Mappatura delle isole di calore urbano durante eventi estremi a supporto dei piani di adattamento: il caso studio del Comune di Venezia

For over a century the Earth has been affected by a global increase in temperatures, caused by anthropogenic activities. Among the local and regional impacts of climate change, extreme weather events, such as heat waves, appear to be increasing, both in terms of frequency, duration and intensity. The most affected areas appear to be the most anthropized ones, where the dynamics of the so-called urban heat islands tends to amplify the extreme meteorological phenomenon and, consequently, the associated climate risk. The phenomenon of urban heat islands is caused by several factors, including land cover and use, albedo and urban morphology. The impacts of such climatic extremes on the territory can be important, especially in terms of public health for the most vulnerable population groups. The main objective of the thesis aims to investigate the spatial dynamics of urban heat islands within the Municipality of Venice. The specific objectives of the research intend to: i) map surface temperatures at urban and sub-urban scales; ii) investigate the relationship between heat islands and land consumption; iii) identify thermal hotspots within the municipal territory; iv) investigate the spatial variability of temperatures from the coastline. Through meteorological analyzes of data from three ARPAV stations (Venice-Istituto Cavani, Favaro Veneto and Cavallino-Treporti), two days were identified for the spatial analysis of heat islands, i.e. 3 July and 4 August 2022. Through the acquisition of thermal images from the Landsat 8-9 satellite (OLI/TIRS) and the use of Geographic Information Systems methodologies and geoprocesses - used in an open-source environment (QGIS) - it was possible to derive, model and evaluate the spatial distribution of surface temperatures and to geovisualize urban heat islands. The analysis in a GIS environment also made it possible to quantify the heat islands at the level of administrative areas (5 and 6), revealing that the areas with higher thermal values are, in general, located on the mainland, while the insular part records average temperatures up to 4.6°C lower. On both days the industrial center of Marghera was the hottest sector at municipal level (average temperature equal to 27.3 °C on 04/08). Spatial analyzes of the relationship between surface temperatures and land cover indicate that, on average, water surfaces are up to 5°C higher than land. Finally, by applying the Ordinary Leat Squares regression model, a positive correlation between land consumption and surface temperatures was observed, equal to 0.303 for 03/07 and 0.074 for 04/08. This work, highlighting the spatial variability of extreme surface temperature values, constitutes a first knowledge base for the implementation of climate adaptation and mitigation plans for urban heat islands.

Da oltre un secolo la Terra è interessata da un aumento globale delle temperature, causato dalle attività antropiche. Tra gli impatti locali e regionali del cambiamento climatico, gli eventi meteorologici estremi, come le ondate di calore, risultano essere in aumento, sia in termini di frequenza che di durata ed intensità. Le aree più colpite risultano essere quelle più antropizzate, ove la dinamica delle cosiddette isole di calore urbano tende ad amplificare il fenomeno meteorologico estremo e, di conseguenza, il rischio climatico associato. Il fenomeno delle isole di calore urbano è causato da diversi fattori, tra cui la copertura ed uso del suolo, l’albedo e la morfologia urbana. Gli impatti di tali estremi climatici sul territorio possono essere importanti, soprattutto in termini di salute pubblica per le fasce di popolazione più vulnerabili. L’obiettivo principale della tesi si propone di indagare la dinamica spaziale delle isole di calore urbano all’interno del Comune di Venezia. Gli obiettivi specifici della ricerca intendono: i) cartografare le temperature superficiali a scala urbana e sub-urbana; ii) approfondire la relazione tra isole di calore e consumo di suolo; iii) identificare hotspot termici all’interno del territorio comunale; iv) indagare la variabilità spaziale delle temperature dalla linea di costa. Tramite analisi meteorologiche dei dati di tre stazioni ARPAV (Venezia-Istituto Cavani, Favaro Veneto e Cavallino-Treporti) sono state identificate due giornate per l’analisi spaziale delle isole di calore, ossia il 3 luglio ed il 4 agosto 2022. Tramite l’acquisizione di immagini termiche del satellite Landsat 8-9 (OLI/TIRS) e l’utilizzo di metodologie e geoprocessi propri dei Geographic Information Systems - utilizzati in ambiente open-source (QGIS) - è stato possibile derivare, modellizzare e valutare la distribuzione spaziale delle temperature superficiali e di geovisualizzare le isole di calore urbano. L’analisi in ambiente GIS ha inoltre consentito di quantificare le isole di calore a livello di ambiti amministrativi (5 e 6), rivelando che le zone con valori termici più elevati sono, in generale, localizzati sulla terra ferma, mentre la parte insulare registra temperature medie fino a 4,6 °C inferiori. In entrambi i giorni il polo industriale di Marghera risulta essere il settore più caldo a livello comunale (temperatura media pari a 27,3 °C in data 04/08). Le analisi spaziali del rapporto tra temperature superficiali e copertura del suolo indicano che, in media, le superfici acquatiche presentano valori fino a 5 °C superiori alla terraferma. Applicando, infine, il modello di regressione Ordinary Leat Squares è stata osservata una correlazione positiva tra consumo di suolo e temperature superficiali, pari a 0,303 per il 03/07 e 0,074 per il 04/08. Il presente lavoro, mettendo in luce la variabilità spaziale dei valori estremi di temperatura superficiale, costituisce una prima base conoscitiva per l’implementazione di piani di adattamento climatico e di mitigazione alle isole di calore urbano.