Il ruolo dell’acqua nella mitigazione dell’isola di calore urbano (UHI- Urban Heat Island ) – di Luigi Mariani (*)
Città e isola di calore urbano
Lo sviluppo di quel particolare habitat artificiale che è la città moderna si fonda su massicci cambiamenti di destinazione d’uso dei suoli, in larga misura irreversibili e che per molti aspetti sono assimilabili alla desertificazione, intesa come degradazione dei suoli tale da farne un substrato non più colonizzabile da parte dei vegetali (Mariani, 2014).
A livello atmosferico l’urbanizzazione altera una vasta gamma di variabili (radiazione solare, temperatura, umidità relativa, vento, ecc.) ma il suo effetto a tutti più noto è la generazione dell’Isola di calore urbano (che in questa sede indichiamo come UHI – Urban Heat Island), in virtù della quale la temperatura dell’aria in città manifesta differenze talora sensibili rispetto a quella delle aree rurali circostanti.
L’UHI è fenomeno prevalentemente notturno in quanto si manifesta soprattutto attraverso un aumento delle temperature minime e la sua entità, espressa come differenza rispetto alla temperatura delle aree rurali circostanti, dipende da svariati parametri di tipo urbano (grandezza della città, struttura e geometria dell’area urbana, popolazione ed emissioni antropiche di calore).
Circa la forma della città e il suo ruolo nell’isola di calore, ricordo che la superficie del pianeta si raffredda emettendo fotoni di radiazione infrarossa verso lo spazio e per ogni punto della superficie il raffreddamento è tanto più rilevante quanto più cielo da esso si vede. Da ciò deriva che se in una città le altezze degli edifici aumentano, il fondo delle strade vede sempre meno cielo e dunque di notte si raffredda con sempre maggiore difficoltà (figura 1). In tal senso la città si comporta dunque come una vera e propria “trappola per fotoni” e dunque prima di autorizzare la crescita in altezza degli edifici occorrerebbe preventivamente porsi il problema di come ciò influirà sull’UHI.
L’intensità del’UHI dipende anche da fattori di tipo atmosferico (copertura nuvolosa, forza del vento) e in genere possiamo dire che l’UHI è più accentuata con cielo sereno e ventosità ridotta. A livello stagionale si può poi constatare che l’isola di calore si esalta nel periodo invernale e in condizioni anticicloniche: in tali situazioni infatti le acute inversioni termiche dovute alla elevata durata invernale del periodo notturno vengono accentuate dalla subsidenza tipica dell’anticiclone ed impediscono che il calore di origine antropica sia disperso per convezione, provocando così un consistente aumento della temperatura in superficie, cui si accompagna l’accumulo di inquinanti in vicinanza del suolo.
L’isola di calore urbano non è per forza negativa
A livello globale la mortalità nella popolazione da eventi termici estremi è nettamente più spiccata per il freddo che per il caldo. Ce lo conferma un recente studio a livello globale condotto da Gasparrini et al. (2015) e pubblicato su Lancet, il quale giunge alla seguente conclusione: “La maggior parte del carico di mortalità globale correlato alla temperatura è riconducibile al contributo di freddo. Questo dato di fatto ha importanti implicazioni per la progettazione di interventi di sanità pubblica volti a ridurre al minimo le conseguenze sulla salute di temperature negative, e per le previsioni di effetti futuri degli scenari del cambiamento climatico.“
In sostanza l’isola di calore urbano, mantenendo più elevate le temperature invernali rispetto alle zone rurali circostanti, si traduce in una diminuzione della mortalità da eventi termici estremi che è evidenziata per l’Europa (Healy, 2003) e per gli USA. Ciò non toglie che non si debba prestare attenzione ad evitare la mortalità da caldo ed in tal senso occorre invitare tutti ad utilizzare in modo razionale il condizionamento estivo degli edifici per evitare che nelle ore notturne, allorché l’UHI tocca il suo apice, le temperature eccessive impediscano di riposare.
In ogni caso è d’estate, e più nello specifico durante le grandi ondate di caldo legate agli anticicloni subtropicali di blocco, che la mitigazione dell’isola di calore diviene cruciale e la vegetazione urbana ben gestita e ben rifornita d’acqua ci può dare una grande mano in tal senso.
Come la vegetazione ben irrigata mitiga l’isola di calore urbano estiva
Per comprendere come la vegetazione possa mitigare l’isola di calore urbano si pensi ad un prato ben rifornito d’acqua: l’energia solare intercettata dal prato viene per la massima parte ceduta all’atmosfera in forma di calore latente (che è quella forma di energia di cui è vettore l’acqua traspirata dalla vegetazione) mentre una piccola parte viene ceduta all’atmosfera in forma di calore sensibile (che è quella forma di energia che si misura con il termometro). Sì, perché la vegetazione, come del resto gli animali e l’uomo, traspira per termoregolarsi, il che avviene in quanto nel passaggio da liquido a vapore l’acqua assorbe 2450 Joule per grammo, e dunque trasferisce verso l’atmosfera l’energia che era immagazzinata nel prato, riducendone la temperatura. Unica differenza fra i vegetali e l’uomo è che i vegetali traspirano attraverso gli stomi mentre l’uomo lo fà attraverso i pori della pelle. E se il prato è fresco, la temperatura dell’aria al di sopra di esso sarà più bassa, tant’è vero che Priestley, studioso che si è a lungo occupato di traspirazione dei vegetali, arrivò tempo fa a concludere che se il nostro pianeta fosse totalmente coperto da un prato ben irrigato la sua temperatura non potrebbe in ogni caso eccedere i 30,5°C.
Se al posto della vegetazione irrigata mettiamo ad esempio un piazzale asfaltato, l’assenza di acqua da evaporare o traspirare farà sì che l’energia proveniente dal sole sia riemessa verso l’aria quasi unicamente in forma di calore sensibile, e cioè quel calore che viene immediatamente percepito da noi umani e che viene misurato dal termometro. In soldoni al mezzogiorno di una giornata estiva l’aria a 1,50 m di altezza al di sopra del prato ben irrigato potrà far registrare una temperatura di 33°C mentre nelle stesse condizioni il piazzale asfaltato potrà facilmente superare i 36°C, con conseguenze immediatamente percepibili sulla gradevolezza dell’ambiente. La stessa cosa si verificherà con un prato arido perché privo di acqua da pioggia o da irrigazione. In tal caso infatti il prato emetterà anch’esso soprattutto calore sensibile per cui l’effetto di refrigerio per noi umani sarà in gran parte annullato.
L’altro grande effetto positivo della vegetazione in città consiste nell’ombreggiamento offerto dagli alberi che fa sì che chi staziona alla loro ombra possa sfuggire ai cocenti raggi del sole. E perché gli alberi facciano ombra le loro chiome debbono essere in buono stato, il che si ottiene rifornendoli adeguatamente di acqua e proteggendoli dalle malattie (figura 2).
In sintesi dunque la trasformazione del calore sensibile in calore latente e l’effetto di ombreggiamento sono i grandi meriti che la vegetazione ha in città. Ambedue gli effetti sono esplicati solo se la vegetazione è ben rifornita di acqua di pioggia o di irrigazione.
Occorre poi considerare che in città non si possono piantare alberi dappertutto, nel senso che per piantare alberi occorre avere almeno un 1 mc di suolo per ogni mq di proiezione della chioma e un terreno profondo almeno 80-100 cm in modo che le piante possano sviluppare adeguatamente le loro radici. Se il suolo è profondo solo 30-40 cm non è possibile pensare ad alberi ma tutt’al più a cespugli o prato.
Da segnalare anche che gli strumenti modellistici a nostra disposizione consentono oggi di stimare le esigenze idriche della vegetazione in città in funzione di temperatura, umidità relativa, velocità del vento e radiazione solare e dunque di definire in modo accurato la qualità di acqua da apportare alla stessa.
Alberi in città e poi fontane e ruscelli: una tradizione antica e sempre attuale
Scrive Plinio il Vecchio (Naturalis Historia 12, 6) che il platano (Platanus orientalis L.), originario dell’Asia Minore, fu portato per la prima volta in Italia a Reggio Calabria da Dionigi il Vecchio (430-360 aC) per il suo benefico effetto ombreggiante. Questo aneddoto mostra l’antichissimo uso di alberi per ragioni estetiche e per proteggere i cittadini dalla luce solare diretta. Anche se questo ruolo originale persiste, gli alberi della città sono sempre più visti come strumenti utili non solo per mitigare l’isola di calore urbana ma anche per regolare il deflusso delle acque piovane, mantenere l’aria pulita da inquinanti, ridurre il rumore e convertire l’anidride carbonica atmosferica a biomassa. Non si trascuri inoltre che gli alberi forniscono benefici psicologici, aumentano il valore delle proprietà, accrescono l’interesse turistico dei luoghi, offrono vantaggi in termini di salute e di cultura e favoriscono la biodiversità animale. Tutto questo, ricordiamolo, non può esistere senza un adeguato rifornimento idrico affidato all’acqua piovana e/o all’irrigazione.
Superfici idriche come laghetti (figura 3), piccoli canali e fontane raffreddano la città per lo stesso fenomeno di cessione di energia in forma di calore latente già messo in luce per le piante. Pertanto utili alla mitigazione dell’UHI si rivelano ad esempio le fontane che nelle nostre città hanno avuto una considerevole espansione grossomodo a partire dal periodo barocco (XVII-XVIII secolo). E qui potrà sembrare strano che in un periodo che coincise con la fase più fredda della piccola era glaciale qualcuno abbia avvertito la necessità di erigere fontane per mitigare l’UHI. D’altra parte il clima in Europa è una variabilità interannuale elevatissima, come ci dimostra il libro Canicules et glaciers (2004) dello storico francese Emmanuel Leroy Ladurie in cui si pone in luce la mortalità estiva da caldo nella Francia del XVIII secolo.
Allo stesso obiettivo di mitigazione dell’UHI si richiama l’abitudine di far scorrere acqua in affossature ricavate ai bordi delle vie, come accade ad esempio in estate nelle zone centrali di Parigi o di Friburgo.
Qualche idea per Milano e non solo
Fontane, giochi d’acqua, verde diffuso e ben irrigato, edifici di colore chiaro, non troppo alti e la cui disposizione faciliti la penetrazione in città dei circuiti di brezza che legano città e campagna: sono solo alcune delle ricette utili per mitigare l’UHI estiva. In ogni caso il tutto è da valutare tramite adeguate analisi costi-benefici che per gli aspetti tecnici si debbono basare su tecniche di bilancio energetico che sono note da tempo e che sono state ad esempio di recente utilizzate per verificare l’effetto di mitigazione dell’isola di calore urbano milanese offerto dal parco Nord (Mariani et al., 2016).
In ogni caso è oggi irrazionale pensare di pianificare la crescita urbana ignorando gli effetti sul microclima che a sua volta pesa in modo rilevante sulla vita delle persone che in città abitano. Tale aspetto assume un’importanza rilevantissima alla luce del fatto che la maggioranza della popolazione mondiale è inurbata e l’inurbamento ha spesso per teatro le immense baraccopoli che caratterizzano oggi molte città soprattutto dell’Africa e dell’Asia. E’ qui che la razionalità nel costruire e gestire la città dovrebbe dare oggi il meglio di sè.
Ricordo infine che i concetti qui espressi sono tutt’altro che innovativi in quanto ad esempio i primi studi sul bilancio energetico di superficie che consentirono di mettere in luce le differenze essenziali esistenti fra aree urbane e rurali sono dei primi anni del XX secolo (Bowen, 1926; Geiger, 1928). Pertanto la diffusa tendenza a trascurare tali concetti è oggi da ritenersi più che mai colpevole.
Luigi Mariani – Museo Lombardo di Storia dell’Agricoltura e Università degli Studi di Milano – Disaa
Bibilografia
Bowen, I. S. (1926). The ratio of heat losses by conduction and evaporation from any surface. Physics Review, 27, 779-789.
Gasparrini A. et al., 2015. Mortality risk attributable to high and low ambient temperature: a multicountry observational study, The lancet, vol. 386, July 25, 2015.
Geiger R., 1927 Das Klima der bodennahen Luftschicht. Verlag F. Vieweg & Sohn Braunschweig.
Healy J.D., 2003. Excess winter mortality in Europe: a cross country analysis identifying key risk factors, J Epidemiol Community Health, 2003;57:784–789
Le Roy Ladurie E., 2004. Histoire humaine et comparée du climat. I. Canicules et glaciers (XIIIe-XVIIIe siècles), Fayard, Paris.
Mariani L., 2014. Agronomia. Cusl, Milano, 344 pp.
Mariani L., Parisi S.G., Cola G., Lafortezza R., Colangelo G., Sanesi G., 2016. Climatological analysis of the mitigating effect of vegetation on the urban heat island of Milan, Italy, Science of the Total Environment 569–570 (2016) 762–773.