Che cos’è un’isola di calore e perché colpisce le città?

Nascoste tra gli edifici: le urban heat island e la loro relazione con il caldo estremo

Le isole di calore sono fenomeni sempre più diffusi e preoccupanti che esercitano un forte impatto sulle città di tutto il mondo. Dati recenti rivelano che il caldo estremo in città è triplicato negli ultimi tre decenni, con gravi conseguenze per la salute umana e per l’ambiente circostante.

Urban populations at risk 2050s, by C40 Cities link

Questo fenomeno è dovuto a una serie di fattori tra cui una maggiore concentrazione di attività antropiche nelle città che amplificano gli effetti della crisi climatica, rendendo i centri urbani particolarmente vulnerabili.

Che cos’è un’isola di calore e perché colpisce le città?

L’isola di calore urbano (Urban Heat IslandUHI) è il termine utilizzato per indicare il fenomeno che determina un microclima più caldo all’interno delle aree urbane rispetto alle campagne o alle aree rurali, causato dalla crescente riduzione del verde urbano a favore di suoli impermeabilizzati. L’ambiente urbanizzato ha la caratteristica di assorbire il calore e intrappolare l’irradiazione solare durante il giorno, per poi rilasciarlo gradualmente durante la notte.

Caratteristiche UHI: Variazione di temperature di giorno e di notte

Prime attestazioni del fenomeno Urban Heat Island

Il primo a dimostrare l’effetto del fenomeno urban heat island fu lo studioso Luke Howard nel 1833, nel suo studio ‘The Climate of London’. Howard si occupò di misurare la pressione, la temperatura, l’umidità e le precipitazioni atmosferiche nella città di Londra. Lo studioso non solo identificò l’isola di calore urbana come la differenza di temperatura tra la città e le aree rurali, ma osservò anche che tale differenza aumentava dai confini della città verso il centro urbano. 

Il termine isola di calore compare in letteratura per la prima volta nel 1958, in un articolo di Gordon Manley nel Quarterly Journal of the Royal Meteorology Society, sebbene sia plausibile che sia stato coniato prima.

Isoterme annue nell’area di Parigi, fonte Landsberg 1981

Tipologie di isole di calore

Gli studi identificano tre tipologie di isole di calore urbano, a seconda delle tecniche di misurazione:

 Tipologie di UHI e metodi di misurazione

  • L’Urban Boundary Layer (UBLHI)

    Misura la temperatura dello strato d’aria al di sopra dell’altezza media degli edifici. Nelle aree urbane, l’UBLHI si manifesta come una ‘cupola’ di aria calda con uno spessore di circa un chilometro durante il giorno, che si riduce di alcune centinaia di metri durante la notte.

  • L’Urban Canopy Layer (UCLHI)

    Stima la temperatura dello strato d’aria che va dal suolo all’altezza massima degli edifici. L’alterazione media annuale tipica dell’UCL in una grande città è di 1-3 °C, ma in presenza di condizioni favorevoli può raggiungere un’intensità di 12 °C. Durante la stagione estiva, l’assenza di vento e di nubi sono le condizioni definite in letteratura come ‘ideali’ che contribuiscono a massimizzare l’effetto durante il periodo notturno, contrariamente a quanto avviene per le surface UHI.

  • UHI superface (SUHI)

    Misura le differenze di temperatura tra le zone urbane e quelle rurali. In città, si osservano generalmente temperature delle superfici più elevate sia di giorno che di notte; tuttavia, l’intensità del SUHI non è costante durante la giornata e varia in funzione della radiazione solare. In media, le differenze di temperatura sono di 10-15 °C durante le ore diurne, mentre si attestano intorno ai 5-10 °C durante quelle notturne.

Perché si creano le Isole di Calore?

L’accumulo di calore nei centri urbani è il risultato di diverse cause. Di seguito elenchiamo le quattro principali:

  1. Proprietà termiche dei materiali nelle aree urbane

I materiali comunemente utilizzati nelle costruzioni urbane, come asfalto, cemento e malta, possiedono un’alta capacità di assorbire e trattenere il calore, contribuendo in modo significativo all’incremento delle temperature. La copertura del suolo con queste superfici impermeabili altera due parametri cruciali per la regolazione termica: l’albedo e la capacità termica.

L’Effetto Albedo nelle Città

L’albedo urbano si riferisce alla capacità delle superfici di riflettere la luce solare. Un albedo elevato implica un basso assorbimento di calore. Tuttavia, nelle aree urbane, dove l’indice di albedo è inferiore rispetto alle aree boscose, si formano isole di calore con temperature che possono aumentare fino a 5°C. Questo fenomeno è influenzato dai materiali utilizzati per strade, marciapiedi e piste ciclabili.

L’Impatto della Capacità Termica

La capacità termica dei materiali urbani come asfalto e cemento è superiore rispetto a quella del suolo e della vegetazione. Questi materiali immagazzinano grandi quantità di calore durante il giorno, rilasciandolo lentamente durante la notte, il che contribuisce a mantenere elevate le temperature notturne.

L’effetto Albedo delle varie superfici, fonte immagine 

La combinazione di bassa albedo e alta capacità termica provoca un aumento delle temperature sia diurne che notturne nelle aree urbane. Questo porta a un peggioramento del comfort, specialmente durante l’estate, e aumenta i rischi associati alle alte temperature.

2. Pavimentazione

Nelle città con alta densità di popolazione e un’estesa urbanizzazione, si osserva una riduzione della vegetazione a favore di ampie superfici impermeabili. Questa configurazione provoca un aumento delle temperature a causa del notevole assorbimento di calore, soprattutto durante i mesi estivi.

La presenza di vegetazione è essenziale per migliorare il comfort urbano. Non solo fornisce ombra, ma contribuisce anche a mantenere le superfici più fresche attraverso il processo di evapotraspirazione.

3. Geometria della città

La geometria urbana si riferisce alla disposizione degli edifici e degli spazi verdi all’interno di un’area urbana. Questo concetto include anche la “rugosità urbana”, che descrive l’altezza e la disposizione degli edifici, i quali possono ostacolare la circolazione del vento. Nelle città con edifici alti e ravvicinati, il flusso d’aria è limitato, aumentando il disagio termico e la temperatura percepita.

Nella progettazione di nuovi sviluppi urbani, è fondamentale considerare questi aspetti per migliorare il microclima urbano. Integrare ampie aree verdi e spazi acquatici, come laghi o ruscelli, può favorire il raffrescamento naturale e migliorare la circolazione dell’aria, contribuendo a un ambiente urbano più confortevole.

Geometria della città, Hong Kong, fonte envato

4. Attività antropica

Le attività umane, specialmente nelle metropoli, contribuiscono significativamente all’accentuazione delle isole di calore urbane. Queste includono il traffico (movimento di persone e merci con vari mezzi di trasporto come auto, camion, moto, autobus, ecc.), il riscaldamento degli impianti industriali, l’ampio utilizzo di sistemi di climatizzazione (che rilasciano aria calda nell’ambiente esterno per diverse ore al giorno) e le fonti di inquinamento che aumentano le emissioni di CO2 e altri gas serra, ritardando così la dispersione del calore nell’atmosfera.