Modellering afslører dynamikken i klimaændringer, urbanisering og varmebegrænsende teknologier

Jordens fremtid på kort sigt er en af ​​en opvarmende planet, da byudvidelse og drivhusgasemissioner vækker virkninger af klimaændringer. Nuværende klimaprognoser viser, at temperaturerne i amerikanske byer forventes at stige med 2 til 7 C i år 2099.

For at prøve at tilpasse sig denne opvarmning og opretholde levedygtighed på planeten, forskere ser på nye måder at designe og bygge byer på med klimabegrænsende teknologier og finde ud af, at efterhånden som deres forudsigelsesmodeller stiger i raffinement, afslører de en kompleks indbyrdes afhængighed af effekter.

For eksempel, ny modellering afslører dynamikken i klimaændringer og byspredning på et mere detaljeret niveau, hvilket fører til ny forståelse af, hvad der kan vente, når byer vokser og regioner varme. Disse oplysninger kan være kritiske for at bestemme, hvad der måske virker eller ikke virker, da vi forsøger at tilpasse os den kommende varme.

Nu har forskere ledet af Arizona State University afsluttet nogle af de mest sofistikerede modelleringer af virkningerne af klimaændringer og bycentre i USA, og finder ud af, at nogle af dagens foreslåede løsninger kun vil give en brøkdel af lettelse fra den forventede varme.

Forskerne kiggede på det daglige samspil mellem byudvidelse, klimaforandringer og tilpasning i USA gennem det 21. århundrede. Deres analyse afslørede et ikke -lineært samspil mellem byudvidelse og drivhusgasemissioner og gjorde det over en stor udstrækning af jord - det kontinentale USA - med særlig opmærksomhed på voksende storbyområder. Derefter undersøgte de et spektrum af varmebegrænsende strategier, der omfattede træer på gadeniveau og konstruerede løsninger, der tackler fænomenet byvarme.

"Tidligere undersøgelser har vist, at konventionelle strategier til at reducere opvarmning primært virker ved at sænke dagtimerne frem for nattetemperaturer, "sagde Matei Georgescu, en lektor i ASU's School of Geographical Sciences &Urban Planning. "Imidlertid, byer har en tendens til at have deres største indvirkning på det regionale termiske miljø i løbet af aftenen og natten. "

"Vi simulerede virkningerne af konventionelle varmebegrænsende tilgange med mere almindeligt anerkendte kølestrategier, men vi simulerede også påvirkninger forbundet med konstruerede materialer på nær overfladetemperatur, "tilføjede han." Vi fandt en moderat lempelse af temperaturerne i nattetimerne ved hjælp af materialer med lav termisk adgang. "

Forskerne offentliggjorde deres fund i "Daglig interaktion mellem byudvidelse, klimaforandringer og tilpasning i byer i det 21. århundrede i USA "i den tidlige online-udgave af Naturens klimaforandringer . Medforfattere med Georgescu er E. Scott Krayenhoff, University of Guelph, PÅ, Canada, en tidligere postdoktorforsker, der arbejder med Georgescu på ASU, og Mohamed Moustaoui, Ashley Broadbent og Vishesh Gupta, alle tilknyttet Urban Climate Research Center på ASU.

Fokus på USA

Den nye forskning tager et analytisk blik på det kontinentale USA og gør det på et mere sofistikeret niveau end tidligere undersøgelser. For eksempel, tidligere undersøgelser antog, at effekterne af urbanisering og drivhusgasser kunne bestemmes ved blot at lægge virkningerne af de to sammen. Den nye tilgang gør det muligt for forskerne at karakterisere, i hvilket omfang disse to faktorer i regionale klimaændringer interagerer med hinanden ikke -lineært.

"Virkningen af ​​byudvikling og drivhusgasemissioner er mindre end blot summen af ​​de enkelte komponenter, "Sagde Georgescu." Dette er kun tydeligt i nattetimerne. Størrelsen af ​​ikke -lineariteten reducerer den samlede opvarmning med op til 1 C (1,8 F) lokalt. "Men, han advarer, "vi skal huske, at dette er betydeligt mindre end selve den totale opvarmning (fra 4 til 8 C, 7,2 til 14,4 F) afhængigt af det simulerede drivhusgasemission. "

Ud over, Georgescus team borede sig ned i dataene. Tidligere arbejde brugte 24-timers gennemsnitstemperatur for hver dag som et datapunkt. I denne forskning, teamet producerede betydeligt flere data (cirka 100 terabyte) via computersimuleringer foretaget på de højtydende supercomputer-klynger, der var tilgængelige på ASU og undersøgte påvirkninger i løbet af et døgn, eller "daglig" skala i tre timers intervaller.

"At stille disse data til rådighed for forskersamfundet vil muliggøre relateret forskning såsom biometeorologiske vurderinger fra sundhedsforskere og energivurderinger fra det bygningsvidenskabelige samfund, sagde Scott Krayenhoff, hovedforfatter af undersøgelsen.

Det, der afsløres i modelleringen, er et opvarmende kontinent, især i de regionale bycentre i USA

"Byopvarmning om sommeren som følge af en dynamisk interaktiv kombination af byudvidelse og klimaændringer er 1 til 6 C (1,8 til 10,8 F) om eftermiddagen og 3 til 8 C (5,4 til 14,4 F) om natten ved slutningen af ​​århundredet, sagde teammedlem Mohamed Moustaoui.

Samlet set, de simuleringer, der forventes at eftermiddag byopvarmning vil være mere markant i det østlige USA, og opvarmning om natten vil være stærkest i Appalachian, Great Lakes og Californiens centrale dalområder, stort set som følge af byudvidelse i disse regioner.

Forskerne simulerede derefter, hvordan forskellige varmebegrænsende teknologier ville fungere i betragtning af de forventede højere regionale temperaturer. Disse teknologier omfatter kølige tage, grønne tage og gatetræer, som alle kan bruges til at lindre den nærliggende overflades udetemperaturer i et område.

Tilpasser sig varmen

"Ved hjælp af dynamisk interaktive simuleringer, vi undersøgte flere tilpasningsstrategier med det formål at opveje den forventede byvarme fra det 21. århundrede, "Forklarede Krayenhoff." Vi kombinerede implementering af høj intensitet af kølige tage, grønne tage og gatetræer (dvs. et fuldt tilpasningsscenario) og fandt ud af, at det fører til 1,3 til 2,0 C (2,3 til 3,6 F) om sommerens gennemsnitlige eftermiddagskøling afhængigt af regionen, men mindre end 1 C (1,8 F) natkøling. Lokal eftermiddagskøling i mange forventede storbyområder i USA var noget højere, især i Californien, Texas og det nordøstlige. "

Selv med disse varmebegrænsende teknologier på plads, simuleringer viste, at varmen sandsynligvis vil vedvare.

"Det, jeg fandt mest slående, var, at kombineret, højintensitetsimplementering af alle tilpasningsstrategier formåede ikke at opveje opvarmning af klimaændringer under RCP 8.5 (eller business as usual) klimascenarie, forlader den gennemsnitlige kontinentale amerikanske byopvarmning på 1 til 4 C (1,8 til 7,2 F) i dagtimerne og 3 til 6 C (5,4 til 10,8 F) om natten, og store forventede stigninger i ekstreme varmedage i byer over hele landet, "Forklarede Krayenhoff.

"Selv med betydelige drivhusgasreduktioner, det er, under RCP 4.5 -emissionsscenariet, opvarmning om natten forblev ikke-triviel efter fuld anvendelse af tilpasningstiltag, "tilføjede han." Det betyder, at vi kan bygge 'seje' bygninger og plante træer i vores gader, og stadig vil amerikanske byer sandsynligvis blive meget varmere uden samtidige og betydelige drivhusgasemissioner. "