Urban climate now and in the future: what is the impact of heat waves and strategies for adaptation

Abstract

L’augment de la freqüència, la durada i la intensitat de les onades de calor (OC) suposa reptes significatius a nivell global, especialment en zones sensibles com els grans centres urbans. Aquestes OC no només afecten la salut pública, sinó que també tenen impactes en els àmbits econòmic i ambiental. A més, les projeccions de futurs escenaris climàtics més extrems subratllen la urgència d’afrontar aquests reptes, especialment per a les poblacions vulnerables amb accés limitat a tecnologies de refrigeració, com ara l’aire condicionat. És crucial millorar el nostre coneixement sobre les dinàmiques meteorològiques de les OC i les característiques urbanes per tal d’avaluar estratègies d’adaptació. Aquest coneixement serà necessari per quantificar els riscos futurs que afronten les poblacions urbanes i desenvolupar estratègies d’adaptació efectives.

L’objectiu principal d’aquesta tesi és ampliar el coneixement sobre l’evolució de les OC en l’entorn urbà de l’Àrea Metropolitana de Barcelona (AMB) per mitigar-ne els efectes. Aquesta investigació utilitza dues escales principals: sinòptica i urbana. Tot i que les OC estan principalment impulsades per estructures sinòptiques, els factors locals poden agreujar-ne la intensitat. Aquests factors locals poden ser naturals (com les brises marines i de muntanya, i els efectes föhn) o antropogènics (com la reducció de l’albedo a causa de materials artificials, la ventilació inadequada, l’alta densitat d’edificis i la disminució de les zones verdes). Aquesta tesi pretén incorporar tant els elements naturals com els antropogènics mitjançant la modelització d’alta resolució sota projeccions climàtiques actuals i futures. Les dades resultants tenen l’objectiu d’informar les futures estratègies de planificació urbana en el context de l’adaptació al canvi climàtic.

El aumento de la frecuencia, la duración y la intensidad de las olas de calor (OC) plantea desafíos significativos a nivel global, especialmente en zonas sensibles como los grandes centros urbanos. Estas OC no solo afectan a la salud pública, sino que también tienen impactos en los ámbitos económico y ambiental. Además, las proyecciones de futuros escenarios climáticos más extremos destacan la urgencia de abordar estos desafíos, especialmente para las poblaciones vulnerables con acceso limitado a tecnologías de refrigeración, como el aire acondicionado. Es crucial mejorar nuestro conocimiento sobre las dinámicas meteorológicas de las OC y las características urbanas para evaluar estrategias de adaptación. Este conocimiento será necesario para cuantificar los riesgos futuros que enfrentan las poblaciones urbanas y desarrollar estrategias de adaptación efectivas.

El objetivo principal de esta tesis es ampliar el conocimiento sobre la evolución de las OC en el entorno urbano del Área Metropolitana de Barcelona (AMB) para mitigar sus efectos. Esta investigación utiliza dos escalas principales: sinóptica y urbana. Aunque las OC están principalmente impulsadas por estructuras sinópticas, los factores locales pueden agravar su intensidad. Estos factores locales pueden ser naturales (como las brisas marinas y de montaña, y los efectos föhn) o antropogénicos (incluyendo la reducción del albedo debido a materiales artificiales, la ventilación inadecuada, la alta densidad de edificaciones y la disminución de las zonas verdes). Esta tesis pretende incorporar tanto los elementos naturales como los antropogénicos mediante la modelización de alta resolución bajo proyecciones climáticas actuales y futuras. Los datos resultantes tienen el propósito de informar las futuras estrategias de planificación urbana en el contexto de la adaptación al cambio climático.

The increasing frequency, duration and intensity of heat waves (HWs) pose significant challenges globally, especially in sensitive areas such as large urban centers. These HWs not only affect public health but also have impacts on economic and environmental aspects. Furthermore, projections of more extreme climate scenarios underscore the urgency of addressing these challenges, especially for vulnerable populations with limited access to cooling technologies, such as air-conditioning. It is critical to enhance our knowledge in HW meteorological dynamics and urban characteristics to assess adaptation strategies. This knowledge will be necessary for the quantification of future risks faced by urban populations and the development of effective adaptation strategies.

The primary objective of this thesis is to expand the knowledge on the evolution of HWs in the urban environment of the Metropolitan Area of Barcelona (AMB) to mitigate their effects. This research employs two primary scales: synoptic and urban. While HWs are primarily driven by synoptic structures, local factors can exacerbate their intensity. These local factors may be natural (such as sea and mountain breezes, and foehn effects) or anthropogenic (including reduced albedo from artificial materials, inadequate ventilation, high building density, and decreased green areas). This thesis aims to incorporate both natural and anthropogenic elements by conducting high-resolution modeling under current and future climate projections. The resulting data is intended to inform future urban planning strategies in the context of climate change adaptation.