Förra sommaren svimmade Nilusha Welegedara och hennes familj i sitt hyrda radhus i Edmonton och förlitade sig på luftkonditionering och fläktar för att göra livet uthärdligt.

Utan träd för skugga och att bo granne med en solig parkeringsplats, till och med att gå ut erbjöd liten lättnad, minns forskaren vid University of Alberta.

Men sedan flyttade de till en stadsdel fylld med mogna träd, belägen nära stadens floddal.

"Det är helt annorlunda nu", säger Welegedara. "Vi använder aldrig fläktar och måste till och med använda filtar ibland på sommaren, det är så mycket svalare. Så det är en stor lättnad."

Skillnaden kommer inte som en överraskning för postdoktorn, vars förstahandserfarenhet speglar hennes forskningsresultat att det finns kopplingar mellan olika landskap i Edmonton och hotspots som kallas urbana värmeöar, kallade UHIs.

Forskningen av Welegedara och Sandeep Agrawal vid U of A:s naturvetenskapliga fakultet är inriktad på huruvida vinterstäder som Edmonton upplever fickor av extrem värme som är vanligare i tropiska länder. Deras arbete visar att det finns urbana värmeöar runt staden som har högre temperaturer än omgivande landsbygd både sommar och vinter.

Faktum är att under de senaste 20 åren har stadens yttemperaturer på marken – hur varm marken känns vid beröring – ökat med mellan sex och 12 grader Celsius totalt sett jämfört med landsbygdsområden, säger Welegedara.

Högre stadstemperaturer kan leda till värmeslag eller utmattning och öka hälsoriskerna för utsatta grupper som människor som arbetar utomhus, äldre vuxna, små barn och personer med underliggande hjärt- eller andningsproblem. Extrem hetta kan ta hårt, inklusive mer än 600 dödsfall i British Columbia 2021.

"UHI:er förvärrar inverkan av värmeböljor och går bortom bekvämlighetszonen för människor", säger Welegedara.

"Med mer intensiva och frekventa värmeböljor kommer extrem värme sannolikt att öka under de närmaste åren, så det är viktigt att öka offentliga åtgärder för att hantera UHI-fenomenet."

Miljön drabbas också av heta temperaturer orsakade av hotspots genom att öka energiförbrukningen för att driva fläktar och luftkonditionering, tillägger hon, vilket resulterar i högre utsläpp av växthusgaser.

Betong och asfalt bidrar till hotspots

För att studera urbana värmeöar i Edmonton analyserade Welegedara satellitbilder tagna året runt mellan 1999 och 2021 och tog hänsyn till 402 stadsdelar, inklusive industriområden, bostadsområden, floddalen och Anthony Henday Drive-motorvägen.

Hotspots, som är som mest intensiva under sommaren, orsakas av förlusten av skugggivande träd och annan vegetation till stadsutveckling, visade analysen.

"Bebyggda" områden som byggnader, vägar, parkeringsplatser, trottoarer och till och med hustak bidrar till högre yttemperaturer på grund av användningen av betong och asfalt. Materialen absorberar och lagrar solens värme och släpper sedan ut den långsamt och håller temperaturen hög, säger Welegedara.

Fysiska egenskaper som täta befolkningar och bostäder, vägnät och genomsnittliga dagliga trafikvolymer ledde också till hotspots.

Kommersiella och industriella områden i staden visade den högsta värmeintensiteten, säger Welegedara, och visade sig ha det lägsta antalet träd, buskar eller annan grönska, som i vissa fall täckte mindre än 5 % av dessa områden.

Den norra sidan av staden och vissa stadsområden med låg vegetation hade högre temperaturer än Edmontons södra sida, som var svalare på grund av floddalen och äldre stadsdelar med funktioner som boulevardträd.

Nya bostadsområden byggda på tidigare obebyggd trädmark visade också en betydande ökning av urbana värmeöar under de senaste två decennierna.

Samtidigt avslöjade analysen att låginkomsttagare och ensamförälderhushåll var mer benägna att uppleva UHI.

"Höginkomstmänniskor bor i mer vegeterade områden runt floddalsområdet och har lägre exponering för värme jämfört med låginkomsttagare som tenderar att leva i lågvegetationsområden med hög täthet", säger Welegedara.

Rök från sommarbränder visade sig förvärra effekterna av värmeöar genom att sänka luftkvaliteten, vilket utgör en ytterligare risk för människor med hälsoproblem, tillägger hon.

Forskningen bekräftade att värmeöar existerar på vintern, men även om deras uppvärmningseffekter kan hjälpa till att ta en liten fördel av bittert väder i närområdet eller tillåta termostater att sänkas några grader, så finns det en miljömässig nackdel, konstaterar Welegedara.

"UHI är fortfarande skadliga på lång sikt genom att minska snöpackningen, vilket kan skapa torra förhållanden och påverka växternas tillväxt."

Planerar för extremer året runt

Sammantaget visar resultaten att vinterstäder som Edmonton måste vara mycket uppmärksamma på ökningen av UHI och att inkludera det i sin planering, säger Agrawal, chef för U of A's School of Urban and Regional Planning och ledare för Urban Environment Observatory labb.

"Medan städer som Edmonton länge har fokuserat på sina identiteter som vinterstäder, tror jag att Edmontons identitet förändras när temperaturen stiger under åren", säger Agrawal.

"Det betyder att planerare aktivt måste ta hänsyn till både extrema vinter- och varma sommarförhållanden i sina policyer, planer och riktlinjer."

Att plantera fler stadsskogar, behålla mogna träd under utvecklings- och utfyllnadsprojekt och öka vegetationstäcket – särskilt i industri- och kommersiella områden – är alla sätt som stadsplanering kan underlätta hotspots, säger Agrawal.

"En ökning av vegetationstäcket med upp till 20 % över Edmonton och i varje stadsdel kan minska den nuvarande UHI-intensiteten med en tredjedel", uppskattar han. Men, tillägger han, "det är inte lätt att hitta 20 % av offentlig mark att sätta växtlighet på, om inte träd och andra växter på privat egendom skyddas och utökas."

Agrawal säger att utvecklingsplaner och stadgar bör föreskriva skydd av träd på offentlig och privat egendom, samt motverka användning av värmevänliga material som asfalt och tjära och uppmuntra användning av material som absorberar mindre solljus för asfalterade ytor som uppfarter, parkering tomter och trottoarer.

Städer som Edmonton som är hem för en flod och en floddal bör dra fördel av dessa naturliga egenskaper när man planerar stadsdesign och indelningslayouter, tillägger han.

"Det möjliggör svala vindar från vattnet på sommaren och bra användning av dalens ventilationseffekter."

Att lägga till eller behålla vattenförekomster i utvecklingsplaner är också nyckeln, säger Welegedara, vars analys visade att människotillverkade och naturliga sjöar och dagvattenretentionsdammar sänkte utvecklingen och förekomsten av urbana värmeöar.

Människor kan också göra sin del för att mildra effekten av värmeöar genom vardagliga handlingar som att använda kollektivtrafik eller stänga av luftkonditioneringen när de är borta från hemmet, tillägger Agrawal.

Efter att själv ha känt det kvävande eländet med urbana hotspots, hoppas Welegedara att forskningen hjälper till att ge upplysningar om värme när stadsbor lär sig att brottas med den.

"Vi vill minska potentiella allvarliga konsekvenser på Edmontonians hälsa och välbefinnande." + Utforska vidare

Uppskattning av värmeböljans frekvens och styrka:en fallstudie från Chicago