Värmeböljor är bland de dödligaste och vanligaste av extrema miljöer. När jorden fortsätter att värmas på grund av uppbyggnaden av växthusgaser, värmeböljor förväntas bli allvarligare, särskilt för städer, där betong och brist på träd skapar vad som är känt som den urbana värmeöeffekten.

Med hjälp av en global klimatmodell, ett team ledd av Princeton University forskare mätte hur allvarligt värmeböljor interagerar med urbana värmeöar, nu och i framtiden, i 50 amerikanska städer i tre klimatzoner.

När det gäller relativ temperaturökning, dagens östra och sydöstra städer påverkas hårdare av värmeböljor än torra och halvridna västerländska städer. Detta beror på mängden ogenomtränglig, betongytor och brist på fukt i östra och sydöstra städer jämfört med deras lantliga omgivningar. I kontrast, både på landsbygden och i stadens torra miljöer upplever liknande temperaturökningar, och båda har mindre årlig nederbörd än sina östra och sydöstra motsvarigheter.

Dock, senast 2100, detta förväntas vända. Torra städer som Phoenix kommer att bli härdar för värmeböljor jämfört med deras landsbygdsmiljö, medan städer på östra kusten kommer att drabbas mindre hårt av värmeböljor jämfört med deras. Detta beror på att framtida torra städer kommer att förbli vattenbegränsade på grund av bristen på permeabla ytor i städerna, medan deras landsbygdsgrannar inte längre förväntas vara "torra" på grund av högre nederbörd. Överanvändningen av luftkonditioneringsapparater avger också värme till de urbana värmeöarna, spelar en betydande roll.

Resultaten är knutna till stads-landsbygdsutveckling. En stads vattentillgång, genom nederbörd eller bevattning, dikterar dess evaporativa kyleffekter på temperaturen, vilket minskar svårighetsgraden av en värmebölja. Med andra ord, städer med mer fukt kommer att svalna snabbare.

"Med tanke på att 50 procent av världens befolkning för närvarande bor i städer, och den andelen beräknas öka till 70 procent till år 2050, det finns ett akut behov av att förstå hur städer och landskap påverkas av värmeböljor, sa Lei Zhao, en postdoktoral forskarassistent vid Princetons Program in Science, Teknologi, och miljöpolicy (STEP), som är baserad på Woodrow Wilson School of Public and International Affairs. "Vår studie förklarar varför städer lider ännu mer under extrema värmehändelser och belyser värmeriskerna som stadsbor står inför nu och i den beräknade framtiden."

Resultaten, publiceras i Miljöforskningsbrev , betona vikten av värmereducerande strategier och infrastrukturer som gröna tak – där vegetation överför fukt från jorden till atmosfären genom avdunstning av vatten och transpiration från växter.

Forskargruppen använde en global klimatmodell för att mäta dagens förhållanden (1975 till 2004) och framtidsscenarier (2071 till 2100), både på dagtid och på natten. De begränsade sin dagtidsanalys till varje dag i juni till augusti mellan 13.00 och 15.00, när temperaturen vanligtvis är på topp. För nattliga uppskattningar, de använde midnatt, när temperaturen är som svalast.

Av de 50 städer som valts ut för studien, 21 befann sig i tempererade klimatzoner, 14 var i kontinentala klimat, och 15 var i torra klimat. Tempererade klimatzoner upplever alla fyra årstider med en mängd olika temperaturer under hela året. Kontinentalt klimat – där Chicago ligger, till exempel – är kända för att vara relativt torra med mycket varma somrar och mycket kalla vintrar. Torrt och torrt klimat är vanligtvis ökenliknande med låg nederbörd och stora temperatursvängningar både dagligen och säsongsmässigt.

Forskarna fokuserade på tempererade och torra områden för att dra fuktkontraster mellan dessa två distinkta zoner. De mätte kontinentalt klimat eftersom de också upplever dödlig hetta, trots att det ligger i kallare klimat.

För dagtidsfynden, forskarna visade att dagens tempererade städer är vattenbegränsade, medan deras landsbygdsmotsvarigheter har gott om vatten genom riklig nederbörd. Därför, städer i tempererade zoner upplever mer allvarliga värmeböljor idag. Dagens torra regioner – både i städer och på landsbygden – är båda vattenbegränsade, forskarna fann, på grund av mindre nederbörd totalt sett.

Senast 2100, detta kommer att vända. Nederbörden förväntas öka totalt sett i båda klimaten i framtiden, men vattentillgången förväntas vara begränsad i torra städer på grund av ogenomträngliga ytor. Detta, kombinerat med avsevärt förhöjd luftkonditioneringsenergianvändning under värmeböljor, bidrar väsentligt till de synergistiska effekterna mellan värmeböljor och urbana värmeöar.

På natten, effekterna är konsekventa över klimatregioner och scenarier, vilket gäller. Höga temperaturer på natten kan orsaka fler värmeböljsrelaterade dödsfall, eftersom stadsbor inte kan finna någon lättnad.

När det gäller hälsa, värmeböljor som drabbar dagens våtare städer ökar dödlighetsrisken med 3,2 procent. För torra städer i framtiden, dödlighetsrisken ökar med 2,4 procent.

"Hälsoeffekter var en viktig motivation för vår studie. Extrema värme har negativa effekter på människors hälsa och ökar risken för dödsfall i regioner i världen, " sa Zhao.

"Våra fynd understryker vikten av att implementera värmereducerande strategier idag. De lyfter också fram behovet av fler studier av denna karaktär för att ge oss en bättre uppfattning om de städer och landskap som är mest påverkade nu och även under ytterligare växthusuppvärmning, "sa författarförfattaren Michael Oppenheimer, Albert G. Milbank professor i geovetenskap och internationella frågor och Princeton Environmental Institute vid Princetons Woodrow Wilson School och Institutionen för geovetenskap.

Pappret, "Interaktioner mellan urbana värmeöar och värmeböljor, " visades först online som ett accepterat manuskript 6 december, 2017, i Miljöforskningsbrev .