Les zones climàtiques locals: La nova cartografia urbana i rural segons la seva resposta tèrmica

Els paisatges urbans concentren més de la meitat de la població del planeta i la tendència és que dos terços de la població es concentrin en elles el 2050. En definitiva, són zones més exposades i vulnerables a aquests efectes a causa de l’alteració i ocupació del medi agreujats pel canvi climàtic global.

Existeixen molts factors que influeixen en la variabilitat del clima urbà, com poden ser les diferents morfologies urbanes i propietats tèrmiques dels materials que la constitueixen. Un dels efectes més estudiats és l’efecte d’illa de calor urbana (ICU). Sobre la base d’aquesta premissa, sorgeix una nova metodologia anomenada Local Climate Zones (LCZ), establint un sistema d’estandardització de zones urbanes i rurals a la seva resposta tèrmica. Les LCZ estan conformades per un total de 17 categories mesurables que responen a paràmetres geomètrics, tèrmics, radiatius i metabòlics. A partir d’aquesta classificació, de propòsit climàtic, és possible estudiar espaciotemporalment de forma més detallada les afectacions del clima a les ciutats.

Actualment els models climàtics i meteorològics urbans són deficitaris quant a la descripció adequada de les cobertures del sòl com a paràmetres d’entrada. Les LCZ responen a aquesta problemàtica i a altres com poden ser la millora del planejament urbà  o la comparació estandarditzada de ciutats amb diferents morfologies. En aquest sentit, el projecte internacional WUDAPT ha creat unes directrius i metodologia basades en observació de la terra amb la finalitat de construir una base de dades de ciutats de tot el món amb aquesta classificació, permetent estandarditzar, comparar ciutats i proveir de millors dades als models meteorològics i climàtics.

Zona d’estudi i dades

Per aplicar la classificació de les LCZ s’ha seleccionat l’Àrea Metropolitana de Barcelona (AMB) s’han usat:

• Urban Atlas (GSD=0,25ha)
• CORINE Land Cover (GSD=25ha)
• MCSC IV (GSD=0,25m)
• 3D Model de l’AMB (GSD=0,5m)
• Ortofotografía de Catalunya
• Imatges LANDSAT 8 (GSD=30m)
• Google Earth Pro (Model 3D i Imatges en satèl·lit)

Addicionalment i per a caracteritzar les LCZ s’ha usat una imatge a partir del sensor hiperespectral del ICGC, TASI amb un GSD=4m, de la nit del dia 20/02/2012.

Metodologia

La metodologia seguida a la creació de les cartografies s’ha fet seguint els diagrames de flux que es mostren a continuació:

Figura 1. Metodologia per obtenir la cartografia de LCZ-HR.

Figura 2. Metodologia per obtenir la cartografia de LCZ-WUDAPT.

Problemàtica

L’illa de calor urbana és un fenomen d’origen tèrmic que es produeix en àrees urbanes i que consisteix en la diferència de temperatura, que tendeix a ser més elevada especialment durant la nit, al centre de les ciutats (on se sol haver-hi una concentració elevada d’edificació) que a les àrees del voltant periurbanes i rurals.

En base a estudis previs a Barcelona, podem afirmar que l’efecte d’illa de calor a Barcelona és força notori, amb diferències mitjanes que sobrepassen els 3ºC de temperatura i amb màxims que poden superar els 6ºC entre el centre de la ciutat i l’aeroport situat en una zona considerada periurbana.

Resultats

La cartografia LCZ-HR, creada a partir d’una fusió vectorial, ens permet atribuir a cada polígon una categoria. En la taula 1 observem la distribució en percentatge (%) de les categories i les comparem. Aquest segon model s’ha realitzat seguint la metodologia proposada en el projecte internacional WUDAPT basat en la identificació de zones d’entrenament (prèviament validades) mitjançant imatges Landsat 8 i amb resolució espacial o GSD de 100 m.

Figura 3. Cartografia LCZ-HR i cartografia LCZ-WUDAPT per veure a que fa referència cada LCZ: http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/BAMS-D-11-00019.1.

En el model WUDAPT, el 51,58% de la superfície de l’AMB la constitueixen zones urbanes (LCZ 1-10) mentre que en la capa d’alta resolució ocupa el 29,32%. Això es deu al fet que el mètode WUDAPT treballa a 100 m i en el procés d’interpolació s’acaba generalitzant. Tant en la metodologia LCZ-HR com WUDAPT, observem com la categoria de bosc natural (LCZ-A) és la categoria més important amb un 24.07% i 18.42% (Parc Natural de Collserol) li segueix la LCZ-C pertanyent a matolls i arbustos. Entre les superfícies classificades com a urbanes, destaquen els polígons industrials (LCZ-8), els edificis densos de menys de 25 m d’altitud (LCZ-2) i la categoria LCZ-6 constituïda per cases poc denses. El model WUDAPT representa menys bé zones urbanes. El mètode WUDAPT és una bona capa per usar en models urbans climàtics i el LCZ-HR, al ser més detallat en l’ordenació del territori. Estadísticament s’observa que els dos models es correlacionen (ρ=0,83).

Taula 1. Percentatge de superfície de cada cartografia de LCZ (LCZ-HR i LCZ-WUDAPT).

Per veure el comportament i la caracterització de cadascuna de les categories LCZ, s’ha acoblat la imatge tèrmica del sensor TASI de l’ICGC sobre la cartografia LCZ-HR. La figura 4 mostra la distribució del mapa de temperatures superficials TASI per a cadascuna de les LCZ. Les categories 1 i 4 pertanyents a morfologies d’edificis alts, són les que registren temperatures més elevades juntament amb la categoria 10 que fa referència a fàbriques. Tot i així, aquestes tres categories són minoritàries dins l’AMB. Les segueixen les categories 2 i 5 (la categoria 2 és la més representativa dins de les zones urbanes). Les categories 3 i 6 són les categories més fredes en el context de zones urbanes contínues (1-6). Existeix una clara distinció en els sòls urbans que en general es mouen entre els 4 i 6ºC i els sòls no urbans, exceptuant la categoria 9,  que se situen en general entre els 2 i 4ºC. Destacar que la categoria E té màxims molt elevats perquè també considera les vies de comunicació principalment asfalt. Cal esmentar que la categoria 8, constituïda principalment per polígons industrials, té una temperatura baixa. La raó és que les emissivitats són molt baixes (cobertes metàl·liques) i els algorismes de separació de temperatura i emissivitat en l’espectre tèrmic no resulten prou eficaços.

Figura 4. Boxplot de les temperatures de LCZ-HR mitjançant la imatge tèrmica TASI.

Conclusions

En aquest article es proposa una metodologia per cartografiar les LCZ basada en les diferents bases de dades i capes que disposa l’AMB. S’ha pogut implementar així un model LCZ_HR on resulta factible modificar cada categoria de LCZ i, per tant, analitzar i proposar canvis en els usos del sòl, sota criteris de sostenibilitat i/o resiliència, per exemple als extrems de temperatura. En definitiva, una eina útil per als responsables en l’ordenació de l’ecosistema urbà.

S’han comparat dues cartografies, la proposta LCZ-HR i la metodologia WUDAPT. Hem observat que tenen una alta correlació. El mètode WUDAPT és útil com a capa per usar models meteorològics i climàtics a escala urbana, el model LCZ-HR també pot ser-ho dins de l’àmbit de l’ordenació territorial.

S’ha creuat la imatge tèrmica TASI del 20/02/2012 i s’ha caracteritzat cada LCZ. Les categories 1 i 4 d’edificis més elevats i més densament urbanitzats són les que registren les temperatures més elevades.

En treballs futurs l’objectiu és el d’acoblar, a partir de models meteorològics urbans, situacions d’ones de calor extremes o ICU pronunciades i observar nous efectes amb la finalitat de disminuir la vulnerabilitat de la ciutat proposant una planificació més sostenible enfront d’episodis meteorològics de perillositat alta.