Impacts of Landscape Modifications on Urban Boundary Layer Dynamics in Current and Projected Climate
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.
With the increase in the severity of drought conditions in the Southwest region of the U.S. paired with rising temperatures, it is becoming increasingly important to look at the systems used to keep people cool in hot-arid cities like Tempe, Arizona. Outdoor misting systems are often deployed by businesses. These systems rely on the evaporative cooling effect of water. This study examines the relationship between misting droplet size, water usage, and thermal comfort using low-pressure misting systems, tested within hot and dry conditions representative of the arid U.S. southwest. A model misting system using three nozzle orifice sizes was set up in a controlled heat chamber environment (starting baseline conditions of 40°C air temperature and 15 % relative humidity). Droplet size was measured using water-reactive paper, while water use was determined based on weight-change measurements. These measurements were paired with temperature and humidity measurements observed in several locations around the chamber to allow for a spatial analysis. Thermal comfort is determined based on psychrometric changes (temperature and absolute humidity) within the room. On average, air temperatures decreased between 2 to 4°C depending on nozzle size and sensor location. The 0.4 mm nozzle had a decent spread across the heat chamber and balanced water usage and effectiveness well. Limitations within the study showed ventilation is important for an effective system, corroborating other studies findings and suggesting that adding air circulation could improve evaporation and comfort and thus effectiveness. Finally, visual cues, such as wetted surfaces, can signal businesses to change nozzle sizes and/or make additional modifications to the system area.
grass) offers unique opportunities to mitigate climate change through avoided fossil fuel use and associated greenhouse gas reduction. Although conversion of existing agriculturally intensive lands (e.g., maize and soy) to perennial bioenergy cropping systems has been shown to reduce near-surface temperatures, unintended consequences on natural water resources via depletion of soil moisture may offset these benefits. In the effort of the cross-fertilization across the disciplines of physics-based modeling and spatio-temporal statistics, three topics are investigated in this dissertation aiming to provide a novel quantification and robust justifications of the hydroclimate impacts associated with bioenergy crop expansion. Topic 1 quantifies the hydroclimatic impacts associated with perennial bioenergy crop expansion over the contiguous United States using the Weather Research and Forecasting Model (WRF) dynamically coupled to a land surface model (LSM). A suite of continuous (2000–09) medium-range resolution (20-km grid spacing) ensemble-based simulations is conducted. Hovmöller and Taylor diagrams are utilized to evaluate simulated temperature and precipitation. In addition, Mann-Kendall modified trend tests and Sieve-bootstrap trend tests are performed to evaluate the statistical significance of trends in soil moisture differences. Finally, this research reveals potential hot spots of suitable deployment and regions to avoid. Topic 2 presents spatio-temporal Bayesian models which quantify the robustness of control simulation bias, as well as biofuel impacts, using three spatio-temporal correlation structures. A hierarchical model with spatially varying intercepts and slopes display satisfactory performance in capturing spatio-temporal associations. Simulated temperature impacts due to perennial bioenergy crop expansion are robust to physics parameterization schemes. Topic 3 further focuses on the accuracy and efficiency of spatial-temporal statistical modeling for large datasets. An ensemble of spatio-temporal eigenvector filtering algorithms (hereafter: STEF) is proposed to account for the spatio-temporal autocorrelation structure of the data while taking into account spatial confounding. Monte Carlo experiments are conducted. This method is then used to quantify the robustness of simulated hydroclimatic impacts associated with bioenergy crops to alternative physics parameterizations. Results are evaluated against those obtained from three alternative Bayesian spatio-temporal specifications.