades, hay muchas superficies de colores oscuros que absorben el calor del sol, lo que a su vez reduce el albedo de la ciudad. ^{[ 97 ]} Los tejados blancos permiten una alta reflectancia y una alta emisividad solar, lo que aumenta el albedo de la ciudad o del área donde se produce el efecto. ^{[ 97 ]} Los techos verdes y los techos fríos pueden desempeñar un papel importante para ayudar a las ciudades a gestionar el calor extremo. En las regiones más cálidas, los techos fríos fueron especialmente eficaces, llegando algunos a reducir por completo el consumo de energía para refrigeración en ciertos edificios de poca altura. Los techos verdes pueden ser más beneficiosos en climas más fríos porque proporcionan aislamiento y ayudan a reducir la necesidad de calefacción durante el invierno. ^{[ 98 ]}

Además, cubrir los tejados con un revestimiento reflectante ha demostrado ser una medida eficaz para reducir la ganancia de calor solar. Un estudio dirigido por Oscar Brousse del University College London, que simuló el impacto de diversas medidas de refrigeración en Londres, concluyó que los tejados, ya fueran pintados de blanco o con revestimiento reflectante, resultaron ser la solución más eficaz para reducir las temperaturas exteriores a nivel peatonal, superando a los paneles solares, los tejados verdes y la cubierta arbórea. El estudio simuló el impacto de diversas medidas de refrigeración en Londres durante una ola de calor en 2018, y descubrió que los denominados tejados fríos podían reducir las temperaturas exteriores promedio en 1,2  °C, y hasta 2  °C en ciertas áreas. En comparación, la cubierta arbórea adicional redujo las temperaturas en 0,3  °C y los paneles solares en 0,5  °C. ^{[ 88 ]}

En comparación con la solución de otras causas del problema, reemplazar los techos oscuros requiere la menor inversión para obtener el retorno más inmediato. Un techo frío fabricado con un material reflectante como el vinilo refleja al menos el 75 por ciento de los rayos solares y emite al menos el 70 por ciento de la radiación solar absorbida por la envolvente del edificio. Los techos de asfalto multicapa (BUR), en comparación, reflejan entre el 6 y el 26 por ciento de la radiación solar. ^{[ 99 ]}

El uso de hormigón de color claro ha demostrado ser eficaz para reflejar hasta un 50 % más de luz que el asfalto y reducir la temperatura ambiente. ^{[ 100 ]} Un valor de albedo bajo, característico del asfalto negro, absorbe un gran porcentaje del calor solar, creando temperaturas más cálidas cerca de la superficie. Pavimentar con hormigón de color claro, además de reemplazar el asfalto con hormigón de color claro, puede permitir a las comunidades reducir las temperaturas promedio. ^{[ 101 ]} Sin embargo, la investigación sobre la interacción entre pavimentos reflectantes y edificios ha encontrado que, a menos que los edificios cercanos estén equipados con vidrio reflectante, la radiación solar reflejada por los pavimentos de color claro puede aumentar las temperaturas de los edificios, incrementando la demanda de aire acondicionado. ^{[ 102 ] [ 103 ]}

Existen formulaciones de pintura específicas para el enfriamiento radiativo diurno que reflejan hasta el 98,1% de la luz solar. ^{[ 104 ] [ 105 ]}

Los techos verdes son excelentes aislantes durante los meses cálidos y las plantas enfrían el ambiente circundante. Las plantas pueden mejorar la calidad del aire ya que absorben dióxido de carbono y, al mismo tiempo, producen oxígeno. ^{[ 106 ]} Los techos verdes también pueden tener impactos positivos en la gestión de aguas pluviales y el consumo de energía. ^{[ 107 ]} El costo puede ser una barrera para la implementación de un techo verde. ^{[ 108 ] [ 109 ]} Varios factores influyen en el costo de un techo verde, incluyendo el diseño y la profundidad del suelo, la ubicación y el precio de la mano de obra y el equipo en ese mercado, que suele ser más bajo en los mercados más desarrollados donde hay más experiencia en el diseño e instalación de techos verdes. ^{[ 110 ]} El contexto individualizado de cada techo verde presenta un desafío para hacer comparaciones y evaluaciones amplias, y centrarse solo en los costos monetarios puede dejar de lado los beneficios sociales, ambientales y de salud pública que brindan los techos verdes. ^{[ 109 ]} Las comparaciones globales del rendimiento de los techos verdes se ven aún más dificultadas por la falta de un marco común para hacer dichas comparaciones. ^{[ 109 ]}

La gestión de aguas pluviales es otra opción para ayudar a mitigar el efecto de la isla de calor urbana. La gestión de aguas pluviales consiste en controlar el agua producida por la tormenta de manera que se protejan las propiedades y la infraestructura. ^{[ 111 ]} La infraestructura urbana, como calles, aceras y estacionamientos, no permite que el agua penetre en la superficie terrestre, lo que provoca inundaciones. Mediante la gestión de aguas pluviales, se puede controlar el flujo del agua de forma que se mitigue el efecto de la isla de calor urbana. Una forma es mediante una técnica de gestión de aguas pluviales denominada sistema de pavimento permeable (PPS). Esta técnica se ha utilizado en más de 30 países y ha demostrado ser eficaz en la gestión de aguas pluviales y la mitigación de la isla de calor urbana. El PPS permite que el agua fluya a través del pavimento, permitiendo su absorción y provocando que la zona se enfríe por evaporación. ^{[ 112 ]}

Los aparcamientos ecológicos utilizan vegetación y superficies distintas al asfalto para limitar el efecto de isla de calor urbana.

La infraestructura verde o infraestructura azul-verde se refiere a una red que proporciona los "ingredientes" para resolver los desafíos urbanos y climáticos mediante la construcción con la naturaleza. ^{[ 113 ]} Los componentes principales de este enfoque incluyen la gestión de aguas pluviales , la adaptación al cambio climático , la reducción del estrés térmico , el aumento de la biodiversidad , la producción de alimentos , una mejor calidad del aire , la producción de energía sostenible , agua limpia y suelos sanos , así como funciones más centradas en el ser humano, como una mayor calidad de vida a través de la recreación y la provisión de sombra y refugio en pueblos y ciudades y sus alrededores. ^{[ 114 ] [ 115 ]} La infraestructura verde también sirve para proporcionar un marco ecológico para la salud social, económica y ambiental del entorno. ^{[ 116 ]} Más recientemente, académicos y activistas también han pedido una infraestructura verde que promueva la inclusión social y la equidad en lugar de reforzar las estructuras preexistentes de acceso desigual a los servicios basados ​​en la naturaleza. ^{[ 117 ]}

Una aplicación de techo de enfriamiento radiativo diurno pasivo puede duplicar el ahorro de energía de un techo blanco, atribuido a la alta reflectancia solar y emitancia térmica en la ventana infrarroja , ^{[ 118 ]} con el mayor potencial de enfriamiento en ciudades cálidas y secas como Phoenix y Las Vegas . ^{[ 119 ]} Cuando se instalan en techos en áreas urbanas densas, los paneles de enfriamiento radiativo diurno pasivo pueden reducir significativamente las temperaturas de la superficie exterior a nivel peatonal. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

El fenómeno fue investigado y descrito por primera vez por Luke Howard en la década de 1810, aunque no fue él quien le dio nombre. ^{[ 120 ]} Una descripción del primer informe sobre el efecto de isla de calor urbana (UHI, por sus siglas en inglés) realizado por Luke Howard indicaba que el centro urbano de Londres era 2,1 °C (3,7 °F) más cálido por la noche que el campo circundante . ^{[ 121 ]}  

Las investigaciones sobre la atmósfera urbana continuaron a lo largo del siglo XIX. Entre las décadas de 1920 y 1940, investigadores del campo emergente de la climatología local o meteorología a microescala en Europa, México, India, Japón y Estados Unidos buscaron nuevos métodos para comprender el fenómeno.

En 1929, Albert Peppler utilizó el término en una publicación alemana que se cree que es el primer ejemplo de un equivalente a isla de calor urbana: städtische Wärmeinsel (que es isla de calor urbana en alemán). ^{[ 122 ]} Entre 1990 y 2000, se publicaron unos 30 estudios anualmente; para 2010, esa cifra había aumentado a 100, y para 2015, superaba los 300. ^{[ 123 ]}

Leonard O. Myrup publicó el primer tratamiento numérico integral para predecir los efectos de la isla de calor urbana (ICU) en 1969. ^{[ 33 ]} Su artículo examina la ICU y critica las teorías existentes entonces por ser excesivamente cualitativas.

La inequidad térmica urbana , también denominada inequidad térmica, es una distribución desigual del calor en áreas urbanas o barrios dentro de ellas, lo que provoca impactos desproporcionados en las personas que viven en esas comunidades. La amenaza desigual del estrés por calor en entornos urbanos suele estar correlacionada con diferencias demográficas, incluyendo origen racial y étnico, ingresos, nivel educativo y edad. ^{[ 49 ]} Si bien los impactos generales de la inequidad térmica urbana dependen de la ciudad estudiada, los efectos negativos suelen afectar a las comunidades históricamente marginadas. ^{[ 49 ]} La idea está estrechamente ligada al efecto de isla de calor urbana, donde una de las principales causas de la inequidad térmica urbana es el aumento de la urbanización. ^{[ 48 ]}

Algunos estudios sugieren que los efectos de las islas de calor urbanas (ICU) en la salud pueden ser desproporcionados, ya que los impactos pueden distribuirse de manera desigual según diversos factores como la edad, ^{[ 69 ] [ 124 ]} la etnia y el estatus socioeconómico. ^{[ 125 ]} Esto plantea la posibilidad de que los impactos en la salud derivados de las ICU constituyan un problema de justicia ambiental . Los estudios han demostrado que las comunidades de color en Estados Unidos se han visto afectadas de manera desproporcionada por las ICU. ^{[ 126 ] [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ]}

Existe una correlación entre los ingresos del vecindario y la cobertura de la cubierta arbórea. ^{[ 130 ]} Los vecindarios de bajos ingresos tienden a tener significativamente menos árboles que los vecindarios con mayores ingresos. ^{[ 131 ]} Los investigadores plantearon la hipótesis de que los vecindarios menos favorecidos no tienen los recursos financieros para plantar y mantener árboles. Los vecindarios acomodados pueden permitirse más árboles, tanto en "propiedad pública como privada". ^{[ 132 ]} Una razón para esta discrepancia es que los propietarios y comunidades más ricos pueden permitirse más terreno, que puede mantenerse abierto como espacio verde , mientras que las viviendas más pobres a menudo adoptan la forma de alquileres , donde los propietarios intentan maximizar sus ganancias colocando la mayor densidad de viviendas posible en su terreno. ^{[ 133 ]}

A escala global, existen discrepancias en los efectos de las islas de calor urbanas en diferentes regiones del mundo. Si bien la exposición general al calor está aumentando a nivel mundial, sus efectos se han incrementado más rápidamente en el Sur Global en las últimas décadas, según un estudio del profesor Kanging Huang y sus colegas. ^{[ 134 ]}

El impacto desproporcionado de las islas de calor urbanas (ICU) en el Sur Global agrava las injusticias ambientales preexistentes. Debido a que muchos países en el ecuador son naturalmente cálidos y húmedos, estas áreas son particularmente susceptibles a los efectos de las ICU. Un estudio del Banco Mundial encontró una disparidad de 7,0° entre los barrios más cálidos y los más fríos en Bandung, Indonesia. ^{[ 135 ]}

En Estados Unidos existe una correlación entre la etnia y la exposición a las islas de calor urbanas (ICU). En la mayoría de las ciudades estadounidenses, las personas de color tienen más probabilidades de vivir en áreas con alta intensidad de isla de calor urbana superficial (ICU) que las personas blancas en las mismas ciudades. Según un estudio de la climatóloga Angel Hsu y sus colegas, "la persona promedio de color vive en un distrito censal con mayor intensidad de ICU que los blancos no hispanos en todas menos 6 de las 175 áreas urbanizadas más grandes" de Estados Unidos ^{[ 136 ].} Un informe de políticas de 2023 encontró además que los barrios históricamente marginados y de bajos ingresos de población negra —ya afectados por el calor urbano— también experimentan agrupaciones de delitos violentos, lo que amplifica las vulnerabilidades interrelacionadas en estas comunidades. ^{[ 137 ].}

El estatus económico también influye en los efectos humanos sobre las islas de calor urbanas (ICU). Las personas de clases económicas más bajas no solo tienen más probabilidades de vivir en zonas con ICU, sino que también tienen menos probabilidades de poder costearse servicios como el aire acondicionado. Al igual que la correlación entre la intensidad de las ICU y la etnia, se observa un patrón similar al comparar los hogares por debajo del umbral de pobreza con aquellos cuyos ingresos duplican dicho umbral. ^{[ 136 ]}

Las islas de calor urbanas pueden tener efectos particularmente fuertes en los afroamericanos con enfermedades crónicas. Los afroamericanos presentan tasas más altas de diversas enfermedades crónicas, como asma y diabetes, que la población general. Según la profesora Pamela Jackson y sus colegas, estas enfermedades pueden agravarse por el calor extremo, lo que conlleva problemas de salud como hipertensión o accidentes cerebrovasculares. ^{[ 138 ]}

Los investigadores también han observado que la propagación de superficies impermeables , como hormigón, alquitrán y asfalto, está correlacionada con barrios de bajo nivel socioeconómico en varias ciudades y estados de EE. UU. ^{[ 139 ]} La presencia de estos materiales sirve como predictor de la "variación intraurbana de la temperatura".

La discriminación hipotecaria (o "redlining") fue una política de vivienda creada e implementada en la década de 1930, durante la administración Roosevelt, por la Corporación de Préstamos para Propietarios de Viviendas (HOLC). Esta política, una vez aplicada, clasificaba los vecindarios según el riesgo de inversión percibido. Cabe destacar que las áreas con mayor población de minorías y residentes de bajos ingresos fueron discriminadas mediante esta política, a menudo etiquetadas como peligrosas y marcadas en rojo en los mapas de la HOLC. Esto restringió significativamente no solo el acceso a préstamos para vivienda, sino que también provocó la desinversión a largo plazo en estas comunidades.

Un estudio que analizó 108 ciudades de EE. UU. encontró que los barrios anteriormente segregados son, en promedio, 2,6  °C (4,7  °F) más calientes que las áreas no segregadas, y como señalaron los autores, esto se debió en gran medida a la falta de cobertura arbórea y a la mayor presencia de superficies que absorben el calor, como el asfalto y otras infraestructuras oscuras agrupadas. ^{[ 140 ]} En ciudades como Durham, Fresno y Pittsburgh, las áreas con calificación "D" tienen una cobertura arbórea sustancialmente menor en comparación con los barrios más ricos, con calificación "A", que también son predominantemente blancos. ^{[ 141 ]} De manera similar, Phoenix, Arizona, una ciudad que se calienta rápidamente, también muestra altas temperaturas superficiales en comunidades anteriormente segregadas que alcanzan hasta 10-15  °F (5,6–8,3  °C) más altas que otros barrios. ^{[ 142 ]}

Además de temperaturas más altas, estos vecindarios también experimentan mayores niveles de contaminación del aire debido a su proximidad a autopistas y zonas industriales, una característica de áreas anteriormente marginadas. Ciudades como Los Ángeles experimentaron la construcción de autopistas en la década de 1950 que desviaron interestatales a través de áreas marginadas, incluyendo vecindarios como Boyle Heights y South Los Angeles. Estas áreas han experimentado desde entonces concentraciones mucho más altas de emisiones vehiculares como gases de escape diésel y material particulado fino (PM2.5), que también están estrechamente asociadas con mayores riesgos de enfermedades respiratorias, enfermedades cardiovasculares y defectos de nacimiento. ^{[ 143 ]} A escala internacional, la investigación también ha sugerido que la contaminación del aire urbano, como la de las emisiones vehiculares, puede intensificar directamente el efecto de isla de calor urbana. En China, se descubrió que un efecto de bruma urbana, esencialmente una capa de invernadero en miniatura que impide que la radiación térmica saliente escape de áreas urbanas densas, contribuye hasta 0.7  °C de calentamiento nocturno adicional. ^{[ 144 ]} Esta conclusión subraya las consecuencias críticas de las islas de calor urbanas, especialmente en comunidades previamente marginadas impulsadas tanto por el desarrollo local como por procesos atmosféricos más amplios.

En respuesta a estas disparidades, algunas ciudades han comenzado a implementar programas de reverdecimiento urbano e iniciativas de "pavimento frío" reflectante para ayudar a mitigar el efecto de isla de calor urbana en comunidades históricamente desfavorecidas. ^{[ 145 ] [ 146 ]} Estos esfuerzos forman parte de un impulso continuo no solo hacia la justicia climática, sino que también buscan reparar el legado de la discriminación racial en el acceso a la vivienda, una política impulsada por el racismo ambiental.

A partir de la década de 2020, varias ciudades y gobiernos locales comenzaron a crear puestos de Jefe de Calor para organizar y gestionar el trabajo que contrarresta el efecto de isla de calor urbana. Lideran los esfuerzos para tratar de mitigar los crecientes efectos del cambio climático mediante el aumento de la sombra, la provisión de centros de enfriamiento , la plantación de árboles y la coordinación del trabajo contra el calor. ^{[ 147 ] [ 148 ] [ 149 ]} Los primeros puestos de jefe de calor se crearon en Los Ángeles , el condado de Miami-Dade , Melbourne , Atenas y Freetown . ^{[ 150 ]} La iniciativa para crear los puestos fue organizada por el Centro de Resiliencia Adrienne Arsht - Fundación Rockefeller del Atlantic Council . ^{[ 151 ] [ 152 ]} Eleni Myrivili es la actual jefa de calor del Programa de las Naciones Unidas para los Asentamientos Humanos ^{[ 153 ]} y la jefa de resiliencia de la ciudad de Atenas . ^{[ 154 ]}

El proyecto de ley S.4280, ^{[ 155 ]} presentado al Senado de los Estados Unidos en 2020, autorizaría al Comité Interinstitucional del Sistema Nacional Integrado de Información sobre Salud y Calor (NIHHIS) a abordar el calor extremo en los Estados Unidos. ^{[ 156 ]} La aprobación de esta legislación financiaría al NIHHIS durante cinco años e implementaría un programa de subvenciones de $100 millones dentro del NIHHIS para incentivar y financiar proyectos de reducción del calor urbano, incluidos aquellos que utilizan techos y pavimentos refrigerados y aquellos que mejoran los sistemas de climatización . Al 22 de julio de 2020, el proyecto de ley no había avanzado más allá de su presentación al Congreso.

La ciudad de Nueva York determinó que el potencial de enfriamiento por área era mayor para los árboles de las calles, seguido de los techos verdes, las superficies cubiertas ligeras y la vegetación en espacios abiertos. Desde el punto de vista de la rentabilidad, las superficies ligeras, los techos ligeros y la vegetación en las aceras tienen menores costos por reducción de temperatura. ^{[ 157 ]}

Varias ciudades de la India experimentan importantes efectos de isla de calor urbana debido a la rápida urbanización, la pérdida de vegetación y la extensa construcción de edificios con hormigón. Un informe de The Hindu destaca que áreas metropolitanas como Delhi, Bengaluru, Chennai, Jaipur, Ahmedabad, Mumbai y Kolkata han registrado diferencias de temperatura de entre 1  °C y 6  °C en comparación con sus zonas rurales circundantes. Estas islas de calor urbanas no solo aumentan las temperaturas locales, sino que también exacerban los efectos de las olas de calor, lo que conlleva un mayor consumo de energía para la refrigeración y supone riesgos para la salud de las poblaciones vulnerables. ^{[ 162 ]}