Quand le soleil d'été flamboie dans une rue chaude de la ville, notre première réaction est de fuir vers un endroit ombragé protégé par un bâtiment ou un arbre.

Une nouvelle étude est la première à calculer exactement dans quelle mesure ces zones ombragées contribuent à abaisser la température et à réduire l'effet « îlot de chaleur urbain ».

Les chercheurs ont créé un modèle numérique 3D complexe d'une section de Columbus et déterminé l'effet de l'ombre des bâtiments et des arbres de la région sur les températures de la surface terrestre au cours d'une heure un jour d'été.

« Nous pouvons utiliser les informations de notre modèle pour formuler des directives pour les efforts de verdissement communautaire et de plantation d'arbres, et même où localiser les bâtiments pour maximiser l'ombrage sur les autres bâtiments et routes, " a déclaré Jean-Michel Guldmann, co-auteur de l'étude et professeur émérite de planification urbaine et régionale à l'Ohio State University.

"Cela pourrait avoir des effets significatifs sur les températures au niveau de la rue et du quartier."

Par exemple, une simulation exécutée par les chercheurs dans un quartier de Columbus trouvée un jour avec une température maximale de 93,33 degrés Fahrenheit, la température aurait pu être inférieure de 4,87 degrés si les jeunes arbres déjà présents dans cette zone avaient atteint leur pleine croissance et que 20 autres arbres avaient été plantés.

Guldmann a mené l'étude avec Yujin Park, qui a fait le travail en tant qu'étudiant au doctorat à l'État de l'Ohio et est maintenant professeur adjoint de planification urbaine et régionale à l'Université Chung-Ang en Corée du Sud, et Desheng Liu, professeur de géographie à l'Ohio State.

Leurs travaux ont été publiés en ligne récemment dans la revue Des ordinateurs, Environnement et systèmes urbains .

Les chercheurs connaissent depuis longtemps l'effet d'îlot de chaleur urbain, où les bâtiments et les routes absorbent plus de chaleur du soleil que les paysages ruraux, le relâcher et augmenter les températures dans les villes.

Une étude récente a révélé que dans 60 villes américaines, les températures estivales urbaines étaient de 2,4 degrés F plus élevées que les températures rurales et Columbus était l'une des 10 premières villes avec les îlots de chaleur urbains d'été les plus intenses.

Pour cette nouvelle étude, Guldmann et ses collègues ont sélectionné une zone de près de 14 milles carrés du nord de Columbus qui avait un large éventail d'utilisations des terres, y compris les maisons unifamiliales, Tours d'appartements, complexes commerciaux et d'affaires, zones industrielles, parcs de loisirs et espaces naturels. Plus de 25, 000 bâtiments se trouvaient dans la zone d'étude.

Les chercheurs ont créé un modèle 3D de la zone d'étude en utilisant des cartes d'occupation du sol 2D de Columbus, ainsi que des données LiDAR collectées par la ville de Columbus à partir d'un avion. LiDAR est un capteur laser qui détecte la forme des objets. La combinaison de ces données a abouti à un modèle 3D montrant les hauteurs et largeurs exactes des bâtiments et des arbres.

Ils se sont ensuite tournés vers un logiciel informatique qui a calculé les ombres projetées par chacun des bâtiments et des arbres de la zone d'étude au cours d'une période d'une heure - de 11 h à midi - le 14 septembre. 2015.

En outre, les chercheurs disposaient de données sur les températures de surface terrestre dans la zone d'étude pour la même date et la même heure. Ces données proviennent d'un satellite de la NASA qui utilise des capteurs infrarouges thermiques pour mesurer les températures de la surface terrestre à une résolution de 30 mètres sur 30 (environ 98 pieds sur 98 pieds). Cela a entraîné des températures de surface pour 39, 715 points dans la zone d'étude.

Avec ces données en main, les chercheurs ont mené une analyse statistique pour déterminer précisément comment l'ombre projetée par les bâtiments et les arbres affectait les températures de surface ce jour de septembre.

Les résultats ont montré que, comme prévu, les bâtiments ont augmenté la chaleur dans la région, mais que les ombres qu'ils projetaient avaient également un effet rafraîchissant important sur les températures, surtout s'ils ombrageaient les toits des bâtiments adjacents.

Le modèle statistique pourrait calculer précisément ces effets, à la fois positif et négatif. Par exemple, une augmentation de 1 % de la surface d'un bâtiment entraîne une augmentation de la température de surface comprise entre 2,6 % et 3 % en moyenne.

Mais une augmentation de 1 % de la surface d'un toit ombragé a entraîné des baisses de température comprises entre 0,13 % et 0,31 % en moyenne.

L'ombre sur les routes et les parkings a également considérablement réduit les températures.

"Nous avons appris que de meilleurs effets d'atténuation de la chaleur peuvent être obtenus en maximisant l'ombre sur les toits des bâtiments et les routes, " a déclaré Guldmann.

Les résultats ont également montré l'importance des espaces verts et de l'eau pour abaisser les températures. Zones herbeuses, à la fois ombragé et exposé, ont montré des effets réducteurs de chaleur significatifs. Cependant, l'impact de l'herbe ombragée était plus fort que celui de l'herbe exposée à la lumière directe du soleil.

Le volume de la canopée des arbres et la superficie des plans d'eau ont également eu des effets de refroidissement importants.

Dans la simulation exécutée dans le quartier de Columbus, les chercheurs ont calculé que si les arbres actuels étaient complètement développés, la température un jour de 93,33 degrés F serait inférieure de 3,48 degrés (89,85 degrés).

Mais ce n'est pas tout. The simulation showed that if the neighborhood had 20 more full-grown trees, the temperature would be another 1.39 degrees lower.

"We've long known that the shade of trees and buildings can provide cooling, " Guldmann said.

"But now we can more precisely measure exactly what that effect will be in specific instances, which can help us make better design choices and greening strategies to mitigate the urban heat island effect."