El clima en las ciudades

Bases

¿Qué controla el clima urbano?

El clima de las ciudades es el resultado de muchos factores naturales y antropogénicos. La contaminación atmosférica, los materiales que forman la ciudad, emisiones de calor antropogénico, junto con factores naturales, causan diferencias climáticas entre las ciudades y las zonas no urbanas.

El clima de una determinada ciudad está controlado por muchos factores naturales, tanto a gran escala (por ejemplo la latitud)  como a escala media (por ejemplo, topografía, masas de agua). A medida que una ciudad crece y se desarrolla, aparecen nuevos factores que cambian el clima local de una ciudad y contribuyen a la formación de distintos climas urbanos.

Nota: ¡Los colores  usados en el texto corresponden a los colores que se usan en la figura de debajo!

1. Factores que controlan el clima urbano
Autor: Sebastian Wypych

En una ciudad, grandes zonas de la superficie del suelo, especialmente en el centro de la ciudad, están cubiertas de calles, edificios, etc., construidos con varios materiales impermeables (hormigón, asfalto, etc.). La cubierta de suelo original puede conservarse en zonas de césped y parques, pero suele ocupar sólo una pequeña parte del área de la ciudad. La superficie de la ciudad suele tener un caracter complejo, consistente en un mosaico de distintos materiales de superficie. Cada material de la superficie tiene un albedo diferente, lo que altera la fracción de radiación solar reflejada y absorbida por la superficie. Para una ciudad en conjunto, el albedo puede ser como mínimo de 10-15% (los albedos de la nieve recién caída son mayores del 80%) lo que significa que gran parte de la energía solar que llega, es absorbida por la ciudad. Además, la mayoría de los materiales de construcción empleados para la construcción de las ciudades se caracterizan por la elevada capacidad de calor y la alta conductividad de calor.

Además, las geometría en tres dimensiones de las ciudades tiende a captar la radiación cerca de la superficie por lo que se observan pérdidas de radiación de onda larga. Esto quiere decir que gran parte de la energía se almacena en la ciudad durante el día y la radia gradualmente durante la noche. Ésto hace que el enfriamento durante la noche sea más lento en una ciudad en comparación con zonas no urbanas. 

Otro factor importante que modifica el clima urbano es la contaminación atmosférica. Ésta cambia la composición de la atmósfera urbana, reduce la transmisividad aumentando el factor de absorción, y por tanto reduce la cantidad de radiación solar que llega a la superficie del suelo. En otras palabras, los contaminantes atmosféricos ocupan la luz solar haciendo que el aire sea menos transparente. Por lo tanto, llega menos radiación solar al suelo. La contaminación atmosférica de las ciudades contiene gases y partículas solidas, emitidas por la industria, el transporte, sistemas de calefacción, etc. El centro de la ciudad suele estar más contaminado que los alrededores, pero depende de la localización de la industria y de las calles con tráfico intenso. Durante el día, las mayores concentraciones de contaminación atmosférica suelen observarse en las horas con tráfico más intenso. En el curso del año, las mayores concentraciones de contaminantes tienden a darse en invierno cuando gran cantidad de contaminación atmosférica dañina es emitida por la quema de distintos tipos de combustibles, para calentar los edificios de la ciudad y cuando la atmósfera es más estable y por tanto con menor tendecia a mezclarse. Sin embargo, el smog fotoquímico se forma en verano cuando las temperaturas son más altas (más información sobre esto, en las partes de "Smog de ozono" y "Contaminación atmosférica: efectos negativos").

4. Cambios diarios en la contaminación atmosférica de un día soleado típico de verano. Cracovia, Polonia, 22 Agosto, 2003.
  
En verano, el transporte es la principal fuente de contaminación atmosférica. Durante la mañana, el tráfico intenso causa una alta emisión de óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono (Fig. a y b). Alrededor el medio día y durante la tarde, a medida que aumenta la temperatura y disminuye la velocidad del viento (Fig. c), las reacciones químicas (debidas a la presencia de luz solar) causan la disminución de óxidos de nitrógeno y el aumento de ozono troposférico (Fig. a).
Estas medidas se hicieron sobre una franja estrecha de área verde, en medio de una calle de doble sentido con tráfico muy intenso (Krasinskiego Avenue). Las concentraciones de contaminantes atmosféricos se midieron a 4 m de la superficie del suelo. La velocidad del viento se midió 10 m sobre la superficie del suelo y la temperatura del aire a 6 m de la superficie del suelo.
Autores: Anita Bokwa, Sebastian Wypych
Fuente de datos: Voivodship Inspectorate of Environmental Protection in Cracow

5. Cambios diarios de contaminación atmosférica en un día típico de invierno. Cracovia, Polonia, 26-27 Dic., 2002.
  
En invierno, las emisiones resultantes de la producción de energía para el calentamiento de los edificios es la principal fuente de contaminación atmosférica. Al estar la temperatura muy por debajo de cero (Fig. c) las intensas emisiones de las fuentes de calor provocan altas concentraciones de materia particulada (llamada PM10, es decir partículas con un diámetro de 10 micrometros o menos), monóxido de carbono y dióxido de azufre (Fig. a y b). Al disminuir la velocidad del viento y llegar a temperaturas muy por debajo de cero (situación típica para la inversión de temperatura-Fig. c), la contaminación atmosférica se queda próxima a la superficie debido a las capas de inversión y no sale de la ciudad porque la concentración se mantiene alta.
La medida de contaminantes atmosféricos se realizó en medio de una plaza del centro de la ciudad (The Main Tower), 12 m sobre la superficie del suelo (los instrumentos se instalan el la pared de la torre del Ayuntamiento de la Ciudad). La velocidad del viento se midió 10 m sobre el nivel del suelo, y la temperatura del aire a 6 m sobre el nivel del suelo.
Autores: Anita Bokwa, Sebstian Wypych
Fuente de datos: Voivodship Inspectorate of Environmental Protection in Cracow

Otro factor importante que controla la contaminación atmosférica es el calor antropogénico, o generado por el hombre. Se trata del calor liberado como subproducto de la calefacción en invierno (aire acondicionado en verano), y de otras actividades (quema de combustibler fósiles, producción industrial y transporte). La cantidad de calor antropogénico depende de la energía usada por los habitantes individualmente, de la densidad de población de la ciudad, de la cantidad de industria y de la localización de la ciudad. 

En una ciudad, la evaporación puede ser reducida de forma significativa ya que las superficies artificiales no absorben de la misma forma que las naturales. Además, durante la lluvia, el agua llega rápido a las alcantarillas y la superficie urbana tiende a secarse rápidamente. Así, el calor no se utiliza para la evaporación (porque hay poca agua que evaporar) y calienta la atmósfera de la ciudad. Sin embargo, es importante reconocer que en muchas ciudades, o áreas de ciudades, puede haber cantidades importantes de vegetación.

El impacto de factores antropogénicos en el clima urbano depende del tamaño de la ciudad y su estructura espacial, número de habitantes, y la concentración de la industria. Las ciudades pequeñas, con edificios relativamente pequeños repartidos por zonas verdes, sin fábricas ni plantas industriales, tenderán a modificar su clima menos que las ciudades con edificios altos.

La organización natural en la que una ciudad se localiza, puede suponer un gran impacto en la influencia de los factores antropogénicos sobre el clima local. Por ejemplo, una ciudad situada en una cuenca montañosa experimentará normalmente niebla y débiles corrientes de aire. Ésto hace que la calidad del aire sea pobre, empeorado por las frecuentes inversiones de temperatura. El concepto de inversión de aire, se trata en el capítulo "La estructura vertical...". En una ciudad situada en una cuenca o un valle profundo, la principal razón por la que se forma inversión, es la presencia de sombras en la parte inferior del paisaje por las pendientes, así la parte más baja y en sombra está más fría que las situadas por encima, lo que hace que el aire que está cerca del suelo forme la inversión de temperatura.

El clima urbano se puede mejorar planeando la estructura urbana de forma que disminuya el impacto negativo de los factores tanto antropogénicos como naturales. Por ejemplo, con la localización estratégica de zonas verdes (p.e. parques) y masas de agua (p.e. estanques, fuentes). Las fábricas deberían construirse de acuerdo a las direcciones del viento predominante, de forma que la contaminación atmosférica se aleje por el viento y no llegue a las zonas urbanizadas.

Páginas relacionadas:

Cada material de la superficie tiene diferente albedo. Lee más sobre esto en:
Clima en las ciudades - Más - Unidad 2 - Radiación
Aprenderás más sobre contaminación atmosférica en:
Clima en las ciudades - Bases - Unidad 1 - Causas
Lee más sobre smog fotoquímico en:
Baja atmósfera - Bases - Unidad 3 - Smog de ozono (Sólo en inglés)
Clima en las ciudades - Bases - Unidad 1 - Efectos negativos
El concepto de inversión térmica se trata en:
Baja atmósfera - Bases - Unidad 1 - Vertical 

Sobre esta página:

Autores: Sebastian Wypych, Anita Bokwa - Jagiellonian University - Cracovia / Polonia
Colaborador: Anna Gorol
1. Supervisor científico: Prof. Barbara Obrebska-Starkel - Jagiellonian University - Cracovia / Polonia - 20-06-2003
2. Supervisor científico: Dr. Marek Nowosad - Maria Curie-Sklodowska University - Lublin / Polonia - 16-06-2003
3. Supervisor científico: Prof. Yair Goldreich - Bar-Ilan University - Ramat-Gan / Israel - 21-09-2003
4. Supervisor científico: Prof. Sue Grimmond - Indiana University - Bloomington / USA - 2004-06-03
Corrección pedagógica:
última actualización: 12-06-2004