Klimatforskare förutspår att den globala temperaturen kommer att öka med så mycket som 2 grader C år 2050 på grund av växande koncentrationer av växthusgasutsläpp i planetens atmosfär.

Men för många av världens stadsområden, en temperaturhöjning på grund av förbränning av fossila bränslen är inte hälften av det.

En ny studie från Yale School of Forestry &Environmental Studies (F&ES) projicerar att tillväxten av stadsområden under de kommande decennierna kommer att utlösa "extra" uppvärmning på grund av ett fenomen som kallas urban heat island effect (UHI). Enligt deras fynd, urban expansion kommer att göra att medeltemperaturen på sommaren i dessa områden ökar med cirka 0,5 till 0,6 grader C – men upp till 3 grader C på vissa platser.

Denna uppvärmning, de visar, kommer att öka extrema värmerisker för ungefär hälften av världens framtida stadsbefolkning – särskilt i tropiska områden på södra halvklotet, där klimatmodeller redan förutspår en starkare uppvärmning på grund av utsläpp av växthusgaser och där det finns mindre anpassningsförmåga. I dessa utsatta regioner, författarna hävdar, politik som begränsar eller omfördelar stadsexpansion och planeringsstrategier som mildrar UHI behövs för att minska effekterna på människors hälsa, energisystem, ekosystem, och urban infrastruktur.

"Vi vet att 60 till 70 procent av världens befolkning kommer att bo i stadsområden i mitten av seklet, " sa Kanning Huang, en doktorand vid F&ES och huvudförfattare till uppsatsen publicerad i Miljöforskningsbrev . "Så om du inte känner till förändringen i urban värmeö och du bara fokuserar på klimatförändringar från utsläpp av växthusgaser, då underskattar du nivån av uppvärmning och värme som två tredjedelar av jordens befolkning kommer att utsättas för."

Tidningen var medförfattare av Karen Seto, Frederick C. Hixon professor i geografi och urbaniseringsvetenskap vid F&ES, samt Xia Li från East China Normal University i Shanghai och Xiaoping Liu från Sun Yat-Sen University i Guangzhou, Kina.

Enligt författarna, denna forskning representerar ett viktigt steg mot att förstå urbaniseringens framtid. Även om FN:s World Urbanization Prospects har erbjudit en mängd data om framtida stadsbefolkningstillväxt, det saknas specifik information om hur den tillväxten kommer att fördelas inom länder och förändringarna i markanvändningen.

Dessutom, även om rapporterna från FN:s mellanstatliga panel för klimatförändringar innehåller modelleringsstudier om framtida uppvärmning på grund av utsläpp av växthusgaser, de ger inte globala prognoser av uppvärmning som en konsekvens av ökande UHI.

Den urbana värmeöeffekten är ett fenomen där stadsområden är betydligt varmare än den omgivande landsbygden, framkalla lokala klimateffekter som förvärrar de globala effekterna av växthusgasutsläpp.

I den nya studien, författarna förutspår den sannolika fördelningen av befolkningstillväxt i städer baserat på en rad faktorer inklusive ekonomisk tillväxt, topografi, och transportnätverk som förutsätter en fortsättning av historiska trender i stadsexpansion. Sedan, använda matematiska modeller, de förutser en intensifiering av den urbana värmeöeffekten ner till lokal och regional skala. (Modellen ger rumsliga resultat med en upplösning på fem kvadratkilometer.)

"Om du vill göra en omfattande bedömning av risken för uppvärmning, du behöver ha denna information, Huang sa. "Klimatpåverkan beror på platsen; det blir annorlunda, till exempel, från Florida till Kalifornien. Så det är viktigt att veta var människor bor och den resulterande storleken på stadsområdena."

Likaså, eventuella framtida politiska beslut kommer att vara beroende av lokala och regionala förhållanden, han sa. Även om tidningen inte ger några policyrekommendationer, det ger beslutsfattare och forskare över hela världen en inblick i hur framtiden kan se ut i deras regioner, och en möjlighet att utforma policyer som svarar mot dessa prognoser.

Bland andra fynd, de rapporterar att mer än 70 procent av nya urbana marker kommer att koncentreras till de fuktigare tempererade och tropiska zonerna. I Nordamerika och Europa, urban expansion kommer att ske i tempererade och kalla zoner, i Kina, större delen av utbyggnaden kommer att ske i tempererade zoner i landets östra och södra delar. I Latinamerika, Sydöstra Asien, och Afrika söder om Sahara, majoriteten av nya stadsområden kommer att ligga i tropiska områden.

Medan UHI-effekterna av denna urbana markexpansion kommer att variera mycket mellan klimatzoner och regioner, de hetaste kärnorna i medelstora stadskluster (definierad som 100 till 5, 000 kvadratkilometer) kommer att se dagliga sommartemperaturer på 1 till 3 grader C på vissa platser. (Enligt deras resultat, ökningen av UHI tenderar att stiga kraftigast eftersom stadsområden var och en har en storlek på 100 kvadratkilometer och sedan platån vid cirka 5, 000 kvadratkilometer:med andra ord, stora städer har vanligtvis redan nått sin "värmeö"-platå.) Många av dessa medelstora städer, författarna noterar, kan sakna kapacitet att anpassa sig till en starkare uppvärmning i jämförelse med större städer.

Författarna uppskattar också att stadsområden kommer att öka med upp till 1,3 miljoner kvadratkilometer mellan 2015 och 2050, en ökning med 171 procent jämfört med det globala urbana fotavtrycket 2015. Detta skulle motsvara att bygga en ny stad lika stor som New York City var åttonde dag under de kommande 35 åren. Mer än 70 procent av de nya stadsmarkerna kommer att koncentreras till fuktiga tempererade och tropiska zoner, främst i Asien och Afrika.

Dessa fynd kommer att bidra till att komplettera en växande mängd forskning om de potentiella effekterna av en varmare, mer urbaniserad värld, sa Seto.

"Detta är den första och enda studien som projekterar urban markexpansion globalt fram till 2050. Den fyller en kritisk kunskapslucka när det gäller att förstå resurskraven för framtida urbanisering, som för mark, energi, material, " sa hon. "Samtidigt, Den här studien hjälper oss också att förstå hur städer kan modifiera sin lokala miljö för att mildra effekterna av stadsförorsakade förändringar i lokala och regionala temperaturer."