We conducted microclimate simulations in ENVI-Met 3.1 to evaluate the impact of vegetation in lowering temperatures during an extreme heat event in an urban core neighborhood park in Phoenix, Arizona. We predicted air and surface temperatures under two different vegetation regimes: existing conditions representative of Phoenix urban core neighborhoods, and a proposed scenario informed by principles of landscape design and architecture and Urban Heat Island mitigation strategies. We found significant potential air and surface temperature reductions between representative and proposed vegetation scenarios:

1. A Park Cool Island effect that extended to non-vegetated surfaces.
2. A net cooling of air underneath or around canopied vegetation ranging from 0.9 °C to 1.9 °C during the warmest time of the day.
3. Potential reductions in surface temperatures from 0.8 °C to 8.4 °C in areas underneath or around vegetation.

Context:
With rapidly expanding urban regions, the effects of land cover changes on urban surface temperatures and the consequences of these changes for human health are becoming progressively larger problems.

Objectives:
We investigated residential parcel and neighborhood scale variations in urban land surface temperature, land cover, and residents’ perceptions of landscapes and heat illnesses in the subtropical desert city of Phoenix, AZ USA.

Methods:
We conducted an airborne imaging campaign that acquired high resolution urban land surface temperature data (7 m/pixel) during the day and night. We performed a geographic overlay of these data with high resolution land cover maps, parcel boundaries, neighborhood boundaries, and a household survey.

Results:
Land cover composition, including percentages of vegetated, building, and road areas, and values for NDVI, and albedo, was correlated with residential parcel surface temperatures and the effects differed between day and night. Vegetation was more effective at cooling hotter neighborhoods. We found consistencies between heat risk factors in neighborhood environments and residents’ perceptions of these factors. Symptoms of heat-related illness were correlated with parcel scale surface temperature patterns during the daytime but no corresponding relationship was observed with nighttime surface temperatures.

Conclusions:
Residents’ experiences of heat vulnerability were related to the daytime land surface thermal environment, which is influenced by micro-scale variation in land cover composition. These results provide a first look at parcel-scale causes and consequences of urban surface temperature variation and provide a critically needed perspective on heat vulnerability assessment studies conducted at much coarser scales.

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.

Urban climate conditions are the physical manifestation of formal and informal social forces of design, policy, and urban management. The urban design community (e.g. planners, architects, urban designers, landscape architects, engineers) impacts urban development through influential built projects and design discourse. Their decisions create urban landscapes that impact physiological and mental health for people that live in and around them. Therefore, to understand possible opportunities for decision-making to support healthier urban environments and communities, this dissertation examines the role of neighborhood design on the thermal environment and the effect the thermal environment has on mental health. In situ data collection and numerical modeling are used to assess current and proposed urban design configurations in the Edison Eastlake public housing community in central Phoenix for their efficacy in cooling the thermal environment. A distributed lagged non-linear model is used to investigate the relative risk of hospitalization for schizophrenia in Maricopa County based on atmospheric conditions. The dissertation incorporates both an assessment of design strategies for the cooling of the thermal environment and an analysis of the existing thermal environment’s relationship with mental health. By reframing the urban design of neighborhoods through the lens of urban climate, this research reinforces the importance of incorporating the community into the planning process and highlights some unintended outcomes of prioritizing the thermal environment in urban design.