La observación de la tierra como herramienta para mejorar la calidad del clima de las ciudades

Integración del conocimiento del clima en una sólida planificación y gestión urbanas

Aproximadamente dos tercios de la población mundial actual viven en áreas urbanas, y la tendencia hacia la concentración creciente de personas y de actividades humanas en las ciudades todavía continúa de forma acelerada. En Europa existen 365 ciudades de más de 100.000 habitantes y aproximadamente el 80 % de los europeos vive en aglomeraciones de más de 10.000 personas. Las grandes poblaciones, las industrias pesadas, el uso intensivo de la energía y la demanda de agua potable y de terreno, ambos escasos, hacen que las áreas urbanas y periféricas se encuentren entre las más vulnerables del planeta (OMM, 1977). Sin embargo, las ciudades siguen atrayendo cada vez a más personas. Se piensa que ofrecen más oportunidades, no sólo en términos de supervivencia sino también de satisfacción y realización.

Así, es evidente que la riqueza real de las áreas urbanas es su población, con su enorme patrimonio de progreso personal y colectivo obtenido a través del esfuerzo, el trabajo y la creatividad de varias generaciones. Por ello, el bienestar de la población debe considerarse como un recurso, y su mejora deberá aceptarse como un reto para el futuro.

Cuando se considera el establecimiento de medidas para el desarrollo sostenible de nuestras ciudades debe tenerse en cuenta el clima como un recurso natural de alto valor (Bitan, 1992). Su influencia sobre la salud y sobre la mayoría de las actividades humanas es más que evidente, mientras que la influencia de las actividades humanas sobre el clima comienza a un nivel local y se va extendiendo a escalas cada vez mayores. Para aliviar el impacto de la actividad humana sobre el medio ambiente, antes de experimentar algún comportamiento no lineal imprevisto del sistema climático, habrá de considerarse una acción correctora en los procesos que rodean nuestra vida cotidiana.

Cuando se considera el establecimiento de medidas para el desarrollo sostenible de nuestras ciudades debe tenerse en cuenta el clima como un recurso natural de alto valor. El clima tiene un efecto claro sobe la salud y el confort humanos, aunque al mismo tiempo se ve afectado por las actividades humanas

Las condiciones climatológicas son un asunto de interés considerable para el público. La experiencia del día a día da lugar a una percepción personal del clima, acompañada por sensaciones de comodidad o de incomodidad. Los pronósticos diarios del tiempo en la televisión y en los periódicos nos han familiarizado con algunos conceptos de la meteorología y con las imágenes tomadas por los satélites meteorológicos.

Como resultado, existe una concienciación pública considerable sobre la meteorología y la climatología, así como un conocimiento científico profundo y una experiencia técnica disponible ¿ aunque adquirida en su mayoría trabajando a una escala diferente ¿ para el trabajo futuro de mejorar la calidad de vida en las áreas urbanas partiendo de aspectos referentes al tiempo y al clima.

Las ciudades actúan como fuentes de calor y de contaminación. Una gran parte de su área comprende superficies secas e impermeables al agua que almacenan la radiación que les llega y la convierten en calor sensible con mayor rapidez que las superficies naturales

Influencia de las áreas urbanas sobre los fenómenos atmosféricos

A través de modificaciones drásticas del terreno natural, las actividades urbanas imponen cambios localizados en el presupuesto energético de la tierra, que dan lugar a fenómenos atmosféricos complejos. Las ciudades actúan como fuentes de calor y de contaminación. Una gran parte de su área comprende superficies secas e impermeables al agua que almacenan la radiación que les llega y la convierten en calor sensible con mayor rapidez que las superficies naturales (Oke, 1982; Goldreich, 1985). Así, la capa atmosférica superficial de las ciudades está generalmente más caliente que el campo circundante. Este efecto se exacerba por las pérdidas de calor de los edificios, los sistemas de aire acondicionado, las liberaciones directas de calor a la atmósfera y otras causas similares. Se ha observado una amplia variedad de fenómenos asociados, incluyendo modificaciones de los patrones sinópticos (es decir, condiciones generalizadas en una región) y locales de circulación del aire, de la abundancia y de la distribución de las lluvias dentro y alrededor de las ciudades, de la frecuencia de las tormentas, etcétera. (Stull, 1991).

Un conjunto muy grande de variables y de efectos ejerce interacciones que dan lugar a climas altamente específicos a nivel de cada ciudad o distrito, o incluso a nivel de áreas más pequeñas. Las escalas de los fenómenos oscilan desde modificaciones de las condiciones sinópticas del tiempo debidas a la presencia de una ciudad (una isla de calor y de irregularidad) hasta variaciones locales debidas a un edificio singular, un árbol, una carretera, etcétera (Abbate, 1997). Una descripción analítica completa de los fenómenos implicados en la interacción ciudad-clima parece ser muy compleja.

El diagrama simplificado causa-efecto que se muestra en la figura 1, basado en Hertig, ofrece una visión de la complejidad de las interacciones y podría sugerir a los planificadores y a los gestores medidas adecuadas para contrarrestarlas (Hertig, 1995).

Figura 1. Causas y efectos en los patrones climáticos locales

Desde las causas principales del cambio climático en las áreas urbanas (columna izquierda), hasta los cambios en los parámetros físicos, procesos y presupuestos (columnas segunda y tercera) el diagrama llega hasta los fenómenos meteorológicos principales observados en las áreas urbanas (columna cuarta).

El coste económico de estos efectos puede ser alto. Por ejemplo, McPherson (1992) informa que en las ciudades de EE.UU., aproximadamente el 3-8% de la demanda de electricidad para alimentar los sistemas de refrigeración se utiliza solamente para compensar los efectos de la isla de calor, con un aumento de aproximadamente el 3-4 % por cada aumento de 1ºC en la temperatura ambiente (McPherson, 1992). Aparte de ser poco eficiente, esto es también socialmente discriminatorio, en una situación en la que no todos pueden permitirse el coste del aire acondicionado.

Los fenómenos tales como las islas urbanas de calor, los flujos de aire inducidos por la ciudad, los flujos locales de aire en terrenos complejos (es decir, diversos patrones de edificios, de árboles, de carreteras, etcétera), la influencia de los vientos sinópticos sobre los flujos de aire de la capa límite, etcétera, tendrán que ser bien comprendidos para cada área urbana específica

Los fenómenos tales como las islas urbanas de calor, los flujos de aire inducidos por la ciudad, los flujos locales de aire en terrenos complejos (diversos patrones de edificios, de árboles, de carreteras, etcétera), la influencia de los vientos sinópticos sobre los flujos de aire de la capa límite, etcétera, tendrán que ser bien comprendidos para cada área urbana específica.

Se ha observado que existen grandes diferencias en los parámetros climáticos ( es decir, temperatura, radiación solar, humedad relativa y viento) y que las concentraciones de contaminantes pueden producirse a escasa distancia unas de otras dentro de la misma ciudad (Abbate, 1997, 1998, 1999; Parlow, 1997; Wald, 1999). Se pueden alcanzar tasas altas de contaminación del aire, incluso con poco tráfico, debido al estancamiento del aire. Es necesario investigar a fondo la relación entre contaminantes fotoquímicos y parámetros microclimáticos (y por lo tanto, el terreno), ya que los parámetros del terreno y del clima no sólo influyen sobre la dispersión y la deposición sino también sobre la formación de nieblas.

Esto significa, por ejemplo, que la reducción de la contaminación del aire en una ciudad puede conseguirse pintando de blanco los tejados oscuros, así como cambiando a vehículos eléctricos, y todo ello a un coste mucho más bajo (Bitan, 1992; Abbate, 1999). Evidentemente, el planteamiento ideal sería realizar ambas cosas en la mayor medida posible (Bitan, 1992; Abbate, 1999).

El modo en que los parámetros microclimáticos afectan a la niebla fotoquímica significa, por ejemplo, que pintando de blanco los tejados oscuros se podría reducir la contaminación del aire al disminuir la temperatura del aire

El papel fundamental de los datos y de la información para la planificación y la gestión sostenibles de las áreas urbanas

Mejor que continuar desatendiendo las leyes de la naturaleza y/o explotando excesivamente los recursos naturales, podemos recuperar la armonía con los ciclos y los fenómenos naturales mediante la integración del conocimiento dentro de una planificación y una gestión "respetuosas" (Hailey, 1998).

Para cualquier intento de realizar esto es fundamental un diseño innovador del sistema de información (Citiesnet, 1998).

Las nuevas tecnologías - como los sistemas de información geográfica (GIS), la observación de la tierra (EO), el sistema mundial de posicionamiento (GPS) e Internet, junto con los enormes avances en las tecnologías informáticas en lo que se refiere a su capacidad de almacenamiento, manipulación y acceso a los datos y a la información ¿ han ensanchado los límites de nuestras posibilidades mucho más de lo que hubiéramos podido esperar solamente hace una década (Nichol, 1994).

Pero debemos tener cuidado en no equivocar nuestro camino. Trabajar para "adaptar" los sistemas de información presentes a las nuevas tecnologías conducirá quizás a un uso más eficiente de los datos existentes, pero corremos el riesgo de hacer que la tecnología sea nuestro objetivo en vez de ser nuestra herramienta. Al utilizar los ordenadores como "juguetes" podríamos olvidar la importancia de los problemas a resolver.

Para que resulten una verdadera ayuda en el apoyo de las decisiones acertadas, los datos y la información deberán ser recogidos específicamente para el fin al que están destinados (Lavalle, 1999). El conjunto de datos deberá ser preciso, objetivo, fiable, exhaustivo y siempre actualizado. De igual importancia es que el conjunto de datos se vea como tal y que el método de recogida sea transparente, ya que la calidad de vida es un interés colectivo.

Para que resulten una verdadera ayuda en el apoyo de las decisiones acertadas, los datos y la información deberán ser recogidos específicamente para el fin al que están destinados. El conjunto de datos deberá ser preciso, objetivo, fiable, exhaustivo y siempre actualizado

Se pueden vigilar parámetros especiales para determinar si las decisiones y las medidas adoptadas están conduciendo hacia el objetivo propuesto. Se deberán obtener datos uniformes y coherentes a intervalos regulares de tiempo. Los intervalos de tiempo entre las medidas tendrán que estar correctamente relacionados con las escalas temporales de los ciclos y de los fenómenos naturales en estudio.

Este planteamiento de sistema y método de sintonización fina aplicado a un área urbana ¿ y a sus condiciones microclimáticas ¿ podría muy bien mejorar la situación presente. La estructura y las interfaces de usuario ofrecidas por los sistemas de información facilitarían este tipo de planteamiento.

Observación de la tierra como fuente de datos relacionados con el clima para apoyar la sostenibilidad

La observación de la tierra puede proporcionar datos e información detallados en relación con el clima para fundamentar las decisiones destinadas a conseguir la sostenibilidad de los recursos. Forma parte de un planteamiento en el que inicialmente observamos desde lejos y nos vamos acercando gradualmente, hasta comenzar a comprobar cómo responde a nuestras acciones. Así, los estudios de los fenómenos microclimáticos en áreas urbanas requieren, más que una sola escala con el mejor detalle posible, una perspectiva ecológica y datos con una gran variedad de escalas espaciales. Por ello, la observación de la tierra es extremadamente valiosa.

La observación de la tierra puede proporcionar datos e información detallados en relación con el clima para apoyar las decisiones destinadas a conseguir la sostenibilidad de los recursos. Sus ventajas incluyen la disponibilidad de valores homogéneos y la creación de series temporales de datos mediante revisión periódica de las mismas áreas

Debemos subrayar que la observación de la tierra es una tecnología ¿ sólo una tecnología y no una ciencia ¿ únicamente una herramienta para recoger datos de la lejanía, y en este caso los datos no son valores de parámetros geofísicos en sí mismos sino más bien representantes de ellos. Además, las relaciones no son siempre conocidas y la calibración debe llevarse a cabo utilizando datos in situ y resultados de modelos. El resultado es la extrapolación de los datos in situ a grandes áreas (Vaughan, 1994). Otro inconveniente es que el intervalo de tiempo entre las medidas sobre una misma área no puede ser variado a voluntad, de acuerdo con fines específicos, ya que depende de los parámetros orbitales del satélite.

A pesar de ello, los datos de la observación de la tierra presentan muchas ventajas únicas que son muy útiles en este contexto:

1. Permiten obtener valores homogéneos y sincronizados de los parámetros climáticos (por ejemplo, temperatura, radiación solar, humedad del aire y del suelo, contaminación y composición del aire, precipitaciones, etcétera) en grandes áreas, ampliando así el rendimiento de las redes terrestres de medida actuales.

2. La misma área se revisa con regularidad a lo largo de muchos años y los datos se archivan cuidadosamente, de modo que pueden utilizarse para análisis de tendencias temporales.

3. Las observaciones se efectúan sobre una variedad de bandas espectrales, lo que permite una mejor caracterización de los fenómenos.

4. Existe una gran variedad de sistemas por satélite que permite enfoques espaciales a escala múltiple, desde decenas de Km hasta menos de 1 m (Cracknell, 1998) y conjuntos abundantes de datos temporales.

5. Los datos pueden integrarse en un GIS y utilizarse sinérgicamente con otros tipos de datos y de información.

Los rasgos físicos que afectan al clima urbano ¿ incluyendo, por ejemplo, la localización del área urbana dentro de una región determinada, la densidad de las áreas edificadas, la distribución de alturas de los edificios, la orientación y la anchura de las calles, la posición y los detalles de diseño de las zonas verdes, las características térmicas de los materiales de pavimentado y de construcción, la composición del aire, etcétera ¿ pueden estudiarse todos ellos en detalle sobre el área total de interés mediante medidas por satélite. Dentro de lo posible, los planificadores y los gestores pueden actuar sobre estos elementos del territorio, para obtener mejoras de las características microclimáticas de las ciudades. Ello podría tener implicaciones muy valiosas para la calidad del aire, para la eficiencia energética y para la calidad de vida en las ciudades.

Los rasgos físicos que afectan al clima urbano pueden estudiarse todos ellos en detalle sobre el área total de interés mediante medidas por satélite

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Palabras clave

cambio climático, vigilancia del medio ambiente, percepción remota del terreno, análisis por sensores múltiples, desarrollo sostenible, áreas urbanas

Agradecimientos

El trabajo científico se ha llevado a cabo con datos por satélite de ESA, bajo el proyecto AO2-102/I "Estudio de la isla de calor en el área de Roma mediante el uso integrado de técnicas de percepción remota", Investigador Principal G. Abbate.

Referencias

Abbate, G., Heat island study in the area of Rome by integrated use of ERS-SAR and Landsat TM, Proc. 3rd ERS Symp. on Space at the Service of our Environment, Florencia, Italia, 17-21 marzo 1997 (ESA SP-414, 3 Vols., mayo 1997).

Abbate, G., De Cecco, L., Martini, S., Hafner, J., Kowalewska, H., Satellite remote sensing study of microclimate in the area of Rome, Proc. RSS 1998, 9-11 sept. 1998, Universidad de Greenwich.

Abbate, G., Vintila, R., Monitoring and control of climatic parameters as related to urbanisation by integrated use of remote sensing techniques: multisensor and multitemporal satellite study in the area of Rome, HISTOCITY Book, the best of 1998-2000 Network Research on: The Historical Cities Sustainable Development using GIS, M. A. Esposito Ed., Alinea Editrice, ISBN 88-8125-178-7, 1999.

Bitan, A., The high climatic quality city of the future, Atmospheric Environment, Vol. 26B, No. 3, pp.313-329, 1992.

Citiesnet, European sustainable cities: Toward New Models of Implementation, http://citiesnet.uwe.ac.uk/test/finrep.htm, 1998.

Cracknell, A. P., Synergy in remote sensing - what¿s in a pixel?, International Journal of Remote Sensing, Vol. 19, No. 11, 2025-2047, 1998.

Hailey, J., Management education for sustainable development, Sustainable Development, Vol. 6, 40-48, 1998.

Hertig, J.A. Urban Climate and Air Pollution in small Swiss Cities, NATO Advanced Study Institute (NASI): Wind Climate in Cities, Waldbronn, Alemania, julio 5-16, Kluwer Academic Publishers, ISBN 0-7923-3202-4, 1993.

Goldreich, Y., The structure of the ground level heat island in a central business district, Journal of Applied Meteorology, Vol. 24, 1237-1244, 1985.

Lavalle, C., Turchini, M., McCormick, N., Demicheli, L., Niederhuber, M., Casals-Carrasco, P., A flexible methodology for measuring European urban sustainability: the MOLAND Project, HISTOCITY Book, the best of 1998-2000 Network Research on: The Historical Cities Sustainable Development using GIS, M. A. Esposito Ed., Alinea Editrice, ISBN 88-8125-178-7, 2000.

McPherson, E.G., Cooling Urban Heat Island with Sustainable Landscapes, Urbanization and Terrestrial Ecosystems, pp.151-171, 1992.

Nichol, J. E., A GIS-Based Approach to Microclimate Monitoring in Singapore¿ s High-rise Housing Estates, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, Vol. 60, No. 10, pp.1225 ¿1232, 1994.

Oke, T. R., The energetic basis of the urban heat island, Quarterly Journal Royal Meteorological Society, Vol. 188, pp. 1-24, 1982.

Parlow, E., Scherer, D., Fehrenbach, U., Beha, H. D., Satellite-based climate analysis of Basle/Switzerland, Proc. 3rd ERS-1 Symp. ESA SP 414 3rd Vol., Florencia, mayo 1997, pp. 271-274, 1997.

Stull, R. B., An introduction to boundary layer meteorology, Kluwer Academic Publishers, ISBN 90-2769-4, 1991.

Wald, L., and Baleynaud, J.-M., Observing air quality over the city of Nantes by means of Landsat Thermal Infrared Data, International Journal of Remote Sensing; Vol. 20 (5), p. 947-959, 1999.

WMO-World Meteorological Organization, Weather and Water in Cities, WMO-No- 853, 1997.

Vaughan R. A. and Cracknell A. P., Remote Sensing and Global Climate Change, Springer-Verlag, Heidelberg, 1994.

Contacto

Giulia Abbate, ENEA, Brindisi

Tel. +39 0831 507 310, fax: +39 0831 507 308, correo electrónico: gabbate@cetma.brindisi.enea.it

Sobre el autor

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Giulia Abbate se graduó en Física en la Universidad de Roma (Italia) en 1976. Es Investigador Senior en el campo de las aplicaciones de las técnicas de percepción remota, principalmente para el entorno urbano, y trabajó anteriormente en el proyecto Antarctic y en energía nuclear. Ha trabajado en el Centro de Investigación de ENEA en Casaccia (Roma) desde 1978 hasta marzo de 2000. Desde entonces ha estado en el Centro de Investigación de ENEA en Brindisi (Italia Meridional), donde trabaja en cooperación con muchas instituciones, universidades y agencias a nivel nacional e internacional.

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