Misura del CLUHI (Canopy Layer Urban Heat Island)

Il Canopy Layer Urban Heat Island (CLUHI) si estende come visto dalla quota del terreno alla sommità della copertura degli edifici. Il rilievo dell’isola di calore urbano in questo range atmosferico è fortemente influenzata da effetti climatici su scala locale e da effetti climatici di microscala.

Il rilievo statico dell’UHI può essere ottenuto realizzando una rete (network) di sensori posizionati ad una altezza standard di riferimento, definita in letteratura screen level a circa in 1,30 m (figura 48.E, pag. 118).

Secondo Voogt (http://epa.gov/), il disegno del network deve essere tale da soddisfare le caratteristiche del modello concettuale di Lowry specialmente nei criteri di localizzazione dei sensori in area urbana e rurale. In particolare la localizzazione dei sensori in area urbana offre fonte di indecisione per le seguenti motivazioni:

- può non essere semplice interpretare il dato termico misurato per scindere le componenti accidentali dovute ad effetti microclimatici dalla temperatura di riferimento, come mostrato nel modello proposto da Lowry;

- ciascun sensore indaga una porzione di atmosfera, ma non è possibile sapere per quanta di questa porzione la misura sia rappresentativa;

Questi sensori, devono inoltre essere adeguatamente schermati dalla radiazione solare diretta ed eventualmente essere ventilati forzatamente.

La buona qualità dei dati del rilievo di temperatura è quindi fortemente vincolata alle condizioni in cui si trova il sensore di temperatura, cioè ai fattori che influenzano istante per istante il dato rilevato. Questi fattori di incertezza dovranno essere accuratamente riportati in monografia, insieme alle caratteristiche distintive del punto rilevato; troveremo dunque ad esempio:

113  Nome del punto;

 Luogo (via, quartiere, comune, provincia);  Materiale o tipo di copertura;

 Posizionamento (coordinate geografiche e cartografiche, indicazioni sull’accuratezza);

 Arco temporale di acquisizione;  Strumentazione;

 Altezza dal suolo;

 Fotografie del punto ripreso a diverse scale di presa, e presa panoramica dell’ambiente circostante quando possibile.

Due esempi di monografia per punti sono proposti in Appendice B.

Altri fattori possono interessare per correzioni specifiche come la velocità del vento (valutabile con un anemometro) o la classe di rugosità della copertura.

Un altro metodo per ottenere buone stime del CLUHI è la realizzazione di transetti di temperatura in cinematico, utilizzando un’autovettura adeguatamente strumentata.

Sempre Voogt definisce alcuni requisiti importanti per ottenere stime accurate del fenomeno UHI in cinematico:

- E’ necessario apportare correzioni per le variazioni di temperatura durante il tempo della traversata; almeno i dati iniziali e finali registrati devono deve essere comuni ad un riferimento termico fisso. Le correzioni possono essere apportate assumendo modelli di raffreddamento lineare o logaritmico, ma le funzioni potrebbero non rappresentare adeguatamente il fenomeno di variazione nel tempo; se dovesse verificarsi questa eventualità una possibile soluzione è riferire il campo di temperature ad un istante prefissato, ad esempio quello iniziale;

- è importante considerare le condizioni di esposizione all’aria e, più in generale, all’ambiente, della strumentazione di rilievo. I sensori di temperatura, come nel caso statico, devono essere adeguatamente schermati dalla radiazione solare diretta ed eventualmente ventilati

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forzatamente; bisogna evitare l’esposizione al calore del motore e/o agli scarichi diretti di altri veicoli;

- è consigliabile la presenza di un ricevitore GPS che consenta la materializzazione puntuale dei dati termici rilevati;

- considerazioni devono essere infine fatte sulle velocità di percorrenza dei transetti e sul rapporto tra il campionamento spaziale e temporale, tenendo a mente che la strumentazione presenta una propria inerzia termica ed un periodo di adattamento alla temperatura;

Un esempio di utilizzo di reti di monitoraggio con sensori fissi per la valutazione di CLUHI è stato pubblicato da Sullivan (2009), riguardante l’utilizzo di sensori di temperatura (data loggers) a basso costo per la valutazione dell’isola di calore urbano sulla città di Tampa (Florida).

La sperimentazione è stata condotta materializzando una rete di 94 sensori di temperatura, con capacità risolvente dichiarata di 0,125 °C ed una accuratezza dell’ordine di 1 °C. Per determinare la posizione dei sensori all'interno dell'area di studio è stato utilizzato il tool Hawth implementato in ArcGIS. La generazione della maglia di punti non è stata casuale, ma influenzata dall’introduzione di un peso. Il peso in questione era costituito da un’immagine raster i cui valori di DN rappresentavano, in un range da 0 a 100, la permeabilità della superficie urbana rispetto a quella rurale nell’area di studio (prodotto USGS, 2002). In questo modo, pur utilizzando una routine di campionamento casuale, si sono indagate quelle aree che presentavano una percentuale maggiore di superficie impermeabile e quindi un maggiore peso contributivo sul fenomeno UHI.

La figura 46 mostra il posizionamento planimetrico dei sensore nell'area di studio. Per quanto riguarda la posizione altimetrica, in accordo con i criteri visti in precedenza, si è materializzato uno screen level ad un’altezza di circa 2,00 m, scegliendo di posizionare i sensori sui pali della rete elettrica cittadina (figura 46), con esposizione a Nord per limitare gli effetti della radiazione solare diretta.

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Figura 46: Posizionamento planimetrico dei sensori (data loggers) di temperatura sull’area di studio. In alto a

sinistra nell’immagine, un esempio di posizionamento del sensore su palo elettrico. Interessante notare che solo 5 dei 94 sensori utilizzati sono posti in area rurale, e comunque non equamente distribuiti sull’area di studio.

La campagna di registrazione dei dati di temperatura è stata condotta nell'estate del 2007 con intervallo di campionamento dati di 30 min. Un secondo periodo di campionamento, nell'estate del 2008, è stato utilizzato per convalidare i dati raccolti durante l'estate del 2007.

Grazie alla densità di distribuzione dei sensori, e all’uso di modelli di interpolazione spaziale, è stato possibile discriminare il fenomeno di CLUHI in

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una mappa delle temperature. Riportiamo di seguito i risultati ottenuti sulla distribuzione spaziale delle differenze di temperatura (∆Tu-r) nell’area di studio.

Le figure 47 e 48 descrivono rispettivamente la distribuzione spaziale dei valori di ∆Tu-r del 2007 alle ore 11:30 del mattino ed alle 15:00 del pomeriggio.

Figura 47: Mappa delle differenze di temperature alle ore 11:30 del mattino (2007) nell’area di studio di

Tampa. Scala delle temperature in gradi Fahrenheit.

Visto in una prospettiva spaziale, i dati provenienti dai sensori di temperatura tendono ad indicare che il fenomeno dell’UHI non è omogeneo, e di fatto varia spazialmente all'interno di un'area urbana.

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Figura 47: Mappa delle differenze di temperature alle ore 15:00 del mattino (2007) nell’area di studio di

Tampa. Scala delle temperature in gradi Fahrenheit.

Il confronto tra il pattern di temperatura delle ore 11:30 con quello ottenuto per le ore 15:00 (Figura 9) indica che l’isola di calore per l'area di studio di Tampa varia non solo spazialmente, ma anche temporalmente. Ulteriori ricerche (non descritte qui) hanno dimostrato che esiste un rapporto diretto molto significativo tra la percentuale di superficie impermeabile nell'area di studio di Tampa e la variazione spaziale e temporale della differenza di temperatura dovuta al fenomeno UHI.

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