Estudio de islas de calor urbano atmosférico (ICUa) en Lima Metropolitana utilizando el modelo WRF-UCM

Abstract

El presente trabajo de investigación tuvo como objetivos determinar la intensidad de las ICUa en Lima Metropolitana en invierno y verano, su comportamiento temporal y espacial; así como, su relación con la temperatura, humedad relativa, dirección y velocidad del viento. Para ello se utilizó el modelo Weather Research and Forecasting – Urban Canopy Model (WRF-UCM) con la implementación de clasificación de uso de suelo según Zonas Climáticas Locales (LCZ por sus siglas en inglés) para tres dominios espaciales anidados de resolución 12.5 km, 2.5 km y 0.5 km centrados en Lima Metropolitana. Dicho modelo fue validado con datos cada tres horas de temperatura del aire y humedad relativa de nueve estaciones meteorológicas del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú (SENAMHI). Se obtuvo que el modelo de resolución 0.5 km tiene un mejor desempeño estadístico para el modelamiento de la temperatura y la humedad relativa en Lima Metropolitana. Asimismo, se obtuvo que las ICUa son más intensas en invierno que en verano, además de presentarse con más frecuencia entre las 00:00 UTC (19:00 HL) y 09:00 UTC (04:00 HL). En relación a la distribución espacial, se observó que las ICUa son más intensas en dirección oeste a este durante el verano, mientras que en invierno son más intensas en dirección este a oeste. Esta diferenciación se debe a un aumento significativo de altitud en zonas al este de Lima Metropolitana, por lo que también se observó diferentes patrones de correlación. En zonas al oeste de Lima existe una correlación negativa con la temperatura del aire, la dirección y la velocidad del viento, así como una correlación positiva con la humedad relativa. En cambio, en zonas al este de Lima existe una correlación negativa con la humedad relativa, la dirección y la velocidad del viento, así como una correlación positiva con la temperatura del aire. Respecto a la distribución espacial de ICUa según la clasificación de uso de suelo, se obtuvo ICUa más intensas en zonas con árboles dispersos (LCZB) y edificios abiertos de poca altura (LCZ6).The present research focused on determine the intensity of atmospheric urban heat islands (ICUa) in Metropolitan Lima during winter and summer, their temporal and spatial patterns, as well as their relationship with temperature, relative humidity, wind direction, and wind speed. For this purpose, the Weather Research and Forecasting – Urban Canopy Model (WRF-UCM) was used, incorporating land use classification based on Local Climate Zones (LCZ) for three nested spatial domains with resolutions of 12.5 km, 2.5 km, and 0.5 km, centred on Metropolitan Lima. The model was validated using air temperature and relative humidity data recorded every three hours from nine meteorological stations of the National Meteorology and Hydrology Service of Peru (SENAMHI). The results showed that the 0.5 km resolution model exhibited better statistical performance in modeling temperature and relative humidity in Metropolitan Lima. Additionally, ICUa were found to be more intense in winter than in summer, with higher frequency occurring between 00:00 UTC (19:00 local time) and 09:00 UTC (04:00 local time). Regarding spatial patterns, ICUa were observed to be more intense from west to east during summer, while in winter, they were more intense from east to west. This spatial distribution is attributed to a significant increase in altitude in east areas of Metropolitan Lima, which also led to different correlation patterns. In western Lima, a negative correlation was observed between ICUa and air temperature, wind direction, and wind speed, while a positive correlation was found with relative humidity. Conversely, in eastern Lima, ICUa showed a negative correlation with relative humidity, wind direction, and wind speed, and a positive correlation with air temperature. Concerning the spatial patterns of ICUa based on land use classification, more intense ICUa were found in areas with scattered trees (LCZB) and open low-rise buildings (LCZ6).