Wpływ urbanizacji: Miejska lub miejska wyspa ciepła – unikana poprzez pokrycie dachowe energią słoneczną podczas wytwarzania energii elektrycznej

Miejska wyspa ciepła to obszar miejski lub metropolitalny, na którym ze względu na działalność człowieka jest znacznie cieplej niż otaczające go obszary wiejskie. Różnica temperatur jest zwykle większa w nocy niż w dzień i jest najbardziej zauważalna przy słabym wietrze. UHI jest szczególnie zauważalne latem i zimą. Główną przyczyną efektu UHI jest zmiana powierzchni terenu. Badanie wykazało, że na wyspy ciepła może wpływać bliskość różnych rodzajów pokrycia terenu, np. bliskość jałowych terenów powoduje nagrzewanie się gleby miejskiej, podczas gdy bliskość roślinności powoduje, że jest chłodniejsza. Kolejnym czynnikiem jest ciepło odpadowe powstające w wyniku zużycia energii. Wraz ze wzrostem skupiska ludności zwiększa się jego powierzchnia i wzrasta średnia temperatura. Używa się również terminu wyspa ciepła; można go stosować do dowolnego obszaru, który jest stosunkowo cieplejszy niż otaczający go obszar, ale ogólnie odnosi się do obszarów zakłócanych przez ludzi.

Miesięczne opady są większe w zawietrznych miastach, częściowo z powodu UHI. Rosnące upały w ośrodkach miejskich wydłużają sezony wegetacyjne i ograniczają występowanie słabych tornad. UHI pogarsza jakość powietrza, zwiększając produkcję substancji zanieczyszczających, takich jak ozon, oraz pogarsza jakość wody, ponieważ cieplejsza woda wpływa do rzek regionu i obciąża ich ekosystemy.

Nie we wszystkich miastach występuje wyraźna miejska wyspa ciepła, a charakterystyka tej wyspy ciepła zależy w dużym stopniu od klimatu tła obszaru, na którym położone jest miasto. Efekt miejskiej wyspy ciepła można zmniejszyć poprzez zielone dachy, pasywne chłodzenie radiacyjne w ciągu dnia oraz stosowanie jasnych powierzchni na obszarach miejskich, które odbijają więcej światła słonecznego i pochłaniają mniej ciepła. Urbanizacja pogłębiła skutki zmian klimatycznych w miastach.

Zjawisko to zostało po raz pierwszy zbadane i opisane przez Luke'a Howarda w latach 1810-tych, choć to nie on nazwał to zjawisko. Badania nad atmosferą miejską kontynuowano w XIX wieku. W latach dwudziestych i czterdziestych XX wieku badacze w Europie, Meksyku, Indiach, Japonii i Stanach Zjednoczonych poszukiwali nowych metod zrozumienia tego zjawiska w wyłaniającej się dziedzinie lokalnej klimatologii, czyli meteorologii w mikroskali. W 1929 roku Albert Peppler użył terminu „miejska wyspa ciepła”, co uważa się za pierwszy przykład miejskiej wyspy ciepła. W latach 1990–2000 publikowano rocznie około 30 badań; Do 2010 roku liczba ta wzrosła do 100, a do 2015 roku było ich już ponad 300.

Istnieje kilka przyczyn powstawania miejskiej wyspy ciepła. Ciemne powierzchnie pochłaniają znacznie więcej promieniowania słonecznego, co powoduje, że ulice i budynki na obszarach miejskich nagrzewają się w ciągu dnia bardziej niż na obszarach podmiejskich i wiejskich. Materiały powszechnie stosowane na chodniki i dachy na obszarach miejskich, takie jak beton i asfalt, mają znacznie odmienne właściwości termiczne (w tym pojemność cieplną i przewodność cieplną) oraz właściwości promieniowania powierzchniowego (albedo i emisyjność) niż otaczające je obszary wiejskie. Zmienia to bilans energetyczny obszaru miejskiego, często skutkując wyższymi temperaturami niż na otaczających je obszarach wiejskich. Inną ważną przyczyną jest brak ewapotranspiracji (np. z powodu braku roślinności) na obszarach miejskich. Służba Leśna Stanów Zjednoczonych ustaliła w 2018 r., że miasta w Stanach Zjednoczonych każdego roku tracą 36 milionów drzew. W miarę zanikania roślinności miasta tracą również cień i efekt chłodzenia drzew poprzez parowanie.

Inne przyczyny UHI wynikają z efektów geometrycznych. Wysokie budynki w wielu obszarach miejskich zapewniają wiele powierzchni odbijających i pochłaniających światło słoneczne, zwiększając efektywność ogrzewania obszarów miejskich. Nazywa się to „efektem kanionu miejskiego”. Kolejnym efektem budynków jest blokowanie wiatru, co zapobiega również chłodzeniu konwekcyjnemu i usuwaniu zanieczyszczeń. Ciepło odpadowe z samochodów, klimatyzacji, przemysłu i innych źródeł również przyczynia się do efektu UHI. Wysoki poziom zanieczyszczeń na obszarach miejskich może również zwiększyć UHI, ponieważ wiele form zanieczyszczeń zmienia właściwości radiacyjne atmosfery. UHI nie tylko zwiększa temperaturę w miastach, ale także stężenie ozonu, ponieważ ozon jest gazem cieplarnianym, którego powstawanie przyspiesza wraz ze wzrostem temperatury.

W większości miast różnica temperatur pomiędzy obszarami miejskimi i otaczającymi je obszarami wiejskimi jest największa w nocy. Chociaż różnica temperatur jest znacząca przez cały rok, zimą jest na ogół większa. Typowa różnica temperatur pomiędzy centrum miasta a otaczającymi go polami wynosi kilka stopni. W prognozach pogody pojawia się czasem informacja o różnicy temperatur pomiędzy centrum miasta a otaczającymi go przedmieściami, m.in. B. 20°C w centrum miasta, 18°C ​​na przedmieściach. Średnia roczna temperatura powietrza w mieście liczącym co najmniej 1 milion mieszkańców może być o 1,0–3,0 °C wyższa niż w otaczającym go obszarze. Wieczorem różnica może dochodzić do 12°C.

UHI można zdefiniować jako różnicę temperatur powietrza (Canopy UHI) lub różnicę temperatur powierzchni (Surface UHI) pomiędzy obszarami miejskimi i wiejskimi. Obydwa charakteryzują się nieco inną zmiennością dobową i sezonową oraz mają różne przyczyny.

IPCC zauważyło, że „wiem, że miejskie wyspy ciepła zwiększają temperatury w nocy bardziej niż temperatury w dzień w porównaniu z obszarami pozamiejskimi”. Na przykład w Barcelonie w Hiszpanii maksymalne dzienne temperatury są o 0,2°C niższe, a minimalne temperatury są o 2,9°C wyższe niż na pobliskiej stacji wiejskiej. Z opisu pierwszego w historii raportu UHI sporządzonego przez Luke’a Howarda pod koniec 1810 roku wynika, że ​​w centrum Londynu jest w nocy o 2,1°C cieplej niż w okolicy. Chociaż cieplejsza temperatura powietrza w UHI jest na ogół najbardziej odczuwalna w nocy, miejskie wyspy ciepła wykazują znaczące i nieco paradoksalne zachowanie w ciągu dnia. Różnica temperatur powietrza pomiędzy UHI a okolicą jest duża w nocy i niewielka w ciągu dnia. Odwrotnie jest w przypadku temperatur skóry krajobrazu miejskiego w UHI.

W ciągu dnia, zwłaszcza gdy niebo jest bezchmurne, powierzchnie miejskie nagrzewają się, pochłaniając promieniowanie słoneczne. Powierzchnie na obszarach miejskich mają tendencję do nagrzewania się szybciej niż powierzchnie na otaczających je obszarach wiejskich. Ze względu na dużą pojemność cieplną powierzchnie miejskie działają jak ogromny zbiornik energii cieplnej. Na przykład beton może magazynować około 2000 razy więcej ciepła niż równoważna objętość powietrza. Dlatego wysoką temperaturę powierzchni w ciągu dnia w UHI można łatwo wykryć za pomocą teledetekcji termicznej. Jak często ma to miejsce w przypadku ocieplenia w ciągu dnia, ocieplenie to powoduje również powstawanie wiatrów konwekcyjnych w miejskiej warstwie granicznej. Sugeruje się, że w wyniku powstałego mieszania atmosferycznego zakłócenia temperatury powietrza w UHI są na ogół minimalne lub nie występują w ciągu dnia, chociaż temperatury powierzchni mogą osiągać niezwykle wysokie wartości.

W nocy sytuacja jest odwrotna. Brak ogrzewania słonecznego prowadzi do zmniejszenia konwekcji atmosferycznej i stabilizacji miejskiej warstwy granicznej. Jeśli stabilizacja jest wystarczająca, tworzy się warstwa inwersyjna. Zatrzymuje to powietrze miejskie blisko powierzchni i utrzymuje ciepło powietrza powierzchniowego z wciąż ciepłych obszarów miejskich, co skutkuje wyższą temperaturą powietrza w nocy w UHI. Oprócz właściwości zatrzymywania ciepła na obszarach miejskich, maksimum nocne w kanionach miejskich może również wynikać z faktu, że podczas chłodzenia widok nieba jest zasłonięty: powierzchnie tracą ciepło w nocy głównie poprzez promieniowanie skierowane do stosunkowo chłodnego nieba, a to jest pochłaniany przez budynki w jednym zablokowanym obszarze miejskim. Chłodzenie radiacyjne jest bardziej dominujące, gdy prędkość wiatru jest niska, a niebo jest czyste i rzeczywiście w tych warunkach UHI jest największe w nocy.

Międzyrządowy Panel ds. Zmian Klimatu (IPCC) – Międzyrządowy Panel ds. Zmian Klimatu jest międzyrządowym organem Organizacji Narodów Zjednoczonych odpowiedzialnym za pogłębianie wiedzy na temat zmian klimatycznych powodowanych przez człowieka. Została ustanowiona w 1988 roku przez Światową Organizację Meteorologiczną (WMO) i Program Narodów Zjednoczonych ds. Ochrony Środowiska (UNEP), a później zatwierdzona przez Zgromadzenie Ogólne Narodów Zjednoczonych. Jej siedziba znajduje się w Genewie w Szwajcarii i składa się ze 195 państw członkowskich. IPCC jest zarządzane przez państwa członkowskie, które wybierają radę naukowców, których skład trwa przez cały cykl oceny (zwykle od sześciu do siedmiu lat). IPCC jest wspierane przez sekretariat i różne jednostki wsparcia technicznego składające się z wyspecjalizowanych grup roboczych i grup zadaniowych.

IPCC dostarcza obiektywnych i kompleksowych informacji naukowych na temat zmian klimatycznych spowodowanych przez człowieka, w tym skutków i zagrożeń naturalnych, politycznych i gospodarczych, a także możliwych reakcji. IPCC nie prowadzi własnych badań ani nie monitoruje zmian klimatycznych, ale raczej dokonuje regularnego, systematycznego przeglądu całej istotnej opublikowanej literatury. Tysiące naukowców i innych ekspertów zgłasza się na ochotnika do przeglądu danych i zestawienia kluczowych wniosków w formie „raportów oceniających” dla decydentów i opinii publicznej.

IPCC jest uznanym na arenie międzynarodowej autorytetem w dziedzinie zmian klimatycznych, a jego prace cieszą się szerokim poparciem czołowych klimatologów i rządów. Jej sprawozdania odgrywają kluczową rolę w Ramowej Konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu (UNFCCC), przy czym piąte sprawozdanie oceniające znacząco wpłynęło na przełomowe Porozumienie paryskie z 2015 r. IPCC podzieliła się Pokojową Nagrodą Nobla z Alem Gore'em w 2007 r. za wkład w zrozumienie zmian klimatycznych.

W 2015 r. IPCC rozpoczęło szósty cykl oceny, którego zakończenie zaplanowano na 2023 r. W sierpniu 2021 r. IPCC opublikowało swój wkład Grupy Roboczej I do szóstego raportu oceniającego (IPCC AR6) na temat fizycznych podstaw zmiany klimatu, który gazeta The Guardian określiła jako najostrzejsze jak dotąd ostrzeżenie „przed poważną nieuniknioną i nieodwracalną zmianą klimatu”, temat poruszany przez wiele gazet na całym świecie. 28 lutego 2022 r. IPCC opublikowało raport Grupy Roboczej II na temat skutków i adaptacji. Wkład III Grupy Roboczej ds. „Łagodzenia zmian klimatycznych” do szóstego raportu oceniającego został opublikowany 4 kwietnia 2022 r. Zakończenie szóstego sprawozdania z oceny zaplanowano na marzec 2023 r. sprawozdaniem podsumowującym.

W okresie sporządzania szóstego sprawozdania oceniającego IPCC opublikowało trzy sprawozdania specjalne: sprawozdanie specjalne w sprawie globalnego ocieplenia o 1,5°C w 2018 r., a także sprawozdanie specjalne w sprawie zmian klimatu i gruntów (SRCCL) oraz sprawozdanie specjalne w sprawie oceanów i Kriosfera w zmieniającym się klimacie (SROCC), oba w 2019 r. W 2019 r. zaktualizowała również swoje metody. Dlatego też szósty cykl oceny został określony jako najbardziej ambitny w historii IPCC.

Różnica temperatur miejskiej wyspy ciepła jest nie tylko większa w nocy niż w dzień, ale także większa zimą niż latem. Jest to szczególnie prawdziwe na obszarach zaśnieżonych, ponieważ miasta mają tendencję do zatrzymywania śniegu przez krótszy okres czasu niż otaczające je obszary wiejskie (wynika to z większej zdolności izolacyjnej miast, a także działalności człowieka, takiej jak orka). Zmniejsza to albedo (miarę jasności ciała) miasta i zwiększa efekt ocieplenia. Wyższe prędkości wiatru na obszarach wiejskich, zwłaszcza zimą, mogą również powodować ochłodzenie obszarów niż obszary miejskie. W regionach o wyraźnych porach deszczowych i suchych efekt miejskiej wyspy ciepła jest większy w porze suchej. Termiczna stała czasowa mokrej gleby jest znacznie wyższa niż suchej gleby. W rezultacie wilgotne gleby wiejskie ochładzają się wolniej niż suche gleby wiejskie, co pomaga zminimalizować nocną różnicę temperatur między obszarami miejskimi i wiejskimi.

Jeśli miasto lub gmina ma dobry system obserwacji pogody, UHI można zmierzyć bezpośrednio. Alternatywą jest zastosowanie złożonej symulacji lokalizacji w celu obliczenia UHI lub zastosowanie metody aproksymacji empirycznej. Takie modele umożliwiają włączenie UHI do szacunków przyszłego wzrostu temperatury w miastach w wyniku zmian klimatycznych.

Leonard O. Myrup opublikował pierwszą kompleksową obróbkę numeryczną do przewidywania skutków miejskiej wyspy ciepła (UHI) w 1969 roku. W swojej pracy daje przegląd UHI i krytykuje istniejące wówczas teorie jako zbyt jakościowe. Opisano ogólny numeryczny model budżetu energetycznego i zastosowano go do atmosfery miejskiej. Zaprezentowano obliczenia dla kilku szczególnych przypadków oraz analizę wrażliwości. Stwierdzono, że model pozwala przewidzieć prawidłową wielkość nadmiaru temperatury w miastach. Efekt wyspy ciepła jest wypadkową kilku konkurujących ze sobą procesów fizycznych. Ogólnie rzecz biorąc, dominującymi parametrami są zmniejszone parowanie w centrum miasta oraz właściwości termiczne budynków miejskich i materiałów chodnikowych. Sugeruje się, że taki model mógłby zostać wykorzystany w obliczeniach inżynierskich w celu poprawy klimatu istniejących i przyszłych miast.

Asfalt +
parkingi asfaltowe i wytwarzanie energii w wiatach słonecznych
= rozszerzenie funkcjonalności i zagęszczenie
= przeciwdziałanie miejskim wyspom ciepła

W ostatnich latach asfalt staje się coraz bardziej popularny do pokrywania miast. Wynika to z faktu, że asfalt jest nawierzchnią bardzo trwałą i niedrogą. Asfalt ma jednak również pewne wady, zwłaszcza gdy jest stosowany w dużych ilościach na obszarach miejskich.

Jedną z największych wad asfaltu jest to, że bardzo nagrzewa środowisko. Stanowi to problem, ponieważ w miesiącach letnich w miastach jest już bardzo gorąco, a temperatury rosną jeszcze bardziej ze względu na dużą liczbę nawierzchni asfaltowych. Oznacza to, że mieszkańcy miast bardzo cierpią z powodu upałów, co może nawet prowadzić do problemów zdrowotnych.

Dużym problemem spowodowanym użytkowaniem asfaltu jest więc przegrzanie miast. Istnieją różne możliwości przeciwdziałania temu problemowi. Jedną z możliwości jest utworzenie większej liczby terenów zielonych w miastach, ponieważ drzewa i rośliny mogą pochłaniać ciepło. Korzystanie z wiat samochodowych lub słonecznych systemów parkingowych może również pomóc w obniżeniu temperatury w miastach. Systemy te wyposażone są w moduły fotowoltaiczne, które wykorzystują energię słoneczną do wytwarzania energii elektrycznej. Jednocześnie dają cień i tym samym ograniczają nagrzewanie się otoczenia.

Wiaty samochodowe i słoneczne systemy parkingowe to dobry sposób na ograniczenie przegrzania w miastach. Są nie tylko zrównoważone, ponieważ nie spalają paliw kopalnych i w związku z tym nie emitują CO2, ale także pomagają poprawić temperaturę w miastach.

Badanie przeprowadzone przez „De Lorean Power” ze Szwajcarii wykazało, że zachowanie pracowników podczas parkowania idealnie odpowiada ilości wytwarzanej energii słonecznej. Dzienny przebieg pojazdu elektrycznego można pokonać niemal w każdą pogodę, a nadwyżkę można odprowadzić do sieci. Roczna produkcja energii słonecznej na parkingu odpowiada zapotrzebowaniu energetycznemu pojazdu. Słoneczne miejsca parkingowe mają największy potencjał wytwarzania energii elektrycznej ze wszystkich obszarów infrastruktury. W Szwajcarii na każdy zarejestrowany samochód dostępne są około 2 miejsca parkingowe. W dostępnych regionach może wygenerować ponad 10 terawatogodzin energii słonecznej rocznie (15% obecnego zużycia energii elektrycznej). „To zdumiewające, jak niewiele jest zakładów pilotażowych” – stwierdzają autorzy badania. Ponadto taki dach chroni samochód przed żywiołami i zmniejsza nagrzewanie się samochodu latem.

Według oceny Federalnego Urzędu Statystycznego (FSO) Szwajcaria dysponuje co najmniej 5 milionami naziemnych miejsc parkingowych (6400 hektarów), na których zarejestrowanych jest około 4,7 miliona samochodów. Te obszary parkingowe zostały zarejestrowane przy użyciu procesu cyfrowego, który rozpoznaje jedynie większe obszary przyległe, a nie pojedyncze miejsca parkingowe. Eksperci ds. ruchu oczekują zatem od 8 do 10 milionów miejsc parkingowych. To około 2 na samochód.

Według innego badania „Wytwarzanie energii słonecznej dla obiektów infrastruktury i obszarów adaptacyjnych”, naziemne lub otwarte parkingi mają największy potencjał fotowoltaiczny ze wszystkich obszarów infrastruktury. Obszary te mogą dostarczyć do 10 terawatogodzin (TWh) energii elektrycznej z fotowoltaiki rocznie. Oznacza to, że całkowita produkcja energii elektrycznej w Szwajcarii wynosi 65,5 TWh.

Średnia powierzchnia parkingu wynosi 12,5 metra kwadratowego (2,5 metra x 5 metrów). Jest to również powierzchnia, którą musi posiadać dach solarny. Wydajność energetyczna systemu fotowoltaicznego zależy od wielu czynników, w tym od promieniowania słonecznego, wydajności komponentów i orientacji modułów. W Turgowii przy 1 kW zainstalowanej mocy fotowoltaicznej można wytworzyć około 1000 kWh energii elektrycznej rocznie (1000 kWh na 1 kWp).

W zależności od zastosowanych modułów fotowoltaicznych, 1 kWp wymaga zainstalowanej mocy od 4 do 8 metrów kwadratowych. W tym badaniu obliczono 5 m2 na kWp. Oznacza to, że można zainstalować miejsce parkingowe o powierzchni 12,5 m2 i mocy 2,5 kWp, co generuje 2500 kWh energii słonecznej rocznie. Średnie zużycie energii w szwajcarskim gospodarstwie domowym wynosi około 4500 kWh/rok (z wyłączeniem ogrzewania, wentylacji i pojazdów elektrycznych).

Modułowa budowa systemu wiaty garażowej jest korzystna i umożliwia dostosowanie dachu do niemal każdego miejsca parkingowego, zapewniając w ten sposób stałe dobre wykorzystanie miejsca parkingowego i zapewniając możliwość rozbudowy.

Dzięki modułom dwustronnym wiata może stać się przezroczysta. Jest to wizualnie bardzo interesujące i prowadzi do wyższych uzysków energii słonecznej, ponieważ odpowiednie moduły fotowoltaiczne mogą również wykorzystywać światło pochodzące z dołu, zapewniając w ten sposób 10-20% dodatkowego uzysku. Technologia bifacial jest obecnie mało wykorzystywana, gdyż niekoniecznie jest opłacalna ze względu na wyższe ceny modułów. Zakłada się jednak, że technologia ta ugruntuje się w ciągu najbliższych kilku lat.

W naszym modułowym i skalowalnym systemie wiat solarnych 4+2+, w którym stosowane są moduły częściowo przezroczyste i dwustronne, poniższe punkty mają zastosowanie i stanowią teraz także alternatywę cenową :

Warianty dachów solarnych specjalnie dla pojazdów – Zdjęcie: Xpert.Digital

Więcej na ten temat tutaj:

• Liczby, dane, fakty: wiata solarna, wiata z dachem solarnym, porównanie wariantów zadaszenia i modelowe miejsce parkingowe z uzyskiem prądu

Limitless: modułowy i skalowalny system wiat fotowoltaicznych dla samochodów osobowych i ciężarowych

Limitless: modułowy i skalowalny system wiat fotowoltaicznych dla samochodów osobowych i ciężarowych

Dane techniczne: Modułowy i skalowalny system wiat solarnych do samochodów osobowych i ciężarowych

Dane techniczne: Modułowy i skalowalny system wiat solarnych do samochodów osobowych i ciężarowych

Zalety w skrócie:

• Elastyczna i modułowa (skalowalna) konstrukcja
• Wysokość prześwitu dla samochodów osobowych od 2,66 m (z możliwością zwiększenia do 4,5 m lub więcej dla samochodów ciężarowych)
• Głębokość miejsca parkingowego dla samochodów osobowych do 6,1 m, przeciwległa możliwa do 12,5 m.
  Głębokość uzależniona jest od wymiarów zastosowanych modułów fotowoltaicznych
• System wiat solarnych jest optymalnie zaprojektowany dla częściowo przezroczystych modułów słonecznych.
  Transmisja światła 12% / 40% (!) - Z certyfikowaną aprobatą do montażu nad głową
• Opcjonalnie z mocnym oświetleniem LED, możliwością przyciemniania i sterowaniem ruchem
• Można go również stosować do stojaków parkingowych z możliwością ustawienia pod kątem
• Brak ukrytych kosztów związanych z fundamentami
  Zastosowanie fundamentów punktowych (najtańszy wariant, brak skomplikowanych wykopów pod płyty betonowe itp. niezbędnych do statyki) lub montaż z płytami stropowymi w zależności od istniejących warunków gruntowych/asfaltowania

Dalsze źródła:

• Współczynnik kosztów fundamentów gruntowych dla wiat fotowoltaicznych
• Wiaty solarne tam, gdzie nie ma już standardu – optymalne rozwiązanie dla każdego wyzwania dzięki solarnym zadaszeniom otwartych miejsc parkingowych
• Systemy wiat solarnych: która opcja jest lepsza i/lub tańsza?
• Strategia wiaty słonecznej dla otwartych miejsc parkingowych
• Modułowy system wiat solarnych do wszystkich zastosowań i przypadków

System fotowoltaiczny dla ciężarówek

Z uwagi na to, że technologia kolumnowa 4+2+ jest najbardziej elastycznym rozwiązaniem (zarówno technicznym, jak i cenowym) dla systemu zadaszenia parkingu, można ją łatwo rozbudować i zastosować także w przypadku większych pojazdów, np. samochodów ciężarowych, po odpowiednich modyfikacjach .

Kolonie mrówek na miejskich wyspach ciepła mają zwiększoną tolerancję na ciepło, bez uszczerbku dla tolerancji na zimno.

Gatunki zdolne do dobrej kolonizacji mogą wykorzystać warunki stworzone przez miejskie wyspy ciepła, aby rozwijać się w regionach poza ich normalnym zasięgiem. Przykładami tego są latający lis siwogłowy (Pteropus poliocephalus) i gekon domowy (Hemidactylus frenatus). Siwogłowe lisy latające występujące w Melbourne w Australii kolonizowały siedliska miejskie po wzroście panujących tam temperatur. Ze względu na wzrost temperatury i wynikające z tego cieplejsze zimy, klimat w mieście jest bardziej zbliżony do północnego siedliska gatunku na wolności.

Próby powstrzymania miejskich wysp ciepła i zarządzania nimi zmniejszają wahania temperatury oraz dostępność żywności i wody. W klimacie umiarkowanym miejskie wyspy ciepła wydłużają sezon wegetacyjny, zmieniając w ten sposób strategie reprodukcyjne żyjących tam gatunków. Najlepiej widać to na przykładzie wpływu miejskich wysp ciepła na temperaturę wody. Ponieważ temperatura pobliskich budynków czasami różni się o ponad 28°C od temperatury powietrza na powierzchni, opady szybko się nagrzewają, powodując spływanie do pobliskich strumieni, jezior i rzek (lub innych zbiorników wodnych), tworząc nadmierne ciepło. ładuje ołów. Rosnące zanieczyszczenie termiczne może spowodować wzrost temperatury wody o 11 do 17 ° C (20 do 30 ° F). Wzrost ten powoduje, że gatunki ryb żyjące w zbiornikach wodnych doświadczają stresu i szoku termicznego z powodu szybkich zmian temperatury w ich siedlisku.

Miejskie wyspy ciepła powodowane przez miasta zmieniły proces doboru naturalnego. Presje selekcyjne, takie jak czasowe zmiany w pożywieniu, drapieżnikach i wodzie, zostają złagodzone, umożliwiając pojawienie się nowego zestawu sił selektywnych. Na przykład w siedliskach miejskich żyje więcej owadów niż na obszarach wiejskich. Owady są ektotermiczne. Oznacza to, że regulują one temperaturę ciała w zależności od temperatury otoczenia, dzięki czemu cieplejszy klimat w mieście jest dla nich idealny. Badanie Parthenolecanium quercifex (owadów łuskowatych) przeprowadzone w Raleigh w Karolinie Północnej wykazało, że ten konkretny gatunek preferuje cieplejszy klimat i dlatego występuje w większej liczbie w siedliskach miejskich niż na dębach na obszarach wiejskich. Z biegiem czasu spędzonego w siedliskach miejskich przystosowały się do rozwoju w cieplejszym, a nie chłodniejszym klimacie.

Występowanie gatunków obcych jest w dużym stopniu uzależnione od działalności człowieka. Przykładem tego są populacje martin skalnych, które gniazdują pod okapami budynków w siedliskach miejskich. Korzystają z ochrony, jaką zapewnia im człowiek w górnych partiach domów, powodując wzrost ich populacji w wyniku dodatkowej ochrony i zmniejszonej liczby drapieżników.

Oprócz wpływu na temperaturę, UHI może mieć wtórny wpływ na lokalną meteorologię, w tym zmianę lokalnych wzorców wiatrów, rozwoju chmur i mgły, wilgotności powietrza i ilości opadów. Dodatkowe ciepło wytworzone przez UHI spowoduje silniejszy ruch w górę, co może wywołać dodatkowe opady deszczu i burze. Ponadto UHI tworzy w ciągu dnia lokalny obszar niskiego ciśnienia, w którym stosunkowo wilgotne powietrze ze środowiska wiejskiego przepływa razem, co może prowadzić do powstania korzystniejszych warunków do powstawania chmur. Opady deszczu w zawietrznej części miast wzrosły o 48% do 116%. Częściowo w wyniku tego ocieplenia miesięczne opady są o około 28% wyższe w promieniu 20 mil (32 km) do 40 mil (64 km) od miast z wiatrem niż pod wiatr. W niektórych miastach suma opadów wzrosła o 51%.

W kilku obszarach przeprowadzono badania, które sugerują, że obszary metropolitalne są mniej podatne na słabe tornada z powodu turbulentnego mieszania spowodowanego ciepłem miejskiej wyspy ciepła. Korzystając ze zdjęć satelitarnych, naukowcy odkryli, że klimat miejski ma zauważalny wpływ na sezony wegetacyjne w promieniu do 10 kilometrów (6,2 mil) od obrzeży miasta. W 70 miastach we wschodniej Ameryce Północnej sezon wegetacyjny był o około 15 dni dłuższy na obszarach miejskich niż na obszarach wiejskich poza wpływami miasta.

Badania przeprowadzone w Chinach wykazały, że efekt miejskiej wyspy ciepła przyczynia się do ocieplenia klimatu o około 30%. Z drugiej strony porównanie obszarów miejskich i wiejskich przeprowadzone w 1999 r. wykazało, że efekt miejskiej wyspy ciepła ma niewielki wpływ na ewolucję średniej temperatury na świecie. Z badania wynika, że ​​miasta zmieniają klimat na obszarze 2–4 razy większym niż ich własny obszar. Inny twierdzi, że miejskie wyspy ciepła wpływają na globalny klimat poprzez wpływ na prąd strumieniowy. Liczne badania wykazały, że skutki wysp ciepła będą coraz poważniejsze w miarę postępu zmian klimatycznych.

UHI może mieć bezpośredni wpływ na zdrowie i samopoczucie mieszkańców miast. W samych Stanach Zjednoczonych każdego roku w wyniku ekstremalnych upałów umiera średnio 1000 osób. Ponieważ UHI charakteryzują się podwyższonymi temperaturami, mogą potencjalnie zwiększyć wielkość i czas trwania fal upałów w miastach. Badania wykazały, że śmiertelność podczas fali upałów wzrasta wykładniczo wraz z maksymalną temperaturą, a efekt ten nasila się w przypadku UHI. Ocieplenie związane z UHI zwiększa liczbę osób narażonych na działanie ekstremalnych temperatur. Nocne działanie UHI może być szczególnie szkodliwe podczas fali upałów, pozbawiając mieszkańców miast nocnego chłodzenia na obszarach wiejskich.

Badania przeprowadzone w Stanach Zjednoczonych sugerują, że związek między ekstremalnymi temperaturami a śmiertelnością różni się w zależności od lokalizacji. Upał zwiększa ryzyko śmierci w miastach na północy kraju bardziej niż w południowych regionach kraju. Na przykład, jeśli w Chicago, Denver czy Nowym Jorku panują wyjątkowo wysokie temperatury latem, można spodziewać się zwiększonej liczby chorób i zgonów. Z kolei w częściach kraju, w których przez cały rok temperatury są łagodne lub wysokie, ryzyko dla zdrowia publicznego spowodowane nadmiernym upałem jest mniejsze. Badania pokazują, że mieszkańcy południowych miast, takich jak Miami, Tampa, Los Angeles i Phoenix, są bardziej przyzwyczajeni do upałów i dlatego są mniej podatni na śmierć z powodu upałów. Ogólnie rzecz biorąc jednak wydaje się, że mieszkańcy Stanów Zjednoczonych z każdą mijającą dekadą przyzwyczajają się do wyższych temperatur położonych dalej na północ, chociaż może to wynikać z lepszej infrastruktury, nowocześniejszych budynków i większej świadomości społecznej.

Donoszono, że wyższe temperatury powodują udar cieplny, wyczerpanie cieplne, omdlenia cieplne i skurcze cieplne. W niektórych badaniach sprawdzano również, jak poważny udar cieplny może spowodować trwałe uszkodzenie układów narządów. Uszkodzenie to może zwiększać ryzyko wczesnej śmiertelności, ponieważ może prowadzić do poważnego upośledzenia funkcji narządów. Inne powikłania udaru cieplnego obejmują zespół niewydolności oddechowej u dorosłych i rozsiane wykrzepianie wewnątrznaczyniowe. Niektórzy badacze odkryli, że jakiekolwiek upośledzenie zdolności organizmu ludzkiego do termoregulacji teoretycznie zwiększa ryzyko śmierci. Należą do nich choroby, które mogą wpływać na mobilność, świadomość lub zachowanie danej osoby. Naukowcy odkryli, że „osoby z problemami poznawczymi (np. depresją, demencją, chorobą Parkinsona) są bardziej narażone na działanie wysokich temperatur i muszą zachować szczególną ostrożność”, ponieważ wykazano, że ciepło wpływa w różny sposób na sprawność poznawczą. Osoby cierpiące na cukrzycę, otyłość, brak snu lub choroby sercowo-naczyniowe/mózgowe powinny unikać nadmiernej ekspozycji na ciepło. Niektóre popularne leki wpływające na termoregulację mogą również zwiększać ryzyko śmierci. Należą do nich na przykład leki przeciwcholinergiczne, leki moczopędne, fenotiazyny i barbiturany. Ciepło może mieć wpływ nie tylko na zdrowie, ale także na zachowanie. Amerykańskie badanie sugeruje, że upał może sprawić, że ludzie będą bardziej drażliwi i agresywni. Ustalono, że liczba przestępstw z użyciem przemocy wzrosła o 4,58 na 100 000 na każdy stopień wzrostu temperatury.

Badacz odkrył, że wysoka intensywność UHI koreluje ze zwiększonym poziomem substancji zanieczyszczających powietrze, które gromadzą się w nocy i mogą mieć wpływ na jakość powietrza następnego dnia. Do substancji zanieczyszczających zaliczają się lotne związki organiczne, tlenek węgla, tlenki azotu i cząstki stałe. Produkcja tych substancji zanieczyszczających w połączeniu z wyższymi temperaturami w UHI może przyspieszyć powstawanie ozonu. Ozon powierzchniowy jest uważany za szkodliwą substancję zanieczyszczającą. Badania sugerują, że wyższe temperatury w UHI mogą zwiększać liczbę dni zanieczyszczonych, ale wskazują również, że na zanieczyszczenie mogą również wpływać inne czynniki (np. ciśnienie powietrza, zachmurzenie, prędkość wiatru). Badania przeprowadzone w Hongkongu wykazały, że dzielnice o gorszej wentylacji miejskiego powietrza zewnętrznego zwykle doświadczają większego wpływu miejskiej wyspy ciepła i charakteryzują się znacznie wyższą śmiertelnością ogólną w porównaniu z obszarami o lepszej wentylacji.

Centra Kontroli i Zapobiegania Chorobom zauważają, że „trudno jest dokonać wiarygodnych prognoz dotyczących chorób i zgonów spowodowanych upałem w różnych scenariuszach zmian klimatycznych” oraz że „zgonom spowodowanym upałami można zapobiec, o czym świadczy spadek umieralności z jakiejkolwiek przyczyny podczas upałów w ciągu ostatnich 35 lat.” Jednak niektóre badania sugerują, że wpływ UHI na zdrowie może być nieproporcjonalny, ponieważ wpływ może rozkładać się nierównomiernie w zależności od wieku, pochodzenia etnicznego i statusu społeczno-ekonomicznego. Rodzi to możliwość, że wpływ UHI na zdrowie jest kwestią sprawiedliwości środowiskowej.