Jordens framtida framtid är en av en värmande planet, eftersom stadsutvidgning och utsläpp av växthusgaser väcker effekterna av klimatförändringarna. Nuvarande klimatprognoser visar att temperaturerna i amerikanska städer förväntas stiga med 2 till 7 C år 2099.

För att försöka anpassa sig till denna uppvärmning och behålla livskraften på planeten, forskare undersöker nya sätt att designa och bygga städer med klimatreducerande teknik och upptäcker att när deras förutsägbara modeller ökar sofistikerade presenterar de ett komplext ömsesidigt beroende av effekter.

Till exempel, ny modellering avslöjar dynamiken i klimatförändringar och stadsutbredning på en mer detaljerad nivå som leder till ny förståelse för vad som kan komma att vänta när städer växer och regionerna värmer. Denna information kan vara avgörande för att avgöra vad som kanske fungerar eller inte fungerar när vi försöker anpassa oss till den kommande värmen.

Nu har forskare under ledning av Arizona State University genomfört några av de mest sofistikerade modelleringarna av effekterna av klimatförändringar och stadscentrum i USA, och upptäcker att några av dagens föreslagna lösningar endast ger en bråkdel av lättnad från den projicerade värmen.

Forskarna tittade på den dagliga interaktionen mellan stadsutvidgning, klimatförändringar och anpassning i USA genom 2000 -talet. Deras analys avslöjade en olinjär interaktion mellan stadsexpansion och utsläpp av växthusgaser och gjorde det över en stor yta - det kontinentala USA - med särskild uppmärksamhet åt växande storstadsområden. Sedan undersökte de ett spektrum av värmebildande strategier som inkluderade träd på gatunivå och konstruerade lösningar som hanterar fenomenet stadsvärme.

"Tidigare studier har visat att konventionella strategier för att minska uppvärmningen fungerar främst för att sänka dagtid snarare än nattetid, "sa Matei Georgescu, docent i ASU:s School of Geographical Sciences &Urban Planning. "Dock, städer tenderar att ha sina största effekter på den regionala termiska miljön under kvälls- och nattimmar. "

"Vi simulerade effekterna av konventionella värmebildande metoder med mer allmänt kända kylstrategier, men vi simulerade också påverkan i samband med konstruerade material på nära yttemperatur, "tillade han." Vi fann måttlig lindring av temperaturer under nattetid med hjälp av material med låg värmeintag. "

Forskarna publicerade sina resultat i "Daglig interaktion mellan stadsutvidgning, klimatförändringar och anpassning i 2000-talets amerikanska städer "i den tidiga onlineutgåvan av Naturens klimatförändringar . Medförfattare med Georgescu är E. Scott Krayenhoff, University of Guelph, PÅ, Kanada, en tidigare postdoktoral forskare som arbetar med Georgescu vid ASU, och Mohamed Moustaoui, Ashley Broadbent och Vishesh Gupta, alla anslutna till Urban Climate Research Center vid ASU.

Fokus på USA

Den nya forskningen tar en analytisk titt på det kontinentala USA och gör det på en högre nivå av sofistikering än tidigare studier. Till exempel, tidigare studier antog att effekterna av urbanisering och växthusgaser kunde bestämmas genom att helt enkelt lägga ihop effekterna av de två. Det nya tillvägagångssättet gör det möjligt för forskarna att karakterisera i vilken utsträckning dessa två faktorer i regional klimatförändring interagerar med varandra olinjärt.

"Effekten av stadsutveckling och utsläpp av växthusgaser är mindre än bara summan av de enskilda komponenterna, "Sa Georgescu." Detta är bara uppenbart under nattetid. Storleken på olineariteten minskar den totala uppvärmningen med upp till 1 C (1,8 F) lokalt. "Men, han varnar, "vi måste komma ihåg att detta är betydligt mindre än den totala uppvärmningen i sig (från 4 till 8 C, 7,2 till 14,4 F) beroende på simulerat växthusgaser. "

Dessutom, Georgescus team gick in i data. Tidigare arbete använde 24-timmars medeltemperatur varje dag som en datapunkt. I denna forskning, laget producerade betydligt mer data (ungefär 100 terabyte) via datorsimuleringar gjorda på de högpresterande superdatorklustren som finns tillgängliga på ASU och undersökte effekterna under ett dygn, eller "daglig" skala, i tre timmars intervall.

"Att göra dessa data tillgängliga för forskarsamhället kommer att möjliggöra relaterad forskning som biometeorologiska bedömningar från hälsoforskare och energibedömningar från byggnadsvetenskapssamhället, "sa Scott Krayenhoff, huvudförfattare till studien.

Det som avslöjas i modelleringen är en värmande kontinent, särskilt i de regionala stadscentrumen i USA

"Sommarstadsuppvärmningen till följd av en dynamiskt interaktiv kombination av stadsutvidgning och klimatförändringar är 1 till 6 C (1,8 till 10,8 F) på eftermiddagen och 3 till 8 C (5,4 till 14,4 F) på natten vid slutet av seklet, "sa lagmedlemmen Mohamed Moustaoui.

Övergripande, de simuleringar som beräknas att eftermiddagen kommer stadsuppvärmningen att bli mer uttalad i östra USA och uppvärmningen på natten kommer att vara starkast i Appalachian, Great Lakes och California Central Valley -regioner, till stor del till följd av stadsutbyggnad i dessa regioner.

Forskarna simulerade sedan hur olika värmebildande tekniker skulle fungera med tanke på de förväntade högre regionala temperaturerna. Dessa tekniker inkluderar svala tak, gröna tak och gatuträd, som alla kan användas för att lindra de yttre yttemperaturerna i ett område.

Anpassar sig till värmen

"Med dynamiskt interaktiva simuleringar, vi undersökte flera anpassningsstrategier i syfte att kompensera för projekterad stadsvärme från 2000 -talet, "Förklarade Krayenhoff." Vi kombinerade implementering av svala tak med hög intensitet, gröna tak och gateträd (dvs. ett fullständigt anpassningsscenario) och fann att det leder till 1,3 till 2,0 C (2,3 till 3,6 F) sommartid genomsnittlig eftermiddagskylning beroende på region men mindre än 1 C (1,8 F) nattkylning. Lokal eftermiddagskylning i många beräknade storstadsområden i USA var något högre, särskilt i Kalifornien, Texas och nordöstra. "

Även med denna värmebildande teknik på plats, simuleringar visade att värmen sannolikt kommer att bestå.

"Det jag tyckte var mest slående var det kombinerade, högintensiv implementering av alla anpassningsstrategier misslyckades med att kompensera för klimatförändringarnas uppvärmning enligt RCP 8.5 (eller business as usual) klimatscenario, lämnar den genomsnittliga kontinentala amerikanska stadsuppvärmningen på 1 till 4 C (1,8 till 7,2 F) under dagtid och 3 till 6 C (5,4 till 10,8 F) på natten, och stora beräknade ökningar av extrema värmedagar i städer över hela landet, "Förklarade Krayenhoff.

"Även med betydande minskningar av växthusgaser, det är, enligt RCP 4.5 -utsläppsscenariot, uppvärmningen på natten förblev obetydlig efter full tillämpning av anpassningsåtgärder, "tillade han." Det betyder att vi kan bygga "coola" byggnader och plantera träd på våra gator och fortfarande kommer amerikanska städer sannolikt att bli mycket varmare utan samtidig och betydande minskning av utsläpp av växthusgaser. "