Impact de l'urbanisation : Îlot de chaleur urbain – prévention par toitures solaires avec production simultanée d'électricité

Un îlot de chaleur urbain (ICU) est une zone urbaine ou métropolitaine nettement plus chaude que les zones rurales environnantes, en raison de l'activité humaine. L'écart de température est généralement plus important la nuit que le jour et s'accentue par temps faible. L'ICU est particulièrement perceptible en été comme en hiver. La principale cause de cet effet réside dans les modifications de la surface terrestre. Une étude a démontré que les îlots de chaleur peuvent être influencés par la proximité de différents types de couverture terrestre : la proximité de terres arides entraîne un réchauffement du sol urbain, tandis que la proximité de végétation le refroidit. La chaleur résiduelle générée par la consommation d'énergie est un autre facteur. À mesure qu'un centre urbain se développe, sa superficie augmente et la température moyenne s'élève. Le terme « îlot de chaleur » est également utilisé ; il peut désigner toute zone relativement plus chaude que son environnement, mais se réfère généralement aux zones perturbées par l'activité humaine.

Les précipitations mensuelles sont plus importantes dans la zone d'ombre pluviométrique des villes, notamment en raison de l'îlot de chaleur urbain (ICU). La hausse des températures dans les centres urbains allonge les saisons de croissance et réduit la fréquence des tornades de faible intensité. L'ICU dégrade la qualité de l'air en augmentant la production de polluants tels que l'ozone et dégrade la qualité de l'eau, car les eaux plus chaudes se déversent dans les rivières de la région, fragilisant leurs écosystèmes.

Toutes les villes ne présentent pas un effet d'îlot de chaleur urbain marqué, et ses caractéristiques dépendent fortement du climat de la région où elles se situent. Cet effet peut être atténué par la végétalisation des toitures, le refroidissement radiatif passif en journée et l'utilisation de surfaces claires en milieu urbain, qui réfléchissent davantage le rayonnement solaire et absorbent moins la chaleur. L'urbanisation a exacerbé les impacts du changement climatique dans les villes.

Le phénomène a été étudié et décrit pour la première fois par Luke Howard dans les années 1810, bien qu'il ne lui ait pas donné son nom. Les recherches sur l'atmosphère urbaine se sont poursuivies au XIXe siècle. Entre les années 1920 et 1940, des chercheurs en Europe, au Mexique, en Inde, au Japon et aux États-Unis, travaillant dans les domaines émergents de la climatologie locale ou de la micrométéorologie, ont cherché de nouvelles méthodes pour comprendre ce phénomène. En 1929, Albert Peppler a utilisé le terme « îlot de chaleur urbain », considéré comme le premier exemple de ce concept. Entre 1990 et 2000, une trentaine d'études étaient publiées chaque année ; en 2010, ce nombre était passé à une centaine, et en 2015, il dépassait les trois cents.

Plusieurs facteurs sont à l'origine de l'effet d'îlot de chaleur urbain. Les surfaces sombres absorbent beaucoup plus de rayonnement solaire, ce qui entraîne un réchauffement plus important des rues et des bâtiments en milieu urbain que dans les zones périurbaines et rurales. Les matériaux couramment utilisés pour les chaussées et les toitures en ville, comme le béton et l'asphalte, présentent des propriétés thermiques volumiques (notamment la capacité thermique et la conductivité thermique) et des propriétés radiatives de surface (albédo et émissivité) sensiblement différentes de celles des zones rurales environnantes. Ceci modifie le bilan énergétique des zones urbaines, ce qui se traduit souvent par des températures plus élevées que dans les zones rurales voisines. Un autre facteur important est le manque d'évapotranspiration (dû par exemple à l'absence de végétation) en milieu urbain. Le Service des forêts des États-Unis a constaté en 2018 que les villes américaines perdent 36 millions d'arbres chaque année. Avec le déclin de la végétation, les villes perdent également l'ombre et l'effet rafraîchissant des arbres grâce à l'évaporation.

D'autres causes d'îlots de chaleur urbains (ICU) sont liées à des effets géométriques. Les immeubles de grande hauteur présents dans de nombreuses zones urbaines offrent de multiples surfaces de réflexion et d'absorption du rayonnement solaire, amplifiant ainsi le phénomène d'îlots de chaleur urbains. C'est ce qu'on appelle l'« effet canyon urbain ». Les bâtiments bloquent également le vent, empêchant le refroidissement par convection et l'élimination des polluants. La chaleur résiduelle provenant des voitures, des climatiseurs, de l'industrie et d'autres sources contribue également à l'effet d'ICU. Une forte pollution en milieu urbain peut aussi exacerber les ICU, car de nombreuses formes de pollution modifient les propriétés radiatives de l'atmosphère. Les ICU augmentent non seulement les températures en ville, mais aussi les concentrations d'ozone, ce gaz à effet de serre dont la formation s'accélère avec la hausse des températures.

Dans la plupart des villes, l'écart de température entre les zones urbaines et les zones rurales environnantes est maximal la nuit. Bien que cet écart soit considérable tout au long de l'année, il est généralement plus important en hiver. L'écart de température typique entre le centre-ville et les campagnes environnantes est de plusieurs degrés. Cet écart est parfois mentionné dans les bulletins météorologiques, par exemple : 20 °C en centre-ville, 18 °C en périphérie. La température moyenne annuelle de l'air dans une ville d'un million d'habitants ou plus peut être de 1 à 3 °C supérieure à celle des zones environnantes. Le soir, cet écart peut atteindre 12 °C.

L’effet d’îlot de chaleur urbain (ICU) peut être défini soit comme la différence de température de l’air (ICU de canopée), soit comme la différence de température de surface (ICU de surface) entre les zones urbaines et rurales. Ces deux types d’ICU présentent une variabilité diurne et saisonnière légèrement différente et ont des causes distinctes.

Le GIEC a noté que « les îlots de chaleur urbains sont connus pour augmenter davantage les températures nocturnes que les températures diurnes par rapport aux zones non urbaines ». À Barcelone, en Espagne, par exemple, les températures maximales diurnes sont inférieures de 0,2 °C et les températures minimales supérieures de 2,9 °C à celles d'une station rurale voisine. La description du tout premier rapport sur les îlots de chaleur urbains, rédigé par Luke Howard à la fin des années 1810, indique que le centre de Londres est 2,1 °C plus chaud la nuit que la campagne environnante. Bien que la température de l'air plus élevée au sein de l'îlot de chaleur urbain soit généralement plus perceptible la nuit, ce phénomène se manifeste de manière significative et quelque peu paradoxale le jour. L'écart de température entre l'îlot de chaleur urbain et la zone environnante est important la nuit et faible le jour. L'inverse est vrai pour les températures de surface du paysage urbain au sein de l'îlot de chaleur urbain.

Durant la journée, et particulièrement par temps clair, les surfaces urbaines s'échauffent par absorption du rayonnement solaire. Ces surfaces ont tendance à se réchauffer plus rapidement que celles des zones rurales environnantes. Du fait de leur forte capacité thermique, elles constituent un vaste réservoir d'énergie thermique. Par exemple, le béton peut emmagasiner environ 2 000 fois plus de chaleur qu'un volume d'air équivalent. C'est pourquoi les températures élevées en surface au sein de l'îlot de chaleur urbain (ICU) sont facilement détectables par télédétection thermique. Comme c'est souvent le cas lors du réchauffement diurne, ce dernier induit également des vents de convection dans la couche limite urbaine. On suppose que, grâce au brassage atmosphérique qui en résulte, la perturbation de la température de l'air au sein de l'ICU est généralement minime, voire inexistante, durant la journée, même si les températures de surface peuvent atteindre des niveaux extrêmement élevés.

La nuit, la situation s'inverse. L'absence de rayonnement solaire entraîne une diminution de la convection atmosphérique et une stabilisation de la couche limite urbaine. Si cette stabilisation est suffisante, une couche d'inversion se forme. Celle-ci emprisonne l'air urbain près de la surface, le maintenant à une température élevée grâce à la chaleur résiduelle des surfaces urbaines, ce qui se traduit par des températures nocturnes plus élevées au sein de l'îlot de chaleur urbain (ICU). Outre la capacité des zones urbaines à retenir la chaleur, le pic de température nocturne observé dans les rues étroites pourrait également être dû à une obstruction de la vue du ciel pendant le refroidissement : les surfaces perdent de la chaleur la nuit principalement par rayonnement vers le ciel relativement froid, rayonnement bloqué par les bâtiments en milieu urbain. Le refroidissement radiatif est plus important lorsque le vent est faible et le ciel dégagé, et c'est effectivement dans ces conditions que l'ICU est le plus marqué la nuit.

Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) est un organisme intergouvernemental des Nations Unies chargé de faire progresser les connaissances sur les changements climatiques d'origine humaine. Il a été créé en 1988 par l'Organisation météorologique mondiale (OMM) et le Programme des Nations Unies pour l'environnement (PNUE), puis approuvé par l'Assemblée générale des Nations Unies. Basé à Genève, en Suisse, il compte 195 États membres. Le GIEC est gouverné par ses États membres, qui élisent un Conseil de scientifiques pour la durée d'un cycle d'évaluation (généralement de six à sept ans). Le GIEC est appuyé par un Secrétariat et diverses unités d'appui technique, composées de groupes de travail spécialisés et de groupes d'experts.

Le GIEC fournit des informations scientifiques objectives et exhaustives sur les changements climatiques d'origine humaine, notamment leurs impacts et risques naturels, politiques et économiques, ainsi que les réponses possibles. Le GIEC ne mène pas ses propres recherches ni ne surveille les changements climatiques ; il effectue en revanche un examen régulier et systématique de toute la littérature scientifique pertinente publiée. Des milliers de scientifiques et d'autres experts participent bénévolement à l'analyse des données et à la compilation des principales conclusions dans des rapports d'évaluation destinés aux décideurs et au grand public.

Le GIEC est une autorité internationale reconnue en matière de changement climatique, et ses travaux bénéficient d'un large soutien parmi les plus grands climatologues et les gouvernements. Ses rapports jouent un rôle essentiel dans la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques (CCNUCC), le cinquième rapport d'évaluation ayant fortement influencé l'Accord de Paris de 2015. Le GIEC, conjointement avec Al Gore, a reçu le prix Nobel de la paix en 2007 pour sa contribution à la compréhension du changement climatique.

En 2015, le GIEC a entamé son sixième cycle d'évaluation, qui devrait s'achever en 2023. En août 2021, le GIEC a publié la contribution du Groupe de travail I au sixième rapport d'évaluation (GIEC AR6) sur les bases physiques du changement climatique. Le Guardian a qualifié ce rapport d'avertissement le plus grave à ce jour concernant un changement climatique majeur, inévitable et irréversible – un sujet repris par de nombreux journaux à travers le monde. Le 28 février 2022, le GIEC a publié le rapport du Groupe de travail II sur les impacts et l'adaptation. La contribution du Groupe de travail III au sixième rapport d'évaluation, consacrée à l'atténuation du changement climatique, a été publiée le 4 avril 2022. Le sixième rapport d'évaluation devrait se conclure par un rapport de synthèse en mars 2023.

Durant la période du sixième rapport d'évaluation, le GIEC a publié trois rapports spéciaux : le Rapport spécial sur le réchauffement climatique de 1,5 °C en 2018, et le Rapport spécial sur les changements climatiques et les terres émergées (SRCCL) et le Rapport spécial sur les océans et la cryosphère dans un contexte de changement climatique (SROCC), tous deux en 2019. Il a également mis à jour ses méthodologies en 2019. Par conséquent, le sixième cycle d'évaluation a été décrit comme le plus ambitieux de l'histoire du GIEC.

L'écart de température lié à l'îlot de chaleur urbain est non seulement plus important la nuit que le jour, mais aussi en hiver qu'en été. C'est particulièrement vrai dans les régions enneigées, car la neige persiste généralement moins longtemps en ville que dans les zones rurales environnantes (en raison de la meilleure isolation thermique des villes et des activités humaines comme le déneigement). Cela réduit l'albédo (mesure de la luminosité d'un corps) en ville, amplifiant ainsi le réchauffement. Des vents plus forts dans les zones rurales, surtout en hiver, peuvent également contribuer à des températures plus fraîches qu'en ville. Dans les régions connaissant des saisons sèches et humides bien marquées, l'îlot de chaleur urbain est plus prononcé pendant la saison sèche. La constante de temps thermique d'un sol humide est beaucoup plus élevée que celle d'un sol sec. Par conséquent, les sols humides des zones rurales se refroidissent plus lentement que les sols secs, contribuant à minimiser l'écart de température nocturne entre les zones urbaines et rurales.

Si une ville ou une commune dispose d'un bon système de surveillance météorologique, l'effet d'îlot de chaleur urbain (ICU) peut être mesuré directement. On peut également utiliser une simulation complexe du site pour calculer l'ICU, ou encore une méthode d'approximation empirique. Ces modèles permettent d'intégrer l'ICU aux estimations des futures hausses de température urbaines dues aux changements climatiques.

En 1969, Leonard O. Myrup publia la première étude numérique exhaustive permettant de prédire les effets de l'îlot de chaleur urbain (ICU). Dans son ouvrage, il présente une vue d'ensemble de l'ICU et critique les théories existantes, jugées trop qualitatives. Un modèle général de bilan énergétique numérique est décrit et appliqué à l'atmosphère urbaine. Des calculs pour plusieurs cas particuliers, ainsi qu'une analyse de sensibilité, sont présentés. Le modèle prédit correctement l'ampleur du surplus de température urbain. L'effet d'îlot de chaleur est le résultat net de plusieurs processus physiques concurrents. En général, la réduction de l'évaporation dans le centre-ville et les propriétés thermiques des matériaux de construction et de revêtement urbains sont les paramètres prédominants. Il est proposé qu'un tel modèle puisse être utilisé dans les calculs d'ingénierie pour améliorer le climat des villes actuelles et futures.

Asphalte +
Parking asphalté et production d'énergie solaire pour abris de voiture
= Extension des fonctionnalités et densification
= Mesure contre les îlots de chaleur urbains

L'asphalte est devenu un revêtement urbain de plus en plus populaire ces dernières années. Cela s'explique par sa grande durabilité et son faible coût. Cependant, l'asphalte présente aussi des inconvénients, notamment lorsqu'il est utilisé en grande quantité dans les zones urbaines.

L'un des principaux inconvénients de l'asphalte est son importante capacité d'absorption de la chaleur. Or, les villes sont déjà très chaudes durant l'été, et les nombreuses surfaces asphaltées ne font qu'aggraver la situation. De ce fait, les citadins souffrent énormément de la chaleur, ce qui peut même engendrer des problèmes de santé.

La surchauffe des villes est un problème majeur causé par l'utilisation de l'asphalte. Plusieurs solutions existent pour y remédier. L'une d'elles consiste à créer davantage d'espaces verts en ville, car les arbres et les plantes absorbent la chaleur. L'installation d'ombrages ou de parkings solaires peut également contribuer à réduire les îlots de chaleur urbains. Ces installations sont équipées de modules photovoltaïques qui captent l'énergie solaire pour produire de l'électricité. Parallèlement, elles procurent de l'ombre, réduisant ainsi le réchauffement des zones environnantes.

Les abris et parkings solaires constituent donc un excellent moyen d'atténuer les effets d'îlot de chaleur urbain. Non seulement ils sont durables, puisqu'ils ne consomment pas d'énergies fossiles et ne produisent donc aucune émission de CO2, mais ils contribuent également à rendre les températures urbaines plus agréables.

Une étude menée par DeLorean Power en Suisse a révélé que le comportement de stationnement des employés correspond idéalement à la quantité d'énergie solaire produite. Le kilométrage quotidien d'un véhicule électrique peut être parcouru par presque tous les temps, et tout surplus d'énergie peut être injecté dans le réseau. La production annuelle d'énergie solaire sur le parking correspond aux besoins énergétiques du véhicule. Les parkings solaires présentent le plus fort potentiel de production d'électricité de tous les secteurs d'infrastructure. En Suisse, on compte environ deux places de stationnement disponibles pour chaque voiture immatriculée. Dans les régions appropriées, cela pourrait générer plus de 10 térawattheures d'énergie solaire par an (15 % de la consommation électrique actuelle). « Il est étonnant de constater le faible nombre d'installations pilotes », ont déclaré les auteurs de l'étude. De plus, un tel toit protège la voiture des intempéries et réduit l'accumulation de chaleur en été.

D'après une analyse de l'Office fédéral de la statistique (OFS), la Suisse compte au moins 5 millions de places de stationnement en surface (6 400 hectares) pour environ 4,7 millions de voitures particulières immatriculées. Ces surfaces ont été recensées par une méthode numérique qui identifie uniquement les grandes zones adjacentes et non les places individuelles. Les experts en circulation estiment donc qu'il y a entre 8 et 10 millions de places de stationnement, soit environ deux par voiture.

D’après une autre étude, intitulée « Production d’énergie solaire pour les infrastructures et les zones de conversion », les parkings hors sol ou à ciel ouvert présentent le plus fort potentiel photovoltaïque de toutes les infrastructures. Ces zones peuvent fournir jusqu’à 10 térawattheures (TWh) d’électricité photovoltaïque par an, portant la production totale d’électricité en Suisse à 65,5 TWh.

La surface moyenne d'un parking est de 12,5 mètres carrés (2,5 mètres x 5 mètres). C'est également la surface que doit couvrir un toit solaire. Le rendement énergétique d'un système photovoltaïque dépend de nombreux facteurs, notamment l'ensoleillement, l'efficacité des composants et l'orientation des modules. À Thurgovie, environ 1 000 kWh d'électricité par an peuvent être produits avec 1 kWc de puissance photovoltaïque installée (1 000 kWh par kWc).

Selon les modules photovoltaïques utilisés, 1 kWc nécessite une surface installée de 4 à 8 mètres carrés. Cette étude part du principe qu'il faut 5 m² par kWc. Ainsi, un emplacement de parking de 12,5 m² peut être équipé d'un système de 2,5 kWc, produisant 2 500 kWh d'énergie solaire par an. La consommation moyenne d'un ménage suisse est d'environ 4 500 kWh/an (hors chauffage, ventilation et véhicules électriques).

La conception modulaire d'un système d'abri de voiture est avantageuse, permettant d'adapter le toit à presque tous les espaces de stationnement, assurant ainsi une utilisation optimale et continue de l'espace et garantissant une possibilité d'extension.

Les modules bifaciaux permettent une meilleure transmission de la lumière à travers l'abri de voiture. Esthétiquement avantageux, cet effet se traduit par un rendement solaire supérieur, car ces modules photovoltaïques peuvent également exploiter la lumière provenant du bas, fournissant ainsi 10 à 20 % d'énergie supplémentaire. Actuellement, la technologie bifaciale est peu répandue, sa rentabilité n'étant pas garantie en raison du prix élevé des modules. Cependant, on s'attend à ce qu'elle se développe davantage dans les années à venir.

Dans notre système d'abri solaire modulaire et évolutif 4+2+, qui utilise des modules semi-transparents et bifaciaux, ces points s'appliquent et constituent déjà une alternative compétitive en termes de prix :

Solutions de toiture solaire spécialement conçues pour les véhicules – Image : Xpert.Digital

Plus d'informations ici :

• Faits et chiffres : Abri voiture solaire, abri voiture avec toit solaire, comparaison des options de toiture et exemple de parking avec production d’électricité

Limitless : Système d'abri solaire modulaire et évolutif pour voitures et camions

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Spécifications techniques : Système d'abri solaire modulaire et évolutif pour voitures et camions

Spécifications techniques : Système d'abri solaire modulaire et évolutif pour voitures et camions

Aperçu des avantages :

• Conception flexible et modulaire (évolutive)
• Hauteur de dégagement pour les voitures à partir de 2,66 m (extensible à 4,5 m ou plus pour les camions)
• Profondeur de l'emplacement de stationnement pour les voitures jusqu'à 6,1 m, possibilité de dépasser de 12,5 m du côté opposé.
  La profondeur dépend des dimensions des modules solaires utilisés.
• Le système d'abri solaire pour voiture est conçu de manière optimale pour les modules solaires semi-transparents avec
  une transmission de lumière de 12 %/40 % (!) – et est certifié pour un montage en hauteur.
• Disponible en option avec un éclairage LED puissant, à intensité variable et avec détecteur de mouvement
• Convient également aux places de stationnement inclinées
• Aucun frais caché concernant les fondations.
  Utilisation de fondations ponctuelles (option la plus économique, aucune excavation importante pour les dalles de béton, etc. n'est nécessaire pour la stabilité structurelle) ou installation avec des plaques de base, selon les conditions du sol/de l'asphalte existant.

Autres sources :

• Facteur de coût des fondations au sol pour les abris de voiture solaires
• Des abris solaires pour voitures là où les normes ne s'appliquent plus – La solution optimale pour relever tous les défis grâce à la toiture solaire pour les parkings extérieurs
• Systèmes d'abris solaires pour voitures : quelle est la meilleure option et/ou la plus rentable ?
• La stratégie des abris solaires pour les espaces de stationnement ouverts
• Le système d'abri solaire modulaire pour voitures adapté à toutes les applications et situations

système de carport solaire pour camion

Du fait que la technologie des colonnes 4+2+ offre la solution la plus flexible (tant sur le plan technique que sur celui du prix) pour un système de toiture d'espace de stationnement, elle peut également être facilement étendue et appliquée à des véhicules plus grands tels que les camions avec les modifications appropriées.

Les colonies de fourmis vivant dans les îlots de chaleur urbains présentent une tolérance accrue à la chaleur sans que cela se fasse au détriment de leur tolérance au froid.

Les espèces capables de s'adapter peuvent tirer parti des conditions créées par les îlots de chaleur urbains pour prospérer dans des régions situées en dehors de leur aire de répartition naturelle. On peut citer comme exemples la roussette à tête grise (Pteropus poliocephalus) et le gecko domestique (Hemidactylus frenatus). Les roussettes à tête grise présentes à Melbourne, en Australie, ont colonisé les milieux urbains suite à la hausse des températures. Cette augmentation de température et les hivers plus doux qui en résultent rendent le climat urbain plus semblable à celui de leur habitat naturel, plus septentrional.

Les efforts déployés pour atténuer et gérer les îlots de chaleur urbains réduisent les fluctuations de température et la disponibilité en eau et en nourriture. Dans les climats tempérés, les îlots de chaleur urbains prolongent la saison de croissance, modifiant ainsi les stratégies de reproduction des espèces qui y vivent. Ce phénomène est particulièrement visible au niveau de la température de l'eau. La température des bâtiments avoisinants pouvant différer de plus de 28 °C de celle de l'air ambiant, les précipitations se réchauffent rapidement, provoquant un ruissellement excessif vers les cours d'eau, les lacs et les rivières (ou autres plans d'eau) voisins, entraînant une pollution thermique importante. Cette pollution thermique accrue peut faire augmenter la température de l'eau de 11 à 17 °C. Cette hausse provoque un stress thermique et un choc chez les poissons vivant dans ces eaux, en raison du changement brutal de température de leur habitat.

Les îlots de chaleur urbains, causés par les villes, ont modifié le processus de sélection naturelle. Les pressions de sélection, telles que les variations temporelles de la nourriture, des prédateurs et de l'eau, sont réduites, permettant ainsi à de nouvelles forces de sélection d'entrer en jeu. Par exemple, on trouve davantage d'insectes dans les milieux urbains que dans les zones rurales. Les insectes sont ectothermes, c'est-à-dire qu'ils dépendent de la température ambiante pour réguler leur température corporelle ; le climat urbain plus chaud est donc idéal pour leur survie. Une étude menée à Raleigh, en Caroline du Nord, sur la cochenille du chêne (Parthenolecanium quercifex) a montré que cette espèce préfère les climats chauds et est donc plus nombreuse dans les milieux urbains que sur les chênes des zones rurales. Au fil du temps, elle s'est adaptée pour prospérer dans des climats chauds plutôt que froids.

La présence d'espèces non indigènes est fortement liée à l'activité humaine. Un exemple frappant est celui des populations d'hirondelles de rochers qui nichent sous les avant-toits des bâtiments en milieu urbain. Elles profitent de la protection offerte par les humains dans les parties supérieures des édifices, ce qui entraîne une augmentation de leurs populations grâce à cet abri supplémentaire et à la diminution de la pression des prédateurs.

Outre leurs effets sur la température, les îlots de chaleur urbains (ICU) peuvent avoir des répercussions sur la météorologie locale, notamment en modifiant les régimes de vent, la formation de nuages ​​et de brouillard, l'humidité et les précipitations. La chaleur supplémentaire générée par les ICU induit des mouvements ascendants plus importants, susceptibles de déclencher une activité orageuse accrue. De plus, les ICU créent une zone de basse pression locale en journée, attirant de l'air relativement humide des zones rurales environnantes, ce qui peut favoriser la formation de nuages. Les précipitations dans la zone d'ombre pluviométrique des villes augmentent de 48 % à 116 %. En partie à cause de ce réchauffement, les précipitations mensuelles dans un rayon de 32 à 64 km sous le vent des villes sont environ 28 % plus élevées qu'au vent. Dans certaines villes, les précipitations totales ont augmenté de 51 %.

Dans certaines régions, des études ont suggéré que les zones métropolitaines sont moins sujettes aux tornades de faible intensité en raison du brassage turbulent induit par l'effet d'îlot de chaleur urbain. À l'aide d'images satellites, des chercheurs ont découvert que le climat urbain a un impact notable sur la durée de la saison de croissance jusqu'à 10 kilomètres des limites de la ville. Dans 70 villes de l'est de l'Amérique du Nord, la saison de croissance en milieu urbain était environ 15 jours plus longue que dans les zones rurales situées hors de l'influence urbaine.

Des études menées en Chine ont montré que l'effet d'îlot de chaleur urbain contribue au réchauffement climatique à hauteur d'environ 30 %. En revanche, une étude comparative de 1999 entre zones urbaines et rurales suggère que cet effet n'a qu'une influence mineure sur l'évolution de la température moyenne mondiale. Une étude a conclu que les villes modifient le climat sur une superficie deux à quatre fois supérieure à la leur. Une autre indique que les îlots de chaleur urbains influencent le climat mondial en agissant sur le courant-jet. Plusieurs études ont démontré que les effets des îlots de chaleur s'accentuent avec la progression du changement climatique.

Les îlots de chaleur urbains (ICU) peuvent avoir un impact direct sur la santé et le bien-être des citadins. Aux États-Unis seulement, en moyenne 1 000 personnes meurent chaque année des suites de fortes chaleurs. Caractérisés par des températures élevées, les ICU peuvent potentiellement accroître l’intensité et la durée des vagues de chaleur en ville. Des études ont montré que le taux de mortalité pendant une vague de chaleur augmente de façon exponentielle avec la température maximale, un effet amplifié par les ICU. Le réchauffement induit par les ICU accroît le nombre de personnes exposées à des températures extrêmes. L’effet nocturne des ICU peut être particulièrement néfaste pendant une vague de chaleur, car il prive les citadins de la fraîcheur nocturne dont bénéficient les zones rurales.

Des recherches menées aux États-Unis suggèrent que le lien entre les températures extrêmes et la mortalité varie selon les régions. La chaleur tend à accroître le risque de décès dans les villes du nord plutôt que dans celles du sud. Par exemple, lorsque Chicago, Denver ou New York connaissent des températures estivales exceptionnellement élevées, une augmentation des maladies et des décès est à prévoir. À l'inverse, les régions du pays où le climat est doux à chaud toute l'année sont moins exposées aux risques sanitaires liés à la chaleur excessive. Les recherches indiquent que les habitants des villes du sud, comme Miami, Tampa, Los Angeles et Phoenix, sont plus habitués aux fortes chaleurs et donc moins vulnérables aux décès liés à la chaleur. Globalement, cependant, la population américaine semble s'acclimater de plus en plus aux températures élevées au fil des décennies, même si cela pourrait s'expliquer par de meilleures infrastructures, des bâtiments plus modernes et une sensibilisation accrue du public.

Il a été rapporté que les températures élevées peuvent entraîner un coup de chaleur, un épuisement dû à la chaleur, une syncope de chaleur et des crampes de chaleur. Certaines études ont également examiné comment un coup de chaleur grave peut causer des dommages permanents aux organes. Ces dommages peuvent accroître le risque de décès prématuré en raison d'une altération importante du fonctionnement des organes. Parmi les autres complications du coup de chaleur figurent le syndrome de détresse respiratoire chez l'adulte et la coagulation intravasculaire disséminée (CIVD). Certains chercheurs ont constaté que toute altération de la capacité du corps humain à thermoréguler augmente théoriquement le risque de décès. Cela inclut les affections qui peuvent affecter la mobilité, la conscience ou le comportement d'une personne. Les chercheurs ont constaté que les personnes souffrant de troubles cognitifs (par exemple, dépression, démence, maladie de Parkinson) sont plus vulnérables aux fortes chaleurs et doivent être particulièrement prudentes, car il a été démontré que la chaleur affecte les performances cognitives à des degrés divers. Les personnes atteintes de diabète, d'obésité, de privation de sommeil ou de maladies cardiovasculaires/cérébrovasculaires doivent éviter toute exposition excessive à la chaleur. Certains médicaments courants qui affectent la thermorégulation peuvent également augmenter le risque de décès. Ces médicaments comprennent les anticholinergiques, les diurétiques, les phénothiazines et les barbituriques. La chaleur peut affecter non seulement la santé, mais aussi le comportement. Une étude américaine suggère que la chaleur peut rendre les gens plus irritables et agressifs, notant que le nombre de crimes violents a augmenté de 4,58 pour 100 000 habitants pour chaque degré Celsius supplémentaire.

Une étude a révélé qu'une forte intensité des îlots de chaleur urbains (ICU) est corrélée à des concentrations élevées de polluants atmosphériques, qui s'accumulent la nuit et peuvent affecter la qualité de l'air le lendemain. Parmi ces polluants figurent les composés organiques volatils (COV), le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote et les particules fines. La production de ces polluants, combinée aux températures plus élevées des ICU, peut accélérer la formation d'ozone. L'ozone troposphérique est considéré comme un polluant nocif. Des études suggèrent que les températures plus élevées des ICU peuvent accroître le nombre de jours de pollution, mais indiquent également que d'autres facteurs (par exemple, la pression atmosphérique, la nébulosité, la vitesse du vent) peuvent aussi influencer la pollution. Des études menées à Hong Kong ont montré que les quartiers où la ventilation de l'air extérieur est moins efficace subissent davantage les effets de l'îlot de chaleur urbain et présentent une mortalité globale significativement plus élevée que les zones mieux ventilées.

Les Centres pour le contrôle et la prévention des maladies (CDC) soulignent qu’« il est difficile d’établir des prévisions fiables concernant les maladies et les décès liés à la chaleur dans différents scénarios de changement climatique » et que « les décès liés à la chaleur sont évitables, comme le démontre la baisse de la mortalité globale lors des épisodes de chaleur au cours des 35 dernières années ». Cependant, certaines études suggèrent que les impacts sanitaires des îlots de chaleur urbains (ICU) pourraient être disproportionnés, car leurs effets peuvent être inégalement répartis selon l’âge, l’origine ethnique et le statut socio-économique. Cela soulève la possibilité que les impacts sanitaires des ICU constituent un enjeu de justice environnementale.