Impacto da urbanização: Ilha de calor urbana ou urbana - evitada através de coberturas solares durante a geração de eletricidade

Uma ilha de calor urbana (ICU) é uma área urbana ou metropolitana significativamente mais quente do que as áreas rurais circundantes devido à atividade humana. A diferença de temperatura costuma ser maior à noite do que durante o dia e mais pronunciada quando os ventos estão fracos. A ICU é particularmente perceptível no verão e no inverno. A principal causa do efeito da ICU reside nas alterações da superfície terrestre. Um estudo demonstrou que as ilhas de calor podem ser influenciadas pela proximidade com diferentes tipos de cobertura do solo, de modo que a proximidade com terrenos áridos leva ao aquecimento do solo urbano, enquanto a proximidade com vegetação o torna mais frio. O calor residual gerado pelo consumo de energia é outro fator. À medida que um centro populacional cresce, sua área aumenta e a temperatura média sobe. O termo "ilha de calor" também é usado; ele pode se referir a qualquer área relativamente mais quente do que seus arredores, mas geralmente se refere a áreas perturbadas pela atividade humana.

A precipitação mensal é maior na área de sombra de chuva das cidades, em parte devido à ilha de calor urbana. O aumento do calor nos centros urbanos prolonga as estações de cultivo e reduz a ocorrência de tornados de baixa intensidade. A ilha de calor urbana piora a qualidade do ar, aumentando a produção de poluentes como o ozono, e degrada a qualidade da água, uma vez que a água mais quente flui para os rios da região, afetando os seus ecossistemas.

Nem todas as cidades apresentam um efeito de ilha de calor urbana pronunciado, e suas características dependem muito do clima da região onde a cidade está localizada. O efeito de ilha de calor urbana pode ser mitigado por telhados verdes, resfriamento radiativo passivo durante o dia e o uso de superfícies de cores claras em áreas urbanas, que refletem mais luz solar e absorvem menos calor. A urbanização exacerbou os impactos das mudanças climáticas nas cidades.

O fenômeno foi estudado e descrito pela primeira vez por Luke Howard na década de 1810, embora ele não tenha sido quem o nomeou. A pesquisa sobre a atmosfera urbana continuou ao longo do século XIX. Entre as décadas de 1920 e 1940, pesquisadores na Europa, México, Índia, Japão e Estados Unidos, trabalhando nos campos emergentes da climatologia local ou meteorologia em microescala, buscaram novos métodos para compreender o fenômeno. Em 1929, Albert Peppler usou o termo "ilha de calor urbana", considerado o primeiro exemplo de ilha de calor urbana. Entre 1990 e 2000, aproximadamente 30 estudos foram publicados anualmente; em 2010, esse número havia subido para 100 e, em 2015, ultrapassou 300.

Existem diversas causas para o efeito de ilha de calor urbana. Superfícies escuras absorvem significativamente mais radiação solar, fazendo com que ruas e edifícios em áreas urbanas aqueçam mais durante o dia do que em áreas suburbanas e rurais. Materiais comumente usados ​​para pavimentação de ruas e telhados em áreas urbanas, como concreto e asfalto, possuem propriedades térmicas volumétricas (incluindo capacidade térmica e condutividade térmica) e propriedades radiativas superficiais (albedo e emissividade) significativamente diferentes das das áreas rurais circundantes. Isso altera o balanço energético da área urbana, resultando frequentemente em temperaturas mais altas do que nas áreas rurais vizinhas. Outro fator importante é a falta de evapotranspiração (por exemplo, devido à falta de vegetação) em áreas urbanas. O Serviço Florestal dos EUA constatou, em 2018, que as cidades nos Estados Unidos perdem 36 milhões de árvores por ano. Com o declínio da vegetação, as cidades também perdem a sombra e o efeito refrescante das árvores por meio da evaporação.

Outras causas das ilhas de calor urbanas (ICU) devem-se a efeitos geométricos. Os edifícios altos em muitas áreas urbanas oferecem múltiplas superfícies para a reflexão e absorção da luz solar, aumentando assim a eficiência das ilhas de calor urbanas. Isso é conhecido como "efeito cânion urbano". Outro efeito dos edifícios é o bloqueio do vento, que também impede o resfriamento por convecção e a remoção de poluentes. O calor residual de carros, aparelhos de ar condicionado, indústrias e outras fontes também contribui para o efeito ICU. Altos níveis de poluição em áreas urbanas também podem exacerbar as ICU, já que muitas formas de poluição alteram as propriedades radiativas da atmosfera. As ICU não apenas aumentam as temperaturas nas cidades, mas também as concentrações de ozônio, visto que o ozônio é um gás de efeito estufa cuja formação se acelera com o aumento das temperaturas.

Na maioria das cidades, a diferença de temperatura entre as áreas urbanas e rurais circundantes é maior à noite. Embora a diferença de temperatura seja considerável ao longo do ano, geralmente é maior no inverno. A diferença típica de temperatura entre o centro da cidade e os campos circundantes é de vários graus. A diferença de temperatura entre o centro da cidade e os subúrbios circundantes é por vezes mencionada em boletins meteorológicos, por exemplo, 20 °C no centro da cidade, 18 °C nos subúrbios. A temperatura média anual do ar de uma cidade com 1 milhão de habitantes ou mais pode ser 1,0 a 3,0 °C mais quente do que a da área circundante. À noite, a diferença pode chegar a 12 °C.

O efeito de ilha de calor urbana (ICU) pode ser definido tanto pela diferença de temperatura do ar (ICU da cobertura vegetal) quanto pela diferença de temperatura da superfície (ICU de superfície) entre áreas urbanas e rurais. Ambos apresentam variabilidade diurna e sazonal ligeiramente diferente e têm causas distintas.

O IPCC observou que “sabe-se que as ilhas de calor urbanas aumentam as temperaturas noturnas mais do que as diurnas, em comparação com áreas não urbanas”. Em Barcelona, ​​Espanha, por exemplo, as temperaturas máximas diurnas são 0,2 °C mais baixas e as mínimas 2,9 °C mais altas do que em uma estação rural próxima. Uma descrição do primeiro relatório sobre ilhas de calor urbanas, feito por Luke Howard no final da década de 1810, afirma que o centro de Londres é 2,1 °C mais quente à noite do que a área rural circundante. Embora a temperatura do ar mais elevada dentro das ilhas de calor urbanas seja geralmente mais perceptível à noite, elas exibem um comportamento diurno significativo e, de certa forma, paradoxal. A diferença de temperatura do ar entre a ilha de calor urbana e a área circundante é grande à noite e pequena durante o dia. O oposto ocorre com as temperaturas da superfície da paisagem urbana dentro da ilha de calor urbana.

Durante o dia, especialmente em dias de céu limpo, as superfícies urbanas aquecem devido à absorção da radiação solar. As superfícies em áreas urbanas tendem a aquecer mais rapidamente do que as das áreas rurais circundantes. Devido à sua elevada capacidade térmica, as superfícies urbanas atuam como um vasto reservatório de energia térmica. Por exemplo, o concreto pode armazenar aproximadamente 2.000 vezes mais calor do que um volume de ar comparável. Portanto, as elevadas temperaturas da superfície durante o dia, dentro da ilha de calor urbana (ICU), são facilmente detectadas por sensoriamento remoto térmico. Como é comum em casos de aquecimento diurno, esse aquecimento também leva à formação de ventos de convecção dentro da camada limite urbana. Acredita-se que, devido à mistura atmosférica resultante, a perturbação da temperatura do ar dentro da ICU seja geralmente mínima ou inexistente durante o dia, embora as temperaturas da superfície possam atingir níveis extremamente elevados.

À noite, a situação se inverte. A ausência de aquecimento solar leva a uma diminuição da convecção atmosférica e à estabilização da camada limite urbana. Se a estabilização for suficiente, forma-se uma camada de inversão térmica. Esta aprisiona o ar urbano próximo à superfície, mantendo-o aquecido pelas superfícies urbanas ainda quentes, resultando em temperaturas do ar mais elevadas durante a noite dentro da ilha de calor urbana (ICU). Além das propriedades de retenção de calor das áreas urbanas, o máximo noturno nos cânions urbanos também pode ser devido à obstrução da visão do céu durante o resfriamento: as superfícies perdem calor à noite principalmente por radiação para o céu comparativamente mais frio, e essa radiação é bloqueada pelos edifícios em uma área urbana. O resfriamento radiativo é mais dominante quando a velocidade do vento é baixa e o céu está limpo; de fato, a ICU é maior à noite nessas condições.

O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) é um órgão intergovernamental das Nações Unidas responsável por aprofundar nosso conhecimento sobre as mudanças climáticas causadas pela ação humana. Foi criado em 1988 pela Organização Meteorológica Mundial (OMM) e pelo Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA) e posteriormente aprovado pela Assembleia Geral das Nações Unidas. Com sede em Genebra, Suíça, é composto por 195 Estados-membros. O IPCC é governado por seus Estados-membros, que elegem um Conselho de Cientistas para atuar durante um ciclo de avaliação (geralmente de seis a sete anos). O IPCC conta com o apoio de um Secretariado e de diversas Unidades de Apoio Técnico, compostas por grupos de trabalho e forças-tarefa especializadas.

O IPCC fornece informações científicas objetivas e abrangentes sobre as mudanças climáticas causadas pelo homem, incluindo seus impactos e riscos naturais, políticos e econômicos, bem como possíveis respostas. O IPCC não realiza pesquisas próprias nem monitora as mudanças climáticas; em vez disso, realiza uma revisão sistemática e regular de toda a literatura relevante publicada. Milhares de cientistas e outros especialistas se voluntariam para revisar os dados e compilar as principais conclusões em relatórios de avaliação para formuladores de políticas e o público.

O IPCC é uma autoridade internacionalmente reconhecida em mudanças climáticas, e seu trabalho goza de amplo apoio entre os principais cientistas climáticos e governos. Seus relatórios desempenham um papel fundamental na Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima (UNFCCC), sendo que o Quinto Relatório de Avaliação influenciou significativamente o histórico Acordo de Paris de 2015. O IPCC, juntamente com Al Gore, foi agraciado com o Prêmio Nobel da Paz em 2007 por sua contribuição para a nossa compreensão das mudanças climáticas.

Em 2015, o IPCC iniciou seu sexto ciclo de avaliação, com previsão de conclusão em 2023. Em agosto de 2021, o IPCC publicou a contribuição do Grupo de Trabalho I para o Sexto Relatório de Avaliação (IPCC AR6) sobre as bases físicas das mudanças climáticas, que o jornal The Guardian descreveu como o alerta mais sério até então sobre mudanças climáticas significativas, inevitáveis ​​e irreversíveis — um tema amplamente divulgado por jornais do mundo todo. Em 28 de fevereiro de 2022, o IPCC publicou o relatório do Grupo de Trabalho II sobre impactos e adaptação. A contribuição do Grupo de Trabalho III para o Sexto Relatório de Avaliação, sobre mitigação das mudanças climáticas, foi publicada em 4 de abril de 2022. A conclusão do Sexto Relatório de Avaliação está prevista para março de 2023, com um relatório de síntese.

Durante o período do Sexto Relatório de Avaliação, o IPCC publicou três relatórios especiais: o Relatório Especial sobre o Aquecimento Global de 1,5 °C em 2018, e o Relatório Especial sobre Mudanças Climáticas e Uso da Terra (SRCCL) e o Relatório Especial sobre Oceanos e Criosfera em um Clima em Mudança (SROCC), ambos em 2019. Também atualizou suas metodologias em 2019. Portanto, o sexto ciclo de avaliação foi descrito como o mais ambicioso da história do IPCC.

A diferença de temperatura causada pelo efeito de ilha de calor urbana não é apenas maior à noite do que durante o dia, mas também maior no inverno do que no verão. Isso é especialmente verdadeiro em regiões com neve, já que a neve normalmente permanece por menos tempo nas cidades do que nas áreas rurais circundantes (devido à maior capacidade de isolamento das cidades, bem como a atividades humanas como a remoção da neve). Isso reduz o albedo (uma medida do brilho de um corpo) na cidade, amplificando assim o efeito de aquecimento. Velocidades de vento mais altas em áreas rurais, particularmente no inverno, também podem contribuir para temperaturas mais baixas em comparação com as áreas urbanas. Em regiões com estações chuvosas e secas bem definidas, o efeito de ilha de calor urbana é mais pronunciado durante a estação seca. A constante de tempo térmica do solo úmido é muito maior do que a do solo seco. Consequentemente, os solos úmidos em áreas rurais esfriam mais lentamente do que os solos secos, ajudando a minimizar a diferença de temperatura noturna entre áreas urbanas e rurais.

Se uma cidade ou município possui um bom sistema de monitoramento meteorológico, o efeito de ilha de calor urbana (ICU) pode ser medido diretamente. Alternativamente, uma simulação complexa do local pode ser usada para calcular a ICU, ou um método de aproximação empírica pode ser empregado. Tais modelos possibilitam a incorporação da ICU em estimativas de futuros aumentos de temperatura nas cidades devido às mudanças climáticas.

Em 1969, Leonard O. Myrup publicou o primeiro tratamento numérico abrangente para prever os efeitos da ilha de calor urbana (ICU). Em seu trabalho, ele apresenta uma visão geral da ICU e critica as teorias existentes por serem excessivamente qualitativas. Um modelo numérico geral de balanço energético é descrito e aplicado à atmosfera urbana. Cálculos para diversos casos especiais, bem como uma análise de sensibilidade, são apresentados. O modelo demonstrou prever corretamente a magnitude do excedente de temperatura urbana. O efeito da ilha de calor é o resultado líquido de diversos processos físicos concorrentes. Em geral, a evaporação reduzida no centro da cidade e as propriedades térmicas dos materiais de construção e pavimentação urbana são os parâmetros dominantes. Propõe-se que tal modelo possa ser utilizado em cálculos de engenharia para melhorar o clima das cidades existentes e futuras.

Asfalto +
estacionamento em asfalto e geração de energia solar para estacionamento coberto
= Expansão e densificação da funcionalidade
= Medida contra ilhas de calor urbanas

O asfalto tem se tornado cada vez mais popular para pavimentação urbana nos últimos anos. Isso se deve ao fato de ser uma superfície muito durável e barata. No entanto, o asfalto também apresenta algumas desvantagens, principalmente quando usado em grandes quantidades em áreas urbanas.

Uma das maiores desvantagens do asfalto é a sua significativa absorção de calor. Isso é um problema porque as cidades já são muito quentes durante os meses de verão, e as inúmeras superfícies de asfalto intensificam o calor. Como resultado, os moradores das cidades sofrem muito com o calor, o que pode até levar a problemas de saúde.

O superaquecimento nas cidades é um grande problema causado pelo uso do asfalto. Existem diversas opções para combater esse problema. Uma delas é criar mais espaços verdes nas cidades, já que árvores e plantas podem absorver calor. O uso de estacionamentos ou coberturas solares também pode ajudar a reduzir o calor urbano. Essas estruturas são equipadas com módulos fotovoltaicos que captam a energia solar para gerar eletricidade. Ao mesmo tempo, proporcionam sombra, reduzindo assim o aquecimento da área circundante.

Garagens e estacionamentos solares são, portanto, uma boa maneira de reduzir os efeitos das ilhas de calor urbanas. Eles não são apenas sustentáveis, pois não queimam combustíveis fósseis e, portanto, não produzem emissões de CO2, mas também ajudam a tornar as temperaturas urbanas mais agradáveis.

Um estudo realizado pela DeLorean Power na Suíça descobriu que o comportamento dos funcionários em relação ao estacionamento corresponde idealmente à quantidade de energia solar gerada. A quilometragem diária do veículo elétrico pode ser percorrida em praticamente qualquer clima, e qualquer excedente de energia pode ser injetado na rede elétrica. A geração anual de energia solar no estacionamento atende às necessidades energéticas do veículo. Estacionamentos com cobertura solar têm o maior potencial para geração de eletricidade entre todos os setores de infraestrutura. Na Suíça, há aproximadamente duas vagas de estacionamento disponíveis para cada carro registrado. Em regiões adequadas, isso poderia gerar mais de 10 terawatts-hora de energia solar por ano (15% do consumo atual de eletricidade). "É surpreendente o quão poucas usinas-piloto existem", afirmaram os autores do estudo. Além disso, esse tipo de cobertura protege o carro das intempéries e reduz o acúmulo de calor no verão.

Segundo uma análise do Departamento Federal de Estatística (FSO), a Suíça possui pelo menos 5 milhões de vagas de estacionamento acima do solo (6.400 hectares), com aproximadamente 4,7 milhões de carros de passeio registrados. Essas áreas de estacionamento foram registradas por meio de um método digital que identifica apenas grandes áreas adjacentes, e não vagas individuais. Especialistas em trânsito estimam, portanto, que existam entre 8 e 10 milhões de vagas de estacionamento. Isso equivale a cerca de duas vagas por carro.

De acordo com outro estudo, “Geração de Energia Solar para Instalações de Infraestrutura e Áreas de Conversão”, estacionamentos a céu aberto ou acima do solo apresentam o maior potencial fotovoltaico dentre todas as áreas de infraestrutura. Essas áreas podem fornecer até 10 terawatts-hora (TWh) de eletricidade fotovoltaica por ano. Isso eleva a produção total de eletricidade na Suíça para 65,5 TWh.

A área média de estacionamento é de 12,5 metros quadrados (2,5 metros x 5 metros). Essa é também a área que um telhado solar deve cobrir. A produção de energia de um sistema fotovoltaico depende de muitos fatores, incluindo a irradiação solar, a eficiência dos componentes e a orientação dos módulos. Em Thurgau, aproximadamente 1000 kWh de eletricidade por ano podem ser gerados com 1 kW de capacidade fotovoltaica instalada (1000 kWh por 1 kWp).

Dependendo dos módulos fotovoltaicos utilizados, 1 kWp requer uma área instalada de 4 a 8 metros quadrados. Este estudo considera 5 m² por kWp. Portanto, uma vaga de estacionamento de 12,5 m² com um sistema de 2,5 kWp pode ser instalada, gerando 2.500 kWh de energia solar por ano. O consumo médio de uma residência suíça é de cerca de 4.500 kWh/ano (excluindo aquecimento, ventilação e veículos elétricos).

O design modular de um sistema de garagem coberta é vantajoso, permitindo que o telhado seja adaptado a praticamente qualquer vaga de estacionamento, garantindo assim a utilização contínua e eficiente da área de estacionamento e a possibilidade de expansão.

Os módulos bifaciais permitem maior transmissão de luz através da garagem. Isso é visualmente atraente e resulta em maior aproveitamento da energia solar, já que esses módulos fotovoltaicos também podem utilizar a luz que entra por baixo, fornecendo assim de 10 a 20% mais energia. Atualmente, a tecnologia bifacial não é amplamente utilizada porque sua viabilidade econômica não é garantida devido aos preços mais elevados dos módulos. No entanto, espera-se que essa tecnologia se consolide nos próximos anos.

Em nosso sistema de garagem solar modular e escalável 4+2+, que utiliza módulos semitransparentes e bifaciais, esses pontos se aplicam e já representam uma alternativa adicional com preço competitivo :

Opções de telhados solares específicas para veículos – Imagem: Xpert.Digital

Mais sobre isso aqui:

• Números, dados, fatos: garagem solar, garagem com telhado solar, variantes de cobertura em comparação e modelo de estacionamento com produção de eletricidade

Sem Limites: Sistema modular e escalável de cobertura solar para carros e caminhões.

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Especificações técnicas: Sistema modular e escalável de cobertura solar para carros e caminhões.

Especificações técnicas: Sistema modular e escalável de cobertura solar para carros e caminhões.

Vantagens em resumo:

• Design flexível e modular (escalável)
• Altura livre para carros a partir de 2,66 m (expansível para 4,5 m ou mais para caminhões)
• A profundidade da vaga de estacionamento para carros pode chegar a 6,1 m, e no lado oposto, a até 12,5 m.
  A profundidade depende das dimensões dos módulos solares utilizados.
• O sistema de cobertura solar foi projetado de forma otimizada para módulos solares semitransparentes com
  transmissão de luz de 12%/40% (!) – e é certificado para montagem em tetos.
• Disponível opcionalmente com iluminação LED potente, regulável e com controle de movimento.
• Também adequado para vagas de estacionamento com inclinação.
• Sem custos ocultos em relação às fundações.
  Utilização de fundações pontuais (opção mais econômica, sem necessidade de escavações extensas para lajes de concreto, etc., para garantir a estabilidade estrutural) ou instalação com placas de base, dependendo das condições do solo/asfalto existentes.

Outras fontes:

• Fator de custo da fundação para estacionamentos solares
• Garagens solares onde o convencional já não se aplica – A solução ideal para cada desafio com telhados solares para estacionamentos ao ar livre.
• Sistemas solares de garagem: Qual é a opção melhor e/ou mais barata?
• A estratégia de cobertura solar para estacionamentos abertos.
• Sistema modular de garagem solar para todas as aplicações e situações.

Sistema de cobertura solar para caminhão

Graças à tecnologia de colunas 4+2+, oferece a solução mais flexível (tanto tecnicamente quanto em termos de preço) para um sistema de cobertura de estacionamento, ela também pode ser facilmente ampliada e aplicada a veículos maiores, como caminhões, com as devidas adaptações.

Colônias de formigas em ilhas de calor urbanas apresentam maior tolerância ao calor sem que isso comprometa sua tolerância ao frio.

Espécies com boa capacidade de adaptação podem aproveitar as condições criadas pelas ilhas de calor urbanas para prosperar em regiões fora de sua distribuição natural. Exemplos incluem o morcego-raposa-de-cabeça-cinza (Pteropus poliocephalus) e a lagartixa-doméstica (Hemidactylus frenatus). Morcegos-raposa-de-cabeça-cinza encontrados em Melbourne, Austrália, colonizaram habitats urbanos após o aumento das temperaturas na região. O aumento da temperatura e os consequentes invernos mais amenos tornam o clima urbano mais semelhante ao habitat natural da espécie, mais ao norte.

As tentativas de mitigar e gerir as ilhas de calor urbanas reduzem as flutuações de temperatura e a disponibilidade de alimento e água. Em climas temperados, as ilhas de calor urbanas prolongam a estação de crescimento, alterando assim as estratégias reprodutivas das espécies que ali vivem. Isto é mais evidente nos efeitos que as ilhas de calor urbanas têm na temperatura da água. Como a temperatura dos edifícios próximos por vezes difere da temperatura do ar à superfície em mais de 28 °C, a precipitação aquece rapidamente, fazendo com que o escoamento para ribeiros, lagos e rios próximos (ou outros corpos de água) sofra uma poluição térmica excessiva. Este aumento da poluição térmica tem o potencial de elevar a temperatura da água em 11 a 17 °C (20 a 30 °F). Este aumento causa stress e choque térmico nas espécies de peixes que vivem nessas águas devido à rápida alteração de temperatura no seu habitat.

As ilhas de calor urbanas, causadas pelas cidades, alteraram o processo de seleção natural. Pressões seletivas como variações temporais na disponibilidade de alimento, predadores e água são reduzidas, permitindo que uma série de novas forças seletivas entrem em ação. Por exemplo, há mais insetos em habitats urbanos do que em áreas rurais. Os insetos são ectotérmicos, o que significa que dependem da temperatura ambiente para regular a temperatura corporal; portanto, o clima urbano mais quente é ideal para sua sobrevivência. Um estudo sobre a cochonilha-da-escama (Parthenolecanium quercifex) realizado em Raleigh, Carolina do Norte, mostrou que essa espécie em particular prefere climas mais quentes e, consequentemente, é mais numerosa em habitats urbanos do que em carvalhos em áreas rurais. Ao longo do tempo, elas se adaptaram para prosperar em climas mais quentes em vez de climas mais frios.

A presença de espécies não nativas depende fortemente da atividade humana. Um excelente exemplo são as populações de andorinhas-das-rochas que nidificam sob os beirais dos edifícios em áreas urbanas. Elas aproveitam a proteção oferecida pelos humanos nas partes superiores das construções, o que leva a um aumento populacional devido ao abrigo adicional e à redução da pressão de predadores.

Além dos seus efeitos na temperatura, as ilhas de calor urbanas (ICUs) podem ter efeitos secundários na meteorologia local, incluindo alterações nos padrões de vento locais, formação de nuvens e nevoeiros, humidade e precipitação. O calor adicional gerado pelas ICUs leva a um movimento ascendente mais forte, o que pode desencadear mais aguaceiros e tempestades. Além disso, as ICUs criam uma área de baixa pressão local durante o dia, atraindo ar relativamente húmido das áreas rurais circundantes, o que pode levar a condições mais favoráveis ​​à formação de nuvens. Os índices de precipitação na sombra de chuva das cidades aumentaram entre 48% e 116%. Em parte como consequência deste aquecimento, a precipitação mensal num raio de 32 km a 64 km a sotavento das cidades é cerca de 28% superior à precipitação a barlavento. Em algumas cidades, a precipitação total aumentou 51%.

Em algumas áreas, estudos sugerem que as regiões metropolitanas são menos propensas a tornados fracos devido à mistura turbulenta causada pelo efeito de ilha de calor urbana. Usando imagens de satélite, pesquisadores descobriram que os climas urbanos têm um impacto notável nas estações de cultivo em um raio de até 10 quilômetros (6,2 milhas) dos limites da cidade. Em 70 cidades do leste da América do Norte, a estação de cultivo em áreas urbanas foi cerca de 15 dias mais longa do que em áreas rurais fora da influência da cidade.

Estudos na China demonstraram que o efeito de ilha de calor urbana contribui com cerca de 30% para o aquecimento global. Por outro lado, uma comparação entre áreas urbanas e rurais, realizada em 1999, sugeriu que o efeito de ilha de calor urbana tem apenas uma influência menor no desenvolvimento da temperatura média global. Um estudo concluiu que as cidades alteram o clima em uma área de duas a quatro vezes maior que sua própria superfície. Outro afirma que as ilhas de calor urbanas influenciam o clima global ao afetarem a corrente de jato. Diversos estudos têm demonstrado que os efeitos das ilhas de calor estão se tornando cada vez mais pronunciados à medida que as mudanças climáticas progridem.

As ilhas de calor urbanas (ICUs) podem impactar diretamente a saúde e o bem-estar dos moradores das cidades. Somente nos Estados Unidos, uma média de 1.000 pessoas morrem a cada ano em decorrência do calor extremo. Como as ICUs são caracterizadas por temperaturas elevadas, elas podem aumentar a intensidade e a duração das ondas de calor nas cidades. Pesquisas mostram que a taxa de mortalidade durante uma onda de calor aumenta exponencialmente com a temperatura máxima, um efeito amplificado pelas ICUs. O número de pessoas expostas a temperaturas extremas aumenta devido ao aquecimento induzido pelas ICUs. O efeito noturno das ICUs pode ser particularmente prejudicial durante uma onda de calor, pois priva os moradores das cidades do resfriamento noturno encontrado em áreas rurais.

Pesquisas nos Estados Unidos sugerem que a relação entre temperaturas extremas e mortalidade varia conforme a localização. O calor tende a aumentar o risco de morte em cidades do norte, mais do que em regiões do sul. Por exemplo, quando Chicago, Denver ou Nova York registram temperaturas de verão excepcionalmente altas, espera-se um aumento de doenças e mortes. Por outro lado, partes do país com clima ameno a quente durante todo o ano enfrentam um risco menor para a saúde pública devido ao calor excessivo. Pesquisas indicam que moradores de cidades do sul, como Miami, Tampa, Los Angeles e Phoenix, estão mais acostumados ao clima quente e, portanto, menos vulneráveis ​​a mortes relacionadas ao calor. No geral, porém, a população dos Estados Unidos parece estar se acostumando cada vez mais a temperaturas mais altas a cada década, embora isso possa ser atribuído a uma melhor infraestrutura, edifícios mais modernos e maior conscientização pública.

Foi relatado que temperaturas elevadas podem levar a insolação, exaustão pelo calor, síncope pelo calor e cãibras de calor. Alguns estudos também investigaram como a insolação grave pode causar danos permanentes aos sistemas orgânicos. Esses danos podem aumentar o risco de morte prematura, pois podem resultar em comprometimento grave da função dos órgãos. Outras complicações da insolação incluem síndrome da angústia respiratória em adultos e coagulação intravascular disseminada (CIVD). Alguns pesquisadores descobriram que qualquer comprometimento da capacidade do corpo humano de termorregulação aumenta, teoricamente, o risco de morte. Isso inclui condições que podem afetar a mobilidade, a consciência ou o comportamento de uma pessoa. Pesquisadores descobriram que pessoas com problemas cognitivos (por exemplo, depressão, demência, doença de Parkinson) são mais vulneráveis ​​a altas temperaturas e precisam ter cuidado redobrado, pois o calor demonstrou afetar o desempenho cognitivo em diferentes graus. Pessoas com diabetes, obesidade, privação de sono ou doenças cardiovasculares/cerebrovasculares devem evitar a exposição excessiva ao calor. Alguns medicamentos comuns que afetam a termorregulação também podem aumentar o risco de morte. Esses incluem anticolinérgicos, diuréticos, fenotiazinas e barbitúricos. O calor pode afetar não apenas a saúde, mas também o comportamento. Um estudo americano sugere que o calor pode tornar as pessoas mais irritáveis ​​e agressivas, observando que o número de crimes violentos aumentou em 4,58 por 100.000 habitantes para cada grau Celsius de aumento na temperatura.

Um pesquisador descobriu que a alta intensidade das ilhas de calor urbanas (ICU) está correlacionada com elevadas concentrações de poluentes atmosféricos, que se acumulam à noite e podem afetar a qualidade do ar no dia seguinte. Esses poluentes incluem compostos orgânicos voláteis, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e material particulado. A produção desses poluentes, combinada com as temperaturas mais altas nas ICUs, pode acelerar a formação de ozônio. O ozônio troposférico é considerado um poluente nocivo. Estudos sugerem que temperaturas mais altas nas ICUs podem aumentar o número de dias poluídos, mas também indicam que outros fatores (como pressão atmosférica, cobertura de nuvens e velocidade do vento) também podem influenciar a poluição. Estudos realizados em Hong Kong constataram que bairros com pior ventilação do ar externo urbano tendem a sofrer efeitos mais intensos do efeito de ilha de calor urbana e apresentam taxas de mortalidade geral significativamente maiores em comparação com áreas com melhor ventilação.

Os Centros de Controle e Prevenção de Doenças (CDC) observam que “é difícil fazer previsões válidas sobre doenças e mortes relacionadas ao calor em diferentes cenários de mudanças climáticas” e que “mortes relacionadas ao calor são evitáveis, como demonstrado pela queda na mortalidade geral durante eventos de calor nos últimos 35 anos”. No entanto, alguns estudos sugerem que os impactos das ilhas de calor urbanas (ICU) na saúde podem ser desproporcionais, uma vez que os efeitos podem ser distribuídos de forma desigual com base na idade, etnia e condição socioeconômica. Isso levanta a possibilidade de que os impactos das ICU na saúde sejam uma questão de justiça ambiental.