¿Cuánto calor aporta la expansión urbana al calentamiento a gran escala? Ésa es una pregunta de larga data que los investigadores intentaron responder en un nuevo estudio publicado recientemente en la revista One Earth .
por Brendan Bane y Catie Himes, Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
El nuevo trabajo, que alguna vez se pensó que cubría muy poca superficie de la Tierra para afectar el clima a escalas mayores, sugiere que la urbanización tiene efectivamente una influencia detectable en el calentamiento global sobre la tierra, y que potencialmente habrá más a medida que las ciudades sigan creciendo.
El efecto es más dramático en algunas de las áreas de más rápida urbanización del mundo. En la bulliciosa cuenca del río Yangtze, por ejemplo, donde viven más de 480 millones de personas (un tercio de la población total de China ), la expansión urbana contribuyó a casi el 40% del aumento del calentamiento de la zona entre 2003 y 2019.
En Japón, donde se desarrolla cerca del 10% del suelo total, la urbanización contribuyó con una cuarta parte del calentamiento adicional observado durante el período de estudio. La señal urbana fue menos pronunciada en Europa y América del Norte, donde la urbanización impulsó aproximadamente entre un 2% y un 3% del calentamiento. Probablemente esto se deba a que gran parte del desarrollo ocurrió antes del período de estudio y, proporcionalmente, todavía hay una gran cantidad de tierra sin desarrollar en comparación con otras regiones y países más pequeños.
En general, las ciudades contribuyeron con poco más del 1% al aumento del calentamiento de la superficie terrestre en todo el mundo; 1,3% durante el día y 1,1% durante la noche.
«Urbanización» es una especie de término general. Abarca no sólo las estructuras construidas en las ciudades, sino también los muchos factores que influyen en el clima, como la contaminación del aire, los parques urbanos y el aumento de la población, que están ligados a su existencia.
La señal climática urbana
Tradicionalmente, las ciudades quedan fuera de los modelos climáticos globales o se representan de manera muy simplista, según los autores del estudio. Cuando los científicos del clima utilizan estos modelos para comprender cómo el clima extremo puede cambiar en un mundo más cálido, por ejemplo, rara vez incluyen las ciudades en sus simulaciones. Pero si se incluyen, las ciudades no se representan como entidades en crecimiento y cambiantes, a pesar de que se proyecta que el resto del mundo cambiará décadas en el futuro.
Esa es una deficiencia, dijo el autor principal y científico terrestre TC Chakraborty del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía. Una gran cantidad de investigaciones demuestran que las ciudades influyen en el clima que nos rodea de muchas maneras.
Los edificios absorben y atrapan el calor, lo que significa que las ciudades tardan mucho más en calentarse y enfriarse que las zonas rurales. En algunos casos, esto podría significar que los habitantes de las ciudades pasen más tiempo bajo un calor incómodo que sus vecinos del campo. Los paisajes urbanos pueden cambiar la forma en que el aire se mueve a nuestro alrededor o incluso intensificar el clima extremo.
Si bien la influencia del suelo urbano ha sido clara a escala local, los investigadores se han preguntado si las ciudades importan a escala regional, continental y planetaria.
«La respuesta es sí, lo hacen; en pequeña medida», dijo Chakraborty. «La urbanización tiene un impacto detectable en el calentamiento global de la tierra. Ese impacto es menor pero estadísticamente significativo a escala terrestre global, y particularmente evidente a escala continental. Cuando te acercas a regiones específicas del mundo, los efectos pueden volverse bastante grandes».
Depende de dónde se mire, añadió Chakraborty. En el caso de Groenlandia, donde se añadió muy poco terreno urbano durante el período de estudio, la expansión urbana no tuvo un gran impacto en el calentamiento a gran escala. Pero en áreas que se urbanizan rápidamente, como ciertas partes de Asia, los autores observaron un calentamiento fuerte y a gran escala derivado de la urbanización.
Aunque las ciudades han crecido lo suficiente como para afectar el clima global, su efecto sigue siendo pequeño en comparación con el de las emisiones de gases de efecto invernadero y otros cambios antropogénicos. Los nuevos hallazgos contrarrestan un punto común de escepticismo, afirmó Chakraborty.
«Algunos argumentan que el efecto de isla de calor urbana es un contribuyente dominante al calentamiento climático a gran escala. Nuestros hallazgos demuestran que esto no es cierto: el impacto de la isla de calor urbana en el calentamiento global de la tierra es estadísticamente significativo, pero está lejos de ser el principal contribuyente. «Nuestra estimación a escala poblacional de este calentamiento utilizando datos satelitales lo demuestra efectivamente», afirmó Chakraborty.
Además, el efecto urbano sobre el clima es complejo, añadió. A principios de este año, Chakraborty y otros investigadores del PNNL demostraron que una ciudad árida del desierto se enfrió parcialmente a medida que se desarrollaba. Descubrieron que agregar más parques y tierras de cultivo de lo que es naturalmente posible en un clima árido ayudó a la ciudad a contrarrestar parcialmente la tendencia al calentamiento global .
Los autores observaron un efecto similar en el nuevo trabajo y descubrieron que India y África, esta última incluyendo muchas ciudades áridas, mostraban señales de enfriamiento urbano durante el día a medida que las ciudades se desarrollaban. En el caso de la India, afirmó Chakraborty, se trata de una combinación de riego en zonas rurales que modulan la diferencia de temperatura urbano-rural, así como la emisión adicional de aerosoles atmosféricos de las ciudades.
La expansión urbana va en aumento
Entre 1992 y 2019, la cobertura del suelo urbano mundial aumentó un 226%. Eso equivale aproximadamente a 448.113 kilómetros cuadrados de suelo urbanizado añadidos en menos de tres décadas, superando con creces la cantidad de crecimiento de la ciudad que se produjo en todo el siglo anterior al período de estudio. Imagínese que cada centímetro de California se desarrollara como una ciudad; eso todavía está apenas por debajo de capturar todo el suelo urbano agregado dentro de ese lapso de tiempo.
La mayor parte de este crecimiento surgió en Asia. Estados Unidos amplió su área urbanizada en un 181%, India en un 366% y China en un 413%. Entre los países con mayor área urbana, China y Estados Unidos demostraron el mayor crecimiento de área urbana.
A medida que la población humana continúa aumentando, se espera que la mayoría viva en ciudades. Esto significa que una mejor representación urbana en los modelos climáticos será cada vez más importante a medida que los investigadores busquen simular mejor el cambio climático regional, especialmente cuando lo hacen con el objetivo de informar estrategias de mitigación y adaptación.
«La gente está utilizando cada vez más modelos climáticos para evaluaciones a escala regional, y hay muchos planes para ejecutar modelos globales con resoluciones cada vez más finas a medida que mejoran nuestras capacidades computacionales», dijo Chakraborty. «Cuando empiezas a hacer eso, bajando a la escala regional, necesitas representación de las áreas urbanas y sus impactos en la temperatura, la nubosidad, las precipitaciones y la contaminación del aire a escala regional».
Al incorporar la expansión urbana en los modelos climáticos, «podemos mejorar nuestra capacidad para estimar mejor las olas de calor regionales», dijo Chakraborty. Además, «hay muchas pruebas de que la urbanización puede aumentar las precipitaciones extremas, pero es difícil examinar este impacto utilizando modelos debido a las representaciones actuales aproximadas del suelo urbano y sus propiedades».
«Luego están las incógnitas», añadió. «Debido a que rara vez hemos intentado examinar los impactos de la urbanización en el clima a gran escala, tenemos poca idea de qué otras retroalimentaciones inducidas por la urbanización están en juego, especialmente cuando consideramos los cambios en las propiedades térmicas, radiativas y aerodinámicas de las áreas urbanas en el espacio y tiempo.»
Los satélites son clave
En su mayor parte, las evaluaciones climáticas a gran escala han utilizado como datos de entrada las lecturas de la temperatura del aire en superficie procedentes de estaciones meteorológicas. Sin embargo, tales mediciones son propensas a sesgos de muestreo porque los instrumentos de superficie a menudo son pocos y espaciados y solo leen las condiciones que los rodean inmediatamente.
«Es extremadamente difícil captar toda la heterogeneidad del clima de la superficie utilizando estas mediciones», afirmó Chakraborty. «Aunque se han realizado enormes esfuerzos, tanto a través de nuevas redes de observación como de mejores técnicas de asimilación de datos, que han hecho que estas estimaciones sean cada vez más fiables con el tiempo».
Para abordar el problema del muestreo, los autores del nuevo trabajo utilizaron estimaciones derivadas de satélites del cambio de temperatura de la superficie terrestre. Las observaciones satelitales toman la temperatura general de un área midiendo la radiación infrarroja de cada píxel de la superficie de la Tierra, eliminando así el sesgo de muestreo espacial por diseño.
Los investigadores del PNNL están trabajando para incorporar mejor la urbanización en los modelos climáticos, dijo el coautor y miembro del laboratorio Yun Qian.
«Recientemente, el DOE ha realizado importantes inversiones para fortalecer su liderazgo en el modelado climático para impulsar investigaciones que puedan informar el desarrollo de tecnologías de resiliencia para proteger a las diversas comunidades de Estados Unidos», dijo Qian.
«Uno de esos esfuerzos importantes es mejorar la representación urbana en el modelo emblemático del sistema terrestre de exaescala de energía del DOE. Siete laboratorios nacionales están colaborando en el proyecto E3SM para desarrollar la representación más completa del sistema terrestre en un marco de modelado y abordar los problemas más desafiantes y exigentes. «Imperativos de la investigación sobre el cambio climático».
Más información: TC Chakraborty et al, La urbanización exacerba el calentamiento a escala continental a regional, One Earth (2024). DOI: 10.1016/j.oneear.2024.05.005
