Impactul urbanizării: Insula de căldură urbană – prevenire prin acoperișuri solare cu generare simultană de energie electrică

O insulă de căldură urbană (ICU) este o zonă urbană sau metropolitană semnificativ mai caldă decât zonele rurale înconjurătoare din cauza activității umane. Diferența de temperatură este de obicei mai mare noaptea decât ziua și cea mai pronunțată atunci când vânturile sunt slabe. ICU este deosebit de vizibilă vara și iarna. Cauza principală a efectului ICU constă în modificările suprafeței terenului. Un studiu a arătat că insulele de căldură pot fi influențate de proximitatea față de diferite tipuri de acoperire terestră, astfel încât proximitatea față de terenurile sterile duce la încălzirea solului urban, în timp ce proximitatea față de vegetație îl face mai răcoros. Căldura reziduală generată de utilizarea energiei este un alt factor. Pe măsură ce un centru de populație crește, suprafața sa crește, iar temperatura medie crește. Se folosește și termenul „insulă de căldură”; se poate referi la orice zonă relativ mai caldă decât împrejurimile sale, dar, în general, se referă la zonele perturbate de activitatea umană.

Precipitațiile lunare sunt mai mari în zona de umbră a orașelor, parțial datorită tornadelor puternice (UHI). Căldura tot mai mare din centrele urbane prelungește sezoanele de creștere și reduce apariția tornadelor slabe. UHI înrăutățește calitatea aerului prin creșterea producției de poluanți precum ozonul și degradează calitatea apei pe măsură ce apa mai caldă se varsă în râurile regiunii, punând sub presiune ecosistemele acestora.

Nu toate orașele prezintă un efect pronunțat de insulă termică urbană, iar caracteristicile acestuia depind în mare măsură de clima de fond a zonei în care se află orașul. Efectul de insulă termică urbană poate fi atenuat prin acoperișuri verzi, răcire radiativă pasivă în timpul zilei și utilizarea suprafețelor de culoare deschisă în zonele urbane, care reflectă mai multă lumină solară și absorb mai puțină căldură. Urbanizarea a exacerbat impactul schimbărilor climatice asupra orașelor.

Fenomenul a fost studiat și descris pentru prima dată de Luke Howard în anii 1810, deși nu el a fost cel care l-a numit. Cercetările privind atmosfera urbană au continuat până în secolul al XIX-lea. Între anii 1920 și 1940, cercetătorii din Europa, Mexic, India, Japonia și Statele Unite, care lucrau în domeniile emergente ale climatologiei locale sau meteorologiei la microscară, au căutat noi metode pentru a înțelege fenomenul. În 1929, Albert Peppler a folosit termenul „insulă de căldură urbană”, care este considerat primul exemplu de insulă de căldură urbană. Între 1990 și 2000, aproximativ 30 de studii au fost publicate anual; până în 2010, acest număr crescuse la 100, iar până în 2015, depășise 300.

Există mai multe cauze ale efectului de insulă termică urbană. Suprafețele întunecate absorb semnificativ mai multă radiație solară, ceea ce face ca străzile și clădirile din zonele urbane să se încălzească mai mult în timpul zilei decât în ​​zonele suburbane și rurale. Materialele utilizate în mod obișnuit pentru suprafețele drumurilor și acoperișurile din zonele urbane, cum ar fi betonul și asfaltul, au proprietăți termice de volum (inclusiv capacitatea calorică și conductivitatea termică) și proprietăți radiative de suprafață (albedo și emisivitate) semnificativ diferite față de cele din zonele rurale înconjurătoare. Acest lucru modifică bilanțul energetic al zonei urbane, rezultând adesea temperaturi mai ridicate decât în ​​zonele rurale înconjurătoare. Un alt motiv important este lipsa evapotranspirației (de exemplu, din cauza lipsei de vegetație) în zonele urbane. Serviciul Forestier al SUA a constatat în 2018 că orașele din Statele Unite pierd 36 de milioane de copaci în fiecare an. Odată cu declinul vegetației, orașele pierd și umbra și efectul de răcire al copacilor prin evaporare.

Alte cauze ale insulelor de căldură urbane (ICU) se datorează efectelor geometrice. Clădirile înalte din multe zone urbane oferă suprafețe multiple pentru reflexia și absorbția luminii solare, crescând astfel eficiența insulelor de căldură urbane. Acesta este cunoscut sub numele de „efectul de canion urban”. Un alt efect al clădirilor este blocarea vântului, care previne, de asemenea, răcirea prin convecție și eliminarea poluanților. Căldura reziduală provenită de la mașini, aparate de aer condiționat, industrie și alte surse contribuie, de asemenea, la efectul ICU. Nivelurile ridicate de poluare din zonele urbane pot, de asemenea, exacerba ICU, deoarece multe forme de poluare modifică proprietățile radiative ale atmosferei. ICU nu numai că crește temperaturile în orașe, ci și concentrațiile de ozon, deoarece ozonul este un gaz cu efect de seră a cărui formare se accelerează odată cu creșterea temperaturilor.

În majoritatea orașelor, diferența de temperatură dintre zonele urbane și cele rurale înconjurătoare este cea mai mare noaptea. Deși diferența de temperatură este considerabilă pe tot parcursul anului, ea este în general mai mare iarna. Diferența tipică de temperatură dintre centrul orașului și câmpurile înconjurătoare este de câteva grade. Diferența de temperatură dintre centrul unui oraș și suburbiile înconjurătoare este uneori menționată în rapoartele meteo, de exemplu, 20°C în centrul orașului, 18°C ​​în suburbii. Temperatura medie anuală a aerului într-un oraș cu 1 milion de locuitori sau mai mulți poate fi cu 1,0–3,0°C mai caldă decât în ​​zona înconjurătoare. Seara, diferența poate ajunge până la 12°C.

Efectul insulei de căldură urbane (ICU) poate fi definit fie ca diferența de temperatură a aerului (ICU coronamentul), fie ca diferența de temperatură la suprafață (ICU suprafață) dintre zonele urbane și cele rurale. Ambele prezintă o variabilitate diurnă și sezonieră ușor diferită și au cauze diferite.

IPCC a remarcat că „insulele de căldură urbane sunt cunoscute pentru creșterea temperaturilor nocturne mai mare decât temperaturile diurne, în comparație cu zonele non-urbane”. În Barcelona, ​​Spania, de exemplu, temperaturile maxime diurne sunt cu 0,2°C mai reci, iar temperaturile minime cu 2,9°C mai calde decât la o stațiune rurală din apropiere. O descriere a primului raport UHI realizat de Luke Howard de la sfârșitul anilor 1810 afirmă că centrul Londrei este cu 2,1°C mai cald noaptea decât zona rurală înconjurătoare. Deși temperatura aerului mai caldă din cadrul UHI este, în general, cel mai vizibilă noaptea, insulele de căldură urbane prezintă un comportament semnificativ și oarecum paradoxal pe timpul zilei. Diferența de temperatură a aerului dintre UHI și zona înconjurătoare este mare noaptea și mică în timpul zilei. Opusul este valabil pentru temperaturile de suprafață ale peisajului urban din cadrul UHI.

În timpul zilei, în special sub cer senin, suprafețele urbane se încălzesc prin absorbția radiației solare. Suprafețele din zonele urbane tind să se încălzească mai repede decât cele din zonele rurale înconjurătoare. Datorită capacității lor termice ridicate, suprafețele urbane acționează ca un vast rezervor de energie termică. De exemplu, betonul poate stoca de aproximativ 2.000 de ori mai multă căldură decât un volum comparabil de aer. Prin urmare, temperaturile ridicate la suprafață din timpul zilei în cadrul insulei de căldură urbane (ICU) sunt ușor detectate prin teledetecție termică. Așa cum se întâmplă adesea în cazul încălzirii diurne, această încălzire duce și la vânturi de convecție în stratul limită urban. Se consideră că, din cauza amestecului atmosferic rezultat, perturbarea temperaturii aerului în cadrul ICU este în general minimă sau inexistentă în timpul zilei, chiar dacă temperaturile la suprafață pot atinge niveluri extrem de ridicate.

Noaptea, situația se inversează. Absența încălzirii solare duce la o scădere a convecției atmosferice și la o stabilizare a stratului limită urban. Dacă stabilizarea este suficientă, se formează un strat de inversiune. Acesta captează aerul urban în apropierea suprafeței, menținându-l cald datorită suprafețelor urbane încă calde, rezultând temperaturi mai ridicate ale aerului pe timpul nopții în cadrul insulei de căldură urbane (ICU). Pe lângă proprietățile de reținere a căldurii ale zonelor urbane, maximul nocturn din canioanele stradale ar putea fi cauzat și de obstrucționarea vederii cerului în timpul răcirii: suprafețele pierd căldură noaptea în principal prin radiație către cerul relativ rece, iar aceasta este blocată de clădirile dintr-o zonă urbană. Răcirea radiativă este mai dominantă atunci când viteza vântului este mică și cerul este senin și, într-adevăr, ICU este cel mai mare noaptea în aceste condiții.

Grupul Interguvernamental de Experți privind Schimbările Climatice (IPCC) – Grupul Interguvernamental de Experți privind Schimbările Climatice este un organism interguvernamental al Națiunilor Unite responsabil pentru avansarea cunoștințelor noastre despre schimbările climatice induse de om. A fost înființat în 1988 de Organizația Meteorologică Mondială (OMM) și Programul Națiunilor Unite pentru Mediu (UNEP) și ulterior aprobat de Adunarea Generală a Națiunilor Unite. Cu sediul la Geneva, Elveția, este format din 195 de state membre. IPCC este guvernat de statele sale membre, care aleg un Consiliu de Științe pentru a servi pe durata unui ciclu de evaluare (de obicei șase până la șapte ani). IPCC este susținut de un Secretariat și diverse Unități de Asistență Tehnică, formate din grupuri de lucru specializate și grupuri operative.

IPCC oferă informații științifice obiective și cuprinzătoare despre schimbările climatice induse de om, inclusiv impactul și riscurile naturale, politice și economice ale acestora, precum și posibilele răspunsuri. IPCC nu desfășoară propriile cercetări și nu monitorizează schimbările climatice; în schimb, întreprinde o analiză regulată și sistematică a întregii literaturi de specialitate relevante publicate. Mii de oameni de știință și alți experți se oferă voluntari pentru a analiza datele și a compila principalele constatări în rapoarte de evaluare pentru factorii de decizie și public.

IPCC este o autoritate recunoscută la nivel internațional în domeniul schimbărilor climatice, iar activitatea sa se bucură de un larg sprijin în rândul specialiștilor în climă de renume și al guvernelor. Rapoartele sale joacă un rol cheie în Convenția-cadru a Națiunilor Unite privind schimbările climatice (UNFCCC), al cincilea raport de evaluare influențând semnificativ Acordul de la Paris din 2015. IPCC, împreună cu Al Gore, a primit Premiul Nobel pentru Pace în 2007 pentru contribuția sa la înțelegerea noastră asupra schimbărilor climatice.

În 2015, IPCC a început cel de-al șaselea ciclu de evaluare, care este programat să se încheie în 2023. În august 2021, IPCC a publicat contribuția Grupului de lucru I la cel de-al șaselea Raport de evaluare (IPCC AR6) privind baza fizică a schimbărilor climatice, pe care The Guardian a descris-o drept cel mai serios avertisment de până acum privind schimbările climatice majore, inevitabile și ireversibile - un subiect abordat de numeroase ziare din întreaga lume. Pe 28 februarie 2022, IPCC a publicat raportul Grupului de lucru II privind impactul și adaptarea. Contribuția Grupului de lucru III la cel de-al șaselea Raport de evaluare, privind atenuarea schimbărilor climatice, a fost publicată pe 4 aprilie 2022. Cel de-al șaselea Raport de evaluare este programat să se încheie cu un raport de sinteză în martie 2023.

În perioada celui de-al șaselea raport de evaluare, IPCC a publicat trei rapoarte speciale: Raportul special privind încălzirea globală cu 1,5 °C în 2018 și Raportul special privind schimbările climatice și terenurile terestre (SRCCL) și Raportul special privind oceanul și criosfera într-un climat în schimbare (SROCC), ambele în 2019. De asemenea, și-a actualizat metodologiile în 2019. Prin urmare, al șaselea ciclu de evaluare a fost descris ca fiind cel mai ambițios din istoria IPCC.

Diferența de temperatură cauzată de efectul insulei de căldură urbane nu este doar mai mare noaptea decât ziua, ci și mai mare iarna decât vara. Acest lucru este valabil mai ales în regiunile înzăpezite, deoarece zăpada persistă de obicei mai puțin timp în orașe decât în ​​zonele rurale înconjurătoare (acest lucru se datorează capacității de izolare mai mari a orașelor, precum și activităților umane, cum ar fi aratul). Acest lucru reduce albedo-ul (o măsură a luminozității unui corp) în oraș, amplificând astfel efectul de încălzire. Viteze mai mari ale vântului în zonele rurale, în special iarna, pot contribui, de asemenea, la temperaturi mai scăzute în comparație cu zonele urbane. În regiunile cu sezoane umede și uscate distincte, efectul insulei de căldură urbane este mai pronunțat în timpul sezonului uscat. Constanta de timp termică a solului umed este mult mai mare decât cea a solului uscat. În consecință, solurile umede din zonele rurale se răcesc mai lent decât solurile uscate, contribuind la minimizarea diferenței de temperatură nocturnă dintre zonele urbane și cele rurale.

Dacă un oraș sau o municipalitate are un sistem bun de monitorizare a vremii, efectul insulei termice urbane (ICU) poate fi măsurat direct. Alternativ, se poate utiliza o simulare complexă a locației pentru a calcula ICU sau se poate utiliza o metodă de aproximare empirică. Astfel de modele fac posibilă încorporarea ICU în estimările creșterilor viitoare de temperatură în orașe din cauza schimbărilor climatice.

În 1969, Leonard O. Myrup a publicat primul tratament numeric cuprinzător pentru prezicerea efectelor insulei de căldură urbane (ICU). În lucrarea sa, el oferă o imagine de ansamblu asupra ICU și critică teoriile existente ca fiind prea calitative. Este descris un model numeric general al bugetului energetic și aplicat atmosferei urbane. Sunt prezentate calcule pentru mai multe cazuri speciale, precum și o analiză de sensibilitate. Se constată că modelul prezice corect magnitudinea surplusului de temperatură urbană. Efectul insulei de căldură este rezultatul net al mai multor procese fizice concurente. În general, evaporarea redusă în centrul orașului și proprietățile termice ale materialelor de construcție și pavaj urban sunt parametrii dominanți. Se propune ca un astfel de model să poată fi utilizat în calculele inginerești pentru a îmbunătăți clima orașelor existente și viitoare.

Asfalt +
Parcare asfaltată și generare de energie solară pentru garaje
= Extindere funcționalitate și densificare
= Măsură împotriva insulelor de căldură urbane

Asfaltul a devenit din ce în ce mai popular pentru acoperirea orașelor în ultimii ani. Acest lucru se datorează faptului că asfaltul este o suprafață foarte durabilă și ieftină. Cu toate acestea, asfaltul are și unele dezavantaje, mai ales atunci când este utilizat în cantități mari în zonele urbane.

Unul dintre cele mai mari dezavantaje ale asfaltului este absorbția semnificativă a căldurii. Aceasta este o problemă deoarece orașele sunt deja foarte calde în timpul lunilor de vară, iar numeroasele suprafețe asfaltate exacerbează căldura. Drept urmare, locuitorii orașelor suferă foarte mult din cauza căldurii, iar aceasta poate duce chiar la probleme de sănătate.

Supraîncălzirea în orașe este o problemă majoră cauzată de utilizarea asfaltului. Există mai multe opțiuni pentru a contracara această problemă. Una este crearea mai multor spații verzi în orașe, deoarece copacii și plantele pot absorbi căldura. Utilizarea carporturilor solare sau a parcărilor solare poate, de asemenea, ajuta la reducerea căldurii urbane. Aceste instalații sunt echipate cu module fotovoltaice care valorifică energia solară pentru a genera electricitate. În același timp, acestea oferă umbră, reducând astfel încălzirea zonei înconjurătoare.

Prin urmare, carporturile solare și parcările solare sunt o modalitate bună de a reduce efectele insulelor termice urbane. Acestea nu sunt doar sustenabile, deoarece nu ard combustibili fosili și, prin urmare, nu produc emisii de CO2, ci contribuie și la creșterea confortului temperaturilor urbane.

Un studiu realizat de DeLorean Power în Elveția a constatat că, în mod ideal, comportamentul angajaților în parcarea parcării corespunde cantității de energie solară generată. Kilometrajul zilnic parcurs de vehiculul electric poate fi parcurs în aproape orice vreme, iar orice surplus de energie poate fi introdus în rețea. Generarea anuală de energie solară din parcare corespunde nevoilor energetice ale vehiculului. Parcările solare au cel mai mare potențial pentru generarea de energie electrică dintre toate sectoarele de infrastructură. În Elveția, există aproximativ două locuri de parcare disponibile pentru fiecare mașină înmatriculată. În regiunile potrivite, acest lucru ar putea genera peste 10 terawați-oră de energie solară pe an (15% din consumul actual de energie electrică). „Este uimitor cât de puține instalații pilot există”, au declarat autorii studiului. În plus, un astfel de acoperiș protejează mașina de intemperii și reduce acumularea de căldură vara.

Conform unei analize realizate de Oficiul Federal de Statistică (OFS), Elveția are cel puțin 5 milioane de locuri de parcare supraterane (6.400 de hectare), cu aproximativ 4,7 milioane de autoturisme înmatriculate. Aceste zone de parcare au fost înregistrate folosind o metodă digitală care identifică doar zonele adiacente mai mari și nu locurile de parcare individuale. Prin urmare, experții în trafic estimează că există între 8 și 10 milioane de locuri de parcare. Aceasta înseamnă aproximativ două per mașină.

Conform unui alt studiu, „Generarea de energie solară pentru facilități de infrastructură și zone de conversie”, zonele de parcare supraterane sau deschise au cel mai mare potențial fotovoltaic dintre toate zonele de infrastructură. Aceste zone pot furniza până la 10 terawați-oră (TWh) de energie electrică fotovoltaică pe an. Aceasta aduce producția totală de energie electrică din Elveția la 65,5 TWh.

Suprafața medie a parcării este de 12,5 metri pătrați (2,5 metri x 5 metri). Aceasta este și suprafața pe care trebuie să o acopere un acoperiș solar. Randamentul energetic al unui sistem fotovoltaic depinde de mulți factori, inclusiv iradierea solară, eficiența componentelor și orientarea modulelor. În Thurgau, se pot genera aproximativ 1000 kWh de energie electrică pe an cu 1 kW de capacitate fotovoltaică instalată (1000 kWh per 1 kWp).

În funcție de modulele fotovoltaice utilizate, 1 kWp necesită o capacitate instalată de 4 până la 8 metri pătrați. Acest studiu presupune 5 m² per kWp. Prin urmare, se poate instala un loc de parcare de 12,5 m² cu un sistem de 2,5 kWp, generând 2.500 kWh de energie solară pe an. Consumul mediu al unei gospodării elvețiene este de aproximativ 4.500 kWh/an (excluzând încălzirea, ventilația și vehiculele electrice).

Designul modular al unui sistem de carport este avantajos, permițând adaptarea acoperișului la aproape orice loc de parcare, asigurând astfel o utilizare bună continuă a zonei de parcare și garantând extinderea.

Modulele bifaciale permit o transmisie sporită a luminii prin carport. Acest lucru este atractiv din punct de vedere vizual și duce la randamente solare mai mari, deoarece aceste module fotovoltaice pot utiliza și lumina care intră de jos, furnizând astfel cu 10-20% mai multă energie. În prezent, tehnologia bifacială nu este utilizată pe scară largă, deoarece viabilitatea sa economică nu este garantată din cauza prețurilor mai mari ale modulelor. Cu toate acestea, se așteaptă ca această tehnologie să devină mai răspândită în următorii ani.

În sistemul nostru modular și scalabil de carporturi solare 4+2+, care utilizează module semitransparente și bifaciale, aceste puncte se aplică și reprezintă deja o alternativă suplimentară competitivă din punct de vedere al prețului :

Opțiuni de acoperișuri solare special concepute pentru vehicule – Imagine: Xpert.Digital

Mai multe informații aici:

• Fapte și cifre: Carport solar, carport cu acoperiș solar, comparație a opțiunilor de acoperiș și exemplu de parcare cu producție de energie electrică

Limitless: Sistem modular și scalabil de carport solar pentru mașini și camioane

Limitless: Sistem modular și scalabil de carport solar pentru mașini și camioane

Specificații tehnice: Sistem modular și scalabil de carport solar pentru autoturisme și camioane

Specificații tehnice: Sistem modular și scalabil de carport solar pentru autoturisme și camioane

Avantaje pe scurt:

• Design flexibil și modular (scalabil)
• Înălțime liberă pentru autoturisme de la 2,66 m (extensibilă până la 4,5 m sau mai mult pentru camioane)
• Adâncimea locului de parcare pentru mașini de până la 6,1 m, este posibilă parcarea pe partea opusă până la 12,5 m.
  Adâncimea depinde de dimensiunile modulelor solare utilizate.
• Sistemul de carport solar este proiectat optim pentru module solare semitransparente cu
  o transmisie luminoasă de 12%/40% (!) – și este certificat pentru montaj suspendat.
• Opțional disponibil cu iluminare LED puternică, reglabilă în intensitate și cu control al mișcării
• Potrivit și pentru locuri de parcare cu poziționare înclinată
• Fără costuri ascunse legate de fundații.
  Utilizarea fundațiilor punctuale (opțiunea cea mai economică, nu este necesară excavarea extinsă pentru plăci de beton etc. pentru stabilitatea structurală) sau instalarea cu plăci de bază, în funcție de condițiile de sol/asfalt existente.

Surse suplimentare:

• Factorul de cost al fundației solului pentru carporturi solare
• Carporturi solare pentru locurile standard care nu se mai aplică – Soluția optimă pentru fiecare provocare cu acoperișuri solare pentru locuri de parcare deschise
• Sisteme solare pentru carporturi: Care este opțiunea mai bună și/sau mai rentabilă?
• Strategia carporturilor solare pentru locuri de parcare deschise
• Sistemul modular de carport solar pentru toate aplicațiile și situațiile

Sistem de garaj solar pentru camioane

Deoarece tehnologia cu 4+2+ coloane oferă cea mai flexibilă soluție (atât din punct de vedere tehnic, cât și din punct de vedere al prețului) pentru un sistem de acoperiș pentru locuri de parcare, aceasta poate fi extinsă cu ușurință și aplicată și la vehicule mai mari, cum ar fi camioanele, cu modificările corespunzătoare.

Coloniile de furnici din insulele de căldură urbane au o toleranță crescută la căldură, fără ca acest lucru să vină în detrimentul toleranței lor la frig.

Speciile care se adaptează bine pot profita de condițiile create de insulele de căldură urbane pentru a prospera în regiuni din afara arealului lor normal de răspândire. Printre exemple se numără vulpea zburătoare cu cap gri (Pteropus poliocephalus) și gecko-ul de casă (Hemidactylus frenatus). Vulpile zburătoare cu cap gri găsite în Melbourne, Australia, au colonizat habitatele urbane după ce temperaturile au crescut acolo. Creșterea temperaturii și iernile mai calde rezultate fac ca clima urbană să fie mai asemănătoare cu habitatul mai nordic al speciei în sălbăticie.

Încercările de atenuare și gestionare a insulelor de căldură urbane reduc fluctuațiile de temperatură și disponibilitatea hranei și a apei. În climatele temperate, insulele de căldură urbane prelungesc sezonul de creștere, modificând astfel strategiile de reproducere ale speciilor care trăiesc acolo. Acest lucru se observă cel mai bine în efectele pe care insulele de căldură urbane le au asupra temperaturii apei. Deoarece temperatura clădirilor din apropiere diferă uneori de temperatura aerului la suprafață cu mai mult de 28°C, precipitațiile se încălzesc rapid, provocând o poluare termică excesivă a scurgerilor în pâraiele, lacurile și râurile din apropiere (sau alte corpuri de apă). Această poluare termică crescută are potențialul de a crește temperatura apei cu 11 până la 17°C (20 până la 30°F). Această creștere provoacă stres termic și șoc pentru speciile de pești care trăiesc în aceste ape din cauza schimbării rapide a temperaturii din habitatul lor.

Insulele de căldură urbane, cauzate de orașe, au modificat procesul de selecție naturală. Presiunile de selecție, cum ar fi variațiile temporale ale hranei, prădătorilor și apei, sunt reduse, permițând o serie de noi forțe de selecție să intre în joc. De exemplu, există mai multe insecte în habitatele urbane decât în ​​zonele rurale. Insectele sunt ectoterme, ceea ce înseamnă că se bazează pe temperatura ambiantă pentru a-și regla temperatura corpului, astfel încât climatul urban mai cald este ideal pentru supraviețuirea lor. Un studiu asupra Parthenolecanium quercifex (coșciug de stejar) realizat în Raleigh, Carolina de Nord, a arătat că această specie preferă climatele mai calde și, prin urmare, este mai numeroasă în habitatele urbane decât pe stejarii din zonele rurale. De-a lungul timpului, s-au adaptat pentru a prospera în climate mai calde decât în ​​cele mai reci.

Prezența speciilor alogene depinde în mare măsură de activitatea umană. Un exemplu excelent îl reprezintă populațiile de lăstari de stâncă care cuibăresc sub streșinile clădirilor din zonele urbane. Aceștia profită de protecția oferită de oameni în partea superioară a clădirilor, ceea ce duce la o creștere a populațiilor lor datorită adăpostului suplimentar și a presiunii reduse a prădătorilor.

Dincolo de efectele lor asupra temperaturii, temperaturile ultra-înalte (UHI) pot avea efecte secundare asupra meteorologiei locale, inclusiv modificări ale modelelor locale de vânt, dezvoltarea norilor și a ceții, umiditatea și precipitațiile. Căldura suplimentară generată de UHI duce la o mișcare ascendentă mai puternică, ceea ce poate declanșa o activitate suplimentară de averse și furtuni. În plus, UHI-urile creează o zonă locală de joasă presiune în timpul zilei, atrăgând aer relativ umed din zonele rurale înconjurătoare, ceea ce poate duce la condiții mai favorabile pentru formarea norilor. Cantitățile de precipitații în umbra precipitațiilor orașelor cresc cu 48% până la 116%. Parțial ca o consecință a acestei încălziri, precipitațiile lunare pe o rază de 32 km până la 64 km în direcția vântului orașelor sunt cu aproximativ 28% mai mari decât în ​​direcția vântului. În unele orașe, precipitațiile totale au crescut cu 51%.

În câteva zone, studiile au sugerat că zonele metropolitane sunt mai puțin predispuse la tornade slabe din cauza amestecului turbulent cauzat de efectul de insulă termică urbană. Folosind imagini din satelit, cercetătorii au descoperit că climatele urbane au un impact vizibil asupra sezoanelor de creștere până la 10 kilometri (6,2 mile) de limitele orașului. În 70 de orașe din estul Americii de Nord, sezonul de creștere în zonele urbane a fost cu aproximativ 15 zile mai lung decât în ​​zonele rurale din afara influenței orașului.

Studiile efectuate în China au arătat că efectul insulei termice urbane contribuie la încălzirea globală cu aproximativ 30%. Pe de altă parte, o comparație din 1999 între zonele urbane și rurale a sugerat că efectul insulei termice urbane are doar o influență minoră asupra evoluției temperaturii medii globale. Un studiu a concluzionat că orașele modifică clima într-o zonă de două până la patru ori mai mare decât propria suprafață. Un altul afirmă că insulele termice urbane influențează clima globală prin afectarea curentului-jet. Mai multe studii au arătat că efectele insulelor termice devin din ce în ce mai pronunțate pe măsură ce schimbările climatice progresează.

Insulele de căldură urbane (ICU) pot avea un impact direct asupra sănătății și bunăstării locuitorilor orașelor. Numai în Statele Unite, o medie de 1.000 de persoane mor în fiecare an din cauza căldurii extreme. Deoarece ICU sunt caracterizate de temperaturi ridicate, acestea pot crește intensitatea și durata valurilor de căldură în orașe. Cercetările au arătat că rata mortalității în timpul unui val de căldură crește exponențial odată cu temperatura maximă, un efect amplificat de ICU. Numărul de persoane expuse la temperaturi extreme este crescut de încălzirea indusă de ICU. Efectul nocturn al ICU poate fi deosebit de dăunător în timpul unui val de căldură, deoarece îi privează pe locuitorii orașelor de răcirea nocturnă întâlnită în zonele rurale.

Cercetările efectuate în Statele Unite sugerează că legătura dintre temperaturile extreme și mortalitate variază în funcție de locație. Căldura tinde să crească riscul de deces în orașele din nord, mai degrabă decât în ​​regiunile din sud. De exemplu, atunci când Chicago, Denver sau New York se confruntă cu temperaturi de vară neobișnuit de ridicate, este de așteptat o creștere a bolilor și a deceselor. În schimb, zonele țării care sunt blânde până la calde pe tot parcursul anului se confruntă cu un risc mai mic pentru sănătatea publică din cauza căldurii excesive. Cercetările indică faptul că locuitorii orașelor din sud, precum Miami, Tampa, Los Angeles și Phoenix, sunt mai obișnuiți cu vremea caldă și, prin urmare, mai puțin vulnerabili la decese legate de căldură. Per total, însă, oamenii din Statele Unite par să se obișnuiască mai mult cu temperaturi mai ridicate cu fiecare deceniu care trece, deși acest lucru s-ar putea datora unei infrastructuri mai bune, clădirilor mai moderne și unei mai mari conștientizări a publicului.

S-a raportat că temperaturile mai ridicate pot duce la insolație, epuizare termică, sincopă de căldură și crampe de căldură. Unele studii au investigat, de asemenea, modul în care insolația severă poate duce la leziuni permanente ale sistemelor de organe. Aceste leziuni pot crește riscul de deces prematur, deoarece pot duce la afectarea severă a funcției organelor. Alte complicații ale insolației includ sindromul de detresă respiratorie la adulți și coagularea intravasculară diseminată (CID). Unii cercetători au descoperit că orice afectare a capacității organismului uman de a se termoregla crește teoretic riscul de deces. Aceasta include afecțiuni care pot afecta mobilitatea, conștiința sau comportamentul unei persoane. Cercetătorii au descoperit că persoanele cu probleme cognitive (de exemplu, depresie, demență, boala Parkinson) sunt mai vulnerabile la temperaturi ridicate și trebuie să fie deosebit de atente, deoarece s-a demonstrat că s-a demonstrat că căldura afectează performanța cognitivă în grade diferite. Persoanele cu diabet, obezitate, privare de somn sau boli cardiovasculare/cerebrovasculare ar trebui să evite expunerea excesivă la căldură. Unele medicamente comune care afectează termoreglarea pot crește, de asemenea, riscul de deces. Acestea includ anticolinergice, diuretice, fenotiazine și barbiturice. Căldura poate afecta nu numai sănătatea, ci și comportamentul. Un studiu american sugerează că oamenii sunt mai iritabili și mai agresivi, menționând că numărul infracțiunilor violente a crescut cu 4,58 la 100.000 pentru fiecare grad Celsius de creștere a temperaturii.

Un cercetător a descoperit că intensitatea ridicată a insulei termice urbane (UHI) se corelează cu concentrații ridicate de poluanți atmosferici, care se acumulează noaptea și pot afecta calitatea aerului în ziua următoare. Acești poluanți includ compuși organici volatili, monoxid de carbon, oxizi de azot și particule în suspensie. Producerea acestor poluanți, combinată cu temperaturile mai ridicate din UHI-uri, poate accelera formarea ozonului. Ozonul de suprafață este considerat un poluant nociv. Studiile sugerează că temperaturile mai ridicate din UHI-uri pot crește numărul de zile poluate, dar indică și faptul că alți factori (de exemplu, presiunea aerului, acoperirea cu nori, viteza vântului) pot influența, de asemenea, poluarea. Studiile din Hong Kong au descoperit că cartierele cu o ventilație mai slabă a aerului exterior urban tind să experimenteze efecte mai puternice ale efectului de insulă termică urbană și au o mortalitate generală semnificativ mai mare în comparație cu zonele cu o ventilație mai bună.

Centrele pentru Controlul și Prevenirea Bolilor notează că „este dificil să se facă predicții valide despre bolile și decesele legate de căldură în diferite scenarii legate de schimbările climatice” și că „decesele legate de căldură pot fi prevenite, așa cum demonstrează scăderea mortalității generale în timpul evenimentelor caniculare din ultimii 35 de ani”. Cu toate acestea, unele studii sugerează că impactul asupra sănătății al ICU poate fi disproporționat, deoarece efectele pot fi distribuite inegal în funcție de vârstă, etnie și statut socioeconomic. Acest lucru ridică posibilitatea ca impactul asupra sănătății al ICU să fie o problemă de justiție ecologică.