Isla de frío de los parques urbanos: hacia la definición de parámetros de composición para la optimización del efecto de enfriamiento en distintos contextos climáticos mediante análisis remoto

Abstract

(English) Due to their composition, generally characterized by the predominant presence of vegetation and permeable soils, urban parks exhibit lower temperatures compared to other areas of the city. In many cases, this thermal reduction extends to the surrounding areas, generating the phenomenon known as the "park’s cool island" (PCI). This effect makes parks essential elements for regulating and mitigating urban heat, a problem exacerbated by the urban heat island effect, the global increase in temperatures, and the growing frequency and intensity of extreme heat events associated with climate change. These situations pose significant threats to public health, disproportionately affecting vulnerable groups and increasing heat-related mortality rates. Moreover, the limited availability of updated and detailed climatic data hinders the planning and design of effective mitigation strategies at the local level.

This research aims to establish design parameters that optimize the cool island effect of urban parks (PCI) in various climatic contexts, employing remote sensing techniques. To achieve this, a flexible methodology was developed based on satellite data analysis and statistical models, adaptable to both the availability of information and the specific characteristics of each case study. The methodology is structured into three main stages: 1) quantification of the intensity and spatial extent of the cool island effect generated by parks; 2) estimation of physical descriptors derived from remote sensing data; and 3) statistical analysis of the influence of the physical characteristics of parks and their surroundings on cool island effect indicators.

This study focuses on the cases of Barcelona (Mediterranean climate) and Mexicali (hot arid climate), selected for their contrasting climatic conditions and differing levels of institutional data availability. Initial results reveal that in Barcelona, with 86 urban parks, the average daytime summer PCI intensity was 1.51°C with a spatial extent of 78.02 meters, whereas Mexicali, with 435 parks, recorded an intensity of 0.90°C and a spatial extent of 119.03 meters. A notable contrast emerges in these parameters, as two parks in Barcelona showed no cool island effect (2.3%), while in Mexicali, this number increased to 133 parks (30.6%). The results demonstrate that vegetation is the primary regulator of urban temperature in both cities. In Mexicali, explanatory models incorporating variables derived from NDVI and supervised land cover classification using Random Forest achieved R² values exceeding 90% in spring and summer. In Barcelona, although NDVI was also relevant, the analysis highlighted limitations related to proximity to the sea and forested areas.

In conclusion, this research establishes a methodological framework to define design parameters for urban parks using remote sensing data, tailored to the functional and temporal needs of each context. This represents a significant step toward developing specific tools for urban planning decision-making, integrating key considerations for regulating and mitigating urban heat.

(Català) A causa de la seva composició, caracteritzada generalment per una presència predominant de vegetació i sòls permeables, els parcs urbans presenten temperatures més baixes en comparació amb altres zones de la ciutat. En molts casos, aquesta disminució tèrmica s'estén cap a les àrees circumdants, generant el fenomen conegut com a "illa de fred dels parcs" (IFP). Aquest efecte converteix els parcs en elements essencials per a la regulació i mitigació de la calor urbana, un problema agreujat per l'illa de calor, l'augment global de les temperatures i la creixent freqüència i intensitat d'esdeveniments extrems associats al canvi climàtic, situacions que representen amenaces per a la salut pública, afectant de manera desproporcionada grups vulnerables i incrementant les taxes de mortalitat atribuïdes a la calor. Així mateix, la limitada disponibilitat de dades climàtiques actualitzades i detallades dificulta la planificació i el disseny d'estratègies de mitigació adequades i efectives a escala local.

Aquesta investigació té com a objectiu establir paràmetres de disseny que optimitzin l'illa de fred dels parcs urbans (IFP) en diversos contextos climàtics, emprant tècniques de teledetecció. Per a això, es va desenvolupar una metodologia flexible basada en l'anàlisi de dades satel·litals i models estadístics, adaptable tant a la disponibilitat d'informació com a les particularitats de cada cas d'estudi. La metodologia es divideix en tres etapes principals: 1) quantificació de la intensitat i extensió espacial de l'efecte d'illa de fred generat pels parcs; 2) estimació de descriptors físics a partir d'informació de teledetecció; i 3) anàlisi estadística de la influència de les característiques físiques dels parcs i el seu entorn sobre els indicadors d'illa de fred.

Aquest estudi desenvolupa els casos de Barcelona (clima mediterrani) i Mexicali (clima càlid àrid), seleccionats per les seves condicions climàtiques contrastants i diferents nivells de disponibilitat d'informació institucional. Els primers resultats permeten identificar que, en el cas de Barcelona, amb 86 parcs urbans, es registra una intensitat mitjana durant el dia d'estiu de 1,51 °C amb un abast de 78,02 m, mentre que a Mexicali, amb 435 parcs, s'assoleix una intensitat de 0,90 °C i un abast de 119,03 m. Destaca un contrast inicial amb aquests paràmetres, on a Barcelona dos casos no van registrar efecte d'illa de fred (2,3 %), mentre que a Mexicali aquesta xifra va ascendir a 133 parcs (30,6 %). Els resultats mostren que la vegetació és el principal factor regulador de la temperatura urbana a ambdues ciutats. A Mexicali, els models explicatius que van integrar variables derivades del NDVI i la classificació supervisada de cobertures del sòl mitjançant Random Forest van assolir valors de R² superiors al 90 % a la primavera i l'estiu. A Barcelona, tot i que el NDVI també va ser rellevant, l'anàlisi va identificar limitacions relacionades amb la proximitat al mar i zones forestals.

En conclusió, aquesta investigació estableix una base metodològica per definir paràmetres de disseny de parcs urbans mitjançant informació remota, adaptats a les necessitats funcionals i temporals de cada context. Això representa un avanç cap a la construcció d'eines específiques per a la presa de decisions en la planificació urbana, integrant consideracions clau per a la regulació i mitigació de l'escalfament a les ciutats.

(Español) Debido a su composición, caracterizada generalmente por la predominante presencia de vegetación y suelos permeables, los parques urbanos presentan temperaturas más bajas en comparación con otras áreas de la ciudad. En muchos casos, esta disminución térmica se extiende hacia las zonas circundantes, generando el fenómeno conocido como “isla de frío de los parques” (IFP). Este efecto convierte a los parques en elementos esenciales para la regulación y mitigación del calor urbano, un problema agravado por la isla de calor, el incremento global de las temperaturas y la creciente frecuencia e intensidad de eventos extremos asociados al cambio climático; situaciones que representan amenazas para la salud pública, afectando desproporcionadamente a grupos vulnerables e incrementando las tasas de mortalidad atribuidas al calor. Asimismo, la limitada disponibilidad de datos climáticos actualizados y detallados dificulta la planificación y diseño de estrategias de mitigación adecuadas y efectivas a nivel local.

Esta investigación tiene como objetivo establecer parámetros de diseño que optimicen la isla de frío de los parques urbanos (IFP) en diversos contextos climáticos, empleando técnicas de percepción remota. Para ello, se desarrolló una metodología flexible basada en el análisis de datos satelitales y modelos estadísticos, adaptable tanto a la disponibilidad de información como a las particularidades de cada caso de estudio. La metodología se estructura en tres etapas principales: 1) cuantificación de la intensidad y extensión espacial del efecto de isla de frío generado por los parques; 2) estimación de descriptores físicos a partir de información de percepción remota; y 3) análisis estadístico de la influencia de las características físicas de los parques y su entorno sobre los indicadores de isla de frío.

Este estudio desarrolla los casos de Barcelona (clima mediterráneo) y Mexicali (clima caluroso árido), seleccionados por sus condiciones climáticas contrastantes y diferentes niveles de disponibilidad de información institucional. Los primeros resultados permiten identificar que, el caso de Barcelona con 86 parques urbanos, registra una intensidad promedio en el día de verano de IFP de 1.51°C con un alcance de 78.02m, mientras que, Mexicali con 435 parques, alcanzó una intensidad de 0.90°C y un alcance de 119.03m; destacando un contraste inicial mediante estos parámetros donde en Barcelona dos casos no registraron efecto de isla de frío (2.3%), meintras que en Mexicali este número subió a 133 parques (30.6%). Los resultados muestran que la vegetación es el principal factor regulador de la temperatura urbana en ambas ciudades. En Mexicali, los modelos explicativos que integraron variables derivadas del NDVI y la clasificación supervisada de coberturas de suelo mediante Random Forest alcanzaron valores de R² superiores al 90 % en primavera y verano. En Barcelona, aunque el NDVI también fue relevante, el análisis identificó limitaciones relacionadas con la proximidad al mar y áreas forestales.

En conclusión, esta investigación establece una base metodológica para definir parámetros de diseño de parques urbanos mediante información remota, adaptados a las necesidades funcionales y temporales de cada contexto. Esto representa un avance hacia la construcción de herramientas específicas para la toma de decisiones en la planificación urbana, integrando consideraciones clave para la regulación y mitigación del calentamiento en las ciudades.