Phoenix Regional Heat and Air Quality Knowledge Repository

This study investigates the impact of urban form and landscaping type on the mid-afternoon microclimate in semi-arid Phoenix, Arizona. The goal is to find effective urban form and design strategies to ameliorate temperatures during the summer months. We simulated near-ground air temperatures for typical residential neighborhoods in Phoenix using the three-dimensional microclimate model ENVI-met. The model was validated using weather observations from the North Desert Village (NDV) landscape experiment, located on the Arizona State University's Polytechnic campus. The NDV is an ideal site to determine the model's input parameters, since it is a controlled environment recreating three prevailing residential landscape types in the Phoenix metropolitan area (mesic, oasis, and xeric).

After validation, we designed five neighborhoods with different urban forms that represent a realistic cross-section of typical residential neighborhoods in Phoenix. The scenarios follow the Local Climate Zone (LCZ) classification scheme after Stewart and Oke. We then combined the neighborhoods with three landscape designs and, using ENVI-met, simulated microclimate conditions for these neighborhoods for a typical summer day. Results were analyzed in terms of mid-afternoon air temperature distribution and variation, ventilation, surface temperatures, and shading. Findings show that advection is important for the distribution of within-design temperatures and that spatial differences in cooling are strongly related to solar radiation and local shading patterns. In mid-afternoon, dense urban forms can create local cool islands. Our approach suggests that the LCZ concept is useful for planning and design purposes.

The City of Phoenix (Arizona, USA) developed a Tree and Shade Master Plan and a Cool Roofs initiative to ameliorate extreme heat during the summer months in their arid city. This study investigates the impact of the City's heat mitigation strategies on daytime microclimate for a pre-monsoon summer day under current climate conditions and two climate change scenarios. We assessed the cooling effect of trees and cool roofs in a Phoenix residential neighborhood using the microclimate model ENVI-met. First, using xeric landscaping as a base, we created eight tree planting scenarios (from 0% canopy cover to 30% canopy cover) for the neighborhood to characterize the relationship between canopy cover and daytime cooling benefit of trees. In a second set of simulations, we ran ENVI-met for nine combined tree planting and landscaping scenarios (mesic, oasis, and xeric) with regular roofs and cool roofs under current climate conditions and two climate change projections. For each of the 54 scenarios, we compared average neighborhood mid-afternoon air temperatures and assessed the benefits of each heat mitigation measure under current and projected climate conditions. Findings suggest that the relationship between percent canopy cover and air temperature reduction is linear, with 0.14 °C cooling per percent increase in tree cover for the neighborhood under investigation. An increase in tree canopy cover from the current 10% to a targeted 25% resulted in an average daytime cooling benefit of up to 2.0 °C in residential neighborhoods at the local scale. Cool roofs reduced neighborhood air temperatures by 0.3 °C when implemented on residential homes. The results from this city-specific mitigation project will inform messaging campaigns aimed at engaging the city decision makers, industry, and the public in the green building and urban forestry initiatives.

Objectives: We estimated neighborhood effects of population characteristics and built and natural environments on deaths due to heat exposure in Maricopa County, Arizona (2000–2008).

Methods: We used 2000 U.S. Census data and remotely sensed vegetation and land surface temperature to construct indicators of neighborhood vulnerability and a geographic information system to map vulnerability and residential addresses of persons who died from heat exposure in 2,081 census block groups. Binary logistic regression and spatial analysis were used to associate deaths with neighborhoods.

Results: Neighborhood scores on three factors—socioeconomic vulnerability, elderly/isolation, and unvegetated area—varied widely throughout the study area. The preferred model (based on fit and parsimony) for predicting the odds of one or more deaths from heat exposure within a census block group included the first two factors and surface temperature in residential neighborhoods, holding population size constant. Spatial analysis identified clusters of neighborhoods with the highest heat vulnerability scores. A large proportion of deaths occurred among people, including homeless persons, who lived in the inner cores of the largest cities and along an industrial corridor.

Conclusions: Place-based indicators of vulnerability complement analyses of person-level heat risk factors. Surface temperature might be used in Maricopa County to identify the most heat-vulnerable neighborhoods, but more attention to the socioecological complexities of climate adaptation is needed.

En la zona metropolitana de Phoenix, el calor urbano está afectando la salud, la seguridad y la economía y se espera que estos impactos empeoren con el tiempo. Se prevé que el número de días por encima de 110˚F aumentará más del doble para el 2060. En mayo de 2017, The Nature Conservancy, el Departamento de Salud Pública del condado de Maricopa, Central Arizona Conservation Alliance, la Red de Investigación en Sostenibilidad sobre la Resiliencia Urbana a Eventos Extremos, el Centro de Investigación del Clima Urbano de Arizona State University y el Center for Whole Communities lanzaron un proceso participativo de planificación de acciones contra el calor para identificar tanto estrategias de mitigación como de adaptación a fin de reducir directamente el calor y mejorar la capacidad de los residentes para lidiar con el calor. Las organizaciones comunitarias con relaciones existentes en tres vecindarios seleccionados para la planificación de acciones contra el calor se unieron más tarde al equipo del proyecto: Phoenix Revitalization Corporation, RAILMesa y Puente Movement. Más allá de construir un plan de acción comunitario contra el calor y completar proyectos de demostración, este proceso participativo fue diseñado para desarrollar conciencia, iniciativa y cohesión social en las comunidades subrepresentadas. Asimismo el proceso de planificación de acciones contra el calor fue diseñado para servir como modelo para esfuerzos futuros de resiliencia al calor y crear una visión local, contextual y culturalmente apropiada de un futuro más seguro y saludable. El método iterativo de planificación y participación utilizado por el equipo del proyecto fortaleció las relaciones dentro y entre los vecindarios, las organizaciones comunitarias, los responsables de la toma de decisiones y el equipo núcleo, y combinó la sabiduría de la narración de historias y la evidencia científica para comprender mejor los desafíos actuales y futuros que enfrentan los residentes durante eventos de calor extremo. Como resultado de tres talleres en cada comunidad, los residentes presentaron ideas que quieren ver implementadas para aumentar su comodidad y seguridad térmica durante los días de calor extremo.

Como se muestra a continuación, las ideas de los residentes se interceptaron en torno a conceptos similares, pero las soluciones específicas variaron entre los vecindarios. Por ejemplo, a todos los vecindarios les gustaría agregar sombra a sus corredores peatonales, pero variaron las preferencias para la ubicación de las mejoras para dar sombra. Algunos vecindarios priorizaron las rutas de transporte público, otros priorizaron las rutas utilizadas por los niños en su camino a la escuela y otros quieren paradas de descanso con sombra en lugares clave. Surgieron cuatro temas estratégicos generales en los tres vecindarios: promover y educar; mejorar la comodidad/capacidad de afrontamiento; mejorar la seguridad; fortalecer la capacidad. Estos temas señalan que existen serios desafíos de seguridad contra el calor en la vida diaria de los residentes y que la comunidad, los negocios y los sectores responsables de la toma de decisión deben abordar esos desafíos.

Los elementos del plan de acción contra el calor están diseñados para incorporarse a otros esfuerzos para aliviar el calor, crear ciudades resilientes al clima y brindar salud y seguridad pública. Los socios de implementación del plan de acción contra el calor provienen de la región de la zona metropolitana de Phoenix, y se brindan recomendaciones para apoyar la transformación a una ciudad más fresca.

Para ampliar la escala de este enfoque, los miembros del equipo del proyecto recomiendan a) compromiso continuo e inversiones en estos vecindarios para implementar el cambio señalado como vital por los residentes, b) repetir el proceso de planificación de acción contra el calor con líderes comunitarios en otros vecindarios, y c) trabajar con las ciudades, los planificadores urbanos y otras partes interesadas para institucionalizar este proceso, apoyando las políticas y el uso de las métricas propuestas para crear comunidades más frescas.