Impacto de la urbanización: Isla de calor urbana: prevención mediante techos solares con generación simultánea de electricidad

Una isla de calor urbana (ICU) es un área urbana o metropolitana significativamente más cálida que las áreas rurales circundantes debido a la actividad humana. La diferencia de temperatura suele ser mayor durante la noche que durante el día y más pronunciada cuando los vientos son débiles. La ICU es especialmente notable en verano e invierno. La causa principal del efecto ICU reside en los cambios en la superficie terrestre. Un estudio ha demostrado que las islas de calor pueden verse influenciadas por la proximidad a diferentes tipos de cobertura terrestre, de modo que la proximidad a terrenos áridos provoca el calentamiento del suelo urbano, mientras que la proximidad a la vegetación lo enfría. El calor residual generado por el uso de energía es otro factor. A medida que un centro de población crece, su superficie aumenta y la temperatura promedio se eleva. El término "isla de calor" también se utiliza; puede referirse a cualquier área relativamente más cálida que su entorno, pero generalmente se refiere a áreas perturbadas por la actividad humana.

Las precipitaciones mensuales son mayores en la zona de sombra pluvial de las ciudades, en parte debido al UHI. El aumento de calor en los centros urbanos prolonga las temporadas de crecimiento y reduce la ocurrencia de tornados débiles. El UHI empeora la calidad del aire al aumentar la producción de contaminantes como el ozono, y degrada la calidad del agua a medida que el agua más caliente fluye hacia los ríos de la región, lo que afecta sus ecosistemas.

No todas las ciudades presentan un efecto de isla de calor urbano pronunciado, y sus características dependen en gran medida del clima de la zona donde se ubican. Este efecto puede mitigarse mediante techos verdes, refrigeración radiativa pasiva durante el día y el uso de superficies claras en las zonas urbanas, que reflejan más luz solar y absorben menos calor. La urbanización ha exacerbado los impactos del cambio climático en las ciudades.

El fenómeno fue estudiado y descrito por primera vez por Luke Howard en la década de 1810, aunque no fue él quien le dio nombre. La investigación sobre la atmósfera urbana continuó durante el siglo XIX. Entre las décadas de 1920 y 1940, investigadores de Europa, México, India, Japón y Estados Unidos, en el marco de los campos emergentes de la climatología local o la meteorología a microescala, buscaron nuevos métodos para comprender el fenómeno. En 1929, Albert Peppler utilizó el término "isla de calor urbana", considerado el primer ejemplo de este fenómeno. Entre 1990 y 2000, se publicaron aproximadamente 30 estudios al año; para 2010, esta cifra había aumentado a 100, y para 2015, había superado los 300.

Existen varias causas del efecto isla de calor urbano. Las superficies oscuras absorben significativamente más radiación solar, lo que provoca que las calles y los edificios en las zonas urbanas se calienten más durante el día que en las zonas suburbanas y rurales. Los materiales que se utilizan habitualmente para superficies de carreteras y tejados en zonas urbanas, como el hormigón y el asfalto, tienen propiedades de volumen térmico (incluida la capacidad calorífica y la conductividad térmica) y propiedades radiativas superficiales (albedo y emisividad) significativamente diferentes a las de las zonas rurales circundantes. Esto altera el balance energético del área urbana, lo que a menudo resulta en temperaturas más altas que en las zonas rurales circundantes. Otra razón importante es la falta de evapotranspiración (p. ej., debido a la falta de vegetación) en las zonas urbanas. El Servicio Forestal de EE. UU. descubrió en 2018 que las ciudades de Estados Unidos pierden 36 millones de árboles cada año. Con la disminución de la vegetación, las ciudades también pierden la sombra y el efecto refrescante de los árboles a través de la evaporación.

Otras causas de las islas de calor urbanas (ICU) se deben a efectos geométricos. Los edificios altos en muchas áreas urbanas ofrecen múltiples superficies para la reflexión y absorción de la luz solar, lo que aumenta la eficiencia de las islas de calor urbanas. Esto se conoce como el "efecto cañón urbano". Otro efecto de los edificios es el bloqueo del viento, que también impide la refrigeración por convección y la eliminación de contaminantes. El calor residual de los automóviles, los aires acondicionados, la industria y otras fuentes también contribuye al efecto ICU. Los altos niveles de contaminación en las áreas urbanas también pueden exacerbar el efecto ICU, ya que muchas formas de contaminación alteran las propiedades radiativas de la atmósfera. El efecto ICU no solo aumenta las temperaturas en las ciudades, sino también las concentraciones de ozono, dado que el ozono es un gas de efecto invernadero cuya formación se acelera con el aumento de las temperaturas.

En la mayoría de las ciudades, la diferencia de temperatura entre las zonas urbanas y rurales circundantes es máxima durante la noche. Si bien la diferencia de temperatura es considerable durante todo el año, generalmente es mayor en invierno. La diferencia de temperatura típica entre el centro de la ciudad y los campos circundantes es de varios grados. La diferencia de temperatura entre el centro de una ciudad y las afueras circundantes a veces se menciona en los informes meteorológicos, por ejemplo, 20 °C en el centro de la ciudad y 18 °C en las afueras. La temperatura media anual del aire en una ciudad con un millón de habitantes o más puede ser entre 1,0 y 3,0 °C más alta que en el área circundante. Por la noche, la diferencia puede alcanzar los 12 °C.

El efecto de isla de calor urbana (ICU) puede definirse como la diferencia de temperatura del aire (ICU del dosel) o como la diferencia de temperatura superficial (ICU superficial) entre zonas urbanas y rurales. Ambas presentan una variabilidad diurna y estacional ligeramente distinta y tienen causas distintas.

El IPCC señaló que «las islas de calor urbanas son conocidas por aumentar las temperaturas nocturnas más que las diurnas en comparación con las zonas no urbanas». En Barcelona, ​​España, por ejemplo, las temperaturas máximas diurnas son 0,2 °C más bajas y las mínimas 2,9 °C más altas que en una estación rural cercana. Una descripción del primer informe sobre islas de calor urbanas (ICU) de Luke Howard, de finales de la década de 1810, indica que el centro de Londres es 2,1 °C más cálido por la noche que el campo circundante. Si bien la temperatura del aire más cálida dentro de la ICU suele ser más perceptible por la noche, las islas de calor urbanas presentan un comportamiento diurno significativo y algo paradójico. La diferencia de temperatura del aire entre la ICU y el área circundante es grande por la noche y pequeña durante el día. Lo contrario ocurre con las temperaturas superficiales del paisaje urbano dentro de la ICU.

Durante el día, especialmente con cielos despejados, las superficies urbanas se calientan mediante la absorción de la radiación solar. Las superficies en zonas urbanas tienden a calentarse más rápido que las de las zonas rurales circundantes. Debido a su alta capacidad calorífica, las superficies urbanas actúan como una vasta reserva de energía térmica. Por ejemplo, el hormigón puede almacenar aproximadamente 2000 veces más calor que un volumen comparable de aire. Por lo tanto, las altas temperaturas superficiales diurnas dentro de la isla de calor urbana (ICU) se detectan fácilmente mediante teledetección térmica. Como suele ocurrir con el calentamiento diurno, este calentamiento también genera vientos de convección dentro de la capa límite urbana. Se cree que, debido a la mezcla atmosférica resultante, la alteración de la temperatura del aire dentro de la ICU es generalmente mínima o inexistente durante el día, aunque las temperaturas superficiales pueden alcanzar niveles extremadamente altos.

Por la noche, la situación se invierte. La ausencia de calor solar provoca una disminución de la convección atmosférica y una estabilización de la capa límite urbana. Si la estabilización es suficiente, se forma una capa de inversión térmica. Esta atrapa el aire urbano cerca de la superficie, manteniéndolo caliente gracias a las superficies urbanas aún cálidas, lo que resulta en temperaturas nocturnas más cálidas dentro de la isla de calor urbana (ICU). Además de las propiedades de retención de calor de las zonas urbanas, el máximo nocturno en los cañones urbanos también podría deberse a la obstrucción de las vistas del cielo durante el enfriamiento: las superficies pierden calor por la noche principalmente a través de la radiación hacia el cielo comparativamente frío, que se ve bloqueado por los edificios en una zona urbana. El enfriamiento radiativo es más dominante cuando la velocidad del viento es baja y el cielo está despejado; de hecho, la ICU es máxima por la noche en estas condiciones.

El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) es un organismo intergubernamental de las Naciones Unidas encargado de ampliar nuestro conocimiento sobre el cambio climático antropogénico. Fue creado en 1988 por la Organización Meteorológica Mundial (OMM) y el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), y posteriormente ratificado por la Asamblea General de las Naciones Unidas. Con sede en Ginebra, Suiza, está integrado por 195 Estados miembros. El IPCC está gobernado por sus Estados miembros, quienes eligen una Junta de Científicos que ejerce sus funciones durante un ciclo de evaluación (generalmente de seis a siete años). El IPCC cuenta con el apoyo de una Secretaría y diversas Unidades de Apoyo Técnico, compuestas por grupos de trabajo y equipos especiales especializados.

El IPCC proporciona información científica objetiva y exhaustiva sobre el cambio climático antropogénico, incluyendo sus impactos y riesgos naturales, políticos y económicos, así como posibles respuestas. El IPCC no realiza investigaciones ni monitorea el cambio climático por sí mismo; en cambio, lleva a cabo una revisión sistemática y periódica de toda la literatura publicada relevante. Miles de científicos y otros expertos colaboran voluntariamente revisando los datos y recopilando las principales conclusiones en informes de evaluación para los responsables políticos y el público en general.

El IPCC es una autoridad internacionalmente reconocida en materia de cambio climático y su labor goza de amplio apoyo entre los principales científicos del clima y los gobiernos. Sus informes desempeñan un papel fundamental en la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC), y el Quinto Informe de Evaluación influyó significativamente en el histórico Acuerdo de París de 2015. El IPCC, junto con Al Gore, recibió el Premio Nobel de la Paz en 2007 por su contribución a la comprensión del cambio climático.

En 2015, el IPCC inició su sexto ciclo de evaluación, cuya conclusión está prevista para 2023. En agosto de 2021, el IPCC publicó la contribución del Grupo de Trabajo I al Sexto Informe de Evaluación (IPCC AR6) sobre la base física del cambio climático, que The Guardian describió como la advertencia más seria hasta la fecha sobre un cambio climático importante, inevitable e irreversible, tema que fue recogido por numerosos periódicos en todo el mundo. El 28 de febrero de 2022, el IPCC publicó el informe del Grupo de Trabajo II sobre impactos y adaptación. La contribución del Grupo de Trabajo III al Sexto Informe de Evaluación, sobre mitigación del cambio climático, se publicó el 4 de abril de 2022. Está previsto que el Sexto Informe de Evaluación concluya con un informe de síntesis en marzo de 2023.

Durante el período del Sexto Informe de Evaluación, el IPCC publicó tres informes especiales: el Informe Especial sobre el Calentamiento Global de 1,5 °C en 2018, y el Informe Especial sobre el Cambio Climático y la Tierra (SRCCL) y el Informe Especial sobre el Océano y la Criosfera en un Clima Cambiante (SROCC), ambos en 2019. También actualizó sus metodologías en 2019. Por lo tanto, el sexto ciclo de evaluación ha sido descrito como el más ambicioso en la historia del IPCC.

La diferencia de temperatura del efecto de isla de calor urbana no solo es mayor de noche que de día, sino también en invierno que en verano. Esto es especialmente cierto en regiones con nieve, ya que la nieve suele permanecer menos tiempo en las ciudades que en las zonas rurales circundantes (debido a la mayor capacidad aislante de las ciudades, así como a actividades humanas como el arado). Esto reduce el albedo (una medida del brillo de un cuerpo) en la ciudad, amplificando así el efecto de calentamiento. Las velocidades del viento más altas en las zonas rurales, especialmente en invierno, también pueden contribuir a temperaturas más frías en comparación con las zonas urbanas. En regiones con estaciones húmedas y secas bien diferenciadas, el efecto de isla de calor urbana es más pronunciado durante la estación seca. La constante de tiempo térmica del suelo húmedo es mucho mayor que la del suelo seco. En consecuencia, los suelos húmedos en las zonas rurales se enfrían más lentamente que los suelos secos, lo que ayuda a minimizar la diferencia de temperatura nocturna entre las zonas urbanas y rurales.

Si una ciudad o municipio cuenta con un buen sistema de monitoreo meteorológico, el efecto de isla de calor urbana (ICU) puede medirse directamente. Como alternativa, se puede utilizar una simulación compleja de la ubicación para calcular el ICU, o bien, emplear un método de aproximación empírica. Estos modelos permiten incorporar el ICU en las estimaciones de futuros aumentos de temperatura en las ciudades debido al cambio climático.

En 1969, Leonard O. Myrup publicó el primer tratamiento numérico integral para predecir los efectos de la isla de calor urbana (ICU). En su trabajo, ofrece una visión general de la ICU y critica las teorías existentes por ser demasiado cualitativas. Se describe un modelo numérico general de balance energético y se aplica a la atmósfera urbana. Se presentan cálculos para varios casos especiales, así como un análisis de sensibilidad. Se ha comprobado que el modelo predice correctamente la magnitud del excedente de temperatura urbana. El efecto de isla de calor es el resultado neto de varios procesos físicos en conflicto. En general, la reducción de la evaporación en el centro de la ciudad y las propiedades térmicas de los materiales de construcción y pavimentación urbana son los parámetros dominantes. Se propone que dicho modelo podría utilizarse en cálculos de ingeniería para mejorar el clima de las ciudades actuales y futuras.

Asfalto +
Estacionamiento de asfalto y generación de energía solar en cocheras
= Expansión de la funcionalidad y densificación
= Medida contra las islas de calor urbanas

El asfalto se ha vuelto cada vez más popular para cubrir ciudades en los últimos años. Esto se debe a que es una superficie muy duradera y económica. Sin embargo, también presenta algunas desventajas, especialmente cuando se usa en grandes cantidades en zonas urbanas.

Una de las mayores desventajas del asfalto es su considerable absorción de calor. Esto supone un problema porque las ciudades ya son muy calurosas durante los meses de verano, y la gran cantidad de superficies asfálticas agrava el calor. Como resultado, los habitantes de las ciudades sufren mucho el calor, que incluso puede provocar problemas de salud.

El sobrecalentamiento urbano es un problema importante causado por el uso del asfalto. Existen varias opciones para contrarrestarlo. Una de ellas es crear más espacios verdes en las ciudades, ya que los árboles y las plantas pueden absorber el calor. El uso de cocheras o aparcamientos solares también puede ayudar a reducir el calor urbano. Estas instalaciones están equipadas con módulos fotovoltaicos que aprovechan la energía solar para generar electricidad. Al mismo tiempo, proporcionan sombra, reduciendo así el calentamiento del área circundante.

Por lo tanto, las cocheras y aparcamientos solares son una buena manera de reducir el efecto isla de calor urbano. No solo son sostenibles, ya que no queman combustibles fósiles y, por lo tanto, no producen emisiones de CO2, sino que también contribuyen a una temperatura urbana más confortable.

Un estudio realizado por DeLorean Power en Suiza reveló que el comportamiento de los empleados al estacionar se corresponde idealmente con la cantidad de energía solar generada. El kilometraje diario del vehículo eléctrico se puede cubrir prácticamente en cualquier condición climática, y cualquier excedente de energía se puede inyectar a la red eléctrica. La generación anual de energía solar en el estacionamiento cubre las necesidades energéticas del vehículo. Los estacionamientos solares tienen el mayor potencial de generación de electricidad de todos los sectores de infraestructura. En Suiza, hay aproximadamente dos plazas de estacionamiento disponibles por cada automóvil registrado. En regiones adecuadas, esto podría generar más de 10 teravatios-hora de energía solar al año (el 15 % del consumo eléctrico actual). «Es sorprendente la escasez de plantas piloto», afirmaron los autores del estudio. Además, este tipo de techo protege el automóvil de las inclemencias del tiempo y reduce la acumulación de calor en verano.

Según un análisis de la Oficina Federal de Estadística (OFE), Suiza cuenta con al menos 5 millones de plazas de aparcamiento en superficie (6.400 hectáreas) con aproximadamente 4,7 millones de turismos matriculados. Estas zonas de aparcamiento se registraron mediante un método digital que solo identifica las zonas adyacentes más extensas y no las plazas individuales. Por lo tanto, los expertos en tráfico estiman que existen entre 8 y 10 millones de plazas de aparcamiento. Esto equivale aproximadamente a dos por coche.

Según otro estudio, «Generación de energía solar para infraestructuras y zonas de reconversión», las zonas de aparcamiento al aire libre o elevadas presentan el mayor potencial fotovoltaico de todas las áreas de infraestructura. Estas zonas pueden suministrar hasta 10 teravatios-hora (TWh) de electricidad fotovoltaica al año. Esto eleva la producción total de electricidad en Suiza a 65,5 TWh.

La superficie media de aparcamiento es de 12,5 metros cuadrados (2,5 metros x 5 metros). Esta es también la superficie que debe cubrir un tejado solar. El rendimiento energético de un sistema fotovoltaico depende de muchos factores, como la irradiación solar, la eficiencia de los componentes y la orientación de los módulos. En Turgovia, se pueden generar aproximadamente 1000 kWh de electricidad al año con 1 kW de capacidad fotovoltaica instalada (1000 kWh por 1 kWp).

Dependiendo de los módulos fotovoltaicos utilizados, 1 kWp requiere una capacidad instalada de 4 a 8 metros cuadrados. Este estudio asume 5 m² por kWp. Por lo tanto, se puede instalar una plaza de aparcamiento de 12,5 m² con un sistema de 2,5 kWp, generando 2500 kWh de energía solar al año. El consumo medio de un hogar suizo ronda los 4500 kWh/año (sin contar calefacción, ventilación ni vehículos eléctricos).

El diseño modular de un sistema de cochera es ventajoso, ya que permite adaptar el techo a casi cualquier espacio de estacionamiento, asegurando así un buen uso continuo del área de estacionamiento y garantizando la capacidad de expansión.

Los módulos bifaciales permiten una mayor transmisión de luz a través de la cochera. Esto resulta visualmente atractivo y genera un mayor rendimiento solar, ya que estos módulos fotovoltaicos también aprovechan la luz que entra desde abajo, entregando así entre un 10 % y un 20 % más de energía. Actualmente, la tecnología bifacial no se utiliza ampliamente debido a su viabilidad económica, debido al mayor precio de los módulos. Sin embargo, se espera que esta tecnología se consolide en los próximos años.

En nuestro sistema modular y escalable de cocheras solares 4+2+, que utiliza módulos semitransparentes y bifaciales, se aplican estos puntos y ya constituyen una alternativa adicional competitiva en precio:

Opciones de techos solares específicos para vehículos – Imagen: Xpert.Digital

Más información aquí:

• Datos y cifras: Cochera solar, cochera con techo solar, comparación de opciones de techado y estacionamiento de muestra con rendimiento eléctrico

Sin límites: sistema de cochera solar modular y escalable para automóviles y camiones

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Especificaciones técnicas: Sistema de cochera solar modular y escalable para automóviles y camiones

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Ventajas de un vistazo:

• Diseño flexible y modular (escalable)
• Altura libre para turismos a partir de 2,66 m (ampliable a 4,5 m o más para camiones)
• La profundidad máxima para estacionar vehículos es de 6,1 m, y en el lado opuesto es de hasta 12,5 m.
  La profundidad depende de las dimensiones de los módulos solares utilizados.
• El sistema de marquesina solar está diseñado de forma óptima para módulos solares semitransparentes con
  una transmisión de luz del 12 %/40 % (!) y está certificado para su montaje en techo.
• Opcionalmente disponible con potente iluminación LED, regulable y con control de movimiento
• También es adecuado para plazas de aparcamiento con posicionamiento inclinado
• Sin costes ocultos en lo que respecta a los cimientos.
  Se puede optar por cimentaciones puntuales (la opción más económica, ya que no requiere excavaciones extensas para losas de hormigón, etc., para garantizar la estabilidad estructural) o por la instalación con placas base, según las condiciones del suelo o el asfalto existentes.

Otras fuentes:

• Factor de costo de cimentación del terreno para cocheras solares
• Cocheras solares donde ya no se aplica el estándar: la solución óptima para cada desafío con cubiertas solares para plazas de aparcamiento abiertas
• Sistemas de cocheras solares: ¿cuál es la opción mejor y/o más rentable?
• La estrategia de cocheras solares para plazas de aparcamiento abiertas
• El sistema modular de cochera solar para todas las aplicaciones y situaciones

Sistema de cochera solar para camiones

Debido a que la tecnología de columnas 4+2+ ofrece la solución más flexible (tanto técnica como económicamente) para un sistema de techado de plazas de aparcamiento, también se puede ampliar fácilmente y aplicar a vehículos más grandes, como camiones, con las modificaciones adecuadas.

Las colonias de hormigas en las islas de calor urbanas tienen una mayor tolerancia al calor sin que esto vaya en detrimento de su tolerancia al frío.

Las especies que se adaptan bien pueden aprovechar las condiciones creadas por las islas de calor urbanas para prosperar en regiones fuera de su área de distribución habitual. Algunos ejemplos son el zorro volador de cabeza gris (Pteropus poliocephalus) y el geco doméstico (Hemidactylus frenatus). Los zorros voladores de cabeza gris que se encuentran en Melbourne, Australia, colonizaron hábitats urbanos tras el aumento de las temperaturas. El aumento de temperatura y los consiguientes inviernos más cálidos hacen que el clima urbano se asemeje más al hábitat más septentrional de la especie en su hábitat natural.

Los intentos de mitigar y gestionar las islas de calor urbanas reducen las fluctuaciones de temperatura y la disponibilidad de alimentos y agua. En climas templados, las islas de calor urbanas prolongan la temporada de crecimiento, alterando así las estrategias reproductivas de las especies que allí habitan. Esto se observa mejor en los efectos que las islas de calor urbanas tienen sobre la temperatura del agua. Debido a que la temperatura de los edificios cercanos a veces difiere de la temperatura del aire en la superficie en más de 28 °C, las precipitaciones se calientan rápidamente, lo que provoca una contaminación térmica excesiva en la escorrentía hacia arroyos, lagos y ríos cercanos (u otros cuerpos de agua). Este aumento de la contaminación térmica tiene el potencial de elevar la temperatura del agua entre 11 y 17 °C (20 y 30 °F). Este aumento causa estrés térmico y un choque térmico para las especies de peces que viven en estas aguas debido al rápido cambio de temperatura en su hábitat.

Las islas de calor urbanas, causadas por las ciudades, han alterado el proceso de selección natural. Se reducen las presiones selectivas, como las variaciones temporales en alimentos, depredadores y agua, lo que permite la intervención de nuevas fuerzas de selección. Por ejemplo, hay más insectos en hábitats urbanos que en zonas rurales. Los insectos son ectotérmicos, lo que significa que dependen de la temperatura ambiente para regular su temperatura corporal, por lo que el clima urbano más cálido es ideal para su supervivencia. Un estudio sobre Parthenolecanium quercifex (insectos de escama del roble) realizado en Raleigh, Carolina del Norte, demostró que esta especie en particular prefiere climas más cálidos y, por lo tanto, es más numerosa en hábitats urbanos que en robles de zonas rurales. Con el tiempo, se han adaptado para prosperar en climas más cálidos en lugar de los más fríos.

La presencia de especies no autóctonas depende en gran medida de la actividad humana. Un claro ejemplo son las poblaciones de aviones roqueros que anidan bajo los aleros de los edificios en zonas urbanas. Aprovechan la protección que los humanos proporcionan en las partes altas de los edificios, lo que provoca un aumento de sus poblaciones gracias al refugio adicional y a la menor presión depredadora.

Más allá de sus efectos sobre la temperatura, las temperaturas ultraaltas (UHI) pueden tener efectos secundarios en la meteorología local, incluyendo cambios en los patrones locales de viento, desarrollo de nubes y niebla, humedad y precipitación. El calor adicional generado por las UHI conduce a un movimiento ascendente más fuerte, que puede desencadenar actividad adicional de lluvias y tormentas eléctricas. Además, las UHI crean un área local de baja presión durante el día, atrayendo aire relativamente húmedo de las áreas rurales circundantes, lo que puede conducir a condiciones más favorables para la formación de nubes. Las cantidades de precipitación en la sombra de lluvia de las ciudades aumentan en un 48% a 116%. En parte como consecuencia de este calentamiento, la precipitación mensual dentro de un radio de 20 millas (32 km) a 40 millas (64 km) a sotavento de las ciudades es aproximadamente un 28% mayor que a barlovento. En algunas ciudades, la precipitación total ha aumentado en un 51%.

En algunas zonas, estudios sugieren que las áreas metropolitanas son menos propensas a tornados débiles debido a la mezcla turbulenta causada por el efecto de isla de calor urbana. Mediante imágenes satelitales, los investigadores descubrieron que el clima urbano tiene un impacto notable en las temporadas de crecimiento hasta a 10 kilómetros (6,2 millas) de los límites urbanos. En 70 ciudades del este de Norteamérica, la temporada de crecimiento en las zonas urbanas fue aproximadamente 15 días más larga que en las zonas rurales fuera de la zona de influencia urbana.

Estudios realizados en China han demostrado que el efecto de isla de calor urbana contribuye al calentamiento global en aproximadamente un 30 %. Por otro lado, una comparación de zonas urbanas y rurales realizada en 1999 sugirió que el efecto de isla de calor urbana tiene una influencia mínima en la evolución de la temperatura media global. Un estudio concluyó que las ciudades alteran el clima en un área de dos a cuatro veces mayor que su propia superficie. Otro afirma que las islas de calor urbanas influyen en el clima global al afectar la corriente en chorro. Varios estudios han demostrado que los efectos de las islas de calor se están acentuando a medida que avanza el cambio climático.

Las islas de calor urbanas (ICU) pueden afectar directamente la salud y el bienestar de los habitantes de las ciudades. Solo en Estados Unidos, un promedio de 1000 personas mueren cada año como resultado del calor extremo. Dado que las ICU se caracterizan por temperaturas elevadas, pueden aumentar potencialmente la intensidad y la duración de las olas de calor en las ciudades. Las investigaciones han demostrado que la tasa de mortalidad durante una ola de calor aumenta exponencialmente con la temperatura máxima, un efecto que se amplifica por las ICU. El número de personas expuestas a temperaturas extremas aumenta por el calentamiento inducido por las ICU. El efecto nocturno de las ICU puede ser particularmente perjudicial durante una ola de calor, ya que priva a los habitantes de las ciudades del enfriamiento nocturno que se encuentra en las zonas rurales.

Las investigaciones en Estados Unidos sugieren que la relación entre las temperaturas extremas y la mortalidad varía según la ubicación. El calor tiende a aumentar el riesgo de muerte en las ciudades del norte que en las regiones del sur. Por ejemplo, cuando Chicago, Denver o Nueva York experimentan temperaturas veraniegas inusualmente altas, es de esperar un aumento de enfermedades y muertes. Por el contrario, las zonas del país que son templadas o calurosas durante todo el año enfrentan un menor riesgo para la salud pública por el calor excesivo. Las investigaciones indican que los residentes de ciudades del sur como Miami, Tampa, Los Ángeles y Phoenix están más acostumbrados al clima cálido y, por lo tanto, son menos vulnerables a las muertes relacionadas con el calor. Sin embargo, en general, los habitantes de Estados Unidos parecen estar acostumbrándose más a temperaturas más altas con cada década que pasa, aunque esto podría deberse a una mejor infraestructura, edificios más modernos y una mayor concienciación pública.

Se ha informado que las altas temperaturas pueden provocar insolación, agotamiento por calor, síncope por calor y calambres por calor. Algunos estudios también han investigado cómo la insolación grave puede causar daño permanente a los sistemas orgánicos. Este daño puede aumentar el riesgo de muerte prematura, ya que puede resultar en un deterioro grave de la función orgánica. Otras complicaciones de la insolación incluyen el síndrome de dificultad respiratoria en adultos y la coagulación intravascular diseminada (CID). Algunos investigadores han descubierto que cualquier alteración en la capacidad del cuerpo humano para termorregular aumenta teóricamente el riesgo de muerte. Esto incluye afecciones que pueden afectar la movilidad, la conciencia o el comportamiento de una persona. Los investigadores han descubierto que las personas con problemas cognitivos (por ejemplo, depresión, demencia, enfermedad de Parkinson) son más vulnerables a las altas temperaturas y deben tener especial cuidado, ya que se ha demostrado que el calor afecta el rendimiento cognitivo en diversos grados. Las personas con diabetes, obesidad, privación del sueño o enfermedades cardiovasculares/cerebrovasculares deben evitar la exposición excesiva al calor. Algunos medicamentos comunes que afectan la termorregulación también pueden aumentar el riesgo de muerte. Entre ellos se incluyen anticolinérgicos, diuréticos, fenotiazinas y barbitúricos. El calor puede afectar no solo la salud, sino también el comportamiento. Un estudio estadounidense sugiere que el calor puede aumentar la irritabilidad y la agresividad, señalando que el número de delitos violentos aumentó en 4,58 por cada 100 000 habitantes por cada grado Celsius de aumento de temperatura.

Un investigador descubrió que una alta intensidad de UHI se correlaciona con concentraciones elevadas de contaminantes del aire, que se acumulan durante la noche y pueden afectar la calidad del aire al día siguiente. Estos contaminantes incluyen compuestos orgánicos volátiles, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y material particulado. La producción de estos contaminantes, combinada con las temperaturas más altas en UHIs, puede acelerar la formación de ozono. El ozono superficial se considera un contaminante dañino. Los estudios sugieren que las temperaturas más altas en UHIs pueden aumentar el número de días contaminados, pero también indican que otros factores (por ejemplo, presión atmosférica, nubosidad, velocidad del viento) también pueden influir en la contaminación. Estudios de Hong Kong han descubierto que los vecindarios con peor ventilación del aire exterior urbano tienden a experimentar efectos más fuertes del efecto de isla de calor urbana y tienen una mortalidad general significativamente mayor en comparación con las áreas con mejor ventilación.

Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades señalan que «es difícil hacer predicciones válidas sobre enfermedades y muertes relacionadas con el calor bajo diferentes escenarios de cambio climático» y que «las muertes relacionadas con el calor son prevenibles, como lo demuestra la disminución de la mortalidad general durante los episodios de calor en los últimos 35 años». Sin embargo, algunos estudios sugieren que los impactos en la salud del efecto de isla de calor urbana (ICU) pueden ser desproporcionados, ya que los efectos pueden distribuirse de manera desigual según la edad, la etnia y el nivel socioeconómico. Esto plantea la posibilidad de que los impactos en la salud del ICU constituyan una cuestión de justicia ambiental.