This report is the consolidated work of an interdisciplinary course project in CEE494/598, CON598, and SOS598, Urban Infrastructure Anatomy and Sustainable Development. In Fall 2012, the course at Arizona State University used sustainability research frameworks and life-cycle assessment methods to evaluate the comprehensive benefits and costs when transit-oriented development is infilled along the proposed light rail transit line expansion. In each case, and in every variation of possible future scenarios, there were distinct life-cycle benefits from both developing in more dense urban structures and reducing automobile travel in the process.

Results from the report are superseded by our publication in Environmental Science and Technology.

Better methods are necessary to fully account for anthropogenic impacts on ecosystems and the essential services provided by ecosystems that sustain human life. Current methods for assessing sustainability, such as life cycle assessment (LCA), typically focus on easily quantifiable indicators such as air emissions with no accounting for the essential ecosystem benefits that support human or industrial processes. For this reason, more comprehensive, transparent, and robust methods are necessary for holistic understanding of urban technosphere and ecosphere systems, including their interfaces. Incorporating ecosystem service indicators into LCA is an important step in spanning this knowledge gap.

For urban systems, many built environment processes have been investigated but need to be expanded with life cycle assessment for understanding ecosphere impacts. To pilot these new methods, a material inventory of the building infrastructure of Phoenix, Arizona can be coupled with LCA to gain perspective on the impacts assessment for built structures in Phoenix. This inventory will identify the origins of materials stocks, and the solid and air emissions waste associated with their raw material extraction, processing, and construction and identify key areas of future research necessary to fully account for ecosystem services in urban sustainability assessments. Based on this preliminary study, the ecosystem service impacts of metropolitan Phoenix stretch far beyond the county boundaries. A life cycle accounting of the Phoenix’s embedded building materials will inform policy and decision makers, assist with community education, and inform the urban sustainability community of consequences.

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.

Recent climatic trends show more flooding and extreme heat events and in the future transportation infrastructure may be susceptible to more frequent and intense environmental perturbations. Our transportation systems have largely been designed to withstand historical weather events, for example, floods that occur at an intensity that is experienced once every 100 years, and there is evidence that these events are expected become more frequent. There are increasing efforts to better understand the impacts of climate change on transportation infrastructure. An abundance of new research is emerging to study various aspects of climate change on transportation systems. Much of this research is focused on roadway networks and reliable automobile travel. We explore how flooding and extreme heat might impact passenger rail systems in the Northeast and Southwest U.S.

An inter-temporal life cycle cost and greenhouse gas emissions assessment of the Los Angeles roadway network is developed to identify how construction decisions lead to embedded impacts and create an emergent behavior (vehicle miles traveled by users) in the long run.

A video of the growth of the network and additional information are available here.

There is increasing evidence that vehicle travel in developed countries may have peaked, contradicting many historical travel demand forecasts. The underlying causes of this peaking are still under debate and there has been a mobilization of research, largely focused at national scales, to study the explanatory drivers. There is, however, a dearth of research focused at the metropolitan scale where transportation policy and planning are frequently decided.

Using Los Angeles County, California, as a case study, we investigate the Peak Car theory and whether social, economic, and technical factors, including roadways that have become saturated at times, may be contributing to changes in travel behavior. After peaking in 2002, vehicle travel in Los Angeles County declined by 3.4 billion (or 4.1%) by 2010. The effects of changing fuel prices, fuel economy, population growth, increased utilization of alternate transportation modes, changes in driver demographics, income, and freight are first assessed. It is possible, and likely, that these factors alone explain the reduction in travel. However, the growth in congestion raises questions of how a constricting supply of roadway network capacity may contribute to travel behavior changes.

There have been no studies that have directly assessed how the maturing supply of infrastructure coupled with increasing demand affect travel behavior. We explore regional and urban factors in Los Angeles to provide insight into the drivers of Peak Car at city scales where the majority of travel occurs. The results show that a majority of the decline in VMT in Los Angeles can be attributed the rising fuel prices during the 2000s. While overall roadway network capacity is not yet a limiting factor for vehicle travel there is some evidence that suggests that congestion along certain corridors may be shifting some automobile travel to alternatives. The results also suggest that the relative impact of any factor on travel demand is likely to vary from one locale to another and Peak Car analysis across large geographic areas obscures the nuisances of travel behavior at a local scale.