Introducción

En muchas regiones del mundo, se espera que el cambio climático aumente los efectos de las olas de calor, incluyendo el aumento de las temperaturas en las ciudades (¹). Además, la rápida urbanización causa muchos problemas ecológicos y ambientales, y disminuye la calidad de muchos entornos en todo el mundo (²). La actividad humana en las ciudades conduce a un gran cambio en el clima local, la temperatura, la humedad del aire y las precipitaciones (³).

La arborización urbana se destaca como una medida para mitigar los diversos factores negativos que conlleva la urbanización. Gonçalves, Monteiro, dos Santos, Maia e Rosal (⁴), señalan que los bosques urbanos desempeñan un papel importante en el mantenimiento de un entorno urbano saludable y son esenciales para la armonía entre los seres humanos y los entornos en los que viven.

En las ciudades, la contaminación atmosférica, debida principalmente a las partículas y los gases, causa preocupaciones sociales relacionadas con la salud humana, los ecosistemas, la infraestructura y la economía, es por eso que los entes gubernamentales ya centran sus actividades en la implementación de los árboles urbanos como parte de las medidas de reglamentación ambiental (⁵).

Martini, Biondi y Batista (⁶), afirman que las zonas con mayores proporciones de cobertura arbórea son las que tienen las mejores características de temperatura y humedad en todas las estaciones del año. Esto se debe a que los mejores reguladores climáticos existentes son los árboles, que actúan naturalmente para estabilizar el microclima (⁷). Para Martelli y Cardoso (⁷), los árboles proporcionan muchos beneficios en el medio ambiente, como son la mejora de la calidad del aire y las islas de calor, la composición de la estética local, la reducción del ruido urbano, el desarrollo cognitivo de los niños y el alivio del estrés. Además, pueden atraer la fauna, al igual que reducir la contaminación del aire y actuar como una interceptación de la luz solar, y la energía solar.

En el proceso de intercepción de la luz solar por parte de los árboles la amplitud térmica del lugar disminuye, porque el calor se consume debido a la evapotranspiración y el suministro de sombra que proporcionan las copas de los árboles, el cual, es alto (⁷). A través de la evapotranspiración, las plantas son capaces de bajar la temperatura a su alrededor.

Las zonas verdes urbanas ayudan a regular el microclima y a combatir el calor, debido a su capacidad para modificar la temperatura, la humedad y el viento (⁸). Sin embargo, para que todo ocurra de la mejor manera, es necesaria una correcta planificación. La planificación del arbolado urbano debe ir incluida en la creación de parques, bosques y el arbolado de las calles, son las medidas más eficaces para promover cambios en el microclima urbano (⁹). Por lo tanto, es importante que la planificación de la arborización sea adecuada para evitar diversos problemas ambientales y reducir los existentes.

De este modo, una selección ideal de especies para ser plantadas en ecosistemas urbanos debería tener en cuenta criterios ecológicos, paisajísticos, sociales y urbanos, con información adecuada sobre la biología y la morfología de las especies (¹⁰). Además, para generar herramientas de adaptación de las ciudades ante el cambio climático, es fundamental conocer las características de los árboles que más contribuyen a la mejora microclimática.

En este contexto, el presente estudio tuvo como objetivo evaluar la influencia microclimática que proporcionan los árboles de diferentes tamaños a fin de establecer cuáles de ellos presentan las mejores características en cuanto a reducción térmica y aumento de la humedad relativa en las zonas urbanas.

Materiales y métodos

El estudio se llevó a cabo en el Campus de la Universidad Federal de Viçosa, situado en la ciudad de Viçosa, Minas Gerais, Brasil. Según la clasificación de Köppen, la ciudad está situada en la región climática de tipo Cwa, con inviernos fríos o suaves y veranos calurosos (¹¹), y una altitud media de 648 metros.

Las estaciones meteorológicas de la ciudad, indican que la temperatura media de agosto y septiembre de 2019 en la ciudad de Viçosa fue de 18,8 °C, con un rango de 5,8 °C a 34,9 °C. La humedad relativa promedió el 75 %, con un máximo de 98 % y un mínimo de 23 %. La velocidad media del viento fue de 2,6 m/s, con un máximo de 11,2 m/s (¹¹).

Para el desarrollo de la investigación, se analizaron veintisiete árboles, de nueve especies diferentes (figura 1 ), clasificados en tres tamaños de altura (¹²), - pequeño (hasta 8 m de altura y con DAP inferior a 0,5 m), mediano (de 8 a 12 m de altura y con DAP entre 0,5 y 1,0 m) y grande (con una altura superior a 12 m y con DAP superior a 1,0 m). Se analizaron tres individuos de cada especie: los pequeños Murraya paniculata (L.) Jack, Tecoma Stans (L.) Juss. ex Kunth y Tibouchina granulosa (Desr.) Cogn., los medianos Bauhinia variegata L., Licania tomentosa (Benth.) Fritsch y Filicium decipiens (Wight & Arn.) Thwaites, Spathodea campanulata P. Beauv., Delonix regia (Bojer ex Hook.) Raf. y Libidibia ferrea (Mart. Ex Tul.) L.P.Queiroz. El trabajo fue realizado a partir de un estudio meteorológico según la metodología adaptada de Martini, Biondi y Batista (⁶). Para el análisis de las variables meteorológicas se utilizaron dos medidores de estrés térmico AK887 y dos anemómetros AK800A, ambos del fabricante AKSO, los cuales, se fijaron a un trípode a la altura de 1,5 metros del suelo.

Figura 1 Localización de los árboles muestreados en el estudio, dentro del Campus de la UFV en Viçosa. 

Figure 1. Location of trees sampled in the study, inside the UFV Campus in Viçosa, MG.

El equipo de estrés térmico, AK887, mide la temperatura ambiental (bulbo seco), la temperatura del globo (interior y exterior), la humedad relativa y la presión absoluta. Tiene una precisión de 0,1 ºC para la temperatura ambiente y logra medir valores entre 0 ºC y 50 ºC. También mide la humedad relativa del aire (HR) en el rango de 0 a 99 %, con una precisión del 0,1 %. El anemómetro, AK800A, es capaz de medir velocidades de viento de hasta 30 m/s con una resolución de 0,1 m/s y una precisión del 3 % + 0,2 m/s para más o menos.

La ubicación de los equipos fue la siguiente, un equipo se mantenía a la sombra proyectada por la copa del árbol y el otro en medio del sol, a una distancia igual al diámetro de la copa de cada individuo, de igual manera para todos los árboles.

La toma de datos se realizó a finales de agosto y principios de septiembre de 2019, con días de cielo despejado o con poca presencia de nubes, de 13:00 a 15:00 horas, con intervalos de conteo cada 30 segundos, durante 20 minutos para cada árbol, se totalizaron 40 conjuntos de datos por cada individuo. Las variables meteorológicas evaluadas simultáneamente entre los sitios fueron: la temperatura del aire (°C), la humedad relativa del aire (%) y la velocidad del viento (m/s).

Para el análisis estadístico de los datos se utilizó el programa InfoStat, en el que se realizaron los siguientes análisis: determinación de las medias totales de las variables meteorológicas en cada situación; análisis de la varianza para los valores medios totales presentados por el equipo lejos del árbol (soleado) y bajo la cubierta (sombreado); análisis de la varianza para los valores de la diferencia media entre el equipo lejos del árbol (soleado) y bajo la cubierta (sombreado) agrupado por tamaño del árbol y por especies, además de una prueba de Tukey para la comparación de las medias con una probabilidad del 95 % media general entre soleado y sombreado, así como la media de las diferencias entre los lugares por tamaño del árbol y por especies.

Resultados y discusión

Las condiciones meteorológicas entre el entorno soleado y el sombreado (bajo la cubierta) mostraron una diferencia estadística significativa para las variables temperatura y humedad relativa, pero no para los valores de la velocidad del viento (Cuadro 1 ).

Cuadro 1 Análisis general de las variables meteorológicas entre lugares soleados y sombreados. 

La temperatura del aire era aproximadamente 4 °C más baja en la sombra y la humedad relativa era 6,03 unidades más alta, es por eso, una de las razones por las que los árboles proporcionan un enfriamiento más agradable y un microclima es el sombreado en el lugar (¹³), el cual, puede ser destacado y cuantificado en este estudio. Estudios han demostrado la disminución de la temperatura del aire bajo la cubierta de los árboles individuales o grupos de árboles, donde se destaca la sombra sombreado como un factor importante para la variación de la temperatura (¹⁴), (¹⁵).

El autor Furtado (¹⁶), afirma que debido a la sombra del árbol hay una reducción en la conversión de la energía radiante en calor sensible y las temperaturas de los objetos sombreados se vuelven más bajas. Wu e Chen (¹⁷) afirman que esta disminución de la temperatura también se produce debido al aumento de la evapotranspiración. Esto ocurre porque la evapotranspiración en la superficie de las hojas conduce a un enfriamiento de las hojas y del aire adyacente. Debido a las funciones biológicas durante la fotosíntesis, en donde, las especies de plantas liberan humedad en el medio ambiente, lo que contribuye a un aumento de la humedad (¹⁸).

El enfriamiento se produce porque, además de que la vegetación aumenta la evapotranspiración y reduce el calentamiento sensible, cualquier cambio en los niveles de albedo entre la vegetación y la superficie que reemplaza provoca cambios en la radiación líquida, lo que disminuye la temperatura (¹⁹). Según los estudios realizados por Puliafito, Ochata y Allende (²⁰), los árboles interceptan la radiación solar hasta en un 90 %, donde la humedad relativa es mayor debido a la evapotranspiración, lo que se evidenció en los resultados del ambiente bajo el efecto de la sombra.

Estudios han demostrado que el aumento de la vegetación urbana puede disminuir significativamente la temperatura urbana (²¹)(²²) (²³)(²⁴), a través de la evapotranspiración y de la sombra proyectada.

En un estudio realizado por Mascaraó y Mascaraó (²⁵), se mostró una disminución de 3 a 4 °C para la temperatura y de 3 a 10 % para la humedad relativa entre las zonas con y sin vegetación, respectivamente. Además de la disminución de la temperatura, el aumento de la humedad relativa también contribuye a la mejora microclimática. En las zonas boscosas, este aumento de la humedad relativa se produce debido a la termorregulación generada por el dosel de los árboles en el proceso de evapotranspiración (²⁶). Los estomas de las hojas de los árboles funcionan como bombas de agua autorreguladas, se abren cuando se dispone de agua y calor y se cierran cuando se producen situaciones adversas, esta apertura ayuda a refrescar el ambiente debido a la evapotranspiración y el cierre ayuda a preservar las condiciones agradables en el microclima (²⁷). Este conjunto de acciones produce alrededor del árbol una mayor humedad relativa.

También es importante señalar que, según Mascaraó y Mascaraó (²⁵), el viento puede disminuir las diferencias de temperatura y humedad relativa entre las zonas soleadas y sombreadas. Sin embargo, este efecto se verifica mejor cuando la velocidad del viento es superior a 1,5 m/s. Cuando la velocidad del viento es baja, la mayor parte de la temperatura es el resultado del balance de la radiación solar en el sitio (²⁸).

De los diferentes tamaños analizados en esta investigación, se encontró que los árboles de tamaño mediano presentaban los resultados más expresivos en la mejora del microclima urbano, siendo estadísticamente distintos de los otros (Cuadro 2 ).

Cuadro 2 Promedio de la diferencia entre los valores de las variables meteorológicas del entorno soleado al sombreado considerando los diferentes tamaños de los árboles. 

Los árboles de tamaño mediano mostraron mejores resultados, debido a una disminución media de 4,19 °C en la temperatura y un aumento de 7,31 unidades de humedad relativa. Las dos variables, temperatura y humedad relativa, mostraron una diferencia significativa sólo para los árboles de tamaño mediano, pero para la variable de la velocidad del viento esta diferencia no se produjo. La diferencia en la velocidad del viento era mayor para los árboles grandes y menor para los pequeños.

Según Zardo, Geneletti y Pérez-Soba (²⁹), los árboles que tienen un dosel menor a dos metros de diámetro no tienen una sombra que sea significativa para los beneficios humanos, pero sí tienen una contribución significativa en relación con la evapotranspiración. La cantidad de cubierta de copa y las características de las especies de árboles son las principales variables que afectan al potencial de evapotranspiración (¹⁵).

Muchas ciudades brasileñas tratan de reemplazar los árboles medianos y grandes por arbustos bajos, ignorando el beneficio que los árboles con alturas superiores a los 6 metros traen a la comunidad, especialmente en términos de regulación microclimática (³⁰).

Júnior, Melo, Cunha y Stangerlin (³¹), al realizar un inventario de 212 árboles, determinaron que los árboles con alturas de 8 a 12 metros establecen mejores servicios a la comunidad, ya que no tienen una altura que perjudique la accesibilidad de los peatones y no son demasiado altos para interferir con la red eléctrica. Así, las ciudades que optan por mantener y establecer árboles medianos y grandes, en lugar de utilizar arbustos, generan mejores beneficios en términos de calidad de vida, los cuales reducen la temperatura y aumentando la sombra (³⁰).

Los valores extremos (máximo y mínimo) de las variables meteorológicas obtenidas en cada tamaño de árbol permiten detallar los resultados encontrados (Figura 2 ).

Figura 2 Análisis de los valores máximos y mínimos de las variables meteorológicas de los tres tamaños diferentes de árboles. 

Figure 2. Analysis of the maximum and minimum values of the meteorological variables of the three different tree sizes.

La figura muestra los valores máximos y mínimos establecidos para cada tamaño y detalla, a nivel general, el aumento de la humedad relativa y la disminución de la temperatura en todos los tamaños. Ferrelli, Vitale y Piccolo (³²) en un estudio que abordó análisis diarios, mensuales y anuales del microclima del bosque urbano, encontraron que las variables humedad relativa y temperatura son los principales indicadores del microclima.

Puede observarse que el menor rango de temperatura y humedad relativa en el entorno de sombra se encontró en los árboles grandes (1,64 °C y 3,06 unidades de humedad relativa) y el mayor rango en los árboles pequeños (2,44 °C y 5,21 unidades de humedad relativa). Así, es posible inferir que los árboles grandes pueden disminuir aproximadamente las 53 unidades de la amplitud térmica, los árboles medianos las 51,2 unidades y los pequeños las 39 unidades.

La importancia de evaluar el rango de variación se debe a las proyecciones futuras o estimadas sobre el cambio climático. Lucena (³³) sostiene que los escenarios del modelo climático, especialmente para las ciudades, mostrarán un aumento de la temperatura máxima y mínima anual con días más cálidos, con un aumento de aproximadamente 4 °C, en relación con el valor presentado hoy.

En el proceso de intercepción de la luz solar, la amplitud térmica del lugar disminuye, porque el calor se consume debido a la evapotranspiración y el suministro de sombra que proporcionan las copas es alto (⁷). Estos resultados demuestran que los árboles pueden reducir la amplitud térmica y mejorar las condiciones microclimáticas en las ciudades.

Con este análisis se pudo observar que, si bien las especies de tamaño medio demostraron ser más eficientes para el mejoramiento microclimático, la mitigación de los extremos meteorológicos fue más significativa en las especies grandes.

Además de analizar la influencia microclimática del tamaño de los árboles, en este estudio también se realizó un análisis para comprobar qué especies resultan más eficientes (Cuadro 3 ).

Cuadro 3 Caracterización de las especies evaluadas y sus respectivos valores de diferencia - disminución de la temperatura y aumento de la humedad relativa y la velocidad del viento. 

La mayor disminución de la temperatura se observó en un individuo de L. tomentosa (4,67 °C), seguido de F. decipiens (4,19 °C) y D. regia (3,81 °C). En cuanto a la humedad relativa, el mayor aumento se produjo en un individuo de L. tomentosa (8,16 unidades), seguido de F.decipiens (7,11 unidades) y B. variegata (6,68 unidades).

Las especies L. tomentosa y F. decipiens, clasificadas como de tamaño medio, tienen en común la similitud de su estructura de copa densa, grande y cerrada, con una cantidad expresiva de hojas, lo que da lugar a una sombra más eficiente y a una mayor evapotranspiración. El dosel, cuando es muy denso, tiene la capacidad de retener más agua y aumentar la humedad relativa del aire debajo de él, así como el tipo de follaje, lo que es siendo importante para el control de la humedad del aire (³⁴).

Ciertos autores (Abreu-Harbich, Labaki y Matzarakis (³⁵), Sanusi, Johnstone, May, Livesley (³⁶)), señalan que las especies de árboles tienen diferentes funciones reguladoras en un microclima, y su correcta configuración es esencial para el funcionamiento de los bosques urbanos (³⁷). Por lo tanto, características como el ángulo de la hoja, el tamaño de la hoja, la densidad del dosel (³⁶), el tamaño del dosel, la altura del árbol y la altura de la copa (³⁸) pueden influir en los resultados. Según los estudios de Guarderas, Coelho y Silva (³⁹), los resultados mostraron que las diferentes especies de árboles pueden contribuir de diferentes maneras al microclima de las ciudades.

Según Tenório (³⁹), la especie L. tomentosa es una de las especies más utilizadas en la forestación urbana de Brasil, destacándose por tener una alta capacidad de adaptación en diferentes ambientes, con individuos vigorosos, ideales para mejoras climáticas significativas.

Martini, Biondi y Batista (⁶), ya han analizado tres especies de diferente tamaño que presentaron cambios en los valores de temperatura y humedad relativa del aire registrados entre ambientes soleados y sombreados, al igual que, se observó que existe una diferencia entre el uso de especies de tamaño grande, mediano y pequeño para el mejoramiento microclimático de la forestación urbana.

Aunque otras características son relevantes el comprender la influencia del tamaño de los árboles es un avance importante.

Conclusiones

Se conforma que bajo las condiciones de este estudio los árboles mejoran la calidad del microclima, proporcionando bienestar a los seres humanos, mediante la reducción de la temperatura del aire y el aumento de la humedad relativa y la velocidad del viento.

El efecto de sombra aportado por los árboles de tamaño medio, proporcionan un rendimiento eficaz con el aporte a la reducción térmica y aumento de la humedad relativa, lo cual, es consecuentemente directo para la mejoría de las condiciones del microclima urbano. Sin embargo, las especies grandes contribuyen más a la reducción de la amplitud térmica que las otras.

L. tomentosa y F. decipiens fueron las especies que presentaron mejores resultados en la regulación del microclima, debido a la disminución de la temperatura y el aumento de la humedad relativa.