El agua era la variable oculta del clima urbano. Investigadores de la Universidad Nacional de Pukyong, liderados por el profesor Kim Jae-jin del Departamento de Ciencias Atmosféricas y Ambientales y la estudiante de maestría Lee Hyun-ji, han desarrollado un nuevo modelo climático urbano llamado ‘BECLOUD’ (Building-rEsolving Computational fLuid dynamics model incorporating Output of Urban moisture and Dynamics). Este modelo combina un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) con una resolución a nivel de edificio con la microfísica de nubes cálidas.
Los resultados de esta investigación fueron publicados en la edición de marzo de la revista internacional ‘Sustainable Cities and Society’, publicada por Elsevier.
La investigación sobre el clima urbano se ha centrado tradicionalmente en el análisis de factores como las islas de calor urbano (UHI), las estructuras turbulentas y la dispersión de contaminantes, centrándose en el calor y el momento. Sin embargo, en la atmósfera urbana real, procesos de cambio de fase microfísicos como la condensación y evaporación del vapor de agua y la liberación de calor latente tienen un gran impacto en el balance de calor y humedad.
Especialmente en condiciones de alta temperatura y humedad en verano o antes y después de las precipitaciones, estos procesos de cambio de fase pueden alterar significativamente el entorno térmico local y la estructura de la humedad.
Los modelos meteorológicos de mesoescala existentes incluyen la microfísica de las nubes, pero es difícil reproducir con precisión las complejas estructuras de flujo a escala de edificio. Por el contrario, los modelos CFD con resolución de edificios pueden realizar análisis de flujo precisos, pero a menudo simplifican los procesos de condensación de humedad y cambio de fase.
Para superar estas limitaciones, el equipo de investigación desarrolló un modelo integrado que combina las estructuras de turbulencia fina formadas por la forma del edificio y los procesos de cambio de fase de las variables de humedad, incluida la microfísica de las nubes cálidas. Esto permite simular cuantitativamente el movimiento de la humedad, el intercambio de calor latente, la amplificación local de la humedad y los efectos de enfriamiento a escala de edificio.
El equipo de investigación confirmó que la mezcla turbulenta y la evaporación de la humedad que se producen en áreas densamente construidas interactúan para inducir cambios en el entorno térmico local, y que este efecto de acoplamiento fortalece la no linealidad del sistema climático urbano. La clave es comprender la atmósfera urbana no como un simple sistema de transferencia de calor, sino como un sistema complejo en el que la energía y el ciclo del agua están estrechamente vinculados.
El profesor Kim Jae-jin afirmó que “esta investigación es extensible a diversos campos, como la evaluación del entorno térmico urbano, el análisis de los cambios de humedad antes y después de las precipitaciones, la estimación de la evapotranspiración urbana y el análisis del comportamiento de la condensación en situaciones meteorológicas extremas. La tecnología de simulación climática urbana de alta resolución puede proporcionar una base científica para el diseño de ciudades inteligentes y la construcción de infraestructuras de adaptación al clima, y este es el mayor logro de esta investigación”.
Además, este enfoque también tiene un gran potencial de aplicación en el análisis del entorno operativo del transporte aéreo urbano (UAM). Las aeronaves de baja altitud pueden verse afectadas por fenómenos atmosféricos finos como la amplificación de la turbulencia, la condensación local de la humedad, la reducción de la visibilidad y la posible formación de nubes que se producen alrededor de los edificios altos, además de la velocidad media del viento. Se espera que este modelo, que considera simultáneamente la humedad y los cambios de fase a la resolución de los edificios, se utilice como una base científica para la evaluación de la ubicación de los vertipuertos (plataformas de despegue y aterrizaje de UAM), el diagnóstico del riesgo meteorológico a baja altitud y el establecimiento de normas de seguridad operativa.
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El equipo de investigación del profesor Kim Jae-jin llevó a cabo esta investigación con el apoyo del proyecto ‘Desarrollo de tecnologías clave para el funcionamiento seguro del transporte aéreo urbano coreano (K-UAM)’ (RS-2024-00404042) de la Administración Meteorológica de Corea.
Kim Su-ro, reportero de la oficina de cobertura de Yeongnam relationship6007@asiae.co.kr