ISLA DE CALOR

ISLA DE CALOR

POR:

ALEXANDRA GONZLEZ CONTAMINACION ATMOSFERICA

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA SANITARIA

MEDELLIN

2007

TABLA DE CONTENIDOINTRODUCCION

OBJETIVOS

1. ISLA DE CALOR

1.2 FACTORES QUE PRODUCEN UN ECOSISTEMA URBANO

1.3 QUE ES LA ISLA DE CALOR?

1.4 ESTUDIO ISLA DE CALOR EN SALAMANCA

1.4.1 Resultados Obtenidos1.4.1.1 Evolucin diaria

1.4.1.2 Evolucin estacional

1.4.1.3 Evolucin anual

1.5 CAUSAS QUE CONTRIBUYEN A LA FORMACION DE ISLAS DE CALOR

1.6 EFECTOS PRODUCIDOS POR LA ISLA DE CALOR1.6.1 Variaciones Climticas1.6.2 Efectos Sobre Las Temperaturas1.6.3 Modificacin de las Precipitaciones

1.6.4 Modificacin de la Humedad

1.6.5 Modificacin del Viento

1.7 TAMAO Y ESTRUCTURA ESPACIAL1.8 SU RELACIN CON EL CALENTAMIENTO GLOBAL1.9 MITIGACION DE LOS IMPACTOSCOMENTARIOS Y CONCLUSIONESBIBLIOGRAFIA

INTRODUCCIONEl creciente aumento de la actividad econmica es uno de los factores mas importantes que han influido en el desplazamiento de la poblacin de la zona rural hacia la zona urbana, este traslado ha contribuido a que las ciudades en su proceso de adaptacin se configuren segn las necesidades y se establezcan cuadros poblacionales muy marcados.

Las zonas urbanas e industrializadas se caracterizan por un fuerte cambio en las propiedades de la superficie. Las superficies naturales (prados, bosques, campos) se convierten en superficies de piedra y concreto. Esto afecta al balance del calor y del agua, al agua superficial, provoca cambios de temperatura, lluvias y nubosidad. Los edificios altos con esquinas muy marcadas hacen que el viento fluya de forma distinta a como lo hara en zonas rurales.

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

Estudiar el efecto de la isla de calor como uno de los problemas actuales en el campo de la contaminacin atmosfrica.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Reconocer las causas, los efectos y las consecuencias del efecto isla de calor.

Investigar datos que contribuyan a conocer las magnitudes del efecto.

Reconocer la incidencia del hombre y establecer soluciones.

Recopilar informacin que nos permita analizar el efecto

1. ISLA DE CALOR

1.2 FACTORES QUE PRODUCEN UN ECOSISTEMA URBANO

Los factores que producen un ecosistema urbano se mencionan a continuacin:

La superficie natural ha sido sustituida o recubierta por construcciones diversas de edificios que forman un conjunto denso y compacto.

Esto genera una rugosidad que modifica los movimientos del aire en la superficie, la velocidad del viento se ve reducida y se aumentan las turbulencias.

Hay una sustitucin del suelo natural por diversos tipos de pavimentos adems se da un sistema de drenaje urbano, que permite una escorrenta rpida.

Genera una reduccin de la evaporacin y de la humedad de la superficie de la tierra y del aire.

Los materiales de construccin poseen propiedades fsicas distintas a las del suelo natural presentando menos albedos. Se da una mayor capacidad calorfica y buena conductividad trmica, lo cual modifica el balance de radiacin urbana influyendo sobre la temperatura del aire. El calor generado por las actividades humanas en la ciudad modifica el balance de energa. Este calor antropognico produce un aumento en la temperatura del aire, se da un aumento en la conveccin y nubosidad y por consiguiente un posible aumento en las precipitaciones. La presencia de partculas en suspensin, como producto de la combustin urbano en industrial aumenta la turbidez. Esto disminuye la visibilidad y la radiacin solar queda interceptada aumentando la posibilidad de formacin de nieblas.

Donde finalmente el Ecosistema Urbano genera el fenmeno de La isla de Calor, tambin conocido como Isla trmica o caliente o Isla de calor urbano (UHI). Descrita por numerosos autores como un efecto invernadero local.1.3 QUE ES LA ISLA DE CALOR?

La Isla de calor es el brusco aumento de la temperatura ambiente en el interior de las ciudades con respecto a su entorno rural.

Es una situacin urbana, de acumulacin de calor por la inmensa cantidad de concreto, y dems materiales absorbentes de calor y una situacin atmosfrica que se da en situaciones de estabilidad por la accin de un anticicln trmico

Un anticicln trmico es el descenso de unamasa de airedebido a que est ms fra que el entorno. Se produce cuando el aire desciende por enfriamiento, aumenta lapresin atmosfrica, y la prdida de temperatura es mayor en las capas bajas que en las altas, provocando unainversin trmica. Da un tiempo seco, soleado y fro.1.4 ESTUDIO DE LA ISLA DE CALOR EN LA CIUDAD DE SALAMANCA Segn estudios realizados en la Universidad de Salamanca se ha comprobado la existencia de la isla de calor urbana (ICU) en la ciudad de Salamanca, una ciudad de tamao medio, con un clima extremado y focos industriales de poca actividad. El fenmeno de la Isla de Calor que se trata en este estudio es el calentamiento urbano, que est cuantificado por una variable denominada Intensidad de la isla de calor, definida como la diferencia de temperatura entre el medio urbano (Tu) y el medio rural (Tr),

Para hacer el estudio del fenmeno de la Isla de Calor de la ciudad de Salamanca tomaron datos de temperatura de estaciones meteorolgicas urbanas y rurales. La estacin Rural es lo suficientemente alejado de la ciudad siendo una zona dedicada a la agricultura y la estacin Urbana ubicada en uno de los puntos de ms alta contaminacin, en pleno casco urbano, con alto trfico vehicular y gran densidad de edificacin.

El propsito de la investigacin es determinar la evolucin temporal de la intensidad de la isla de calor, para lo cual, se opta por el mtodo de comparacin de series de datos de temperatura de las estaciones meteorolgicas.

Se analiza la evolucin diaria de la isla de calor, haciendo un estudio en horas nocturnas utilizando las temperaturas mnimas y en horas diurnas utilizando las temperaturas mximas, se hace un estudio estacional, calculando los valores medios y extremos por periodos estacinales de la intensidad de la isla de calor y finalmente se toman los valores anuales del fenmeno.

1.4.1 Los resultados que obtuvieron:

1.4.1.1 Evolucin diariaLos valores medios de la intensidad de Isla de calor diurna fueron negativos. Es decir, que el calentamiento en la zona rural supera al calentamiento en la zona urbana. Este hecho se conoce como inversin de la isla de calor, esto se puede explicar as:

Por lo general, los focos de contaminacin se localizan dentro del permetro urbano, debe ser esta zona la que sufra sus consecuencias, lo que, en principio, nos indicara que el calentamiento provocado por la contaminacin debe centrarse en la ciudad, pero considerando la estructura urbana hay que tener en cuenta la presencia de radiacin solar a horas diurnas, la cual tienen menor nmero de obstculos para alcanzar la superficie terrestre en zona rural que en zona urbana, debido a la presencia de los edificios. As, la radiacin solar puede hacer que suba ms la temperatura en el campo abierto que la ciudad. Considerando las condiciones meteorolgicas, en horas diurnas normalmente, la velocidad del viento ser mayor, y tericamente disminuira la intensidad de la isla, sin embargo esto sucedera tanto en la zona urbana como en la rural; lo anterior lleva a considerar la morfologa urbana como el factor ms influyente en la variacin negativa de la isla de calor urbana. Segn el estudio a la hora a la que se registran las temperaturas mximas tambin se alcanzan las mayores inversiones de la isla de calor. Es por esto que, se considera T mx como la representativa del fenmeno inversin de la isla de calor.

Isla de calor nocturna, que presenta valores de intensidad media positiva, es decir, la temperatura medida dentro del recinto urbano es mayor que la que se da, simultneamente, en la zona rural, en este caso la morfologa urbana se considera como la causa principal que influye en la isla de calor nocturna, cuando la radiacin solar incide sobre los materiales que forman el entorno rural, gran parte es reflejada, mientras que al incidir sobre los materiales propios de la zona urbana, es absorbida, para ser emitida, posteriormente y de forma lenta, como radiacin de onda larga. As, por la noche la zona rural se ha deshecho de toda la energa que, durante el da, ha llegado a su superficie, mientras que, la ciudad contina emitiendo energa, y por tanto, calentando las capas atmosfricas ms bajas.

Segn el estudio a la hora a la que se registran las temperaturas mnimas tambin se alcanzan los valores medios ms altos. Es por esto que, se considera Tmn como la representativa del fenmeno de la isla de calor nocturna.

En conclusin, se puede comprobar cmo a horas diurnas predomina el calentamiento rural, es decir, los valores negativos de la variable Imx, y a horas nocturnas apenas existe inversin de la isla de calor, quedando restringida a los meses de primavera, que es la poca en la que llega a tierra ms radiacin solar y durante ms tiempo.

1.4.1.2 Evolucin estacional

Los valores medios de Tmx son negativos en todas las estaciones del ao, alcanzando el valor medio ms alto en la primavera esto por ser la poca del ao en la que llega ms radiacin solar al suelo provoca un mayor calentamiento de la zona rural, debido a que est despejada de edificios que le hacen sombra

La isla de calor nocturna alcanza su valor medio ms alto en el otoo, lo que se puede explicar considerando que, en el caso de Salamanca, es la poca de menor velocidad del viento.1.4.1.3 Evolucin anualSe han establecido los siguientes rangos de intensidades realizando un estudio estadstico de la evolucin anual de la isla de calor nocturna en Salamanca:

Isla de calor dbil, si su intensidad es inferior a los 2.0 C

Isla de calor moderada, si su intensidad est entre 2 C y 4 C

Isla de calor intensa, si sta supera los 4.0 C.

1.5 CAUSAS QUE CONTRIBUYEN A LA FORMACION DEISLAS DE CALOR

La isla de calor se forma a medida que las ciudades van reemplazando las reas naturales por cemento, edificios, y otro tipo de infraestructura, cambios que contribuyen a elevar la temperatura ya que las zonas edificadas (materiales de construccin) ofrecen ms superficie para la absorcin de radiacin solar de onda corta y la emiten posteriormente con una longitud de onda ms larga la cual irradian lentamente durante la noche, frecuencia que resulta retenida por partculas en suspensin y gases de combustin, por lo tanto algunos autores explican la isla de calor como un efecto invernadero local, pues los gases se encierran en un solo lugar provocando una cpsula de gases que absorbe calor del sol. Otro efecto de los edificios altos son las mltiples reflexiones horizontales de la radiacin recibida, que aumentan la probabilidad de que esta energa permanezca en el suelo en lo que se conoce como efecto can.

La falta de grandes zonas verdes y el entubamiento de los afluentes acuosos en la ciudad reduce las oportunidades de transformar la energa solar a travs de los procesos de fotosntesis o evaporacin del agua. La combinacin de construcciones altas, y vas estrechas que atrapan el aire caliente y disminuye el flujo de aire. Esta condicin de vientos con baja velocidad no contribuyen al rompimiento de la cpsula de gases que se encuentra entre las altas edificaciones. Se debe tener en cuenta que hasta lo ms natural puede provocar una cpsula de calor. Las ciudades localizadas en un valle rodeado de montaas de ms de 500 m son ms propensas a una isla de calor, pues es aire queda obstruido por las montaas que la rodean haciendo la cpsula de gases. La actividad industrial, el trfico, las calefacciones domsticas, etc., tambin contribuyen a un aporte calorfico extra. La presencia de contaminantes en la atmsfera urbana, sobre todo el material particulado en suspensin, actan absorbiendo la radiacin infrarroja que emite el suelo al enfriarse. El efecto isla de calor urbano aumenta con el tamao de la ciudad y que es directamente proporcional al tamao de la mancha urbana. Otra de las causas que provocan el efecto de isla de calor es el albedo. El albedo es la capacidad de reflejar en mayor o menor medida la radiacin solar. Por regla general, un color ms claro absorbe menos calor que un color ms oscuro. Las calles hechas de asfalto alcanzarn temperaturas mucho mayores a aquellas alcanzadas por una calle hecha de hormign relativamente nuevo.

TABLA N 1 Referencial Albedo ()

1.6 EFECTOS PRODUCIDOS POR LA ISLA DE CALOR El fenmeno de la isla de calor tiene un impacto negativo sobre el organismo humano, especialmente en verano, ya que puede causar recalentamiento. Por lo tanto, se debe aumentar la proporcin de zonas verdes y pequeas masas de agua.

La isla de calor amplifica los eventos climticos de aumento de temperatura, causando golpes de calor que pueden causar un desbalance fisiolgico, dao de rganos, e incluso la muerte en la poblacin vulnerable.

Acelera las reacciones qumicas involucradas en la produccin de ozono tropsferico o smog, presentando una amenaza adicional para la salud y los ecosistemas dentro.

Las construcciones absorben calor, aumentando la demanda en verano de energa. En ciudades con poblaciones sobre los 100.000 habitantes reducir 0.6C implica un incremento de energa de1.5-2.0%.1.6.1 Variaciones Climticas En verano segn la EPA (Agencia para la Proteccin del Ambiente de los Estados Unidos) establece que "en los das ms calurosos, la temperatura atmosfrica puede ser 2 a 6 Celsius ms alta que en los alrededores". El impacto para la ciudad es ms negativo en verano, que los beneficios que puedan generarse en invierno. En invierno, algunas ciudades pueden verse beneficiadas por el efecto. En invierno, puede ser dos veces mayor que en verano debido a la emisin de calor antrpico causado por la calefaccin de los edificios. La intensidad de los cambios de la isla de calor en ciclos diarios Se observa mayor intensidad de la isla de calor por la noche que durante el da ya que durante la noche tiene lugar laradiacin intensivade la superficie a la atmsfera. La aparicin de la isla de calor produce cambios en el clima urbano. En comparacin con las zonas no urbanas, hay ms das clidos y menos das de heladas. El periodo de vegetacin es ms largo, la suma de precipitaciones es mayor y se ven ms frecuentemente nubes en forma de cmulo. La isla de calor puede llegar a disminuir el perodo fro del invierno y extender el de verano, adelantando la primavera y retrasando el otoo. En algunos casos no slo resulta afectada la temperatura de la ciudad sino tambin de sus alrededores, alterando el clima regional.1.6.2 Efectos Sobre Las Temperaturas En las ciudades con poblacin de 500.000-1.000.000, la temperatura del aire suele aumentar en 1.1-1.2C con respecto a las zonas no urbanas de alrededor. Para las ciudades con ms de 1 milln de habitantes el valor aumenta hasta 1.2-1.5C.

GRAFICA N1Variacin del mximo de intensidad de una Isla de Calor segn el nmero de habitantes de una ciudad (Dato Europeo)

1.6.3 Modificacin de las PrecipitacionesModifican las precipitaciones: Movimientos ascendentes del aire El Efecto obstculo que supone la ciudad y que supone la turbulencia

La abundancia de partculas que actan como ncleos de condensacin incrementando la nubosidad

Las precipitaciones aumentan producto de la urbanizacin debido a hay ciertas cargas electrostticas en los edificios altos que atraen la humedad, lo que posteriormente se convierte en grandes precipitaciones.1.6.4 Modificacin de la Humedad

La atmsfera urbana es ligeramente ms hmeda.

La humedad experimenta variaciones en las zonas urbanas producto de la impermeabilizacin de las ciudades debido a: Superficies ocupadas por edificios Pavimentacin de zonas naturales

1.6.5 Modificacin del Viento

Por efecto de la isla de calor y la rugosidad de las ciudades se produce Disminucin de la velocidad del viento.1.7 TAMAO Y ESTRUCTURA ESPACIALLa Isla de Calor tiene cierta estructura vertical alcanza 200-300 m sobre el suelo, lo que equivalea 3-5 veces la altura de los edificios. En caso de haber cielo despejado puede alcanzar incluso 500 m. Se pueden distinguir dos estratos:Capa inferior en donde el calor se libera por las chimeneas de las casas (bajas emisiones), por los mismos edificios y por el transporte.

Capasuperior situada sobre la capa inferior, donde se libera el calor por los denonimados emisores altos, por ejemplo las chimeneas de las centrales elctricas.

El tamao y la estructura espacial de una ciudad son tambin de gran importancia, ya que las zonas urbanas de edificios pequeos extendidos no forman efecto isla de calor.

El perfil de una isla urbana de calor, mostrado aqu, demuestra que las islas de calor son tpicamente ms intensas sobre reas densamente pobladas.GRAFICA N 2 Isotermas de calor

Se cree que la aportacin del efecto de isla de calor urbano al aumento de 0.4 a 0.8C en la temperatura global del ltimo siglo,no es mayor de 0.05C.

1.8 SU RELACIN CON EL CALENTAMIENTO GLOBALAunque se trata de dos fenmenos distintos, las islas de calor producidas en verano pueden contribuir al calentamiento global debido al mayor requerimiento energtico por el incremento en el uso de sistemas de refrigeracin. Se deduce de esto que combatir el efecto de la isla de calor contribuira a disminuir el calentamiento global.El efecto de la isla de calor se refiere a una escala local, comparando por ejemplo, lo que sucede entre un rea urbana, y una rural, mientras que el calentamiento global se refiere al incremento gradual de la temperatura del planeta.

1.9 MITIGACION DE LOS IMPACTOSUna de las mejores estrategias para la mitigacin de los impactos generados por el fenmeno de la Isla de Calor es el Desarrollo Inteligente, siendo este un esquema para el desarrollo urbano, es aquel que mejora a la economa de la comunidad y del medio ambiente a travs de estrategias para ayudar a los ciudadanos a tomar decisiones informadas de cmo y dnde quieren que la ciudad crezca. Algunas estrategias son: Reducir lotes de estacionamiento y usar pavimento de materiales porosos. Sembrar, preservar y mantener rboles y vegetacin. Promover el uso de lotes baldos y la mayor densidad de desarrollo urbano.

Los desarrollos en comunidades existentes pueden preservar los espacios abiertos y ayudar a deshacer las islas de calor y sus consecuencias. Un reporte del ao 2001 encontr que por cada acre industrial abandonado y redesarrollado, 4.5 acres de espacio abierto se conservan. Aumentar la educacin y actividades de alcance pblico en la comunidad.

COMENTARIOS Y CONCLUSIONES La isla de calor es un efecto antrpico debido a la necesidad de la evolucin del hombre por lo tanto es fenmeno que no se puede controlar pero existen ciertos factores que lo pueden mitigar. La Isla de Calor no es un efecto negativo en todos los pases pues este trae consigo un aumento de temperatura que beneficia los lugares ms fros por lo tanto en ciertos lugares este no es tomado como un impacto ambiental. En general, las estrategias para reducir los efectos de la isla de calor en verano, no pueden evitar reducir tambin los beneficios producidos en invierno.

Mayor concentracin de contaminantes menos radiacin

Los contaminantes disminuyen la capacidad de la radiacin onda corta sobre todo la porcin de radiacin U.V., actan como filtro

Lo anterior trae como consecuencia una disminucin de la fotosntesis en los vegetales y una disminucin de la produccin de vitamina D en los humanos. Tambin existe una disminucin de cncer en la piel

En las ciudades la radiacin onda corta es entre un 10% a 20% menor que en las zonas rurales.BIBLIOGRAFIAhttp://www.atmosphere.mpg.de/enid/2__Clima_Urbano/Efecto_isla_de_calor_3x6.htmlhttp://www.atmosphere.mpg.de/enid/Introducci_n_al_Clima/Clima_en_las_ciudades_445.html

http://www.epa.gov/hiri/resources/pdf/SmartgrowthSpanish.pdfhttp://www.meteored.com/ram/numero13/siengelante.asp

https://www.u-cursos.cl/medicina/2007/2/ENFECOYSA1/1/material_docente/objeto/148798