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REVISIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL FENÓMENO DE LAS ISLAS DE CALOR URBANAS (ICU) CON ÉNFASIS EN EL CASO COLOMBIANO
AUTOR: JENY VANESSA CASTELLANOS JIMÉNEZ
CÓDIGO: 20122025072
AUTOR: ELVIS FABIAN MONTOYA MORALES
CÓDIGO: 20122025060
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA CATASTRAL Y GEODESIA
BOGOTÁ D.C.
2020
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REVISIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL FENÓMENO DE LAS ISLAS DE CALOR URBANAS (ICU) CON ÉNFASIS EN EL CASO COLOMBIANO
AUTOR: JENY VANESSA CASTELLANOS JIMÉNEZ
CÓDIGO: 20122025072
AUTOR: ELVIS FABIAN MONTOYA MORALES
CÓDIGO: 20122025060
DOCENTE DIRECTOR: CARLOS HERNÁN CASTRO ORTEGA
MONOGRAFÍA PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO CATASTRAL Y
GEODESTA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA CATASTRAL Y GEODESIA
BOGOTÁ D.C.
2020
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TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 6
I. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .................................................................. 7
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ....................................................................... 7
HIPÓTESIS .......................................................................................................... 9
OBJETIVOS ......................................................................................................... 9
GENERAL ......................................................................................................... 9
ESPECÍFICOS .................................................................................................. 9
JUSTIFICACIÓN Y PERTINENCIA .................................................................... 10
II. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................ 11
ESTADO DEL ARTE .......................................................................................... 11
MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 13
Fenómeno de las islas de calor urbano .......................................................... 13
Análisis Espacial y la importancia del urbanismo en el desarrollo de las
ciudades ......................................................................................................... 15
Técnicas e instrumentos utilizados en el cálculo, predicción y simulación de las
ICU.................................................................................................................. 18
Medidas de Mitigación y Prevención para el fenómeno ICU. .......................... 20
Instrumentos de Planeación y Gestión del Suelo (IPGS) como guía para la
expansión urbana ........................................................................................... 21
DELIMITACIÓN ESPACIO-TEMPORAL ............................................................ 23
III. ASPECTOS METODOLÓGICOS ................................................................ 28
METODOLOGÍA ................................................................................................ 28
DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS .......................................................... 31
IV. RESULTADOS ............................................................................................ 33
4.1 CÁLCULO, PREDICCIÓN, SIMULACIÓN Y REPRESENTACIÓN DEL
FENÓMENO ICU ............................................................................................... 33
Análisis Espacio Temporal a partir de imágenes satelitales para la obtención
de mapas de temperatura. .............................................................................. 33
Cálculo de índices espectrales derivados de Imágenes satelitales como base
para el desarrollo de métodos estadísticos y de simulación de la ICU ........... 36
Métodos estadísticos orientados a la simulación y predicción de Islas de calor
urbano ............................................................................................................. 37
Comparación de temperatura entre el área urbana y área rural a partir de
observaciones basadas en datos meteorológicos. ......................................... 40
4
4.2 MEDIDAS Y ESTRATEGIAS PARA PREVENIR Y MITIGAR EL FENÓMENO
DE LAS ICU. ...................................................................................................... 43
Techos fríos y verdes como prototipos de diseño sostenible y amigable con el
Medio Ambiente urbano. ................................................................................. 43
Pavimentos frescos o fríos como superficies inteligentes para reducir el calor
urbano. ............................................................................................................ 45
Infraestructura verde: Una medida de prevención y aproximación al Espacio
Urbano sostenible del futuro. .......................................................................... 47
4.3 ANALISIS ESPACIAL DE ICU EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ. .................... 50
4.4 CÁLCULO DE LA TEMPERATURA SUPERFICIAL EN LAS PRINCIPALES
CIUDADES COLOMBIANAS ............................................................................. 62
Temperatura superficial de Bogotá a partir de una imagen satelital Landsat 8
OLI/TIRS ......................................................................................................... 63
Temperatura superficial para Medellín a partir de una imagen satelital Landsat
8 OLI/TIRS ...................................................................................................... 65
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................. 68
VI. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................ 71
5
AGRADECIMIENTOS
El presente trabajo se lo dedicamos primeramente a Dios porque nos guía todos
los días y nos enseña a ser mejores personas ética y profesionalmente.
Agradecimiento a nuestros padres que con su esfuerzo y dedicación fueron los
principales promotores de nuestro título profesional como Ingenieros Catastrales y
Geodestas, su apoyo y amor son el motor que tenemos todos los días para salir
adelante. A nuestros hermanos que fueron nuestra principal compañía en este
camino que se forjó por varios años y que hoy en día obtiene su mayor fruto. A
nuestros familiares y amigos que nos acompañaron y nos asesoraron en esta
etapa, por ese grano de arena que pusieron cada uno y que hoy en día se ve
reflejado en este trabajo y por último y no menos importante agradecemos al
Ingeniero Carlos Hernán Castro por su acompañamiento y su enseñanza durante
nuestra etapa como estudiantes y en la elaboración del presente trabajo, que con
sus conocimientos y su ética profesional no solo nos ayudó a ampliar y saber
aplicar nuestros conocimientos si no que nos inculcó a ir más allá de nuestras
capacidades, que cada esfuerzo por mínimo que sea vale la pena y que al final
siempre tiene su recompensa.
Sabemos que nuestro crecimiento profesional no termina acá, es más, esto es
solo el comienzo, pero tenemos la satisfacción de que la Universidad Distrital
Francisco José de Caldas y en especial la Facultad de Ingeniería fue nuestra
mejor escuela para comenzar este camino y que le debemos a ella y a la
educación superior pública en Colombia nuestro título profesional como
Ingenieros.
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INTRODUCCIÓN
El fenómeno de las Islas de Calor Urbano es considerado como una problemática
que se ha venido presentando a nivel mundial en cada una de las ciudades de gran
tamaño, en la cuales existe una diferencia notable de temperatura entre las áreas
urbanas con respecto a las áreas rurales, que trae consigo una serie de
consecuencias que pueden llegar a ser fatales para el ser humano.
Por tal motivo, revisar y caracterizar el comportamiento del fenómeno es de vital
importancia, por lo cual es necesario empezar abordando cada uno de los métodos
o técnicas que a lo largo del tiempo se han venido implementando en muchos países
del mundo con el fin de calcular, predecir, simular y además representar
gráficamente el fenómeno.
Entendiendo plenamente el fenómeno de las Islas de Calor y cada una de las
metodologías para identificarlas, se considera importante identificar y clasificar las
herramientas de mitigación y prevención que cada día se implementan
principalmente en países desarrollados donde se buscan estrategias con el fin de
disminuir la temperatura superficial de las áreas urbanas y así ayudar de manera
directa a contribuir con el cuidado del medio ambiente y la disminución del
calentamiento global.
La ejecución de las estrategias de mitigación está ligada a cada una de las variables
asociadas al fenómeno de Islas de Calor urbano, ya que de esta manera se pueden
implementar estrategias asociadas principalmente a la planeación y el
ordenamiento territorial.
Por otra parte, en el presente trabajo se recopilaron algunas imágenes satelitales
recientes de las principales ciudades colombianas, con las cuales se obtuvo la
temperatura superficial de cada una para de esta manera observar de manera local
el comportamiento del fenómeno de las Islas de Calor Urbano.
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I. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
En las últimas décadas el cambio climático que se ha presentado en el planeta, ha
sido preocupación y tema de estudio de la ciencia; producto de esto hoy se conocen
diferentes fenómenos que sin lugar a duda explican el comportamiento y las causas
de las variaciones de temperatura, entre estos fenómenos se habla de las Islas de
Calor Urbano (ICU) que no es más que el cambio de temperaturas que se presentan
dentro de las áreas urbanas y suburbanas en comparación con el entorno rural y
que son producto principalmente del asentamiento del ser humano en un contexto
urbano, que conlleva a un cambio de uso del suelo, a la generación de urbanización,
contaminación y diferentes factores que contribuyen al desarrollo de las islas de
calor urbano.
A nivel mundial se han venido desarrollando y empleando una serie de
herramientas, técnicas e instrumentos por medio de los cuales se puede identificar
el fenómeno de ICU, además de predecirlo y representarlo gráficamente a través de
softwares de interpretación de imágenes satelitales o de sistemas de información
geográfica, por medio de los cuales también es posible identificar algunas de las
causas del fenómeno.
A medida que aumenta el espacio urbano, es necesario desarrollar e implementar
herramientas de planeación y ordenamiento territorial que ofrezcan a los grandes
centros y sus entornos metropolitanos oportunidades equilibradas de desarrollo, de
localización de actividades, de construcción de viviendas, de aprovechamiento y
conservación de activos ambientales (Universidad Externado de Colombia & United
Nations Population Fund, 2007).
La organización del territorio urbano tiene como principal objetivo mejorar la calidad
de vida del ser humano, pero sin lugar a duda el exponencial crecimiento de las
ciudades, la mala administración de los recursos y la mala organización de los
espacios han ocasionado que muchas veces tales planes de ordenamiento territorial
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no sean los más eficientes o no se vean implementados dentro del Espacio Urbano
como se planteó, factores como el cambio climático, la sobrepoblación, la migración,
la pobreza y la falta de servicios muchas veces no son contempladas en los planes
de ordenamiento del territorio y que progresivamente pueden traer consigo
problemáticas más severas como el fenómeno de las Islas de Calor Urbano.
A medida que se han intensificado los estudios y se ha despertado el interés por
conocer más a fondo el fenómeno de la isla de calor urbano, en una sociedad como
la actual comparada con la de inicios del siglo XX, época en la cual las ONG
comienzan a establecer la necesidad de protección global del medio ambiente para
prevenir un calentamiento global de la tierra, actualmente se evidencia la
preocupación por cuidar y buscar estrategias o medidas que ayuden a remediar el
daño que el ser humano le ha causado al medio ambiente.
Por lo anterior es conveniente identificar y examinar las relaciones entre los
Instrumentos de Planeación y Gestión del Suelo y el fenómeno de las ICU en una
escala local; con un énfasis para el caso colombiano teniendo en cuenta que en los
últimos años no se le ha dado un grado importancia significativo, pero que día a día
va creciendo la problemática trayendo consigo principalmente problemas en la salud
humana.
Las ciudades colombianas no son ajenas a la presencia de este fenómeno; motivo
por el cual para el presente proyecto se eligieron las dos principales como lo son
Bogotá y Medellín respectivamente, ya que estas son consideradas como las de
mayor cantidad poblacional del país, altamente industrializadas, con una gran
diversidad de usos del suelo, un alto índice de construcciones con materiales que
no son considerados eco-sostenibles, con pocos estudios en los cuales se planteen
variables asociadas a la presencia del fenómeno y que en la actualidad no existen
iniciativas importantes para la aplicación de herramientas de mitigación con las
cuales se logre reducir o prevenir el fenómeno de ICU que cada día se agudiza más,
trayendo consigo daños irreparables al medio ambiente y enfermedades a la salud
humana, incluso siendo considerado como un fenómeno que causa un alto número
de muertes al año a nivel mundial.
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HIPÓTESIS
- Se pueden identificar, describir y tipificar un buen número de herramientas,
técnicas e instrumentos para calcular, predecir, simular y representar el
fenómeno de las ICU.
- De forma semejante existen interesantes y novedosas medidas y estrategias
desarrolladas en diferentes países para mitigar y prevenir el fenómeno de las
ICU, que no solo ayudan a reducir las temperaturas, sino que también buscan
contribuir al desarrollo urbano y mejorar la calidad de vida de los habitantes.
- Los Instrumentos de Planeación y Gestión del Suelo (IPGS) constituyen
herramientas técnico-políticas de primera mano con las cuales se puede
diagnosticar, concertar y formular el desarrollo de la ciudad, prestando
también atención de manera importante al comportamiento térmico dentro de
la misma.
OBJETIVOS
GENERAL
Identificar y caracterizar los elementos, variables, relaciones y procesos
vinculados con la planificación y gestión del fenómeno de las ICU haciendo
énfasis en dos de las principales áreas urbanas de Colombia (Bogotá y
Medellín).
ESPECÍFICOS
1. Identificar, describir y tipificar herramientas, técnicas e instrumentos que
permiten el cálculo, la predicción, simulación y representación del
fenómeno de las ICU.
2. Examinar las medidas y estrategias que se han venido desarrollando en
diferentes países para mitigar y prevenir el fenómeno de las ICU desde la
perspectiva de sus contribuciones a: la reducción de la temperatura, el
desarrollo urbano y el mejoramiento de la calidad de vida de los habitantes.
3. Caracterizar con base en las fuentes bibliográficas encontradas los
aspectos centrales de la relación entre los Instrumentos de Planeación y
Gestión de Suelo IPGS y las ICU, para mirar su comportamiento en la
escala local.
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4. Aplicar una de las técnicas identificadas anteriormente para obtener
mapas de temperatura superficial de las áreas urbanas de Bogotá y
Medellín.
JUSTIFICACIÓN Y PERTINENCIA
Este trabajo tiene como objetivo principal identificar y caracterizar los elementos,
variables, relaciones y procesos vinculados con la planificación y gestión del
fenómeno de las ICU con énfasis en el caso colombiano; para lo cual es necesario
revisar en detalle las herramientas tanto para el cálculo, como para la mitigación del
fenómeno en relación con las diferentes variables asociadas. Se trata de un tema
que a nivel local ha sido poco abordado, incluso se considera desconocido por gran
parte de la población. Por lo tanto, este trabajo aporta información nueva acerca las
variables asociadas al fenómeno de las ICU, además de que se actualiza el
comportamiento del fenómeno para las principales ciudades colombianas.
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II. MARCO DE REFERENCIA
ESTADO DEL ARTE
En el estado del arte se efectuó una recolección y análisis de información de
diferentes investigaciones generadas sobre las ICU en Colombia, que detallan la
metodología, resultados y conclusiones de cada una de ellas. Se efectuó para
establecer una viabilidad y factibilidad de la idea de investigación generada en este
documento, verificación de métodos comunes en problemáticas similares,
reconocimiento de diferentes técnicas de análisis para abordar el problema y sobre
todo establecer el perfilamiento de la idea.
Se revisaron trabajos acerca de varias ciudades colombianas, incluyendo artículos
de investigación de revistas científicas, libros y tesis de grado. A continuación, se
realiza una exposición sucinta de las fuentes consideradas más relevantes:
Para el caso bogotano, Gómez y Castañeda (2013) realizaron una investigación, en
la cual combina técnicas de sistemas de información geográfica con análisis de
geoestadísticos (Interpolación, principalmente) desarrollando una análisis ambiental, socio
económico y de infraestructura urbana que permitió identificar y establecer las
diferentes causas de las ICU. Su objetivo se centró en el desarrollo de estrategias para la
disminución de la temperatura en la ciudad a través de mecanismos de gestión de energía
ambiental. Los datos fueron obtenidos mediante el tratamiento de imágenes satelitales
Landsat 7 ETM+. Concluyendo que la ciudad presenta varias zonas de islas de calor,
especialmente en el sur occidente de la ciudad en las localidades de Puente Aranda,
Fontibón, Kennedy y en el centro de la ciudad.
Del forma semejante, Ángel, Ramírez y Domínguez (2010) adelantaron una
investigación en la cual se recabó la información de temperatura media, máxima y
mínima de diferentes estaciones meteorológicas del Instituto de Hidrología,
Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia - IDEAM y de la Corporación
Autónoma Regional de Cundinamarca - CAR. Con base en la cantidad de registros
presentes y faltantes de dicha información, se eligieron diez estaciones para el
análisis estadístico, que consistió en pruebas de hipótesis de comparación de
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promedios (ANOVA) y medianas (Kruskal-Wallis para los casos de
heteroscedasticidad1) junto con comparaciones múltiples (Tukey) para aquellos
resultados con diferencias significativas (p<0,05)2. Adicionalmente, se empleó el
análisis de componentes principales (ACP) para caracterizar y ordenar la
temperatura media de la ciudad en las diferentes Estaciones. Por último, se recabó
información relativa al crecimiento poblacional, cuya información fue tomada del
Departamento administrativo nacional de Estadística Dane, con datos del año 2005
y de viviendas de la ciudad la cual se analizó mediante análisis de regresión lineal.
Con lo anterior fue posible visualizar que los registros de mayor temperatura se
localizan en el interior de la ciudad, en tanto las temperaturas menores se localizan
en la periferia. Estos resultados sugieren un claro efecto de las construcciones que
incrementa la temperatura central de la ciudad y, en contraste, un efecto de
refrigeración en la periferia gracias a la presencia aledaña de extensas zonas
rurales.
En cuanto a la ciudad de Medellín, Navarro R. D. & Navarro V. P. (2016) realizaron
una investigación a partir de observaciones meteorológicas, las cuales fueron
recopiladas incluyendo registros históricos de temperatura (media mínima, media,
media máxima), precipitación total, velocidad del viento y crecimiento poblacional
en el área de estudio. Posteriormente se efectuó un análisis estadístico de las
series históricas de las variables mencionadas anteriormente, a través de un
estudio temporal mediante el uso de estadística descriptiva y análisis de
tendencias, para finalmente llevar a cabo un análisis multi-temporal entre las series
históricas de temperatura y el crecimiento poblacional de la ciudad de Medellín
mediante el uso de sistemas de información geográfica.
1 Heteroscedasticidad: En econometría se refiere a aquella situación en que la varianza de Y condicional a las variables del modelo no es constate para los distintos valores de las X´s. (Alonso, 2012) 2 P valor: En un contraste de hipótesis es la probabilidad de error en que incurrimos en caso de rechazar una hipótesis nula con los datos que se dispone. Cuantifica el riesgo a equivocarnos. (Botella-Rocamora et al., 2013)
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Así mismo, Uribe (2012), realizó una investigación a partir de imágenes satelitales
Landsat del Valle de Aburrá3 entre los años 1986 y 2010, con el fin de establecer
una relación entre el crecimiento urbano y el aumento de la temperatura superficial,
comparando a temperatura calculada en las diferentes épocas de la zona de
estudio. Posteriormente se llevó a cabo la preparación de la información mediante
el software ArcGis 10, para de esta manera estimar la temperatura superficial
mediante el software Erdas 9.
De modo similar, Vargas & Olave (2011), realizaron una investigación para la
ciudad de Cali a partir de imágenes satelitales Landsat 4 TM de 1989 y Landsat 7
ETM+ del año 200, con el fin de calcular la temperatura superficial de la zona de
estudio y comparar como el cambio del comportamiento del uso del suelo influye
en la presencia de las Islas de calor. Para llevar a cabo lo anterior, primero se
definió el área de estudio, posteriormente se realizó un pre-procesamiento a las
imágenes seleccionadas para de esta manera reducir algunos efectos
atmosféricos. A continuación se calculó la temperatura para las dos imágenes por
medio del software Erdas imagine, con lo cual se obtuvo resultados gráficos y
representativos, en los cuales se lograron evidenciar los focos o puntos críticos; sin
embargo, se calcularon algunos índices (Índice de diferencia normalizada de agua,
Índice normalizado de densidad de vegetación, índice de diferencia normalizada de
bloque o de construcciones) con lo cual se logró percibir el crecimiento urbano que
tuvo la ciudad en el periodo de tiempo estudiado y las diferencias de temperatura
de superficie en el área de estudio.
MARCO TEÓRICO
Fenómeno de las islas de calor urbano
Las Islas de Calor Urbano (ICU) son consideradas como una problemática urbana,
en la cual se acumula calor por diferentes factores tanto naturales como aquellos
generados por el hombre a partir de los materiales de construcción utilizados, con
3 Valle de Aburra: Sub región conformada por 10 municipios del departamento de Antioquia: Barbosa, Copacabana, Girardota, Bello, Medellín, Envigado, Itagüí, Sabaneta, La Estrella y Caldas
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lo cual se presentan temperaturas promedio más altas, en algunas zonas. “La isla
de calor urbano (ICU) se define como la diferencia térmica entre la zona urbana es
decir la ciudad y la zona rural. Este fenómeno debido a su importancia se estudia a
nivel global, sin embargo, en ciudades andinas es limitado su estudio, dado que la
geografía condiciona la interpretación de la ICU. En la ciudad de Cuenca-Ecuador
la zona urbana está a menor altitud que la zona rural, de tal manera que intensifica
el calor urbano” (Bustamante Campoverde, 2018).
“Las islas de calor o islas térmicas urbanas, se refieren al gradiente térmico que se
observa entre los espacios urbanos densamente ocupados y construidos y la
periferia rural o periurbana. El patrón espacial clásico de la isla térmica urbana es
concéntrico (EPA, 2010).
Tal patrón o gradiente térmico, se asocia a una progresiva pérdida del entorno
vegetal natural, intra y periurbano, sustituyéndolo por superficies impermeables,
como el concreto, asfalto, ladrillo y otros materiales de construcción, que alteran el
balance hídrico y radiactivo superficial, lo que induce, en consecuencia, a un
aumento de la temperatura en las áreas urbanas.
Existen tres tipos de ICU:
• Isla de Calor de la Capa Dosel (ICCD).
• Isla de Calor de la Capa de Perímetro (ICCP).
• Isla de Calor de Superficie (ICS)
Las dos primeras se refieren al calentamiento de la atmósfera urbana y normalmente
los científicos miden la temperatura de estas dos islas mediante observaciones en
campo. La tercera se refiere al calor relativo de las superficies urbanas, que se mide
a través de sensores remotos instalados sobre satélites o aviones.
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Ilustración 1 Perfil referencial de temperaturas urbanas en comparación con el área rural en una ciudad. (Fuente: Urbanismo y Transporte. http://urbanismoytransporte.com/la-isla-de-calor-2a-parte-de-la-serie-cubiertas-vegetales/)
Análisis Espacial y la importancia del urbanismo en el desarrollo de las
ciudades
Buzai (1999) afirma que el análisis espacial comprende el conjunto de conceptos y
procedimientos utilizados para abordar el estudio de la estructura y las relaciones
territoriales a partir del conocimiento de la posición de las entidades geográficas y
las características de las variables seleccionadas para su estudio”
Pone en evidencia diferentes estructuras y formas de organización espacial
recurrentes, que se resumen en modelos con lo cual se puede analizar los procesos
que se encuentran en el origen de dichas estructuras, a partir de conceptos básicos
como distancia, interacción espacial, enlace espacial, polarización, centralidad entre
otros; empleando métodos de geoestadística y morfología matemática agrupados en
la estadística espacial que analizan directamente información geocodificada.
De modo similar, Goodchild & Haining (2005) definen el análisis espacial como una
representación de un conjunto de técnicas y modelos que utilizan explícitamente la
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referencia espacial de cada caso de datos. El análisis espacial requiere establecer
supuestos o sacar conclusiones sobre los datos que describen las relaciones o las
interacciones espaciales entre casos. Los resultados de cualquier análisis no serán
los mismos con una reordenación de la distribución espacial de los valores o bajo
una reconfiguración de la estructura espacial.
Teniendo en cuenta el contexto espacial donde ocurren las ICU, conviene señalar
que la urbanización “Es el proceso económico y social, político y cultural, que
conduce a la humanidad hacia formas nuevas de civilización, formas cada vez más
urbanas, es decir no agrícolas, y que reposan sobre formaciones de elevada
densidad y sobre ocupaciones divorciadas del trabajo de la tierra” (Brunekreef, 2014)
El urbanismo es considerado como una disciplina que tiene como objetivo de estudio
a las ciudades, asociando directamente el proceso de urbanización al desarrollo de
las ciudades, manifestando un aumento en la población urbana y la transformación
de su estructura socioeconómica.
En Colombia, no se había sido consciente de la necesidad de asumir el urbanismo
como una función pública, hasta que, en 1997, mediante la ley 388 se menciona la
importancia del ordenamiento territorial; sin embargo, la intervención del estado ha
sido débil. A partir de esto, el urbanismo en Colombia se ha clasificado en 5 fases o
etapas.
La primera etapa se encuentra ligada al desarrollo de la ciudad colonial con la idea
principal de que la ciudad crece por manzanas siguiendo una retícula que parte de
una plaza y que coincide con las redes de servicios públicos. La segunda etapa está
ligada al urbanismo moderno, impulsado por el crecimiento de las cuatro grandes
ciudades en los años 20 del siglo XX, con una importante influencia europea. La
tercera etapa, se da aproximadamente en los años 50, donde se discute el modelo
de desarrollo económico y el papel que juega la ciudad realizando el primer plan
nacional apostándole a un país agrario moderno a través de la reforma agraria. En
la década de los 70 es el momento de la explosión urbana y el debilitamiento del
urbanismo ya que planeación nacional cree que el desarrollo es un problema
netamente económico y olvida el urbanismo.
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La cuarta etapa, se refiere al periodo del siglo XX comprendido entre los años 70 y
80, debido a que el crecimiento desbordado no se limitó solo a las grandes ciudades,
sino que también se presentó en las ciudades intermedias con lo cual fue necesaria
la revisión del urbanismo municipal y el reemplazo del plan por el código urbano. La
quinta y última etapa, se refiere al periodo actual, donde se le da al urbanismo una
dimensión nacional, ya que se genera un panorama de agravamiento de los
problemas urbanos asociado a diferentes aspectos, se detecta la necesidad de
reestablecer los contactos con el urbanismo internacional, que la nación debe asumir
responsabilidades en el tema, la gestión del suelo debe ser central, la generación de
leyes que lo regulen y la generación de planes de desarrollo municipal.
En cuanto a la geografía urbana, Sánchez (1992) la caracteriza como la “rama o
disciplina geográfica que estudia la ciudad desde el punto de vista espacial, con una
doble óptica: como entidad espacial autónoma y como parte integrante de una red
urbana o sistema territorial de ciudades”.
Por tanto, el término de ciudad se torna un poco complejo de definir; sin embargo, a
la actualidad existe un sin número de conceptos que apuntan hacia lo mismo desde
diferentes puntos de vista o perspectivas. Para Fernández, Miguel (2006), arquitecto
y planificador urbano, profesor titular de la Universidad Politécnica de Madrid, la
ciudad puede entenderse como un complejo ecosistema de elementos o
partes conectadas, donde las actividades humanas están enlazadas por
comunicaciones que interactúan en tanto el sistema evoluciona dinámicamente.
En tanto que, Richard Rogers (2001), arquitecto británico quien ha mantenido
durante toda su carrera profesional un compromiso con la arquitectura, el medio
ambiente, la cultura y la sociedad, opina que la ciudad ha acabado por ser entendida
como un templo para el consumismo. La conveniencia política y comercial ha
invertido el énfasis del desarrollo urbano para, en lugar de encauzarlo hacia las
necesidades sociales, asimilarlo a determinadas necesidades de individuos o grupos
concretos. La consecución de este restringido objetivo ha privado a la ciudad de su
vitalidad.
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Técnicas e instrumentos utilizados en el cálculo, predicción y simulación de
las ICU.
Existe un sin número de técnicas o instrumentos para calcular, predecir, simular y
representar el fenómeno de ICU, para lo cual es necesario tener presente algunos
conceptos generales de gran importancia.
Uno de estos, es la teledetección, que no es más que la ciencia y el arte de obtener
información de un objeto, área o fenómeno, a través del análisis de datos adquiridos
mediante un dispositivo (Sensores Remotos), el cual no está en contacto directo con
el objeto, área o fenómeno que se está investigando. Es la técnica de adquisición de
datos de la superficie terrestre desde sensores instalados en plataformas espaciales.
La interacción electromagnética entre el terreno y el sensor genera una serie de
datos que son procesados posteriormente para obtener información interpretable de
la tierra (Instituto Geográfico Nacional, 2019)
Aplicando lo mencionado anteriormente se puede emplear el análisis espacio
temporal, que no es más que el aprovechamiento del contenido espacial y temporal
de los datos o información tomada mediante sensores remotos, ya que todo sucede
en algún lugar y en algún punto del tiempo; esto se realiza en la intención de
visualizar algún fenómeno donde generalmente se muestran áreas de alta intensidad
y baja intensidad (Análisis cluster de espacio-tiempo—Ayuda | ArcGIS Desktop, s. f.)
Existe una serie de índices espectrales derivados de imágenes satelitales, los cuales
son empleados usualmente con el fin de detectar cambios en los patrones y por tal
motivo pueden ser empleados como variables geográficas en la ejecución de
regresiones estadísticas para explicar el comportamiento de un fenómeno en
específico. Para el caso de las ICU, los índices espectrales más empleados son los
relacionados a la vegetación, que se refieren a medidas cuantitativas basadas en los
valores digitales, que tienden a medir la biomasa o el vigor vegetal. Los más
empleados son:
• Índice de Vegetación de Diferencias Normalizadas (NDVI): Es un cociente
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empleado para discriminar masas vegetales, se basa en que la firma espectral
característica de la vegetación sana muestra un claro contraste con las
bandas visibles, especialmente la roja y la infrarroja, el contraste espectral
entre la reflectividad de ambas bandas permite discriminar la vegetación sana
de otro tipo de cubiertas, cuando mayor sea dicho contraste mayor vigor
presentará la masa vegetal analizada (Preciado Vargas & Aldana Olave,
2011).
• Índice de Vegetación Mejorado (EVI): También conocido como EVI por su
sigla en inglés; provee información que permite monitorear el estado de la
vegetación en caso de altas densidades de biomasa. Fue optimizado a partir
del NDVI para reducir la influencia de la atmósfera, por ejemplo, por la
dispersión de aerosol. Por lo tanto, este índice es más apropiado para zonas
con escasa cobertura vegetal y fuerte efecto del suelo desnudo y no presenta
problemas de saturación como el NDVI en zonas con altas densidades de
biomasa. (SNIA, s. f.)
• Índice de Vegetación Ajustado al Suelo (SAVI): El SAVI (por sus siglas en
inglés) trata de corregir el efecto del suelo en el valor del índice. El SAVI nació
como una necesidad de disminuir las alteraciones del valor del NDVI en
aplicaciones en zonas áridas, ya que el mismo valor de NDVI puede
corresponder a cubiertas vigorosas pero poco densas, o a cubiertas densas
pero con poca vitalidad (Gonzaga Aguilar, 2014).
• Índice de Agua de Diferencia Normalizada (NDWI): Es un índice obtenido
por satélite desde el infrarrojo cercano (NIR) y onda corta de infrarrojos
(SWIR). La Reflectancia SWIR refleja los cambios tanto en el contenido de
agua de la vegetación y la estructura del mesófilo esponjoso en doseles de
vegetación, mientras que la Reflectancia NIR se ve afectada por la estructura
de la hoja interna y los contenidos de materia seca de hojas, pero no por el
contenido de agua.
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En cuanto a los métodos estadísticos orientados a la simulación y predicción de las
ICU son empleados siempre y cuando exista información que pueda ser utilizada
como variables explicativas para la determinación de un modelo matemático capaz
de obtener un grado de precisión bastante alto; por lo cual se encuentran
estrechamente ligados al cálculo de índices espectrales derivados de imágenes
satelitales, ya que estos normalmente son empleados como variables explicativas
para la determinación de un modelo.
Los modelos de Regresión Geográficamente Ponderados (GWR)4, son considerados
como “una técnica no estacionaria que modela relaciones que varían espacialmente.
En comparación con una regresión básica (global), los coeficientes en GWR son
funciones de ubicación espacial” (Lu et al., 2014, p. 2).
Por otra parte, es bastante conocido que los modelos de regresión lineal simple
tratan de explicar la relación que existe entre una variable dependiente y un conjunto
de variables independientes; algo semejante ocurre con los modelos de regresión
lineal múltiple, sin embargo, estos últimos, tienen en cuenta una mayor cantidad de
variables explicativas.
Medidas de Mitigación y Prevención para el fenómeno ICU.
Con el pasar del tiempo la concentración de población y actividades en un lugar
dado se refleja en la aparición de un paisaje, de una morfología urbana (Capel,
1975) y a partir de esto se conoce el concepto de ciudad como una realidad
histórico-geográfica, sociocultural, incluso política, una concentración humana y
diversa (urbs)5, dotada de identidad o de pautas comunes y con vocación de
autogobierno (civitas, polis)6. (Borja, 2003)
4 GWR: Geographically Weighted Regression - Modelos de Regresión Geográficamente Ponderados. 5 El término latino urbs es la configuración física de la ciudad: calles, plazas, puentes, edificios, etcétera, más
la infraestructura de telecomunicaciones y telemática (Fernández Tapia, 2016). 6 Civitas es el espacio de los ciudadanos que construyen social y culturalmente la ciudad, a partir de sus
intersubjetividades y ciudadanía. La polis actual es más democrática, multicultural y pretende la interculturalidad, como también sucede con la civitas actual (Fernández Tapia, 2016).
21
La prevención y mitigación en Gestión de Riesgos de origen natural trata de reducir
los riesgos y, en el caso que algún fenómeno se traduzca en desastre, no
perjudiquen con toda la intensidad que podría hacerlo. Con la prevención de riesgos
se aplican medidas para evitar que un evento se convierta en desastre. Con la
mitigación de riesgos se aplican acciones para reducir la vulnerabilidad a ciertos
peligros (García, 2017).
Mitigar en síntesis es el conjunto de estrategias, políticas y acciones orientadas a
limitar o reducir cualquier fenómeno, para el caso puntual con el fenómeno de las
Islas de Calor Urbano se han planteado y ejecutado algunas estrategias como la
implementación de techos verdes y fríos, la inclusión de pavimentos frescos y fríos,
la ampliación de zonas verdes dentro del área urbana y la inserción de nuevas
políticas o medidas con un único fin y es el de reducir la temperatura en el espacio
urbano.
Los techos verdes no son más que una medida para fomentar el aumento de
cobertura vegetal en las edificaciones, además, la infraestructura verde que incluye
el diseño de fachadas con jardines verticales que no solo mejoran el aspecto visual
de cualquier espacio si no que a su vez mejora la calidad del aire.
Instrumentos de Planeación y Gestión del Suelo (IPGS) como guía para la
expansión urbana
Hoy en día la población ha aumentado y con esa el crecimiento del espacio
urbanizado desmedido. Ahora, instrumentos como la planeación urbana, el
ordenamiento territorial, la estratificación y demás ocupan un papel esencial si de
organizar el territorio de manera responsable se trata.
La planeación puede entenderse como una guía para la expansión de una
comunidad actual, de una manera organizada, teniendo en cuenta una serie de
condiciones medioambientales para sus ciudadanos, así como necesidades sociales
y facilidades recreacionales; tal planeamiento incluye generalmente propuestas para
la ejecución de un plan determinado, también llamada planificación urbana u
22
ordenación urbana7.
Algunas ciudades adoptan planes o estrategias que dictaminan reglas específicas
según las necesidades y problemáticas que tenga el espacio, el uso adecuado de un
determinado espacio, la distribución y el acceso de los servicios públicos, la
ubicación estratégica de las actividades y centros económicos, la protección y
cuidado del espacio público, estos planes tienen como finalidad aprovechar el
espacio de manera responsable. Algunos planes tienen contemplado como una de
sus prioridades la correcta planeación del territorio pensando principalmente en el
cuidado y preservación de los recursos naturales y el medio ambiente. A
continuación, se puede observar los tipos de planes de ordenamiento territorial que
la ley dictamina para el caso colombiano:
Ilustración 2 Planes de Ordenamiento Territorial Fuente: Díaz, 2018
En cuanto a la gestión del suelo, (Maldonado, 2002) la define como el conjunto de
intervenciones de las entidades públicas sobre el mercado de la tierra, tendientes a
corregir lo que podría conducir a evoluciones socialmente inaceptables, ineficientes
en materia económica y ecológicamente peligrosas, dada la naturaleza económica
de la tierra y, de manera aún más simple, todas las acciones tendientes a asignar
una utilización a los terrenos.
A partir de lo anterior afirma que los objetivos de una política del suelo son: la
regulación del mercado, que trata de controlar los precios; la adquisición de suelo
para las necesidades de uso colectivo; el control de los usos y las formas de suelo y
7 Diccionario de Arquitectura y construcción. https://www.parro.com.ar/index.php
23
sus mejoras, con el fin de alcanzar una distribución racional y apropiada de ellos.
Según su naturaleza los instrumentos de la política del suelo son:
• Medidas de planificación, encaminadas a un ordenamiento del
aprovechamiento del suelo.
• Medidas de legislación tendientes a regular la apropiación del suelo y a
controlar la actividad que se ejerce sobre él.
• Medidas fiscales que tratan de controlar las rentas y las transacciones de los
bienes inmobiliarios o que simplemente gravan su disfrute.
DELIMITACIÓN ESPACIO-TEMPORAL
En el presente trabajo se realizó una búsqueda de bibliografía relacionada con el
fenómeno de las Islas de Calor Urbano (ICU) en diferentes países del mundo,
distribuidos en los continentes: América del Sur, América del Norte, Asia, África y
Europa, en los cuales se han aplicado un gran número de herramientas con el fin
de calcular, predecir, simular y representar gráficamente el fenómeno en áreas
determinadas, para el caso de Oceanía y América central no se encontraron
publicaciones por tal razón se mencionan en el presente trabajo. En cuanto a la
delimitación temporal, se encontraron trabajos desde 1998 hasta 2019, aunque la
mayor parte de ellos son del 2006 hasta el 2019.
Se enfatiza en el caso colombiano con ayuda de una serie de estudios realizados
en ciudades como Bogotá y Medellín. En consecuencia, se realiza el cálculo y
actualización del comportamiento del fenómeno ICU para estas ciudades
colombianas, a partir de imágenes satelitales de diciembre del año 2018 para el
caso de Bogotá y enero de 2019 para Medellín.
Bogotá es la capital de la República de Colombia y también capital
del departamento de Cundinamarca. Está administrada como Distrito Capital, y
goza de autonomía para la gestión de sus intereses dentro de los límites de
la Constitución y la ley. Bogotá está dividida en 20 localidades, y en estas se
24
agrupan más de 1900 barrios que hay en el casco urbano, salvo la localidad
de Sumapaz que es área rural. La disposición de las vías de Bogotá utiliza el
sistema de coordenadas cartesianas, con el norte a la izquierda de los mapas. El
trazado urbano se fundamenta en un punto focal en una plaza central, típica de los
asentamientos españoles y se extiende hacia los barrios periféricos.
Bogotá está situada en la sabana homónima, sobre el altiplano cundiboyacense,
una llanura situada en promedio a 2.630 msnm y sus zonas montañosas alcanzan
de 2400 m a 3250 msnm. Tiene un área total de 1776 km² y un área urbana de
307 km². El territorio donde se asienta la ciudad fue antiguamente un lago. De esto
dan evidencia los humedales que cubren algunos sectores no urbanizados de la
Sabana y en la localidad de Suba.
A continuación, se presenta la imagen satelital empleada para Bogotá a color
natural, donde se logra diferenciar a simple vista el área urbana con respecto al área
rural; además, en el capítulo 4 se presenta el cálculo de temperatura superficial
aplicando la técnica a partir de imágenes satelitales incluyendo el cálculo de uno de
los índices Espectrales (NDVI).
25
Ilustración 3. Ubicación geográfica de Bogotá a partir de una imagen Landsat 8 OLI/TIRS en color natural Fuente: Elaboración propia.
26
Medellín es un municipio colombiano, capital y ciudad más poblada
del departamento de Antioquia. Es también la segunda ciudad más poblada del
país. Se asienta en la parte más ancha de la región natural conocida como Valle de
Aburrá, en la cordillera central de los Andes. Se extiende a ambas orillas del río
Medellín, que la atraviesa de sur a norte, y es el núcleo principal del área
metropolitana del Valle de Aburrá.
Medellín se encuentra ubicada en el centro geográfico del Valle de Aburrá, sobre
la cordillera central de los Andes en las coordenadas 6°13′55″N, 75°34′05″O. La
ciudad cuenta con un área total de 328 km² de los cuales 110 km² son suelo urbano
y 218 km² son suelo rural.
El valle de Aburrá posee una extensión de 1.152 km² que hacen parte de la cuenca
del río Medellín, principal arteria fluvial que cruza la región de sur a norte. La
conformación del Valle de Aburrá es el resultado de la unidad geográfica
determinada por la cuenca del río Medellín y por una serie de afluentes que caen a
lo largo de su recorrido. El Valle tiene una longitud aproximada de 60 kilómetros y
una amplitud variable. Está enmarcado por una topografía irregular y pendiente, que
oscila entre 1.300 y 2.800 metros sobre el nivel del mar.
Topográficamente la ciudad es un plano inclinado que desciende desde 1.800 a
1.500 metros de altura sobre el nivel del mar, sin embargo, la altura oficial de la
ciudad es de 1.479 msnm en la confluencia de las quebradas La Iguaná, Santa
Elena y el río Medellín, y se eleva a 3.200 msnm en los altos El Romeral, Padre
Amaya y cuchilla Las Baldías.
Medellín no escapa a la tendencia colombiana de crecimiento de las áreas
urbanas en detrimento de la población rural, este proceso de urbanización
acelerado no se debe exclusivamente a la industrialización, pues existen unas
complejas razones políticas y sociales como la pobreza y la violencia, las cuales
27
han motivado la migración del campo a la ciudad a lo largo del siglo XX, generando
un crecimiento exponencial de la población en las zonas urbanas.
Ilustración 4. Ubicación geográfica de Medellín a partir de una imagen Landsat 8 OLI/TIRS en color natural Fuente: Elaboración Propia.
28
III. ASPECTOS METODOLÓGICOS
METODOLOGÍA
Para el desarrollo del presente trabajo, como primera medida, se adelantó una
adecuada búsqueda bibliográfica. Inicialmente dentro de fuentes de consulta
confiables como revistas, libros, páginas oficiales de organizaciones
internacionales, noticias en medios de comunicación reconocidos y normatividades
oficiales; mientras se realizó la búsqueda, se capturó y almacenó en el gestor de
referencias bibliográficas Zotero cada una de las referencias encontradas. Zotero
es una herramienta gratuita y fácil de usar que ayudó a recopilar, organizar, citar y
compartir la bibliografía encontrada, y que se clasificó y sistematizó de acuerdo con
su variabilidad, fiabilidad y validez.
Una vez organizadas las referencias bibliográficas, se realizó un estudio minucioso
en el que se identificaron las técnicas y metodologías utilizadas en el cálculo o
simulación de las ICU, así mismo, se determinaron las clasificaciones y variaciones
espacio-temporales del fenómeno en una escala local y a la vez se interpretó y
analizó las técnicas y metodologías identificadas para comprender el papel que
cumple la interpretación de imágenes satelitales y se establecieron las técnicas que
se aplican en el cálculo y determinación de las ICU, de igual manera, se
reconocieron las diversas técnicas estadísticas orientadas a la simulación y
determinación de variaciones espacio temporales del fenómeno.
Con lo anterior, se plasmó y se expuso las técnicas y metodologías, su identificación
e interpretación que contribuyeron a la construcción del texto de síntesis
interpretativa que generó un aporte considerable al desarrollo del objetivo general.
A medida que se desarrolló la interpretación y análisis de las técnicas,
metodologías, herramientas e instrumentos que permiten el cálculo, la predicción,
simulación y representación del fenómeno de las ICU, se realizó el mismo
procedimiento con las medidas de prevención y mitigación del fenómeno ICU.
29
De manera semejante se realizó un examen minucioso en el que se identificaron las
medidas de prevención y mitigación del fenómeno ICU, se determinó su
clasificación, aplicación y desarrollo dentro del espacio urbano, se identificó la
conexión que existe entre las medidas de prevención y mitigación del fenómeno de
las ICU y el espacio en contextos urbanos, así mismo, se evidenció el impacto de
las medidas de prevención y mitigación y su vez se encontraron posibles soluciones
para contrarrestar este fenómeno que se puede considerar para realizar un cambio
en la ciudad de Bogotá.
Con lo anterior, fue posible reseñar las medidas de prevención y mitigación del
fenómeno ICU a manera de un texto de síntesis interpretativa como aporte al logro
del objetivo general.
Dentro del texto que se creó y que se nombra en la presente metodología, se citó y
resaltó las principales ideas recopiladas de la revisión bibliográfica que
contribuyeron y aportaron al presente trabajo.
Dentro de la clasificación y análisis de las fuentes bibliográficas se encontró una
relación entre los Instrumentos de Planeación y Gestión de Suelo IPGS y el
fenómeno ICU, se expuso esta relación con algunos de los aspectos o variables
propias del espacio urbano como la estratificación, el uso del suelo, la demografía,
la densificación, el paisaje urbano y la morfología de la ciudad llevada al ámbito local
en la ciudad de Bogotá.
Se realizó una representación geográfica y análisis de algunos de los estudios
realizados en diferentes países del mundo que permite observar visualmente la
distribución espacial de los estudios encontrados. Dicha representación o salida
gráfica se desarrolló en el software licenciado ArcGIS en su versión 10.3,
representando una a una la ubicación geográfica de las ciudades donde se
encontraron los estudios y se sobrepuso al archivo shape file del mapamundi, para
representar de manera global la distribución espacial de la información encontrada.
Posteriormente se aplicó una de las técnicas o herramientas para el cálculo y
representación de la temperatura superficial en las ciudades de Bogotá y Medellín.
30
Para esto fue necesario acceder al sitio oficial del Servicio Geológico de Estado
Unidos y así descargar una imagen satelital para cada una las ciudades
mencionadas anteriormente.
Dichas imágenes fueron procesadas mediante el software ArcGIS 10.3, mediante el
cual inicialmente se hizo una transformación de números digitales de las imágenes
que están en 8 bits y que van de 0 a 255, a unidades de radiancia. Posteriormente,
se calculó la temperatura de brillo emitida por la superficie terrestre mediante la
ecuación de Planck, la cual se menciona en el capítulo 4, correspondiente a
resultados (pág. 35). Seguidamente, se calculó el índice de vegetación para cada
una de las imágenes y finalmente se calcularon los valores de temperatura
superficial en grados centígrados, con lo cuales fue posible realizar las
correspondientes salidas gráficas en las que se representa el fenómeno de ICU.
31
DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS
32
FASE 4: Vinculo con el
espacio urbano.
ETAPA 3: Calculo y
representación de la
temperatura
superficial.
ETAPA 2:
Representación de
estudios a escala
global.
FASE 1: Asociar
comportamientos.
Identificar IPGS que se
encuentran presentes en las
grandes urbes.
Generar salida grafica con la
ubicación de cada uno de los
estudios encontrados a nivel
mundial.
Organizar y clasificar cada uno
de los estudios encontrados.
Generar Salidas Graficas que
representen el fenómeno de
ICU en Bogotá y Medellín
Procesamiento de las imágenes
satélites para obtener la
temperatura superficial.
Obtener imágenes satelitales
Landsat 8 OLI/TIRS
33
IV. RESULTADOS
4.1 CÁLCULO, PREDICCIÓN, SIMULACIÓN Y REPRESENTACIÓN DEL
FENÓMENO ICU
Para identificar las islas de calor urbano, los científicos utilizan métodos directos e
indirectos, modelos numéricos y estimaciones basadas en modelos empíricos. Los
investigadores a menudo usan sensores remotos, una técnica de medición
indirecta, para estimar las temperaturas de la superficie (EPA, 2010), esto con el fin
de identificar plenamente la presencia de las islas de calor urbano, la propagación
que se genera con el transcurrir del tiempo y su afectación en el espacio. Voogt &
Oke (2003) afirmó que la teledetección ha ampliado las oportunidades en los
estudios de Climatología urbana, y también ha significado introducir nuevos
conceptos (Sarricolea Espinoza & Martín-Vide, 2014). Hoy en día se han realizado
diferentes estudios con sensores remotos como Terra MODIS y LANDSAT con la
implementación de índices de cobertura terrestre se ha logrado identificar casi con
exactitud este fenómeno y que permiten y facilitan la visualización del fenómeno en
el espacio de manera gráfica; adicionalmente con un estudio multitemporal
proporcionan al investigador diferentes puntos de vista del fenómeno contribuyendo
de manera significativa a entender el comportamiento, desarrollo, propagación y
mitigación de las islas de calor urbano.
“Para obtener la temperatura superficial se utilizan esencialmente sensores
remotos, los cuales registran los valores de temperatura de emisión de las cubiertas
de suelo a vista de ojo de pájaro (Voogt & Oke, 2003), permitiendo así conocer su
distribución espacial y, en las áreas urbanas, estimar la isla de Calor Urbana de
Superficie8. Cabe recordar, que la ICUs ha sido estudiada desde el advenimiento
de la teledetección, a mediados del siglo XX” (Salgado et al., 2010)
Análisis Espacio Temporal a partir de imágenes satelitales para la obtención
de mapas de temperatura.
8 La Isla de Calor Urbana de Superficie (ICUs) homologa a la Isla de Calor Urbana del Aire (ICU)
34
Diversos estudios encontrados (Castañeda & Gómez, 2013; Córdova Sáez, 2011;
Imhoff et al., 2010; Lima Alves & Lopes, 2017; Preciado Vargas & Aldana Olave,
2011; Sarricolea Espinoza & Martín-Vide, 2014; Soberon Forsberg, 2014; Trujillo
Uribe, 2012) involucran imágenes satelitales, principalmente se basan en imágenes
gratuitas, de los cuales se destaca la utilización de Imágenes de la Misión LANDSAT
en sus diferentes proyectos, entre ellos se encuentran LANDSAT 4TM y LANDSAT
7 ETM+, dado que el Mapeador temático de LANDSAT adquiere datos de
temperatura y almacena esta información como un número digital (DN) con un rango
entre 0 y 255. Sin embargo, existe un gran número de sensores remotos útiles para
el estudio de las ICU tales como NOOA AVHRR, Terra ASTER y Terra MODIS.
Los sensores Terra están más relacionados si se trata de medir temperatura, pues
han suministrado a los investigadores las librerías de emisividad de las diferentes
cubiertas terrestres. Además, en el caso de Terra MODIS se poseen subproductos
específicos corregidos para el estudio de la temperatura de superficie y su
frecuencia de registro es diaria (Salgado et al., 2010)
Para el cálculo de la temperatura a través de imágenes Landsat, es necesario
realizar una “transformación de números digitales de las imágenes que están a 8
bits y que van de 0 a 255, a unidades de radiación (radiance) cuyas unidades de
medida son: watts/(m2*ster*μm)” (NASA, 2007, p. 117). Con este fin es necesario
aplicar la siguiente fórmula:
𝐿 = (𝐿𝑀𝐴𝑋−𝐿𝑀𝐼𝑁
𝑄𝑐𝑎𝑙𝑚𝑎𝑥−𝑄𝑐𝑎𝑙𝑚𝑖𝑛) (𝑄𝑐𝑎𝑙 − 𝑄𝑐𝑎𝑙𝑚𝑖𝑛) + 𝐿𝑀𝐼𝑁 (1)
Donde:
𝐿 = 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 [𝑊/𝑚2𝑠𝑟𝜇𝑚]
𝑄𝑐𝑎𝑙 = 𝐼𝑚𝑎𝑔𝑒𝑛 𝐷𝑁 (𝐵𝑎𝑛𝑑𝑎 6)
𝐿𝑀𝐴𝑋 = 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑟𝑎𝑙 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑒𝑟𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑒𝑙 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟[𝑊/𝑚2𝑠𝑟𝜇𝑚]
𝐿𝑀𝐼𝑁 = 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑟𝑎𝑙 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑒𝑟𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑒𝑙 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 [𝑊/𝑚2𝑠𝑟𝜇𝑚]
𝑄𝑐𝑎𝑙𝑚𝑖𝑛 = 𝑀í𝑛𝑖𝑚𝑜 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑥𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑖𝑚𝑎𝑔𝑒𝑛 [𝐷𝑁]
𝑄𝑐𝑎𝑙𝑚𝑎𝑥 = 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑥𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑖𝑚𝑎𝑔𝑒𝑛 [𝐷𝑁]
35
Luego es necesario calcular la temperatura de brillo emitida por la superficie terrestre
mediante la ecuación de Planck, ecuación 2 (Olave-Solar, Santana, Butorovic, & Acuña,
2008).
𝑇𝑙 =𝐾1
𝐿𝑛(𝐾2
𝐿+1)
(2)
Donde:
𝑇𝑙: 𝐸𝑠 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑏𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 [𝐾]
𝐿: 𝐸𝑠 𝑒𝑙 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 [𝑊/𝑚2𝑠𝑟𝜇𝑚]
𝐾1 = 𝐸𝑠 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 1[𝑊/𝑚2𝑠𝑟𝜇𝑚] 𝐾2 = 𝐸𝑠 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 2[𝑊/𝑚2𝑠𝑟𝜇𝑚] 𝐿𝑛 = 𝐿𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑜 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙
Se debe recordar que los valores de K1 y K2 varían de acuerdo con el tipo de
imagen empleada. Posteriormente es necesario tener en cuenta la corrección de la
emisividad espectral, ecuación 3. Los datos de Temperatura Superficial aplicando
la metodología mencionada anteriormente se encuentran en grados Kelvin, por lo
cual es necesario realizar la conversión a grados centígrados, restándole 273.15 a
la ecuación 3. (Vargas & Olave, 2011).
𝑇𝑠 = (𝑇𝑙
1+(𝜆𝑇𝑙
𝜌)∗𝐿𝑛𝑒
) − 273.15 (3)
Donde:
𝑇𝑠: 𝐸𝑠 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 [𝐾] 𝑇𝑠: 𝐸𝑠 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑏𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 [𝐾] 𝜆 = 𝐸𝑠 𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑜𝑛𝑑𝑎
𝜌 = 1.438𝑥10−2[𝑚𝑘], (𝜎 =ℎ𝑐
𝑘) , ℎ = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑐𝑘 (6.26𝑥10−3𝐽𝑠−1
𝑐 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐿𝑢𝑧 (2.998𝑥108 𝑚𝑠−1
𝑘 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝐵𝑜𝑙𝑡𝑧𝑚𝑎𝑛 (1.38𝑥10−23𝐽𝑘−1 𝑒 = 𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑
Sarricolea Espinoza & Martin-Vide (2014); Varentsov et al., (2018) afirman que para
el caso de los productos del sensor MODIS (TERRA-MODIS, MODIS LST,
MOD11A1), las imágenes ya vienen corregidas y listas para su uso en aplicaciones
36
científicas y publicaciones, además este tipo de producto dispone de varias capas
de información, entre ellas una correspondiente a la temperatura de superficie
nocturna; sin embargo, los datos LST se consideran como un complemento de las
observaciones basadas en tierra, ya que difieren con los datos de temperatura el
aire in situ.
Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores para los productos MODIS, es
necesario trabajar o emplear un buen número de imágenes satelitales, las cuales
pueden ser adquiridas desde el servidor de imágenes Global Visualization Viewer
del servicio Geológico de los Estados Unidos, (United States Geological Survey),
donde se dispone una amplia colección de productos de imágenes de satélites.
Sarricolea (2014) propone generar tres (3) conjuntos de mapas y gráficos; el primero
corresponde a Mapas de diferencias térmicas, el cual consiste en la diferencia entre
las temperaturas rurales y urbanas; el segundo corresponde a un Mapa de
promedios de las temperaturas estandarizadas anteriormente y finalmente unos
mapas de análisis de componentes principales; con lo cual es posible realizar
comparaciones para determinar con mayor exactitud las ICU en un área de estudio
previamente determinado.
Cálculo de índices espectrales derivados de Imágenes satelitales como base
para el desarrollo de métodos estadísticos y de simulación de la ICU
El índice Normalizado de Densidad de Vegetación mide el estrés hídrico de la
vegetación y los análisis de detección de cambios, que cuantifican e identifican los
sectores donde se verifican los mayores cambios (Córdova Sáez, 2011, p. 104); en
otras palabras según Marini (2008), el NDVI, es un cociente empleado para
discriminar masas vegetales el cual se basa en que la firma espectral característica
de la vegetación sana muestra un claro contraste con las bandas visibles,
especialmente la roja y la infrarroja, el contraste espectral entre la reflectividad de
ambas bandas permite discriminar la vegetación sana de otro tipo de cubiertas,
cuando mayor sea dicho contraste mayor vigor presentará la masa vegetal
analizada (Preciado Vargas & Aldana Olave, 2011, p. 98).
37
El Índice de Diferencia Normalizada de Agua (INWI), de acuerdo con Gao (1996),
es un índice obtenido por satélite desde el infrarrojo cercano (NIR) y onda corta de
infrarrojos (SWIR); según Ceccato, Flasse, Tarantola, Jacquemoud & Grégoire
(2001), la reflectancia (SWIR) refleja los cambios tanto en el contenido de agua de
la vegetación y la estructura del mesófilo esponjoso en doseles de vegetación,
mientras que la reflectancia NIR se ve afectada por la estructura de la hoja interna
y los contenidos de materia seca de hojas, pero no por el contenido de agua.
(Preciado Vargas & Aldana Olave, 2011, p. 98)
Domínguez (2002) define el índice de agua de la diferencia normalizada NDWI como
un planteamiento válido para aquellas láminas de agua que no tienen un elevado
contenido de concentración de sólidos, circunstancia que hace que la reflectividad
sea baja en la banda del infrarrojo cercano; sin embargo esta técnica no se puede
considerar la más adecuada para discriminar cualquier tipo de lámina de agua, ya
que este cociente normalizado se fundamenta principalmente en la máxima
reflectividad del agua en la banda del verde, su baja reflectividad del infrarrojo
cercano y la alta reflectividad del infrarrojo cercano para los rasgos de vegetación
terrestre y de suelo.
Métodos estadísticos orientados a la simulación y predicción de Islas de calor
urbano
Modelos de Regresión Geográficamente Ponderada (GWR): “Es una técnica no
estacionaria que modela relaciones que varían espacialmente. En comparación con
una regresión básica (global), los coeficientes en GWR son funciones de ubicación
espacial” (Lu et al., 2014, p. 2).
El modelo GWR puede resolver efectivamente el problema de la no estacionariedad
espacial al integrar la información de ubicación espacial en los parámetros de
regresión para explorar las relaciones entre las variables explicativas y la variable
dependiente dentro del rango de cierto espacio. (Luo & Peng, 2016, p. 2)
El modelo GWR es una técnica de regresión espacial muy utilizada tanto en
geografía como en otras disciplinas ya que construye ecuaciones individuales
38
mediante la incorporación de variables dependientes y explicativas, permitiendo
tener una visión local del fenómeno, generando mayor detalle y precisión.
Luo y Peng (2016) afirman que los estudios limitados sobre los impactos de los
factores en las ICU se centran en comparar las ventajas relativas del modelo GWR
sobre otros modelos y las descripciones cuantitativas del modelo GWR. Los efectos
de escala, es decir, las leyes y características de cambio en diferentes escalas
espaciales (resoluciones espaciales), rara vez están involucrados.
Li, Zhao, Miaomiao, Wang (2010) estudiaron las relaciones dependientes de la
escala espacial de ICU y los factores relacionados principalmente de la influencia
del ancho de banda, a saber, un parámetro del modelo GWR, pero no investigaron
los efectos de escala del modelo GWR a partir de resoluciones espaciales.
Por consiguiente, Luo y Peng (2016) plantean resolver los problemas anteriores
utilizando como variables explicativas el Índice de vegetación ajustada al suelo
(SAVI), el Índice de acumulación basado en el índice (IBI) y el Índice de brillo del
suelo (NDSI), que indican la cobertura de La vegetación, la tierra urbanizada y la
tierra desnuda, respectivamente con objeto de investigar los efectos de escala, es
decir, las leyes y características de cambio en diferentes escalas espaciales
(resoluciones espaciales) utilizando el modelo GR. (p.3)
Además, Fotheringham, Charlton, & Brunsdon (1998) afirma que un modelo GWR
permite que los coeficientes varíen continuamente en el área de estudio, y se puede
estimar un conjunto de coeficientes en cualquier ubicación, generalmente en una
cuadrícula, de modo que la superficie de un coeficiente pueda visualizarse e
interrogarse en busca de heterogeneidad de relaciones (…). En esencia, GWR mide
las relaciones inherentes alrededor de cada punto de regresión i, donde cada
conjunto de coeficientes de regresión se estima por mínimos cuadrados
ponderados. (p.2)
Regresión Lineal Simple: Hoffmann, Krueger, & Schlünzen (2012) realizaron un
estudio para la ciudad de Hamburgo (Alemania), en el cual se desarrolló un modelo
estadístico lineal, que relaciona la intensidad de la Isla de Calor Urbano (ICU), con
39
las condiciones meteorológicas, construido a partir de observaciones tomadas por
el Servicio Meteorológico Alemán (DWD). Para encontrar los predictores
apropiados, se analiza la relación entre las diferentes variables meteorológicas y la
Isla de Calor Urbana de Hamburgo. Los resultados y la plausibilidad física sugieren
que la cobertura de nubes, la velocidad del viento y la humedad relativa son las
variables relevantes y se pueden utilizar para construir un modelo estadístico. Los
parámetros para el modelo estadístico se determinan con el método de mínimos
cuadrados generalizado. Con la ayuda del modelo estadístico se pudo explicar
hasta el 42% de la varianza UHI.
Regresión Lineal Múltiple: Lima Alves & Lopes (2017) definieron la regresión lineal
múltiple como una técnica multivariable cuyo objetivo principal es obtener una
relación matemática entre una de las variables estudiadas (variable dependiente o
de respuesta) y las otras variables que describen el sistema (variables
independientes o explicativas); además, busca reducir el número de variables
independientes con una pérdida mínima de información. En consecuencia, una vez
que se encuentra la relación matemática, su aplicación principal es producir valores
para la variable dependiente cuando las variables independientes están disponibles.
Modelo de Clima Urbano Pronóstico: Este modelo está compuesto por un
esquema de balance de energía superficial acoplado a un modelo de capa límite
atmosférica. El enfoque es pronóstico, es decir, a partir de un estado inicial, el
modelo calcula los valores de temperatura subsiguientes para el suelo, la
vegetación, el sustrato urbano y el aire que lo recubre. El resultado principal consiste
en archivos de trama por hora que contienen cantidades meteorológicas relevantes,
como la temperatura del aire de 2 m. Una característica particular del modelo es
que el esquema de balance de energía de la superficie se restringe mediante un
procedimiento de asimilación de datos, utilizando imágenes infrarrojas térmicas de
detección remota (…). Tiene la ventaja de que, al estar integrado en un enfoque de
modelado pronóstico, proporciona la temperatura del aire también a momentos en
que no se dispone de la temperatura de la superficie terrestre, es decir, entre
pasadas de satélite. (De Ridder et al., 2016, p. 4)
40
Las variables empleadas para la aplicación de los métodos estadísticos
mencionados anteriormente dependen en gran medida a las observaciones
tomadas en campo a través de diversas herramientas tecnológicas principalmente
para obtener datos meteorológicos, ya que, de acuerdo a resultados obtenidos en
los estudios mencionados anteriormente, dichas variables arrojan un coeficiente de
determinación o de correlación múltiple considerablemente alto.
Comparación de temperatura entre el área urbana y área rural a partir de
observaciones basadas en datos meteorológicos.
En un estudio publicado por De Ridder et al., (2016) realizado en París para el 2003
se empleó una serie de observaciones basadas en datos meteorológicos sinópticos
contenidos en los archivos del Centro Nacional de Datos Climáticos, de los cuales
se extrajeron datos de una ubicación urbana9 y rural10, tomados en un periodo de
tiempo entre el 01 de mayo al 30 de septiembre, con los cuales se construyó una
serie de tiempo de intensidad de ICU por hora. Luego se extrajo la intensidad ICU
que ocurre diariamente a las 10 p.m. UT (que corresponde a la medianoche en hora
local). La razón para elegir este momento en particular es que la ICU exhibe la
mayor intensidad en la tarde y la noche. Además, se ha argumentado que la
temperatura del aire durante la noche es la cantidad más relevante para explicar la
mortalidad relacionada con el calor. El procesamiento descrito anteriormente dio
como resultado 153 valores diarios de la intensidad de ICU en el momento de la
noche (10 p.m.) y la temperatura del aire de la tarde (2 p.m.), con lo cual se evidencio
una diferencia de temperatura de hasta 3 °C mayor para el área urbana.
Del mismo modo, en la investigación de Bustamante (2018) realizada en Cuenca,
Ecuador, se usó información del registro meteorológico de los años 2015 y 2017 de
las estaciones del cantón Cuenca. El estudio de la ICU en Cuenca se centró en los
periodos definidos como época húmeda y época seca que básicamente se definen
por el régimen estacionario de lluvias delimitando las épocas extremas. Para ello se
9 Parque Montsouris, cerca del centro de París 10 En medio de campos agrícolas y pastizales, a una distancia de varios kilómetros del asentamiento humano más cercano, constituyendo así una estación rural representativa
41
valieron del registro de datos promedios de temperatura, humedad relativa y
precipitación, en donde la época húmeda tiene una mayor duración que abarca
desde octubre hasta mayo que además posee mayor temperatura; mientras que la
época seca se desarrolla entre los meses de junio y septiembre y tiene menor
temperatura. Definidos las estaciones y periodos de evaluación para la ICU, esta
información fue utilizada para la generación de mapas de calor o isotermas y
mediante el uso de la expresión de Oke (1981) se identificó un incremento térmico
de hasta 3,2 °C para épocas consideradas húmedas; y un incremento de hasta 4,4
°C para periodos secos, entre el área urbana y rural, obteniendo las temperaturas
más altas para el área urbana.
En el continente africano, más exactamente en la ciudad de Akure, Nigeria, se llevó
a cabo un proyecto experimental por Balogun (2012) entre octubre del 2008 y
septiembre de 2009, en el cual se utilizaron estaciones urbanas y rurales, de las
cuales la estación urbana se ubicó en el centro de la ciudad en un área urbanizada
caracterizada por una población densa, un transporte intenso y una actividad
comercial; mientras que el sitio de referencia rural estaba situado en el observatorio
del servicio meteorológico del aeropuerto local de poco uso, ubicado a unos 15 km
al este en la periferia de la ciudad, y se caracteriza por enormes parcelas abiertas
cubiertas de hierba, algunos edificios de oficinas de y la torre de control.
Posteriormente, El sitio urbano de Oja (1) y el sitio de referencia rural (2) se
clasifican como Zona climática construida y Zona climática agrícola
respectivamente. Los sitios se seleccionaron para observaciones de puntos fijos y
los datos se obtuvieron de los registradores de datos portátiles de temperatura /
humedad Lascar EL-USB-211, muestreados a intervalos de 5 minutos que se
montaron en un a una altura de 3 metros en el centro urbano y en un mástil a la
misma altura en el aeropuerto local. La diferencia de temperaturas entre la ciudad y
las estaciones fuera de la ciudad es el índice más utilizado de la intensidad de ICU,
ya que es evidente que el curso diario de las fluctuaciones de temperatura entre el
sitio urbano y rural es función de la temporada del año. La característica más
11 Registrador de temperatura, humedad y puntos de rocío
42
esencial del curso anual de la isla de calor de dosel urbano en la ciudad es que las
mayores diferencias se producen en la estación seca y alcanzan los 3.5 °C y la
menor diferencia se produce durante la estación húmeda. Finalmente, a partir de
los resultados obtenidos se evidenció que existe la presencia de una Isla de Calor
urbana en Akure durante todo el día, excepto en noviembre y diciembre donde se
observa el fenómeno pocas horas por la tarde, y que corresponden a los meses de
la época húmeda. Durante la estación húmeda, la ICU que se forma en la noche se
conserva y casi no cambia a lo largo del día, mientras que durante la estación seca;
la ICU formada en la noche se conserva hasta la madrugada y disminuye
significativamente en intensidad o desaparece por completo durante el mediodía.
De modo similar, Contreras, Plata, Velásquez & Quevedo (2008) realizaron un
estudio para determinar las ICU en Ciudad Juárez, México, a través del análisis del
parámetro de temperatura, considerando un diferencial entre estaciones
meteorológicas representativas, es decir una urbana y otra rural; además, se
utilizaron los programas de cómputo WeatherLink para extraer la información
horaria de los datos de temperatura y el Arcview como herramienta metodológica
para realizar un mapa de la zona de estudio. Se emplearon además bases de datos
de la Texas Commission on Environmental Quality (TCEQ, por sus siglas en inglés)
con información meteorológica (TCEQ, 2004). Otra herramienta utilizada fue el
geoposicionador manual marca GARMIN para determinar las coordenadas
geográficas de las estaciones, con lo cual se logró elaborar un mapa de ubicación
de las zonas urbanas y de la semirural en el plano de Ciudad Juárez. En cada
estación se cuenta con un dispositivo meteorológico llamado Monitor II, el cual está
equipado para obtener información de temperatura externa e interna, humedad,
presión barométrica, dirección y velocidad del viento, y punto de rocío. Una
herramienta metodológica básica para la determinación del fenómeno en estudio
fue el programa WeatherLink, compatible con Monitor II, ya que permitió obtener
datos horarios de temperatura en forma automática las veinticuatro horas del día.
Finalmente, con la información recopilada y posteriormente procesada se
obtuvieron los valores de las ICU para cada una de las épocas del año (invierno y
verano), donde se presentó un valor máximo diurno en promedio de 6 °C
43
aproximadamente y un valor negativo máximo nocturno en promedio de 7 °C
aproximadamente.
4.2 MEDIDAS Y ESTRATEGIAS PARA PREVENIR Y MITIGAR EL FENÓMENO
DE LAS ICU.
A medida que se han intensificado los estudios y se ha despertado el interés por
conocer más a fondo el fenómeno de la isla de calor urbano, en una sociedad como
la actual comparada con la de años atrás, se evidencia la preocupación por cuidar
y buscar estrategias o medidas que ayuden a remediar el daño que el ser humano
le ha causado al medio ambiente. Godoy Uribe (2013) indica que la actividad urbana
y la falta de estrategias en los cambios del entorno generan problemas a largo plazo
como las islas de calor urbano, que como consecuencia generan problemas de
confort, pero también contribuyen a la sobremortalidad urbana. Es por esto que los
científicos han adoptado e implementado medidas adicionales que se centran
principalmente en la disminución de las altas temperaturas que provocan el
fenómeno de islas de calor urbano.
Techos fríos y verdes como prototipos de diseño sostenible y amigable con
el Medio Ambiente urbano.
Una de las técnicas que proponen los científicos sobre el aumento de cobertura
vegetal es implementar en las edificaciones techos verdes y techos fríos, esto con
el fin de aumentar la capa de vegetación y disminuir la presencia de materiales de
construcción como las tejas de las viviendas que por sus propiedades físicas
contribuyen al aumento de temperatura.
Kigali Cooling Efficiency Program (2019) es un claro ejemplo de la implementación
de esta estrategia de mitigación que ayuda a aumentar la eficiencia del enfriamiento
en los países en desarrollo, este año implementaron el desafío Global Million Cool
Roofs el cual es un proyecto con un único objetivo y es incentivar económicamente
las innovaciones de enfriamiento de la comunidad. Sería conveniente resaltar el
papel y la importancia que los científicos le han dado a los techos fríos como la
iniciativa mencionada anteriormente que no es más que la implementación de
44
techos con materiales altamente reflectantes, que a la par de la cobertura vegetal,
estos también contribuyen a la disminución de las Islas de Calor Urbano.
Por otro lado, Thomas (2019) menciona algunos estudios y estrategias que se han
estructurado y legalizado con respecto a la implementación de techo verdes en
Estados Unidos, ciudades como Denver, San Francisco, Porthland y Chicago
ejecutaron mandatos con el fin de promover el uso de vegetación en los techos de
las construcciones nuevas, por ejemplo en la ciudad de San Francisco el
Departamento de Planificación decretó que al menos el 15% y el 30% de la mayoría
de las construcciones nuevas tengan sus techos con tecnología verde a partir de
enero del 2017. The Denver Post (2018) señala que en Denver se implementó un
nuevo mandato hace aproximadamente dos años de techo frío que obligaría a los
propietarios a elegir entre crear espacios verdes, instalar paneles solares y ahorrar
energía.
Con lo anterior se observa que a pesar de que son medidas que por lo general se
rigen solo para construcciones nuevas, se podría ver como una estrategia de
innovación y diseño de fachadas con jardines verdes verticales, que se está
consolidando en el mercado y que el consumidor por el afán de estar al día en
tendencias promueve el uso de tecnologías verdes sin necesidad de estar
decretadas.
Del mismo modo, en la ciudad de Chihuahua en México, se realizó una investigación
en la que estudiaban la implementación de vegetación como sistema de control de
las islas de calor urbano en 3 diferentes tipos de parque que varían con respecto al
área, la ubicación, el tipo de vegetación y el material de construcción presente
dentro del parque y en las mismas condiciones ya sea sombra, semi sombra o luz
solar, que en comparación con el estudio mencionado anteriormente, en este se
incluyó cobertura vegetal en zonas de uso público y no en los techos de las
edificaciones. Salas Esparza & Herrera Sosa (2017) afirman que acuerdo con los
resultados obtenidos de los distintos parques la contribución de las áreas verdes
para mitigar los efectos de la ICU dependerá del tamaño y la estructura del parque,
las condiciones del clima local, el tipo de plantas utilizadas, la frecuencia de riego y
45
el balance térmico de la zona adyacente al mismo en la que se encuentren, ya que
esto determinará el impacto que tendrán sobre las ICU.
De lo anterior se puede deducir que la medida de implementar zonas verdes
representativas en área dentro del espacio urbano como estrategia de mitigación
del fenómeno ICU, no solo depende de la ubicación, sino que se debe desarrollar
con unos lineamientos específicos que ayuden a que esta zona verde contribuya en
gran medida a contrarrestar el fenómeno, la implementación de estas zonas verdes
tiene que hacerse de acuerdo al entorno existente dentro de la ciudad, el diseño
acertado de los espacios y la distribución al interior de los mismos. Es por esto que
no solo la medida planteada por los científicos de aumentar la cobertura vegetal es
proactiva, sino que tiene que ser acompañada de otros factores que se deben
estudiar y analizar dentro del entorno urbano.
Pavimentos frescos o fríos como superficies inteligentes para reducir el calor
urbano.
Además de la implementación de vegetación en diferentes superficies como techos,
fachadas y zonas de uso público, otra de las técnicas planteadas por los científicos
para mitigar las ICU es el reemplazo de los pavimentos convencionales utilizados
hoy en día por pavimentos frescos o fríos. Taleghani, et al., (2019) mencionan que
esto afecta el balance energético de la superficie de manera similar a los techos
fríos, pero ocurre a nivel del suelo en lugar del nivel del techo. Por lo tanto, además
de reducir el calor que se transfiere a la atmósfera, también puede reducir el flujo
de calor del suelo descendente durante el día y el flujo de calor del suelo hacia arriba
por la noche.
Taleghani, et al. (2019) indica que en Los Ángeles se llevaron a cabo varias
simulaciones en diferentes escenarios las cuales fueron comparadas para
cuantificar el efecto que se estaba generando sobre la ICU, en este estudio se logró
determinar que el uso de pavimentos frescos fue la medida que más ayudó a
contrarrestar el efecto de ICU, adicionalmente se realizó una prueba incorporando
árboles a lado y lado del pavimento fresco y se estableció que los árboles ayudan a
contrarrestar aún más el efecto de ICU que solo con la implementación del
46
pavimento fresco, pero adicionalmente se encontró que este efecto se puede
apreciar cuando el área de influencia es más grande, es decir, se logra evidenciar
una disminución en la temperatura cuando se aplica en áreas de mayor extensión.
Con lo anterior, se observó que en la incorporación de pavimentos frescos o fríos
como medida de mitigación para contrarrestar el efecto de Isla de Calor Urbano,
también aplica como se mencionó anteriormente que debe venir acompañada de
otros factores que se deben estudiar y analizar dentro del entorno urbano como el
área de influencia, el desarrollo urbanístico presente en el entorno urbano, esto
siendo clave para la elección del área donde se va a desarrollar la medida de
mitigación ya que esto contribuiría en gran medida a la eficacia o no del objetivo
principal que sería la reducción de la temperatura.
Cuculic et al., (2012) adelantó un estudio en la Ciudad de Rijeka – Croacia, para
determinar en qué zonas es más conveniente implementar pavimentos frescos para
mitigar en mayor proporción el Fenómeno ICU, teniendo en cuenta el posible
material de fabricación se encontró que el asfalto es sin duda alguna el pavimento
que tiende a absorber más la temperatura y es por esto que su temperatura se eleva
y eleva a la vez la de su entorno, por tanto, una de las medidas de mitigación que
ayudaría de manera significa es el uso de adoquines de rejilla con vegetación,
asfalto poroso, concreto permeable, ladrillos entre otros. Estas superficies serían
más convenientes si de disminuir la temperatura se trata, aunque puede ser difícil
cambiar el aspecto histórico de las calles de la ciudad, no debe ser la razón para no
establecer normas y estándares que puedan lograrse mediante una planificación
oportuna.
Se concibe que el uso de pavimentos frescos como estrategia de mitigación es de
gran ayuda y contrarresta de manera significativa el alza de las temperaturas, pero
sin lugar a duda la implementación de los pavimentos frescos con vegetación en
sus inmediaciones es la solución más efectiva y que disminuye rápidamente la
temperatura, sin embargo, hay que tener en cuenta el tipo de vegetación , las zonas
y la dimensión de estas en las que se implemente la medida, ya que estos factores
47
pueden contribuir a la disminución de la temperatura en una mayor proporción
según como se implementen.
Infraestructura verde: Una medida de prevención y aproximación al Espacio
Urbano sostenible del futuro.
Como se ha mencionado en el presente documento (pág 45), el cambio climático
que se ha presentado en el planeta ha sido preocupación y tema de estudio de la
ciencia, y es por esto que se han planteado e implementado diferentes metodologías
como las mencionadas anteriormente para la mitigación de este y que al mismo
tiempo da origen al Fenómeno de islas de Calor Urbano. Es por esta razón, es que
hoy más que nunca, la sociedad debe hacer un alto en el camino y replantearse si
de verdad esas medidas de mitigación que sugiere la ciencia se están
implementando de manera significativa y si de verdad están ayudando al
enfriamiento de la temperatura dentro de los cascos urbanos en las ciudades.
Una vista panorámica de cómo es el comportamiento del ser humano hoy en día,
sumido en una sociedad consumista, en donde prima el bien particular sobre el bien
común y en la que solo somos seres deseantes por naturaleza, influenciables y
vulnerables, frente a las jerarquizaciones impuestas por el consumo12, deja mucho
que pensar si de cuidar y preservar el medio ambiente se trata. Estando inmersos
en esa sociedad de consumo, hoy en día la adquisición de bienes ya no tiene que
ver con la necesidad, sino con la moda13. Como consecuencia de esto y de la mano
con el desinterés que por muchos años el ser humano asumió en temas
ambientales, la falta de información y de compromiso es lo que hoy en día nos
genera mayor controversia, saber que las nuevas generaciones son el pilar para
llegar a pensar en una sociedad ambiental, pero que de cierta manera se van a
encontrar inmersas en un mundo donde el cambio de pensamiento muchas veces
no es visto de la mejor manera. Este cambio de pensamiento enfocado en el cuidado
del medio ambiente es uno de los mayores retos que como sociedad debemos
12 Revista Semana. (2011). La sociedad de consumo.
https://www.semana.com/opinion/expertos/articulo/la-sociedad-de-consumo/322854 13 Ídem.
48
afrontar con un único fin y es mejorar la calidad de vida hoy en día y garantizarles a
las nuevas generaciones un futuro más sostenible.
Sería complejo pensar en un desarrollo urbano sostenible y amigable con el medio
ambiente, puesto existen diversos factores que no contribuyen a la reducción de la
temperatura superficial como los principales materiales empleados en la
construcción que no se consideran eco sostenibles; además, que en muchos
lugares se están reduciendo de manera significativa las zonas verdes, pero hoy en
día la infraestructura verde plantea nuevos horizontes que podría fomentar un
crecimiento urbano con una base ecológica. Quintero González & Quintero
González (2019) relatan que este nuevo concepto se trata del diseño y de la
construcción de edificios y estructuras arquitectónicas basados en los principios
ecológicos de minimizar la cantidad de recursos consumidos en el proceso de
construcción, limitar el daño causado al ambiente por emisiones y residuos de los
componentes de la edificación y contribuir al mejoramiento del ambiente social y
ecológico de la zona en donde se instala un edificio o una estructura verde.
Se deduce que la infraestructura verde está ligada sin duda a las estrategias de
mitigación vistas anteriormente como los Techos verdes y fríos y los Pavimentos
fríos y frescos, que son un conjunto de tácticas que, desarrollándose de manera
conjunta en las edificaciones modernas y antiguas, generarían que el crecimiento
del espacio urbano deje de ser un problema para el medio ambiente y se convierta
en una solución y una estrategia de mitigación para contrarrestar el efecto de las
islas de calor urbano. Esta sería una solución a futuro, ya que el crecimiento y la
densificación en las ciudades es un fenómeno que se desarrolla a largo plazo pero
que ya lo estamos viviendo y que por más medidas que se implementen es difícil de
detener, pero que en un futuro llegar a pensar en un Espacio Urbano con
infraestructura verde sería sin duda la solución a muchos problemas hoy presentes
en la sociedad.
La tabla 1 muestra de manera resumida las medidas de mitigación y prevención
encontradas para la reducción y control del fenómeno de las Islas e Calor Urbano y
el objetivo principal en cada una:
49
Tabla 1 Estrategias de mitigación para el fenómeno de las ICU.
Estrategia Finalidad
Techos verdes y
fríos.
● Aumento de cobertura vegetal en el espacio urbano.
● Disminuir la presencia de materiales de construcción que
por sus propiedades físicas contribuyen al aumento de
temperaturas
Pavimentos frescos
y fríos.
● Reducir la cobertura de pavimento convencional por uno
con un nivel alto de albedo
Infraestructura
verde.
● Reemplazar, diseñar y construir principalmente las
fachadas de las edificaciones con vegetación
Ordenamiento
territorial
● Planear estrategias que ayuden a la disminución de las
islas de calor urbano en lo que respecta al ordenamiento
del territorio y su desarrollo en un futuro.
● Reglamentar medidas ambientales para que se garantice
su debida ejecución y cumplimiento con el fin de mejorar
la calidad de vida de la población.
Fuente: Elaboración propia.
La ejecución de estas medidas para la mitigación de las islas de calor urbano van
de la mano con las estrategias y estudios implementados para la determinación de
estas visto anteriormente, ya que con estos estudios el ser humano puede identificar
y entender el fenómeno con más claridad y así mismo contribuyen a que las
medidas de mitigación que se adopten se pueda monitorear con el fin de poder
diagnosticar y medir su eficiencia, es por esto las herramientas, técnicas e
instrumentos que permiten el cálculo, predicción, simulación y representación del
fenómeno van siempre de la mano con las medidas y estrategias que se han venido
desarrollando en diferentes países para prevenir y mitigar el fenómeno de las ICU.
La refrigeración es esencial para la salud y la prosperidad humana y se está
volviendo más importante a medida que el mundo se urbaniza, las economías
crecen y el planeta se calienta (Kigali Cooling Efficiency Program, 2019)
La tabla 2 resume cómo algunas estrategias de mitigación se pueden aplicar según
el área de influencia:
50
Tabla 2 Principales Medidas de Mitigación efecto ICU.
Meso Escala
(Entorno Urbano)
Micro Escala
(Manzanas y Calles)
• Introducción de vegetación y
superficies de agua
• Reducción del calor antropogénico
(industria, edificios y tráfico)
• Uso apropiado de ventilación
aprovechando los cientos y las
características topográficas de cada
región.
● Mejorar el diseño de calles
considerando la relación Altura
edificios – Anchura de calles (Sky
View Factor) y el sombreado de
los edificios.
● Mejorar la ventilación de las calles
orientando correctamente las
calles (Efecto cañón urbano).
● Introducir vegetación en el
entorno urbano.
● Decremento del albedo en
superficies urbanas.
Fuente : Sangines C., 2013
4.3 ANALISIS DE LAS RELACIONES ENTRE IPGS E ICU EN ESCALA LOCAL
El crecimiento urbano que se presenta hoy en día en las ciudades trae consigo
fuertes impactos en aspectos ambientales, poblacionales, de salubridad entre otros,
que afectan de manera significativa la calidad de vida de los seres humanos y que
traen consecuencias severas para un futuro no muy lejano o que actualmente ya se
ven reflejadas en la población. El fenómeno de la urbanización es una de las
consecuencias del crecimiento urbano y el hombre como medida de prevención y
en su intento de proyectar el desarrollo que pueda llegar a tener una ciudad, crea
planes y estrategias que ordenan el territorio vistos anteriormente en el marco
teórico del presente documento.
Si bien es cierto, hoy en día las ciudades ya tienen formulados planes de
ordenamiento territorial, en muchos casos las entidades territoriales los desarrollan
cuando ya existen asentamientos ilegales producto de la migración poblacional que
fueron construidos sin ningún tipo de reglamentación. Estos planes de
ordenamiento son propuestos y modificados con base en el comportamiento del ser
humano, sus necesidades, el avance de la tecnología en temas de transporte, salud,
recreación, vivienda y demás; en los últimos años se han implementado estrategias
dentro de los planes de ordenamiento con enfoques ambientales, atendiendo
51
principalmente a cuidar el medio ambiente y preservar los espacios verdes que ya
son reducidos dentro del espacio Urbano.
Una de las estrategias empleadas para controlar el crecimiento de las áreas urbanas
en ciudades grandes e intermedias ha sido su densificación (Quintero González &
Quintero González, 2019). A medida que aumenta la ciudad, esta actúa como un
significativo factor modificador del clima local y crea unas condiciones
medioambientales concretas, que se pueden definir como microclima urbano. “La
diferencia de condiciones microclimáticas de los espacios urbanos frente a las
zonas rurales es una de las consecuencias producida por el conjunto constituido por
edificios, calles y superficies pavimentadas”(Tumini, 2010, p. 1).
Aunque el ordenamiento territorial y la planificación urbana cambian según el
desarrollo que tenga la ciudad, su número de habitantes y la área geográfica donde
esté ubicada, la formulación de los planes de ordenamiento debería ser pensada
en cuidar y preservar el medio ambiente ya que el crecimiento territorial es sin duda
uno de los mayores promotores de contaminación ambiental hoy en día y está
demostrada la interrelación entre clima y morfología urbana y su impacto en el
comportamiento térmico de la ciudad (Perico Agudelo, 2009), está la causa por la
cual hoy se hable del fenómeno de Islas de Calor Urbano.
Según la Corporación Autónoma Regional CAR la inclusión de la mitigación del
calentamiento global y la adaptación al cambio climático en los diversos niveles de
la planificación territorial, trae beneficios al desarrollo de su municipio, toda vez que
se propende por el uso y aprovechamiento racional de los recursos actuales y
potenciales.(Díaz, 2018)
Se entiende que la manera en que se ordene y se planifique el territorio dentro de
una ciudad se puede ver como estrategia de mitigación de las Islas de Calor Urbano,
ya que si se logra incluir las estrategias de mitigación vistas anteriormente dentro
de los planes de ordenamiento territorial que como instrumento técnico y normativo
de planeación y gestión de largo plazo; y conjunto de acciones y políticas,
administrativas y de planeación física, que orientarán el desarrollo del territorio
municipal por los próximos años y que regularán la utilización, ocupación y
52
transformación del espacio físico urbano y rural14 y viéndolo como un pacto social
de una población con su territorio se obligaría de cierta manera a los ciudadanos a
cumplir a cabalidad lo descrito en el mismo, se lograría por un lado reducir las
temperaturas del espacio urbano y mejorar la calidad de vida de sus habitantes y
adicionalmente incluirlo como medida de prevención a futuro para evitar
problemáticas ambientales y de salubridad severas que no solo afectan la calidad
de vida de las personas sino que el alza de las temperaturas podría llegar a ser una
de las causas de mortalidad dentro de la población.
Para entender la manera de proceder en la inclusión de medidas de mitigación y
prevención para la reducción del cambio climático, se debe tener presente los
componentes que hoy en día consolidan un POT. Esto, es necesario considerarse
desde su componente general que señala los objetivos y estrategias territoriales de
mediano y largo plazo, así como en su componente Urbano y Rural las políticas,
programas, acciones y normas para orientar y administrar el desarrollo físico de la
ciudad, la utilización del suelo y garantizar la adecuada interacción entre los
asentamientos rurales y la cabecera municipal15. Adicionalmente se tiene que
contemplar una etapa preliminar donde se establezca la relación clima – territorio
en aspectos culturales, actividades económicas, recursos naturales, ecosistemas y
biodiversidad.
Esta relación nace y se hace entendiendo el comportamiento de cada territorio y su
tradición, por ejemplo una relación territorio – clima en aspectos culturales se puede
observar cuando en cierto municipio en las ferias y fiestas se desarrolla un festival
de canoa pero la fuente hídrica principal del municipio donde por tradición se
desarrolla el concurso se ve afectada por consecuencia del fenómeno del niño o la
niña que se intensifican con el cambio climático, se observa una relación directa
entre el clima y el territorio en su aspecto cultural, otro ejemplo para entender la
relación clima – territorio pero en su aspecto económico, es cuando el alza de las
14 Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. (2004). Serie Planes de Ordenamiento Territorial. 12. http://www.minvivienda.gov.co/POTPresentacionesGuia/Guía%20Formulación%20Planes%20Ordenamiento.pdf 15 Ibid., p. 6.
53
temperaturas afecta la venta de productos agrícolas en la plaza de mercado
principal ya que la población no soporta la elevación de la temperatura, esto ya trae
consecuencias económicas a la población que tiene como fuente el cambio
climático.
Por lo anterior para poder incluir cualquier medida de mitigación o prevención hay
que entender como el territorio y sus aspectos hoy en día están relacionados
estrechamente con el clima y su comportamiento.
Si se trata de plantear una relación entre los instrumentos de planeación y gestión
del suelo y la variación del clima dentro del espacio urbano, es necesario precisar
que en el desarrollo del presente trabajo se encontraron diferentes relaciones entre
el fenómeno ICU y aspectos o variables propias del espacio urbano como la
estratificación, el uso del suelo, la demografía, la densificación, el paisaje urbano y
la morfología de la ciudad y las cuales se explican a continuación:
Tabla 3 Relación ICU con los Instrumentos de Planeación y Gestión del Suelo.
Relación ICU- Instrumentos de Planeación y Gestión del Suelo.
Uso del suelo • Varia la temperatura del
ambiente según el uso que se le
dé al suelo.
Demografía • Se genera a partir de la
concentración de la prestación
de los servicios básicos y el
asentamiento masivo de
personas.
• Relación bidireccional.
Densificación • La geometría urbana influye en
las alzas de temperatura dentro
del espacio urbano.
Morfología • La correcta o no distribución del
espacio dentro de la ciudad
54
puede contribuir a la formación
de ICU.
Estratificación • Va relacionada con la
densificación, la demografía y el
uso del suelo que varían según
el estrato socioeconómico y que
afecta las temperaturas en el
espacio urbano.
Ubicación geográfica • La ubicación de la ciudad y lo
que la rodea puede o no ser
factor que altere la temperatura
del espacio urbano.
Paisaje Urbano • Tendencias ambientales que
mejoren el paisaje urbano
pueden contribuir a la baja de
temperaturas como medida de
mitigación de las ICU.
Fuente: Elaboración Propia.
La primera relación que se logró evidenciar es la de ICU-Uso del suelo, se entendió
que el uso que se le dé al suelo ya sea que esté establecido por un POT o producto
de asentamientos ilegales, influye en el alza de la temperatura dentro la ciudad, si
se compara una zona de uso industrial que para el caso de Bogotá sería la
Localidad de Puente Aranda con una zona de uso residencial dentro de la Localidad
de Usaquén, podemos intuir que el principal factor que altera el entorno es el uso
de suelo y que según el uso que se le dé modifica el comportamiento de su entorno
y por ende su clima. Los centros industriales atraen la actividad económica, el flujo
de tráfico pesado, el asentamiento de industrias que muchas veces no cumplen con
las normas ambientales establecidas entre otras que generan el alza de las
temperaturas y es por lo que una de las medidas de mitigación es el cambio de uso
del suelo, el aumento de cobertura vegetal en el espacio urbano y la correcta
55
distribución del espacio urbano dentro de las ciudades contribuiría a la disminución
de las ICU.
Otra relación que se logró establecer es las ICU- La Demografía, y se genera a partir
de la necesidad creciente de conseguir alimentos, viviendas, transporte, facilidades
sanitarias y de salubridad para una población mundial cada vez mayor, así mismo
la concentración de población genera una urbanización que lleva consigo un cambio
de uso del suelo adicionalmente atrae al sector automotriz, al sector económico y
social, así como la prestación y la necesidad de satisfacer diferentes servicios. Este
es un conjunto de variables que se concentran en los centros urbanos como
consecuencia del crecimiento poblacional y que sin lugar a duda contribuyen al alza
de las temperaturas.
Adicionalmente esta relación se puede ver como una relación bidimensional en
donde el incremento de población tiene como consecuencia el alza de temperaturas
en los centro urbanos y por lo tanto se vuelve generador del fenómeno de las Islas
de Calor Urbano si no que estas a su vez afectan de manera directa a la población,
muchas veces ocasionando mortalidad como lo menciona Godoy Uribe (2013) la
falta de estrategias en los cambios del entorno generan problemas a largo plazo
como las islas de calor urbano, que como consecuencia generan problemas de
confort, pero también contribuyen a la sobremortalidad urbana.
Según la agencia de protección ambiental de los Estados Unidos EPA (2010) el
aumento de las temperaturas de la superficie durante el día, la reducción del
enfriamiento durante la noche y los mayores niveles de contaminación del aire
asociados con las islas de calor urbano pueden afectar la salud humana al contribuir
a la incomodidad general, las dificultades respiratorias, los calambres y el
agotamiento por calor, el golpe de calor no mortal y la mortalidad relacionada con el
calor.
Otra de las relaciones que se logró establecer es la relación ICU-Densificación, en
donde según establece Sangines C. (2013) en términos generales una alta densidad
urbana tiende a reducir la penetración solar siendo esto un obstáculo de radiación
de onda corta incidente además de resultar en una trampa de radiación de onda
56
larga, pues la radiación incidente en los edificios posteriormente se libera como
calor.
Tal densificación va relacionada con la geometría urbana y así mismo con la
morfología de la ciudad, su distribución y organización. Como menciona EPA (2010)
Un factor adicional que influye en el desarrollo de la isla de calor urbano,
especialmente en la noche, es la geometría urbana, que se refiere a las dimensiones
y el espaciado de los edificios dentro de una ciudad. La geometría urbana influye en
el flujo del viento, la absorción de energía y la capacidad de una superficie dada
para emitir radiación de onda larga hacia el espacio.
Por otra parte la relación ICU-Morfología, además de cómo se evidenció
anteriormente tiene una relación con la presencia del fenómeno en el espaciado de
las edificaciones, debido a que la mala distribución del espacio dentro de la ciudad
es generadora de temperatura si no que la morfología también se puede ver como
una estrategia de mitigación, con la implementación de medidas dentro de los
planes de ordenamiento donde se garantice la correcta distribución del espacio, el
espaciado entre edificaciones que impidan el efecto de caño mencionado
anteriormente podrían contribuir a la disminución de las ICU.
Una de las relaciones que también se establecieron es la de ICU-Estratificación,
pero esta relación lleva consigo variables ya vistas como la densificación, la
demografía y el uso del suelo, en donde para la ciudad de Bogotá se puede observar
que estratos 4 y 5 predomina el uso residencial, la densificación se produce hacia
las alturas pero se respeta en cierta medida el espaciado entre edificaciones así
mismo la concentración de población es mucho menor que en estratos 1, 2 y 3 en
donde se observa la presencia de uso industrial, la población es mayor y la
utilización de materiales en la construcción de los hogares varía según el estrato así
como la presencia de zonas verdes en espacios públicos y privados.
La ubicación geográfica de la ciudad también juega un papel muy importante en la
generación de ICU; como señala EPA (2010) grandes masas de agua moderan las
temperaturas y pueden generar vientos que contengan el calor lejos de las
ciudades, así mismo las cadenas montañosas cercanas pueden impedir que el
57
viento llegue a una ciudad o crear patrones de viento que pasan a través de una
ciudad. Es por lo que la ubicación geográfica también puede ser o no generador de
calor dentro del casco urbano de las ciudades.
Con respecto al Paisaje Urbano y su relación con las ICU, se evidencio que las
medidas de mitigación vistas anteriormente no sólo contrarrestan el alza de la
temperatura dentro del casco urbano si no mejorar visualmente lo que se conoce
como paisaje urbano, la implementación de fachadas verdes con jardines verticales
con tendencias que en los últimos tiempos se han puesto en auge y que sin lugar a
duda mejoran el aspecto de toda ciudad. Así mismo, la implementación de zonas
verdes en espacios públicos estratégicos como parques, avenidas, centros
económicos entre otros, mejoraría casualmente el aspecto del espacio urbano y a
su vez mitiga el riesgo de que la temperatura dentro del casco urbano sea mayor.
Una vez vista las medidas de mitigación y prevención que ha establecido la ciencia
y los estudios para la mitigación de las ICU y su relación con algunas variables
propias del entorno urbano, es preciso resaltar el papel que juega el espacio como
recurso limitado y es por esto mismo, por ser un recurso cada vez más limitado,
juega un papel crucial en la mitigación y prevención del fenómeno, en cuanto a el
aprovechamiento eficiente de este al momento de implementar cualquier medida,
como se explicó anteriormente no solo incluir zonas verdes o techos fríos dentro del
espacio urbano disminuye la temperatura sino que el área, la dimensión y la
ubicación de esta es primordial si se quiere evidenciar resultados en una mayor
proporción.
La clave está en implementar las medidas donde se logre evidenciar que la
temperatura es más elevada que en otras zonas incluso dentro del mismo espacio
urbano y en áreas donde se pueda expandir la dimensión de la zona de influencia
de la medida de prevención y mitigación. Cabe señalar que además del papel
fundamental que ocupa el factor área si de hablar del fenómeno se trata, la
ubicación estratégica de las medidas de prevención y mitigación también juega un
papel fundamental para ver resultados a mayor escala y en menor tiempo según
algunos estudios mencionados anteriormente lo demuestran.
58
Para entender y dimensionar la importancia que se le ha dado al estudio del
fenómeno de las Islas de Calor Urbano, se realizó una recolección de información
entre las cuales se encuentran fuentes como libros, revistas científicas, periódicos,
documentos oficiales de instituciones públicas, informes técnicos y de investigación
de instituciones públicas o privadas, normatividad entre otros. Estos documentos
encierran todo lo relacionado con el fenómeno ICU, su identificación, descripción y
tipificación de las herramientas, técnicas e instrumentos que permiten el cálculo,
predicción, simulación y representación del fenómeno, así como las medidas y
estrategias que se han venido desarrollando en diferentes países para prevenir y
mitigar el fenómeno.
Para tener una percepción global de cómo se encuentran distribuidos
espacialmente los estudios sobre las islas de calor urbano, se ubicaron como se
observa a continuación:
59
Ilustración 5 Mapa Distribución espacial de estudios ICU. Fuente:Elaboración Propia.
60
Se observa que en una percepción global los estudios se centran principalmente en
el continente americano en américa del sur y américa del norte, además se observa
una concentración de documentos en Europa lo que nos da a entender que es uno
de los continente donde más importancia se le ha dado al estudio y determinación
del Fenómeno de las islas de Calor Urbano, por lo contrario y según los estudios
consultados, se determinó que en África y Oceanía es donde menor presencia de
estudios se encontró siendo nulo para el caso de Oceanía y en África se encontraron
estudios en países como Marruecos, Nigeria y Egipto , aunque es difícil intuir el
reducido número de estudios que se encontraron en estas zonas, uno de los
factores que se deben tener en cuenta principalmente es el acceso a la información
y que en algunos países africanos puede influir que los recursos principalmente
económico para estos estudios puedan ser más limitados. Por otro lado, está el
continente asiático donde se encontraron estudios principalmente en la zona de
China, Japón, y Corea del Sur.
Si se observa detalladamente el continente americano, se logró observar que los
estudios se concentran principalmente en América del Norte en países como
Estados Unidos y México. En Estados Unidos la mayor presencia de estudios se
encuentra en cercanías a la costa oeste, en ciudades como San Francisco, Los
Ángeles y Portland, por el centro de Estados Unidos se encontraron estudios en la
Ciudad de Arizona y Denver y por otro lado cerca a la costa este se encontró
estudios en la ciudad de Chicago, Washington, Boston entre otras. Adicionalmente,
se encontraron algunos estudios en México en ciudades fronterizas con Estados
Unidos como en Ciudad de Juárez y Mexicali y en Canadá en ciudades como
Toronto y Montreal. En esta parte del continente se observa que principalmente los
estudios se centran en Estados Unidos y esto se debe a que es una de las potencias
mundiales en avances en Teledetección lo que contribuye e impulsa estos estudios.
Además, en américa del sur se encontraron varios estudios en países como
Colombia, Brasil, Argentina, Perú, Chile, Venezuela y Ecuador. En el país donde
más se encontraron estudios fue en Colombia, esto principalmente se debe a la
facilidad del acceso a la información, de la misma manera esto se debe a que se
61
incluyeron dentro de los estudios consultados, noticias de periódicos de medios de
comunicación colombianos. Visto de manera general, la distribución de los estudios
en américa del sur muestra que los estudios se enfocan sobre ciudades cerca a la
costa pacífica del continente, en ciudades como Lima, Cuenca, Santiago de Chile y
Mendoza, al mismo tiempo se encontraron algunos estudios en ciudades como
Caracas, Buenos Aires e Iporá en Brasil.
De manera general observando las ciudades donde se encontraron documentos en
el continente americano, se puede evidenciar que hay una distribución uniforme en
todo el territorio, a excepción de países como Costa Rica, Honduras, Nicaragua,
Panamá, Uruguay entre otros, se observa que la mayor concentración de estudios
es en Estados Unidos como país promotor de productos de teledetección como se
mencionó anteriormente y con los recursos y las herramientas para desarrollar
artículos de tipo investigativo, otro país que se destaca notablemente por la el
número de estudios encontrados es Colombia como se mencionó anteriormente.
Por otra parte, en la distribución de los estudios en el continente europeo, se
observa que España es el país donde más concentración de estudios se encontró
en ciudades como Madrid, Ibiza, Alicante, Zaragoza y Mallorca, seguido por Italia
en su capital Roma y en la ciudad de Terni y países como Francia, Alemania, Suiza,
Reino Unido, Grecia, Croacia y Países Bajos también cuenta con estudios, pero en
una menor proporción.
Al revisar las publicaciones realizadas en el continente asiático, se encontró un
estudio en la ciudad de Moscú en Rusia, pero la concentración de estudios se da
principalmente en países como China, Corea del Sur y Japón donde el desarrollo
de las tecnologías es superior a comparación de otros países.
Una perspectiva Global de la distribución espacial de los documentos consultados
sobre el fenómeno de las Islas de Calor Urbano se puede observar a nivel general
que el acceso a la información, así como la barrera del idioma y el desarrollo
tecnológico de los países son los factores más influyentes a la hora de buscar un
patrón de comportamiento en esta distribución.
62
Colombia, fue el país de donde más se encontró información y esto se puede deber
como se mencionó con anterioridad a la facilidad del acceso a la información y que
varios estudios o fuentes consultadas fueron noticias publicadas por medios locales
o normatividad relacionada con temas ambientales como fuente de consulta, así
mismo algunos documentos que complementan la parte teórica.
Los estudios encontrados dentro del territorio colombiano se centran en ciudades
capitales, como Medellín, Cali, Bogotá, y Cartagena lo que sugiere que en las
capitales es donde se presenta el fenómeno a una escala mayor y que el acceso a
los recursos y la centralización de los servicios hace que este tipo de estudios
principalmente se lleven a cabo en ciudades principales.
4.4 CÁLCULO DE LA TEMPERATURA SUPERFICIAL EN LAS PRINCIPALES
CIUDADES COLOMBIANAS
Se hizo énfasis en el caso colombiano, para lo cual se calculó la temperatura
superficial para las dos principales ciudades, que además cuentan con la mayor
cantidad de habitantes, como lo son Bogotá y Medellín respectivamente. A partir de
los resultados arrojados se pudo corroborar cada una de las relaciones entre los
IPGS y la presencia del fenómeno, ya que principalmente se evidencia un aumento
de temperatura en las zonas de usos industriales, de mayor cantidad poblacional y
de estratos socioeconómicos más bajos; esto asociado también a los tipos de
materiales de construcción empleados y dificultad para desarrollar o implementar
algunas herramientas de mitigación.
El ejercicio para cada una de las ciudades se realizó utilizando imágenes satelitales
Landsat de los años 2018 y 2019 teniendo en cuenta además el Índice de
Vegetación de Diferencias Normalizadas (NDVI), con el cual se logró discriminar las
masas vegetales de otro tipo de cubiertas, para obtener la temperatura superficial
terrestre en grados centígrados.
63
Temperatura superficial de Bogotá a partir de una imagen satelital Landsat 8
OLI/TIRS
Para el caso de Bogotá, se empleó una imagen satelital Landsat 8 OLI/TIRS con
fecha de toma en diciembre de 2018, mediante la cual, luego del correspondiente
procesamiento se logró evidenciar que las zonas más afectadas por este fenómeno
son las localidades de Puente Aranda, Engativá, Fontibón y Kennedy.
A continuación, se presenta espacialmente el comportamiento de la temperatura
superficial para la ciudad de Bogotá.
Ilustración 6 Temperatura superficial de Bogotá a partir de una imagen Landsat 8 OLI/TIRS de diciembre de 2018
Fuente: Elaboración propia
64
En el caso puntual de la localidad de Puente Aranda donde se evidencia un aumento
considerable de la temperatura superficial, se puede asociar este comportamiento
a la presencia de un sin número de Industrias, debido a las actividades realizadas y
a los materiales empleados en la construcción, además de que durante el día es
una zona de alta concurrencia demográfica, la presencia de centro industriales,
zonas comerciales como el san Andresito de la 38 que tiene mucha afluencia de
personas en el día, el cruce de vías que pertenecen a la malla vial principal de la
ciudad de Bogotá como la carrera 68, la avenida las Américas y la calle 13, siendo
esta ultima una de las principales vías de acceso a la ciudad de Bogotá y el eje
fundamental para la productividad, el crecimiento empresarial y el desarrollo de la
capital, así mismo es considerado unos de los principales corredores de carga de la
ciudad. Todos estos factores sin lugar a duda contribuyen en las alzas de
temperatura y generan que la localidad de Puente Aranda se una de las mas
contaminadas de la capital colombiana.
Por otra parte, para el caso de las localidades de Engativá y Fontibón, se presentan
en su mayoría usos residenciales; sin embargo, el fenómeno se presenta
relacionado a que estas localidades reciben en gran medida consecuencias de la
localidad de Puente Aranda, dado que el fenómeno tiene un comportamiento tipo
cañón, liberando en las noches la reflectividad absorbida durante el día. Además,
tienen un factor en común que es el Aeropuerto Internacional El Dorado, que como
se observa en la ilustración No. 7, concentra altas temperaturas debido al material
de las pistas y a la presencia de grandes bodegas a su alrededor, así mismo a la
gran afluencia de personas en la zona por ser la terminal aérea internacional más
importante de Colombia.
En cuanto a la localidad de Kennedy, ubicada al suroccidente de la ciudad, se
evidencia un alza significativa de temperatura con respecto a otras localidades, y
esto se puede ver asociado a que en esta localidad contiene usos mixtos, donde se
mezcla el uso residencial con el comercial principalmente, e incluso con algunas
zonas industriales.
65
Así mismo, en el centro de la ciudad se evidencia un alza en las temperaturas,
menos significativa que en las localidades mencionadas anteriormente; sin
embargo, este comportamiento puede estar ligado a la alta concentración
demográfica y de hacinamiento que se presenta en este sector, siendo esta una de
las localidades con mayor concentración poblacional.
En contraste hacia el norte de la ciudad se evidencian las temperaturas superficiales
más bajas, esto debido a que este sector en su mayoría es de uso residencial, donde
además se han venido implementado una serie de herramientas de mitigación
aumentado de esta forma las zonas verdes e implementando algunos materiales de
construcción ecológicos, así mismo en comparación con algunas zonas al sur de la
ciudad, la zona norte no presenta zonas industriales de mayor afluencia de tráfico
pesado y aunque presenta uno de los corredores viales de principal acceso a la
ciudad, por lo general el tráfico pesado y liviano termina en el centro y sur de la
ciudad.
Temperatura superficial para Medellín a partir de una imagen satelital Landsat
8 OLI/TIRS
Para el caso de Medellín se empleó una imagen Landsat 8 OLI/TIRS con fecha de
toma de enero del año 2019, a la cual se le realizó el procesamiento con el fin de
calcular las zonas en las cuales se presentan temperaturas mucho más altas en
relación con el área rural.
A continuación, se presenta espacialmente el comportamiento de la temperatura
superficial para la ciudad de Medellín y su área metropolitana; se aclara que para el
presente proyecto el foco consistió en analizar el comportamiento del área urbana
de la ciudad de Medellín.
66
Ilustración 7 Temperatura superficial de Medellín a partir de una imagen satelital Landsat 8 OLI/TIRS de enero de 2019
Fuente: Elaboración propia
Se puede evidenciar que el fenómeno se presenta principalmente en las
centralidades zonales, como lo es el centro de tradición y representativo de la
ciudad, el cual es considerado como un lugar referente de la ciudad, que se acogió
como el centro imaginario y que posee toda la carga histórica de la capital de la
montaña; además, de las zonas de producción de grandes empresas ubicadas a lo
largo del costado occidental del río Medellín, sectores como Guayabal y La
Candelaria, así como Doce de Octubre y La América es donde se presenta
temperaturas más altas.
Para el caso del centro de tradición y representativo de la ciudad, que hace parte
de la comuna 10 (La Candelaria) se asocia la presencia del fenómeno
67
principalmente a que en esta zona el uso del suelo en su mayoría es destinado a
comercio y servicios de alto impacto, por lo cual se presenta una alta concurrencia
demografía durante el día. Además, los materiales de construcción que se han
empleado en esta zona no se consideran amigables con el medio ambiente.
Por otra parte, para el caso de la zona suroccidental del río Medellín, más
exactamente la comuna 15 (Guayabal), se debe principalmente a la presencia de
grandes industrias o empresas de gran producción y algunos corredores de
actividad múltiple zonal, donde además se encuentra el aeropuerto Olaya Herrera,
que en su entorno establece una serie de actividades de tipo comerciales.
En cuanto a la comuna No. 6 (Doce de Octubre), ubicada al noroccidente de la
ciudad y de uso residencial en su mayoría, se evidencian unos valores de
temperatura considerados altos, lo cual pareciera extraño de acuerdo con la
tendencia de la presencia del fenómeno; sin embargo, se trata de un asentamiento
urbano que inició su proceso de forma continua y masiva después de los años 50,
por lo cual la presencia del fenómeno se puede ver asociada al alto índice de
hacinamiento demográfico y al tipo de materiales de construcción utilizados, ya que
no son considerados amigables con el medio ambiente, donde además tampoco
existe un buen equipamiento urbano como parques y zonas verdes que
contrarresten los aumentos de temperatura superficial.
De forma contraria, la zona oriental del casco urbano de la ciudad de Medellín se
encuentra clasificada en su mayoría en el uso residencial, donde se destaca la
presencia de una mayor cantidad de parques y zonas verdes, además de la
implementación de algunas de las herramientas de mitigación. Además, para este
caso en específico se logra evidenciar que para el uso residencial las temperaturas
más bajas se encuentran asociadas a los sectores de estratos más altos, como lo
es el sur de la ciudad, mientras que al norte donde se encuentran las comunas de
estratos más bajos y con mayor hacinamiento poblacional se presentan datos de
temperatura superficial más altos.
68
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
A nivel mundial se han venido realizando un buen número de estudios e
investigaciones relacionados a la determinación del fenómeno de Islas de calor
urbano, por lo que con el paso del tiempo se han formulado nuevas técnicas o
herramientas para el cálculo, simulación, predicción y representación del fenómeno.
Los métodos más empleados a nivel mundial para el cálculo del fenómeno de las
Islas de Calor Urbano, son los relacionados al procesamiento digital de imágenes
satelitales; esto explicado principalmente a la facilidad para acceder a este tipo de
información y a la cantidad de aplicaciones a la que se puede someter.
Si se habla de neutralizar o disminuir las ICU, factores como el área y la ubicación
de una zona de influencia para la aplicación e implementación de estrategias o
técnicas para mitigar y prevenir el fenómeno de las islas de calor urbano son
primordiales y juegan un papel fundamental para poder contrarrestar el alza de las
temperaturas dentro del casco urbano de las ciudades.
Emplear dos o más medidas de prevención y mitigación como las que se revisaron
en el presente documento, hace que el fenómeno de las ICU disminuya con mayor
eficiencia en una zona determinada.
Se observa que el continente americano y europeo son fuentes de estudios en lo
que predecir, identificar y aplicar métodos y técnicas para la determinación y
prevención de las Islas de Calor Urbano se trata.
A nivel global, existe una relación entre los Instrumentos de Planeación y Gestión
del Suelo (IPGS) con la presencia de las Islas de Calor urbano; se evidenció que en
la mayoría de los estudios realizados a nivel mundial el fenómeno se encuentra
ligado al uso del suelo y a la concurrencia demográfica, además de otros factores
como el paisaje urbano, la estratificación socioeconómica, la morfología y la
densificación urbana.
Para el caso de Bogotá se presenta el fenómeno de lCU principalmente en los
sectores destinados a uso industrial, como lo son las localidades de Puente Aranda,
69
Fontibón y Engativá, que a su vez emiten un efecto cañón sobre las áreas
residenciales que se encuentran a su alrededor. Además, en el centro de la ciudad
se evidencia presencia del fenómeno, esto debido a la alta concurrencia y
hacinamiento demográfico. Adicionalmente, existe una diferencia notable en la
temperatura superficial de la zona norte de la ciudad donde se encuentran niveles
de temperatura más bajos que en el sur, esto se encuentra relacionado a la cantidad
de zonas verdes, a las herramientas de mitigación y los materiales de construcción
empleados.
Se entendió la relación que existe entre las variables propias de un entorno urbano
con el fenómeno ICU, como algunas de estas influyen en su propagación o control
del fenómeno dentro del área urbana avivando una relación unidireccional y así
mismo como el alza de las temperaturas afectan estas variables como la demografía
dentro de la ciudad creando también relaciones bidireccionales entre las ICU y las
variables del entorno urbano.
Asimismo, para el caso de Medellín, la presencia del fenómeno se encuentra
relacionado directamente a los sectores con uso industrial y de mayor concurrencia
demográfica, además se observa una tendencia creciente de temperatura sobre el
costado occidental del río Medellín, donde se encuentran sectores con estratos
socioeconómicos más bajos.
En síntesis, haciendo énfasis en el caso colombiano, se puede afirmar que la
presencia del fenómeno de las Islas de calor Urbano, como en muchos de los
estudios realizados a nivel mundial, se encuentra ligados estrechamente al uso del
suelo y fundamentalmente al uso del suelo industrial, esto debido a las actividades
realizadas en estos sectores y a los materiales empleados en la construcción, así
mismo el trafico de carga pesada y la aglomeración de personas.
Además, se evidenció cierta relación entre el comportamiento de la temperatura
superficial de Bogotá, con el comportamiento de la calidad del aire de los últimos
años, ya que, según los datos de secretaría de Ambiente de Bogotá, las localidades
de Puente Aranda y Kennedy se encuentran entre los focos con mayor deficiencia
en la calidad del aire y como se demostró en el presente proyecto, estas localidades
70
son consideradas como focos importantes donde se presentan altos índices de
temperatura superficial.
71
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