Sommaren 2022 var aldrig tidigare skådad:serien av värmeböljor mellan juni och augusti gav en glimt av hur klimatförändringarna kommer att göra städer allt svårare att bo på under sommarmånaderna. Det gäller särskilt i de mest tätbefolkade områdena, där tätt packade byggnader och allestädes närvarande betong- och asfaltytor kan driva upp temperaturen och snabbt förvandla stadskvarter till ugnar. Dessutom tenderar de mörkare färgerna som används för stadsstrukturer att dra till sig och absorbera värme. Dessa täta stadsområden är kända som värmeöar, och det är vad två studenter vid EPFL Faculty of Architecture, Civil and Environmental Engineering (ENAC) – Clara Gualtieri och YueWanZhao Yuan – valde att studera för sitt masterprojekt i miljöteknik. De genomförde viktig forskning om värmeöar och vad som kan göras för att mildra effekterna.

Värmeöar kommer att bli ett allt allvarligare problem när planeten blir varmare. De flesta av världens befolkning bor nu i städer, och klimatförändringarna innebär att de kommer att ställas inför fler och fler direkta konsekvenser av extrema temperaturer. Dessa temperaturer minskar inte bara människors hälsa och välbefinnande:de kan också vara potentiellt dödliga för vissa riskkategorier, såsom äldre, kroniskt sjuka och hemlösa. Och metoderna som de flesta människor använder för att svalka sig – som luftkonditionering och stora fläktar – kräver mycket ström och genererar ännu mer utsläpp av växthusgaser, vilket underblåser den onda cirkeln av klimatförändringar.

För att genomföra sin forskning på värmeöar analyserade Gualtieri och Yuan yttemperaturer i två stadsdelar i Genève (Les Vernets och Pointe-Nord), baserat på data som samlats in på marken, byggnadsfasader och hustak. Dessa två stadsdelar genomgår en storskalig omvandling och har olika stadsutvecklingsprojekt på gång som en del av PAV-programmet (Praille-Acacias-Vernets). De två eleverna utvecklade en uppsättning intrikata 3D-datormodeller för varje stadsdel som beskriver stadsdelens nuvarande temperaturprofil, den mest sannolika temperaturprofilen år 2050 om inga ändringar görs, temperaturprofilen under IPCC:s värsta scenario (RCP 8.5, där Utsläppen av växthusgaser fortsätter i samma takt, vilket leder till den maximala nivån av global uppvärmning) och temperaturprofilen om stadslandskapet anpassas för att minska lokala temperaturer.

En ökning med 10 grader Celsius

Den högsta markytans temperatur som eleverna hittade i de två stadsdelarna var runt 35 grader Celsius, men deras modeller förutspådde att denna temperatur kunde stiga med i genomsnitt 10 grader Celsius, och i vissa fall till och med med 15 grader Celsius i juli och augusti baserat på deras olika scenarier.

Modellerna visade också att begränsningsstrategier som att plantera träd och annan vegetation för att skapa fler grönområden kan sänka markytans temperatur med cirka 5 grader Celsius i båda stadsdelarna. De upptäckte att särskilt växter kan vara effektiva, eftersom skuggan de producerar har mer inverkan än gräs som bara planteras i marken. Gualtieri och Yuan noterar också två ytterligare åtgärder som är värda att studera:albedoeffekten – förmågan för ljusare färger att reflektera värme – och återuppbyggnad av floder eller andra vattendrag för att avsevärt kyla den omgivande luften är.

Elevernas resultat är resultatet av en mödosam process där de mycket exakt kartlade varje stadsdel för att generera så kompletta 3D-modeller som möjligt. Deras modeller innehåller en enorm mängd information, inklusive den lokala morfologin och topografin, ytan på alla byggda strukturer (t.ex. hustak, byggnadsfasader och vägar, och mindre strukturer som avsatser och skyddsräcken) – inklusive strukturernas storlek, lutning och termiska egenskaper. egenskaper – gatumöbler, de olika materialen som används, grönområden, skuggade områden med mera. "Våra simuleringar slutade med att inkludera mer än 100 000 ytor", säger Gualtieri.

'Ett stort problem'

Gualtieri och Yuan hämtade sina data från befintliga datamängder inklusive det schweiziska federala registret över byggnader och bostäder och väderdatabaser. Eleverna körde sedan olika applikationer, nämligen Rhino, en mjukvara för 3D-modellering, och CitySim, ett simuleringsprogram utvecklat på EPFL speciellt för stadsplanerare. CitySim låter stadsplanerare uppskatta de termiska och fysiska egenskaperna hos byggnader och deras effektbehov, vilket är värdefull information för att utforma strategier för att minimera användningen av fossila bränslen.

"Gualtieri och Yuans forskning visar att värmeöar kommer att bli ett stort problem år 2050 om vi inte börjar minska på utsläppen av fossila bränslen", säger Kavan Javanroodi, postdoc vid EPFL:s Solar Energy and Building Physics Laboratory (LESO-PB) . "Stadsplanerare måste börja ta itu med denna fråga tidigt i sina projekt. Den här forskningen belyser också vad vissa strategier kan åstadkomma när det gäller värmeminskning, vilket ger Genèves stadsplanerare en utgångspunkt för att bekämpa temperaturtoppar och extrema mikroklimatförhållanden i stadens utveckling. stadsdelar." + Utforska vidare

NASA:s ECOSTRESS ser Las Vegas gator skruva upp värmen