Variaciones de las islas de calor y su relación con el arbolado urbano en Bogotá usando imágenes satelitales y análisis espaciales

Abstract

El fenómeno de islas de calor urbanas representa uno de los mayores desafíos para la planificación sostenible de ciudades, afectando el bienestar humano y la eficiencia energética en entornos urbanos. La vegetación urbana emerge como una solución basada en la naturaleza con potencial para mitigar estos efectos térmicos adversos. Esta investigación analiza las variaciones espacio-temporales de las islas de calor y su relación con el arbolado urbano en Bogotá (Colombia), usando metodologías que combinan teledetección y análisis espaciales. Se evaluaron los patrones de temperatura superficial terrestre (LST) durante 2014-2024 usando imágenes LANDSAT 8 y temperatura del aire nocturna (TA) para 2023-2024 con información de 24 estaciones meteorológicas. Para establecer las relaciones entre la intensidad de la isla de calor y la distribución y configuración del arbolado urbano, se emplearon métricas del paisaje e índices de autocorrelación espacial. Finalmente, la intensidad de enfriamiento se evaluó a partir del método de amortiguamiento mediante anillos de 30 m desde el borde del arbolado. Se desarrollaron códigos en JavaScript (Google Earth Engine) para el procesamiento de imágenes satelitales y en Python para el análisis de datos meteorológicos y la interpolación espacial. Los resultados indican un incremento de áreas con alta temperatura del 8% (27% en 2014 a 35% en 2024), concentradas principalmente en el suroccidente de la ciudad en las localidades de Antonio Nariño, Barrios Unidos, Bosa, Engativá, Fontibón, Kennedy, Los Mártires, Puente Aranda, Rafael Uribe Uribe y Tunjuelito, y patrones de agrupamiento de LST estadísticamente significativos (I de Moran > 0,96). Los parches arbóreos (≥ 900m²) señalaron una intensidad de enfriamiento de 1,76°C (LST) y 0,11°C (TA) con un alcance de 210m y 120m respectivamente. Las variables de forma del parche (I=-0,1342) y área núcleo del parche (I=-0,1197) presentaron las correlaciones más fuertes con la reducción térmica. Se identificó que los parches de arbolado de tamaño intermedio (2633-4244 m²) parecen tener la mejor combinación de intensidad de enfriamiento (2,11°C) y alcance alto (300m) para LST, mientras que los parches en zonas ya frescas muestran mejor desempeño térmico (2,2°C) que aquellos en zonas calientes (0,5°C). El análisis mediante Random Forest reveló un potencial de enfriamiento de hasta 8°C en zonas críticas como Kennedy, aunque la mayoría de las intervenciones arbóreas lograrían efectos moderados (1-2.5°C). Para la planificación urbana espacial, es fundamental priorizar la creación de corredores verdes estratégicos en las localidades occidentales que fragmenten la continuidad espacial de los clústeres térmicos, integrando criterios de composición y configuración espacial, priorizando especies con mayor capacidad de sombreado y evapotranspiración. Estos hallazgos proporcionan evidencia científica sobre la contribución del arbolado urbano a la mitigación de islas de calor, ofreciendo criterios para la planificación urbana sostenible (Texto tomado de la fuente).

This research analyzes the spatiotemporal variations of heat islands and their relationship with urban trees in Bogotá (Colombia), using methodologies that combine remote sensing and spatial analysis. Land Surface Temperature (LST) patterns during 2014-2024 were evaluated using LANDSAT 8 images and nighttime air temperature (TA) for 2023-2024 from 24 meteorological stations. JavaScript (Google Earth Engine) codes were developed for satellite image processing and Python scripts for meteorological data analysis and spatial interpolation. Results reveal an 8% increase in high-temperature areas (27% in 2014 to 35% in 2024), mainly concentrated in the southwestern part of the city in localities such as Antonio Nariño, Barrios Unidos, Bosa, Engativá, Fontibón, Kennedy, Los Mártires, Puente Aranda, Rafael Uribe Uribe, and Tunjuelito. Spatial autocorrelation analysis confirmed statistically significant clustering patterns (Moran's I > 0.96). Tree patches (≥900m²) generate a cooling intensity of 1.76°C (LST) and 0.11°C (TA) with ranges of 210m and 120m respectively. Patch shape (I=-0.1342) and core area (I=-0.1197) showed the strongest correlations with thermal reduction. Medium-sized patches (2633-4244m²) offer the best combination of cooling intensity (2.11°C) and high range (300m) for LST, while patches in already cool areas show better thermal performance (2.2°C) than those in hot areas (0.5°C). Random Forest analysis revealed cooling potential of up to 8°C in critical areas like Kennedy, although most tree interventions would achieve moderate effects (1-2.5°C). For urban spatial planning, it is essential to prioritize strategic green corridors in western localities that fragment the spatial continuity of thermal clusters, integrating composition criteria and spatial configuration, prioritizing species with greater shading and evapotranspiration capacity. These findings provide scientific evidence on the contribution of urban trees to heat island mitigation, offering criteria for sustainable urban planning.