Desarrollo de modelos numéricos para investigar la isla de calor en ciudades y estudio de sensibilidad de distintos parámetros urbanos

Resumen

En esta memoria se estudia la isla de calor que tiene lugar en las ciudades, así como la evaluación de diferentes estrategias para su mitigación. Para ello se ha desarrollado una nueva parametrización urbana que calcula el consumo energético asociado al uso de los sistemas de aire acondicionado y su impacto en la temperatura y humedad exteriores. En primer lugar se ha desarrollado un modelo energético de edificios (BEM) capaz de evaluar los flujos de calor (sensible/latente) intercambiados entre los edificios y la atmósfera. Edificios con distinto número de niveles (plantas) pueden considerarse en el modelo y la evolución temporal de la temperatura y humedad interiores son calculadas separadamente para cada nivel. Después de demostrar la ca pacidad de BEM para simular los fenómenos esenciales de transferencia de calor, éste se ha acoplado a una parametrización urbana (BEP) para llevar a cabo simulaciones a mesoescala del clima urbano. Varias simulaciones en una dimensión vertical (1D off-line) han demostrado la capacidad del nuevo esquema BEP+BEM para reproducir la radiación neta y los diferentes flujos turbulentos. Posteriormente, el nuevo esquema urbano BEP+BEM ha sido incorporado de forma oficial en el modelo atmosférico WRFV3.2 . Con esta nueva parametrización se han simulado las ciudades de Houston (TEXAS) y Madrid (España). La isla de calor urbana sobre Madrid llegó a alcanzar 5-6 ºC durante la noche y el calor antropogénico procedente de los aires acondicionados fue el r esponsable de un aumento de la temperatura de hasta 1.5 ºC en algunos lugares de la ciudad. Reducciones de hasta el 10% en el consumo energético fueron obtenidas modificando el albedo, algunas propiedades térmicas de los materiales y eliminando el calor proveniente de los sistemas de aire acondicionado. Para el caso de Houston existía información muy detallada de la morfología urbana y se preparó una versión de WRF capaz de utilizar esta información punto a punto en la rejilla numérica. Cuando esta información fue utilizada, buenas estimaciones del consumo energético de la ciudad fueron obtenidas al compararse con las estimaciones derivadas en otros estudios con diferentes metodologías (bottom-up y top-down). El trabajo realizado en esta memoria contribuye a la mejora en la capacidad de estudio del impacto de las ciudades en la atmósfera. Gracias a la mayor complejidad de la nueva parametrización BEP+BEM, el impacto de las zonas urbanas está mejor representado y estrategias de mitiga