Forma urbana, densidade da população e zonas climáticas locais: influências e avaliação da ilha de calor urbana em Bogotá, Colômbia

Abstract

The study of the Urban Heat Island (UHI), as the main phenomenon of climatic alteration caused by urbanization, is fundamental to understand the effect of urban areas on their regional climate. This dissertation presents a study based, first, on understanding the influence of the urban form, created by the size (population) and concentration of its population (population density) in UHI of the city of Bogotá, Colombia. Second, the thermal changes that occur within the urban area are explored through the classification of the Local Climate Zones (LCZ), based on the urban form parameters. The first part is characterized by the urban, sub-urban and rural thermal contrasts according to the annual temperature differences (ΔTu-r). For this, air temperature data (obtained from eleven meteorological stations) were sampled and statistically treated to associate Population (p) and Population Density (PD) data for each station. Different variables of the urban land cover and the urban morphology were extracted and analyzed for each sector around the stations. Among the data, a significant positive relationship was found between PD and ΔTu-r. In the same way, the parameters of the urban form most correlated with PD and ΔTu-r, were the Sky View Factor (SVF) and the Permeable Surface Fraction (%PSF). A prediction model based on PD was proposed and applied in the creation of a city thermal map. The second part is characterized by the stations and their areas of influence LCZ classification. Daily observations of the maximum (Tmax), minimum (Tmin) and mean (Tmean) and hourly (T7:00, T13:00 and T19:00) air temperature were obtained. Their distribution and variation were analyzed, as well as the air temperature-based indices and thermal sensation indices that were calculated to identify patterns in the behavior and thermal differences (ΔTZCLX-ZCLD) between the stations and their ZCL. The results showed that densities higher than 14500 inhabitants/km2 can cause ΔTu-r >1°C, greater sky obstruction (SVF < 0.45) and a great green areas and vegetation cover decrease (%PSF < 30%). On the other hand, observations, air temperature-based indices and thermal sensation indices, created by Tmin, T7:00 and T19:00 data, clearly show the variations and differences between the stations and their LCZ. Values of ΔTZCLX-ZCLD > 5°C were found in the densely urbanized LCZ. This dissertation concludes that the urban form, caused by the population density, has a great effect on temperature differences, these thermal changes are most clear between open and compact LCZ areas within the city of Bogotá.

El estudio de la Isla de Calor urbano (ICU), como principal fenómeno de alteración climática causada por la urbanización, es fundamental para comprender el efecto de las áreas urbanas en su clima regional. Esta disertación presenta un estudio basado, en primer lugar, en entender la influencia de la forma urbana, creada por el tamaño (población) y concentración de su población (densidad de la población) en ICU de la ciudad de Bogotá, Colombia. En segundo lugar, los cambios termales que se presentan dentro del área urbana son explorados por medio de la clasificación de las Zonas Climáticas Locales (ZCL), apoyada en los parámetros de la forma urbana. La primera parte es caracterizada por los contrastes térmicos urbanos, suburbanos y rurales según las diferencias de temperatura anual (ΔTu-r). Para esto, datos de la temperatura del aire (obtenidos de once estaciones meteorológicas) fueron organizados y estadísticamente tratados para que los datos de la Población (p) y Densidad de la Población (DP) fueran asociados. Diferentes variables de la cobertura de la tierra y la morfología urbana fueron extraídas y analizadas para cada sector alrededor de las estaciones. Entre los datos, se encontró una significante relación positiva entre DP y ΔTu-r. De la misma manera, los parámetros de la forma urbana más correlacionados con DP y ΔTu-r, fueron el Factor de Visión del Cielo (FVC) y la Fracción de Superficie Permeable (%Imp). Un modelo de predicción basado en DP fue propuesto y aplicado en la creación de un mapa térmico de la ciudad. La segunda parte es caracterizada por la clasificación de las ZCL de las estaciones y sus áreas de influencia. Observaciones diarias de la temperatura máxima (Tmax), mínima (Tmin) y media (Tmed) y horarias (T7:00, T13:00 y T19:00) fueron obtenidas. Su distribución y variación fueron analizadas, al igual que los índices basados, en la temperatura y sensación térmica, que fueron calculados con estos datos para encontrar patrones en el comportamiento y diferencias térmicas (ΔTZCLX-ZCLD) entre las estaciones y sus ZCL. Los resultados mostraron que densidades superiores a 14500 habitantes/km2 pueden causar ΔTu-r > 1°C, mayor obstrucción del cielo (SVF < 0.45) y una gran disminución en áreas verdes y cobertura vegetal (%Imp < 30%). Por otro lado, observaciones e índices basados, en la temperatura y sensación térmica, creados por datos de Tmin, T7:00 y T19:00 muestran claramente las variaciones y diferencias entre las estaciones y sus ZCL, encontrándose ΔTZCLX-ZCLD > 5°C en las ZCL densamente urbanizadas. Esta disertación concluye que la forma urbana, causada por la densidad de la población, tiene un gran efecto en las diferencias de temperatura, estos cambios termales son más claros entre ZCL de áreas abiertas y compactas dentro de la ciudad de Bogotá.