När sommarsolen gassar på en het stadsgata, vår första reaktion är att fly till en skuggig plats skyddad av en byggnad eller ett träd.

En ny studie är den första som beräknar exakt hur mycket dessa skuggade områden hjälper till att sänka temperaturen och minska "urban heat island"-effekten.

Forskare skapade en komplicerad digital 3D-modell av en del av Columbus och bestämde vilken effekt skuggan av byggnaderna och träden i området hade på markytans temperaturer under loppet av en timme en sommardag.

"Vi kan använda informationen från vår modell för att formulera riktlinjer för gemenskapsgröna och trädplanteringsinsatser, och även var man kan placera byggnader för att maximera skuggning på andra byggnader och vägar, sade Jean-Michel Guldmann, medförfattare till studien och professor emeritus i stad och regional planering vid Ohio State University.

"Detta kan ha betydande effekter på temperaturen på gatu- och stadsdelsnivå."

Till exempel, en simulering som drivs av forskarna i ett Columbus-kvarter som hittades en dag med en högsta temperatur på 93,33 grader Fahrenheit, temperaturen kunde ha varit 4,87 grader lägre om de unga träden som redan fanns i det området var fullvuxna och ytterligare 20 fullvuxna träd hade planterats.

Guldmann genomförde studien med Yujin Park, som gjorde jobbet som doktorand vid Ohio State och nu är biträdande professor i stad och regional planering vid Chung-Ang University i Sydkorea, och Desheng Liu, professor i geografi vid Ohio State.

Deras arbete publicerades nyligen online i tidskriften Datorer, Miljö och urbana system .

Forskare har länge känt till den urbana värmeöeffekten, där byggnader och vägar absorberar mer värme från solen än landsbygdslandskap, släpper ut det och ökar temperaturen i städerna.

En färsk studie visade att i 60 amerikanska städer, sommartemperaturerna i städerna var 2,4 grader F högre än temperaturerna på landsbygden – och Columbus var en av de 10 bästa städerna med de mest intensiva sommarvärmeöarna.

För denna nya studie, Guldmann och hans kollegor valde ut ett nästan 14 kvadratkilometer stort område i norra Columbus som hade ett brett utbud av markanvändning, inklusive småhus, lägenhetsbyggnader, kommersiella och affärskomplex, industriområden, rekreationsparker och naturområden. Mer än 25, 000 byggnader fanns i studieområdet.

Forskarna skapade en 3D-modell av studieområdet med hjälp av 2D-landtäckskartor över Columbus, samt LiDAR-data som samlats in av staden Columbus från ett flygplan. LiDAR är en lasersensor som känner av formen på föremål. Kombinationen av dessa data resulterade i en 3D-modell som visar de exakta höjderna och bredderna på byggnader och träd.

De vände sig sedan till datorprogramvara som beräknade skuggorna från var och en av byggnaderna och träden i studieområdet under loppet av en entimmesperiod – 11.00 till 12.00 – den 14 september, 2015.

Dessutom, forskarna hade data om markytans temperaturer i studieområdet för samma datum och tid. Dessa data kom från en NASA-satellit som använder termiska infraröda sensorer för att mäta markytans temperaturer med en upplösning på 30 gånger 30 meter (cirka 98 gånger 98 fot). Det resulterade i yttemperaturer för 39, 715 poäng i studieområdet.

Med den datan i handen, forskarna genomförde en statistisk analys för att fastställa exakt hur skuggan från byggnader och träd påverkade yttemperaturerna den septemberdagen.

Resultaten visade att som förväntat, byggnader höjde värmen i området, men att skuggorna som kastades av dem också hade en betydande kylande effekt på temperaturerna, särskilt om de skuggade hustaken på intilliggande byggnader.

Den statistiska modellen kunde exakt beräkna dessa effekter, både positiva och negativa. Till exempel, en ökning med 1 % av en byggnads yta ledde till att yttemperaturen steg mellan 2,6 % och 3 % i genomsnitt.

Men en ökning med 1 % i området för ett skuggigt tak ledde till temperaturminskningar mellan 0,13 % och 0,31 % i genomsnitt.

Skugga på vägar och parkeringsplatser minskade också avsevärt temperaturerna.

"Vi lärde oss att större värmereducerande effekter kan uppnås genom att maximera skuggan på hustak och vägar, sa Guldmann.

Resultaten visade också vikten av grönområden och vatten för att sänka temperaturen. Gräsbevuxna områden, både skuggade och exponerade, visade betydande värmereducerande effekter. Dock, påverkan av skuggat gräs var starkare än av gräs som exponerades för direkt solljus.

Volymen av trädkronor och arean av vattenförekomster hade också betydande kyleffekter.

I simuleringskörningen i kvarteret Columbus, forskarna beräknade att om de nuvarande träden där var fullvuxna, temperaturen på en 93,33 grader F-dag skulle vara 3,48 grader lägre (89,85 grader).

Men det är inte allt. The simulation showed that if the neighborhood had 20 more full-grown trees, the temperature would be another 1.39 degrees lower.

"We've long known that the shade of trees and buildings can provide cooling, " Guldmann said.

"But now we can more precisely measure exactly what that effect will be in specific instances, which can help us make better design choices and greening strategies to mitigate the urban heat island effect."