Als de zomerzon brandt op een hete straat in de stad, onze eerste reactie is om te vluchten naar een schaduwrijke plek beschermd door een gebouw of boom.

Een nieuwe studie is de eerste die precies berekent hoeveel deze schaduwrijke gebieden helpen de temperatuur te verlagen en het "stedelijk hitte-eiland"-effect te verminderen.

Onderzoekers creëerden een ingewikkeld 3D digitaal model van een deel van Columbus en bepaalden welk effect de schaduw van de gebouwen en bomen in het gebied hadden op de temperatuur van het landoppervlak gedurende een uur op een zomerdag.

"We kunnen de informatie uit ons model gebruiken om richtlijnen te formuleren voor gemeenschapsvergroening en het planten van bomen, en zelfs waar gebouwen moeten worden geplaatst om de schaduw op andere gebouwen en wegen te maximaliseren, " zei Jean-Michel Guldmann, co-auteur van de studie en emeritus hoogleraar stads- en regionale planning aan de Ohio State University.

"Dit kan significante effecten hebben op de temperatuur op straat- en buurtniveau."

Bijvoorbeeld, een simulatie uitgevoerd door de onderzoekers in een buurt in Columbus gevonden op een dag met een maximumtemperatuur van 93,33 graden Fahrenheit, de temperatuur had 4,87 graden lager kunnen zijn als de jonge bomen die al in dat gebied stonden volgroeid waren en er nog 20 volgroeide bomen waren geplant.

Guldmann voerde het onderzoek uit met Yujin Park, die het werk deed als doctoraatsstudent aan de Ohio State en nu een assistent-professor stads- en regionale planning is aan de Chung-Ang University in Zuid-Korea, en Desheng Liu, een professor in de geografie aan de Ohio State.

Hun werk is onlangs online gepubliceerd in het tijdschrift Computers, Milieu en stedelijke systemen .

Onderzoekers weten al lang van het stedelijke hitte-eilandeffect, waarin gebouwen en wegen meer warmte van de zon opnemen dan landelijke landschappen, het vrijgeven ervan en stijgende temperaturen in steden.

Een recente studie wees uit dat in 60 Amerikaanse steden, stedelijke zomertemperaturen waren 2,4 graden F hoger dan landelijke temperaturen - en Columbus was een van de top 10 steden met de meest intense stedelijke hitte-eilanden in de zomer.

Voor deze nieuwe studie Guldmann en zijn collega's selecteerden een gebied van bijna 14 vierkante mijl in het noorden van Columbus met een breed scala aan landgebruik, inclusief eengezinswoningen, flatgebouwen, commerciële en zakelijke complexen, industriële gebieden, recreatieparken en natuurgebieden. Meer dan 25, 000 gebouwen bevonden zich in het studiegebied.

De onderzoekers maakten een 3D-model van het studiegebied met behulp van 2D-landbedekkingskaarten van Columbus, evenals LiDAR-gegevens verzameld door de stad Columbus vanuit een vliegtuig. LiDAR is een lasersensor die de vorm van objecten detecteert. Het combineren van deze gegevens resulteerde in een 3D-model dat de exacte hoogte en breedte van gebouwen en bomen laat zien.

Vervolgens wendden ze zich tot computersoftware die de schaduwen berekende die werden geworpen door elk van de gebouwen en bomen in het studiegebied gedurende een periode van een uur - van 11.00 uur tot 12.00 uur - op 14 september. 2015.

In aanvulling, de onderzoekers hadden gegevens over de temperatuur van het landoppervlak in het studiegebied voor dezelfde datum en tijd. Die gegevens kwamen van een NASA-satelliet die thermische infraroodsensoren gebruikt om de temperatuur van het landoppervlak te meten met een resolutie van 30 bij 30 meter (ongeveer 98 bij 98 voet). Dat resulteerde in oppervlaktetemperaturen voor 39, 715 punten in het studiegebied.

Met die gegevens in de hand, de onderzoekers voerden een statistische analyse uit om precies te bepalen hoe de schaduw van gebouwen en bomen de oppervlaktetemperatuur op die septemberdag beïnvloedde.

Resultaten toonden aan dat, zoals verwacht, gebouwen deden de hitte in het gebied stijgen, maar dat de schaduwen die ze werpen ook een aanzienlijk verkoelend effect hadden op de temperatuur, vooral als ze de daken van aangrenzende gebouwen in de schaduw stellen.

Het statistische model zou die effecten precies kunnen berekenen, zowel positief als negatief. Bijvoorbeeld, een toename van 1% van de oppervlakte van een gebouw leidde tot een stijging van de oppervlaktetemperatuur met gemiddeld 2,6% tot 3%.

Maar een toename van 1% op het gebied van een schaduwrijk dak leidde tot temperatuurdalingen tussen 0,13% en 0,31% gemiddeld.

Schaduw op wegen en parkeerplaatsen zorgde ook voor een aanzienlijke daling van de temperatuur.

"We hebben geleerd dat grotere warmtebeperkende effecten kunnen worden verkregen door de schaduw op daken en wegen van gebouwen te maximaliseren, ' zei Guldmann.

De resultaten toonden ook het belang aan van groene ruimten en water voor het verlagen van de temperatuur. Grasrijke gebieden, zowel in de schaduw als in het zicht, vertoonden significante warmteverlagende effecten. Echter, de impact van gras in de schaduw was sterker dan die van gras dat werd blootgesteld aan direct zonlicht.

The volume of tree canopies and the area of water bodies also had significant cooling effects.

In the simulation run in the Columbus neighborhood, the researchers calculated that if the current trees there were fully grown, the temperature on a 93.33-degree F day would be 3.48 degrees lower (89.85 degrees).

Maar dat is niet alles. The simulation showed that if the neighborhood had 20 more full-grown trees, the temperature would be another 1.39 degrees lower.

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

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