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Cristino, Valentina

L'isola di calore urbano della Città metropolitana di Torino : strategie per una progettazione urbana sostenibile.

Rel. Guglielmina Mutani. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura per il progetto sostenibile, 2017

Abstract:

PREMESSA

Il 2016 che si sta concludendo è risultato essere l'anno più caldo di sempre. Perlomeno da quando vi è la possibilità di monitorare il clima (ISTAT). Le conseguenze del riscaldamento globale sono ormai evidenti nelle nostre città nelle quali cementificazione, asfalto ed inquinamento fanno sì che le temperature possano essere fino a 10°C superiori rispetto a quelle delle aree circostanti o rurali. Questo fenomeno in Climatologia prende il nome di Isola di calore urbano. La continua urbanizzazione stima che nel 2050 la popolazione residente in città sarà intorno all'80% con conseguente aumento di rischio per l'inquinamento, il comfort, la salute ed il consumo energetico. Nel 2015 l'Ibimet-Cnr (Istituto di biometeorologia del Consiglio nazionale delle ricerche) ha pubblicato delle mappe ad alta risoluzione sviluppate per lo studio della distribuzione spaziale del rischio diurno e notturno da "caldo urbano" per le maggiori città italiane, al di sopra dei duecento mila abitanti, tra cui Torino. Tali mappe mostrano differenze marcate tra rischio diurno e notturno sia per città costiere sia per città dell'entroterra, con maggiori valori di temperatura generalmente nelle zone centrali dell'area urbana. Questo perché l'Isola di calore non è influenzata solo dalle temperature superficiali, ma anche dalla densità di distribuzione della popolazione ed altre componenti che verranno illustrate in questo studio. Una maggior conoscenza puntuale delle zone urbane a rischio permette di ottimizzare interventi mirati al miglioramento di aree pubbliche e private tramite una strategica reintegrazione di vegetazione, anche attraverso i tetti verdi (green roofs) o rivestimenti riflettenti che vadano a modificare l'assorbimento di calore da parte delle supcrfici edilizie oltre che urbane. Si è deciso quindi di lavorare sull'Isola di calore urbana di Torino e di includere nell'analisi alcuni dei Comuni della prima e seconda cintura suburbana, facenti parte della più ampia Città metropolitana di Torino, per verificare come questa si sviluppi e quanto si espande al di fuori del centro urbano tramite serie di temperature mensili dell'ultimo decennio rilevate da centraline in essi presenti.

Obiettivi e metodologia

Questa tesi è volta all'analisi dell'Isola di calore della città di Torino e di come questa interagisca con i comuni adiacenti, evidenziando variazioni di temperatura tra l'interno della città e le sua periferia. Il lavoro è partito con la ricerca delle stazioni meteorologiche sparse per la città di Torino e nei comuni della prima e seconda cintura; ottenute le temperature medie di queste stazioni si è passato al calcolo dei diversi fattori che influenzano la temperatura delParia, quali lo studio delle Variabili di forma urbana. Tramite immagini satellitari dei sensori LANDSAT 8 OLI e ASTER EOS AM 1 - TERRA sono stati calcolati gli indici di Albedo, NDVI (Normalized Vegetation Index) ed LST (Land Surface Temperature), anch'essi influenti sulla temperatura dell'aria. Questi calcoli sono stati fatti grazie al software Arcgis 10.4. Le operazioni eseguite e l'approfondimento dei passaggi sono descritti tramite equazioni e immagini catturate dal programma stesso in fase di lavoro ed allegate in appendici. Attraverso i risultati ottenuti delle Variabili di forma urbana, l'Albedo, l'NDVI, lo studio delle temperature medie mensili delle stazioni meteorologiche, la distanza dal centro della città e le quote sul livello del mare delle stazioni è stato costruito un modello, fulcro del lavoro svolto, in cui è possibile calcolare la Temperatura dell'aria in funzione dei parametri appena citati. I risultati vengono confrontati con la Land Surface Temperature (LST, temperatura del suolo) da non confondere con la temperatura dell'aria, ma anzi parametro che influenza la stessa. Questo modello può essere utile in fase di progettazione e/o intervento sul costruito ai fini di rendere più sostenibile lo sviluppo urbano.

Stato dell'Arte

Ideatore del concetto di Isola di calore urbano, Urban Heat Island (UHI), fu Luke Howard, climatologo, quando nel 1818 si accorse che la temperatura in ambito urbano è maggiore di quella delle zone rurali [19]. Si pensa che sia stato lo stesso Luke Howard ad analizzare il fenomeno dell'isola di calore attraverso "The climate of London", uno scritto in cui descriveva il clima di Londra, ma lo studio vero e proprio è da attribuirsi a Gordon Manley, che nel 1958, scrisse un articolo nel "Quarterly Journal of thè Royal Metereology Society" in cui per la prima volta comparve il termine isola di calore. L' aumento della temperatura dell'aria all'intemo di una città causa discomfort abitativo e aumento della domanda di energia, soprattutto per il raffrescamento estivo. L'Isola di calore è inoltre caratterizzata da variazione spazio-temporale in base alla geolocalizzazione della città, le sue caratteristiche e l'ora del giorno [17]. La nascita di nuove megalopoli, lo sviluppo delle città già esistenti con edifici alti posizionati senza considerare canali di ventilazione adeguati uniti all'elevato assorbimento di irradiazione solare da parte dei materiali artificiali sempre più impermeabili incrementa tale fenomeno. Esistono al giorno d'oggi strategie di mitigazione quali, l'utilizzo di materiali ad elevato indice di albedo, ovvero elevato indice di riflessione della radiazione solare, i cosiddetti materiali "freddi", l'incremento di superfici a verde e la vegetazione fino alle tecnologie dei cool roof e green roof. Tramite una panoramica sulla letteratura del caso negli ultimi vent'anni si è presa visione dei metodi per mappare ed analizzare le isole di calore ed i fattori ad esse correlati per individuare delle soluzioni in grado di mitigarne gli effetti. Da questa schematizzazione della letteratura dell'ultimo ventennio in fatto di Isole di calore urbano è possibile dedurre un quadro di approccio allo studio dell'argomento dagli anni Novanta ad oggi. Si può evincere innanzitutto che i primi studi e le prime pubblicazioni in materia risalgono appunto agli inizi degli anni Novanta e hanno cominciato a moltiplicarsi dal 2011 in poi. La quasi totalità delle pubblicazioni prese in esame trattano l'argomento, ma anche quelle che non lo trattano direttamente si occupano comunque di analizzare l'andamento della temperatura superficiale (LST). Per questo i primi studi erano maggiormente incentrati sui cambiamenti di uso e copertura del suolo senza ancora strettamente correlarli al fattore di Albedo o ad altri fattori di forma urbana. Questi divengono soggetto delle analisi dal 2014 al presente, in cui si è arrivati a monitorare gli interventi già effettuati sull'incremento dei materiali riflettenti ed anche effetti secondari e conseguenze che questi possono provocare sul microclima. La maggioranza si è servita di dati satellitari, mentre recentemente si riscontrano numerosi utilizzi di dati meteorologici o di entrambe le tipologie per poter confrontare i risultati ottenuti dai dati misurati rispetto a quelli calcolati come è stato fatto anche in questa analisi dell'Isola di calore urbano della città metropolitana di Torino. Per quanto riguarda l'elaborazione grafica dei dati, i GIS (Geographic Information System) sono sempre stati abbastanza utilizzati, ma recentemente si passa spesso allo sviluppo di modelli per un'analisi più focalizzata che tenga conto anche della componente energetica e possa funzionare da vero supporto alla progettazione edilizia sostenibile. L'area e la scala di studio risultano svariate da sempre, ma oggi si rilevano pubblicazioni di paesi che hanno nel frattempo raggiunto un buon livello di sviluppo, oltre che di paesi anche piccoli e dell'area del Medio Oriente nella quale cresce l'attenzione verso l'incalzante desertificazione. Nel complesso L'Isola di calore urbano è un fenomeno riconosciuto e studiato oramai globalmente.

Relatori: Guglielmina Mutani
Soggetti: T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TC Protezione degli edifici
U Urbanistica > UK Pianificazione urbana
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura per il progetto sostenibile
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/5886
Capitoli:

INDICE

INTRODUZIONE

Premessa

Obbiettivi e metodologia

Stato dell'arte

1.L'ISOLA DI CALORE URBANO-URBAN HEAT ISLAND (UHI)

1.1.Manifestazione

1.2.Tipologie

1.2.1.UHI, Urban Heat Island

1.2.2.SUHU, Surface Urban Heat Island

1.2.3.SUHI, Subsurface Urban Heat Island

1.2.4.MUHI, Micro Urban Heat Island

1.2.5.UHS, Urban Heat Sink

1.3.Cause e fattori di influenza

1.4.L'intensità dell'isola di calore urbano (UHI)

1.5.Conseguenze

1.6.Tecniche di mitigazione

1.6.1.Superfici riflettenti

1.6.2.Incremento della vegetazione

2.IL TELERILEVAMENTO

2.1.Evoluzione e fondamenti

2.2.Principi e metodi di telerilevamento

2.3.II telerilevamento Termico (Thermal Remote Sensing)

2.4.Lo spettro elettromagnetico

2.5.Finestre spettrali

2.5.1.Schematizzazione del Telerilevamento

2.6.Concetti fondamentali

2.6.1.Tecniche e metodi

2.6.2.I satelliti per l'osservazione della terra

2.6.3.Dalle immagini ai parametri di superficie

2.6.4.Caratteristiche dei sistemi

2.6.5.Dal segnale alla misura

2.6.6.Immagini Telerilevate

2.7.II telerilevamento e i sistemi informativi territoriali - GIS

2.8.Trasmissione del Calore

2.8.1.Termodinamica e Termocinetica

2.8.2.II corpo nero e la Funzione di Planck

2.8.3.Legge di Wien

2.8.4.Legge di Stefan-Boltzmann

2.9.Emissività

2.9.1.Meccanismi di emissione

2.9.2.Caratteristiche spettrali delle superfici naturali

2.10.I satelliti per l'osservazione della terra

2.10.1.tipologie di piattaforme

2.11.Piattaforme utilizzate: Landsat e Aster

2.11.1.Piattaforma Landsat

2.11.1.1.II satellite Landsat 8 OLI-TIRS

2.11.2.Piattaforma Aster

3.RACCOLTA ED ELABORAZIONE DATI SATELLITARI

3.1.NDVI Normalized Difference Vegetation Index

3.1.1.Calcolo NDVI da immagini ASTER

3.1.2.Calcolo NDVI da immagini LANDSAT 8

3.2.L'indice di ALBEDO

3.2.1.Calcolo ALBEDO da immagini ASTER

3.2.1.1.Materiali

3.2.1.2.Procedimento

3.2.2.Calcolo ALBEDO da immagini LANDSAT 8

3.2.2.1.Materiali

3.2.2.2.Procedimento

3.2.3.Verifica dei valori di Albedo

3.3.Land surface temperature LST

3.3.1.Calcolo LST da immagini ASTER

3.3.2.Calcolo LST da immagini LANDS AT 8

4.VARIABILI DI FORMA URBANA

4.1.Materiale

4.2.Calcolo indicatori di forma urbana

4.2.1.BCR Building Coverage Ratio

4.2.2.BD Building Density

4.2.3.BH Building Height

4.2.4.H/W Aspect Ratio

4.2.5.H/Hm Height of a building and the average height of the surrounding

BO Building Orientation

4.2.6.MOS Main Orientation of street

4.2.7.UM Urban Morphology

4.2.8.Polar exPlosure o solar factor

4.2.9.GUP Global Urban Morphology e Solar Explosure

4.3.Correlazione tra la temperatura dell'aria e le variabili di forma

5.RACCOLTA ED ELABORAZIONE DATI METEOROLOGICI

5.1.II caso studio: Città metropolitana di Torino

5.2.Stazioni meteorologiche

5.3.Formulazione del modello della Temperatura dell'aria calcolata, GUPA

5.4.Verifica del modello

CONCLUSIONI

RINGRAZIAMENTI

BIBLIOGRAFIA

APPENDICE A

APPENDICE A1

APPENDICE B

APPENDICE B1

APPENDICE C

APPENDICE C1

ALLEGATI

Bibliografia:

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