Da modello a sito pilota per il miglioramento del comfort termico: il caso studio della città di Genova nell'ambito del progetto Climactions

Introduzione

Le città sono oggi sottoposte al fenomeno isola di calore urbana (UHI), responsabile di temperature più elevate nelle aree urbane rispetto a quelle circostanti, con impatti sulla salute della popolazione vulnerabile,^1-4 in particolare dove siano presenti disuguaglianze socioeconomiche.^5-7 Esse sono caratterizzate da un tessuto urbano densamente costruito e cementificato,⁸ che porta alla scomparsa di aree verdi e specie autoctone,⁹ con conseguente vulnerabilità agli effetti del cambiamento climatico (ondate di calore, inondazioni e uragani)^10-13. 

La città di Genova è densamente costruita e popolata⁵ ed è annoverata fra le città europee con la popolazione più anziana, con oltre il 28% di over 65 dei circa 600.000 abitanti complessivi.¹⁴ Al suo interno, il quartiere di Cornigliano (Municipio VI) è stato identificato da diversi studi come area critica sia a livello di surriscaldamento urbano15 sia per la salute degli abitanti^4-6. 

L’introduzione delle nature-based solutions (NbS)¹⁶ all’interno delle città può rappresentare una strategia importante per mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici¹² e migliorare le condizioni di salute¹³ e ambientali (per esempio, diminuzione del deflusso delle acque piovane, miglioramento della qualità dell’aria, aumento della biodiversità).^17-19 Per studiarne i potenziali benefici, un approccio ampiamente utilizzato consiste nell’effettuare simulazioni microclimatiche con il software ENVI-met.²⁰ Tuttavia, la maggior parte degli studi a oggi effettuati con questo software si concentrano su aree di grandi dimensioni^21,22 o canyon urbani^23,24; sono meno frequenti gli studi su scala ridotta.²⁵

Obiettivi

L’obiettivo del presente studio è di valutare gli effetti microclimatici dati dall’introduzione delle NbS a micro scala in un’area del tessuto urbano densamente costruito della città di Genova e ottimizzare il comfort termico tramite l’introduzione di specie vegetali selezionate. Lo studio è stato condotto nell’ambito del progetto Climactions.²⁶

Materiali e metodi

Criteri di selezione delle specie vegetali

Per poter procedere con la selezione delle specie vegetali finalizzata alla piantumazione nel sito pilota, è stata approntata una checklist dei criteri per la selezione delle specie (tabella 1),^27-29 tenendo conto soprattutto dei servizi e disservizi ecosistemici forniti, con particolare attenzione alla mitigazione del fenomeno isola di calore e alla mitigazione dell’inquinamento atmosferico. Altri aspetti fondamentali da considerare per la scelta delle specie sono: una buona stratificazione della vegetazione per massimizzare l’effetto di mitigazione del microclima; un numero adeguato di specie per evitare sia la monospecificità sia l’eccessiva diversità.

Scenari progettuali

Al fine di indagare le performance date dall’inserimento di alcune NbS all’interno del tessuto urbano della città di Genova, è stato individuato di concerto con il Comune un’area nel Municipio VI medio-ponente con numerose criticità. Sono stati elaborati e analizzati tre scenari (tabella 2)²⁹ relativi a Piazza Metastasio, con un progressivo aumento in ciascuno di essi della quantità di vegetazione e della sua stratificazione. Inoltre, è stata considerata anche la quantità di biomassa e la dimensione delle chiome per ogni specie, per esempio, specie arboree con chiome piccole sono state inserite nello scenario con minore inverdimento, specie con chiome più ampie sono state inserite nello scenario con maggiore inverdimento. Il materiale inserito nel software per simulare la pavimentazione è un calcestruzzo chiaro, con coefficiente di albedo 0,8 ed emissività 0,9 (valori estratti dalla tabella dei materiali di ENVI-met V4.4.5).

Modello microclimatico ENVI-met

La dimensione del modello impostato è di circa 120 x 120 m, con una dimensione della piazza oggetto di studio di 30 x 50 m. I dati climatici sono stati prelevati, per gli anni 2002-2020, dall’Osservatorio Meteorologico dell’Università di Genova (44°24′53.37” N 8°55′35.99” E). La giornata utilizzata per le simulazioni è stata quella del 5 agosto 2003, identificata come la più calda degli anni presi in esame; in particolare, è stato simulato l’intervallo 13:00-15:00, ovvero le ore con la maggiore radiazione solare diretta sulle superfici. Inoltre, in letteratura, il periodo luglio-agosto del 2003 è stato riportato, per la città di Genova, come quello con la più elevata correlazione tra valori massimi di temperatura ed eccesso di mortalità tra le persone over 74.³ 

I parametri che caratterizzano le specie impiegate per le simulazioni sono stati inseriti nel database di ENVI-met per fornire le dimensioni reali in condizioni di stress, quali quelle dell’ecosistema urbano. I dati impiegati per questa operazione sono stati ricavati dalle schede QUALIVIVA³⁰ per la simulazione di scenari il più possibile verosimili. 

Partecipanti

Lo studio ha interessato Piazza Metastasio nel quartiere di Cornigliano (VI Municipio) a Genova. Quest’area è risultata particolarmente critica per la popolazione per densità abitativa, assenza di significative aree verdi e condizioni meteoclimatiche. 

Misure di outcome

Valutare l’Universal Thermal Climate Index (UTCI)31 ha consentito di stimare le sensazioni di benessere/malessere degli utenti dell’area in esame e il potenziale miglioramento di tali percezioni tramite scenari di inverdimento mirati.

Risultati

Specie selezionate

Sono state selezionate specie vegetali ad alta performance energetica (capacità di contrastare gli sbalzi termici), arboree con elevata densità della chioma (per aumentare l’ombreggiamento), autoctone e coerenti con il contesto climatico, con ridotta idroesigenza e resistenza ai patogeni. In tabella 3 sono riportate le specie selezionate per l’inserimento nelle simulazioni del software.

Risultati per scenario

La sintesi grafica di tutte le simulazioni eseguite nel sito di Piazza Metastasio è riportata in tabella 4 e rappresenta l’area complessiva della simulazione per apprezzare l’impatto dell’inverdimento sul contesto dell’intervento.

Vengono riepilogati gli aspetti più salienti per scenario in tabella 5, che riporta i valori medi riferiti all’area oggetto di intervento di riqualificazione.

• scenario “minimo inverdimento”: si riscontra una temperatura massima dell’aria di circa 32,6°C, inferiore di circa 1,8°C rispetto allo stato di fatto. Anche la valutazione dell’UTCI presenta una diminuzione di circa 4,1°C rispetto alla simulazione dello stato di fatto, riportando una temperatura minima in corrispondenza delle alberature di circa 37,9°C. La velocità dell’aria risulta, invece, ridotta di circa 0,2 m/s rispetto allo stato di fatto;
• scenario “medio inverdimento”: i risultati mostrano una temperatura massima di circa 32,8°C, inferiore di circa 1,6°C rispetto allo stato di fatto. Rispetto allo scenario 1, si riscontra una diminuzione di UTCI nella porzione della piazza a Sud, corrispondente con l’inserimento dell’aiuola, che consente un abbassamento della minima fino a 36,7°C, con una diminuzione fino a 5,3°C rispetto alla simulazione dello stato di fatto. La velocità dell’aria risulta ridotta di circa 0,5 m/s rispetto allo stato di fatto;
• scenario “massimo inverdimento”: i risultati riportano una temperatura massima dell’aria all’interno della piazza di circa 33,2°C, ovvero 1,2°C inferiore rispetto allo stato di fatto. In questo scenario risulta notevole l’abbassamento dell’UTCI, che scende intorno a una temperatura minima di 36,6°C, con una diminuzione fino a 5,4°C rispetto allo stato di fatto. La velocità dell’aria risulta ridotta di circa 0,6 m/s rispetto allo stato di fatto.

Selezione dello scenario e realizzazione dell’inverdimento

Dopo una stima dei costi potenziali, il Comune di Genova ha deciso di optare per la cantierizzazione di quello indagato come scenario “minimo inverdimento”: inserimento di una quantità minima di vegetazione al fine di effettuare una bassa manutenzione delle specie vegetali e che comportasse costi in linea con il budget a disposizione del Comune ai fini di una riqualificazione dell’area.

A seguito di consultazione dei gestori delle reti e dei sottoservizi, è stato adeguato il progetto per posizione delle aiuole, in considerazione delle problematiche relative alle sotto utenze (in particolare, la presenza di rete gas e acqua). La Direzione Mobilità e Traporti del Comune di Genova ha prescritto il contenimento delle aiuole entro la profondità degli stalli di sosta e che le piante non interferissero con il passaggio veicolare e pedonale (figura 1). 

I lavori di miglioramento climatico di Piazza Metastasio sono stati effettuati attraverso la realizzazione di aiuole continue di larghezza 1 m e lunghezza 10 m, con una profondità pari a 50-60 cm nelle quali sono state messe a dimora 10 alberature di Cercis Siliquastrum con circonferenza pari a 16/18 e copertura delle aiuole mediante piante tappezzanti quali, per esempio, Hedera helix ‘elegantissima’ per 38 m².

Gli alberi sono stati dotati degli opportuni ancoraggi radicali alla zolla e dotati di tubo microfessurato per l’irrigazione di soccorso sino all’affrancamento delle piante. Infine, sono stati ritracciati gli stalli per la sosta nella nuova configurazione della piazza. Il risultato finale è visibile in figura 2.

Discussione

Lo studio effettuato ha consentito di simulare a piccola scala i benefici in termine di comfort termico per fornire i dati necessari per allestire un sito pilota, ottimizzandone la prestazione microclimatica.

L’aumento della temperatura dell’aria negli scenari con maggior inverdimento rispetto allo scenario “minimo inverdimento” potrebbe essere dovuto alla riduzione della ventilazione, dovuta alla maggior presenza di vegetazione arbustivo-arborea densa negli scenari 2 e 3, che potrebbe ridurre il flusso del vento.^32-35

È noto che la copertura prativa può effettivamente ridurre la temperatura complessiva della superficie del terreno³⁵ e contribuire alla diminuzione della temperatura dell’aria grazie alla copertura omogenea e permeabile che consente lo scambio termico tra suolo e atmosfera. Inoltre, anche altre ricerche³⁶ documentano una capacità di raffrescamento in termini di riduzione della temperatura superficiale da parte di diversi strati di vegetazione secondo la sequenza prato > arbusti > alberi. Tuttavia, occorre ricordare che i risultati ottenuti sullo strato arbustivo potrebbero essere influenzati dalla riparametrizzazione della specie scelta, che mostrava valori mancanti dal database predefinito con conseguente distorsione degli stessi. Diverse ricerche mostrano anche il ruolo del vento sul microclima urbano, anche se ci possono essere molti fattori che possono influenzarlo.^37-39 Tuttavia, nel presente studio non è stato rilevato alcun peggioramento dell’UTCI legato alla diminuzione della velocità del vento. Questo risultato può essere correlato all’effetto degli alberi che, pur rallentando il flusso d’aria, aumentano anche gli scambi con l’atmosfera. Le ricerche citate mettono in evidenza anche l’influenza della progettazione del paesaggio sul raggiungimento di un miglioramento microclimatico, per esempio, la distribuzione spaziale della vegetazione all’interno dell’area selezionata, il tipo di vegetazione, in relazione alle caratteristiche urbane e alle condizioni climatiche.

La combinazione tra l’uso di pavimentazioni chiare e la vegetazione risulta una buona strategia per combattere il surriscaldamento urbano, come dimostrato da risultati analoghi di altri studi40 che riportano anche una corrispondente riduzione dell’UTCI42.

Poiché gli studi dimostrano anche che la mortalità aumenta a causa di stress moderato e forte con UTCI superiore a 26°C e 32°C,41 la riduzione massima dell’UTCI da 42°C (stato attuale) a 37°C (scenario “massimo inverdimento”) raggiunta grazie agli scenari di progettazione ipotizzati non sembra sufficiente. Vale comunque la pena di ricordare che le simulazioni si riferiscono al giorno più caldo registrato a Genova negli ultimi 20 anni. Per migliorare ulteriormente il comfort termico, infine, sarebbe consigliabile l’integrazione di vari tipi di NbS per l’intero quartiere. 

In generale, i migliori risultati in termini di benefici microclimatici si ottengono quando viene raggiunto un certo grado di stratificazione della vegetazione. Inoltre, l’uso di specie erbacee e arbustive è essenziale per sostenere la biodiversità locale. In tutti gli scenari analizzati, si riscontra una relazione tra la geometria dell’albero (altezza, forma e larghezza della chioma) e l’effetto localizzato dei benefici sotto la chioma. Pertanto, l’identificazione e l’uso di corretti parametri relativi alla geometria per le simulazioni sembra molto rilevante. 

Conclusioni

Diversi scenari progettuali con specie vegetali selezionate, rispetto allo stato attuale (no NbS), possono svolgere un ruolo chiave nel miglioramento delle condizioni microclimatiche durante l’estate, mitigando in particolare la temperatura dell’aria (fino a 1,8°C per lo scenario a minore inverdimento), determinando un rilevante miglioramento dell’UTCI (fino a 5,4°C per lo scenario con massimo inverdimento). 

Nel complesso, il tipo e la percentuale di copertura degli strati vegetali gioca un ruolo fondamentale in tutti i parametri microclimatici. 

La considerazione accurata dei parametri che caratterizzano le specie selezionate nel database ENVI-met è fondamentale per raggiungere un livello di accuratezza elevato. Inoltre, le specie vegetali possono essere selezionate con un approccio sistemico per massimizzare il beneficio termico e la fornitura di servizi ecosistemici. 

Lo studio ha consentito di selezionare la strategia progettuale più efficace per la stesura di un progetto esecutivo per un intervento pilota di riqualificazione. 

Conflitti di interesse dichiarati: nessuno.

Finanziamenti: Ministero della Salute – CCM 2019 “Adattamento e mitigazione ai cambiamenti climatici: interventi urbani per la promozione della salute – Climactions”. CUP F85J19001810001

Ringraziamenti: gli autori desiderano ringraziare Elena Mora per il supporto scientifico e il progetto QUALIVIVA promosso dal Ministero delle Politiche Agricole Alimentari e Forestali per i dati sulle alberature impiegati nella riparametrizzazione delle specie.

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