Uno studio dell’Università di Manchester pubblicato sul Journal of Advances in Modeling Earth Systems ha integrato per la prima volta un modulo specifico per il calore da traffico veicolare all’interno del Community Earth System Model (CESM), uno dei principali modelli climatici globali.
I risultati mostrano che il calore prodotto da motori, scarichi e freni dei veicoli aumenta in modo misurabile la temperatura dell’aria nelle città, con effetti rilevanti anche sugli ambienti interni e sugli indicatori di stress termico durante le ondate di calore.
Nella modellistica climatica urbana, il contributo termico degli edifici, delle superfici impermeabilizzate e della geometria stradale ha ricevuto attenzione sistematica da decenni. Il calore prodotto direttamente dai veicoli in circolazione, al contrario, è rimasto a lungo ai margini delle simulazioni su larga scala, trattato come una componente minore del flusso di calore antropogenico (Anthropogenic Heat Flux, AHF) urbano oppure aggregato in stime globali prive di risoluzione temporale e spaziale adeguata.
Uno studio pubblicato nell’aprile 2026 sul Journal of Advances in Modeling Earth Systems (DOI: 10.1029/2025MS005435) da Yuan Sun, Keith W. Oleson e Zhonghua Zheng dell’Università di Manchester colma questa lacuna con un approccio fisico bottom-up. Il traffico veicolare è un contribuente rilevante al flusso di calore antropogenico nelle aree urbane, amplificando gli effetti dell’isola di calore urbana. Tuttavia, pochi modelli del sistema terrestre rappresentano esplicitamente le condizioni del traffico e le relative emissioni termiche.
Il team di ricerca ha sviluppato un modulo di traffico urbano all’interno del Community Earth System Model (CESM), uno dei simulatori climatici globali più diffusi e utilizzati, consentendo per la prima volta la simulazione interattiva del calore da traffico nelle aree urbane all’interno di un modello climatico di riferimento.
Quando un veicolo a combustione interna percorre una strada urbana, soltanto una frazione dell’energia chimica contenuta nel carburante si converte in lavoro meccanico utile allo spostamento. La quota restante si disperde come calore verso l’ambiente circostante attraverso diversi meccanismi fisici distinti: il calore del motore e dei gas di scarico, il calore generato per attrito dai pneumatici sull’asfalto e il calore dissipato dal sistema frenante durante le decelerazioni.
Questi flussi termici vengono rilasciati al livello della strada, in uno spazio fisico, il cosiddetto canyon stradale urbano, caratterizzato da superfici che assorbono e riemettono energia, edifici che riducono la ventilazione e limitano la dispersione del calore verso l’atmosfera libera, e asfalto con elevata capacità termica che accumula energia durante il giorno. Il dottor Zhonghua Zheng ha osservato che la ricerca sul calore urbano si è tradizionalmente concentrata su edifici, materiali e superfici fondiarie, mentre il calore diretto prodotto dai veicoli, da motori, scarichi e freni, ha ricevuto molta meno attenzione nei modelli climatici su larga scala.
A differenza degli edifici, che rilasciano calore in modo relativamente continuo e prevedibile, il traffico genera un profilo termico dinamico con picchi nelle ore di punta mattutine e serali, variazioni settimanali significative tra giorni feriali e festivi, e modulazioni legate alle condizioni meteorologiche (pioggia, neve, temperature molto basse aumentano il consumo energetico e quindi le emissioni termiche dei veicoli).
Il contributo scientifico centrale dello studio risiede nell’integrazione di un modulo di traffico che stima il flusso di calore da traffico (Q_traffic) con un approccio bottom-up, cioè partendo dalle condizioni reali del traffico piuttosto che da stime prescritte dall’esterno.
Il modulo adotta un approccio bottom-up per stimare il flusso di calore da traffico basandosi sul volume di traffico variabile nel tempo e sulla distribuzione dei tipi di veicoli, rispondendo dinamicamente alle condizioni meteorologiche come neve, pioggia e basse temperature. Questo significa che il modello non si limita a inserire un valore fisso di calore antropogenico urbano proveniente dal traffico, ma lo calcola a ogni passo temporale della simulazione in funzione di quanti veicoli circolano, di che tipo sono e di quali condizioni atmosferiche si registrano in quel momento.
Il risultato è un sistema a due vie di interazione tra meteorologia e traffico: le condizioni atmosferiche influenzano il calore prodotto dai veicoli (una nevicata, per esempio, aumenta il consumo dei motori per il riscaldamento dell’abitacolo e per la trazione su fondo scivoloso), e il calore prodotto dal traffico modifica a sua volta i campi termici locali, che possono retroagire sulle variabili atmosferiche simulate.
Il modulo distingue esplicitamente tra diverse categorie di veicoli: benzina, diesel, ibridi e veicoli elettrici. Questa differenziazione è fisicamente rilevante perché i veicoli elettrici convertono una quota maggiore di energia immagazzinata in movimento, disperdendo molto meno calore a livello stradale rispetto alle auto a benzina. Nella composizione del parco veicolare di Manchester nel 2022, utilizzata per validare il modello, i veicoli elettrici rappresentavano circa l’uno per cento del totale, mentre benzina e diesel costituivano la quota dominante.
Per testare e validare il modulo, il team ha selezionato due città europee con caratteristiche morfologiche e di traffico differenti: Manchester (Regno Unito) e Tolosa (Francia). I dati di traffico reali per Manchester sono stati forniti da Transport for Greater Manchester (TfGM), mentre per Tolosa sono stati utilizzati dataset aperti disponibili pubblicamente.
Manchester è una città con una struttura urbana relativamente aperta, strade più larghe rispetto alla media continentale e una copertura di verde urbano moderata. Tolosa presenta invece una morfologia più densa, con canyon stradali più stretti, una maggiore percentuale di copertura edilizia e superfici impermeabilizzate più estese che riducono l’evapotraspirazione, ovvero la dispersione di calore attraverso l’evaporazione dell’acqua dal suolo e dalla vegetazione.
I blocchi densi di Tolosa hanno intrappolato più calore da traffico rispetto alle strade più aperte di Manchester. Canyon stradali più stretti, una maggiore copertura edilizia e meno suolo capace di evaporare acqua hanno rallentato la dispersione del calore. Volumi di traffico simili non hanno prodotto aumenti di temperatura identici, anche in climi ampiamente temperati.
Questo risultato ha implicazioni metodologiche rilevanti: la stessa quantità di calore prodotta dal traffico si traduce in aumenti di temperatura atmosferica diversi a seconda della morfologia urbana. Il design delle strade, la copertura arborea e i materiali del manto stradale modificano la persistenza del calore veicolare dopo il passaggio dei veicoli.
Le simulazioni hanno prodotto risultati numerici specifici per Manchester, validati rispetto ai dati osservativi disponibili. I risultati hanno mostrato che il calore da traffico ha aumentato le temperature dell’aria simulate di circa 0,16°C in estate e 0,35°C in inverno. L’asimmetria stagionale è fisicamente coerente: in inverno il consumo energetico dei veicoli aumenta per il riscaldamento dell’abitacolo e per le condizioni di guida più impegnative, e il gradiente termico tra le fonti di calore e l’aria ambiente è più elevato, favorendo trasferimenti termici per convenzione più intensi.
Per Tolosa, le simulazioni hanno mostrato aumenti proporzionalmente più elevati a causa della morfologia urbana più densa. La temperatura dell’aria interna a Manchester è aumentata di circa 0,05°C, mentre quella di Tolosa è aumentata di circa 0,27°C.
Questi valori numerici, nell’ordine di decimi di grado, possono apparire modesti in isolamento. La loro rilevanza fisico-climatica emerge però quando si considerano due aspetti: il primo è che si tratta di un incremento termico continuo e sistematico, presente ogni giorno in ogni ora in cui il traffico scorre, sovrapposto agli altri contributi dell’isola di calore urbana. Il secondo aspetto riguarda il comportamento durante gli eventi estremi.
Il luglio 2022 ha rappresentato un evento senza precedenti per il clima britannico, con la temperatura dell’aria che ha superato per la prima volta i 40°C in territorio inglese. Durante questa ondata di calore, il modello di Manchester è stato utilizzato per quantificare il contributo specifico del traffico agli indicatori di stress termico umano.
Durante l’ondata di calore del luglio 2022 nel Regno Unito, il modello suggerisce che il calore legato al traffico ha contribuito a incrementare gli indicatori di stress termico umano, mantenendo la temperatura percepita al di sopra delle soglie di pericolosità per periodi più prolungati.
Questo risultato illustra il meccanismo attraverso cui contributi termici apparentemente piccoli diventano consequenziali in condizioni di stress: quando l’intero sistema urbano (edifici, superfici, atmosfera) è già al limite della capacità termica, frazioni di grado aggiuntive possono prolungare la durata del superamento delle soglie fisiologiche critiche, con ricadute dirette sulla salute pubblica. Gli indicatori di stress termico come il WBGT (Wet Bulb Globe Temperature) o il Humidex presentano soglie di rischio ben definite, e anche piccoli scostamenti verso l’alto possono portare un numero significativo di ore aggiuntive oltre tali soglie.
Un risultato dello studio di particolare interesse per la pianificazione energetica urbana riguarda la propagazione del calore stradale verso gli edifici adiacenti. Il calore rilasciato a livello stradale non rimane confinato all’esterno: una quota viene trasferita attraverso l’involucro degli edifici verso gli spazi interni, aumentando il carico termico di raffrescamento durante la stagione estiva.
Lo studio ha anche rilevato che il calore da traffico non influisce soltanto sulle temperature esterne, ma anche su quelle interne. Il calore rilasciato a livello stradale può trasferirsi negli edifici, aumentando il fabbisogno di aria condizionata in estate.
Questa catena causale, traffico → calore stradale → trasmissione all’involucro edilizio → aumento del fabbisogno di raffrescamento → consumo energetico aggiuntivo → ulteriore emissione di calore da impianti di climatizzazione, costituisce un loop di retroazione positiva all’interno dell’isola di calore urbana. Più traffico significa più calore stradale, che significa edifici più caldi, che significa più aria condizionata, che a sua volta rilascia calore verso l’esterno. Quantificare con precisione il contributo del traffico a questo ciclo è esattamente ciò che il nuovo modulo rende possibile.
L’isola di calore urbana (Urban Heat Island, UHI) è il fenomeno per cui le aree metropolitane presentano temperature sistematicamente più elevate rispetto alle aree rurali circostanti. Le sue cause sono molteplici e interagenti: la sostituzione di suoli naturali con superfici impermeabilizzate ad alta capacità termica, la riduzione dell’evapotraspirazione, la geometria urbana che intercetta la radiazione solare e riduce la perdita di calore per irraggiamento notturno, e il rilascio di calore antropogenico da tutte le attività umane concentrate nello spazio urbano.
Il calore di scarto generato dal traffico rappresenta fino al 30% delle emissioni di calore antropogenico nelle città, configurandosi come la seconda fonte antropogenica di calore dopo gli edifici. Questo dato contestualizza l’importanza del contributo veicolare e spiega perché la sua esclusione dai modelli climatici urbani costituisca una lacuna sistematica nelle simulazioni del comportamento termico delle aree metropolitane.
Un elemento aggiuntivo, spesso trascurato, riguarda i veicoli in sosta. Anche un veicolo parcheggiato continua a rilasciare calore nell’ambiente dopo lo spegnimento del motore, attraverso la dissipazione termica delle componenti riscaldate. Le superfici scure dei veicoli e dell’asfalto circostante assorbono radiazione solare durante il giorno, accumulando calore che viene rilasciato lentamente nelle ore serali e notturne, riducendo il raffreddamento naturale della città.
Uno dei contributi più direttamente applicabili alla pianificazione delle politiche di mobilità urbana riguarda la capacità del nuovo modulo di simulare separatamente il contributo termico di diverse categorie di propulsione. Questo rende possibile confrontare scenari futuri di composizione del parco veicolare e quantificarne le implicazioni termiche a livello urbano.
Il vantaggio termico dei veicoli elettrici rispetto a quelli a combustione interna deriva dall’efficienza di conversione energetica. Un motore elettrico converte in moto una percentuale molto più elevata dell’energia immagazzinata nella batteria, disperdendo come calore una quota corrispondentemente inferiore. A parità di chilometri percorsi e di volume di traffico, una flotta prevalentemente elettrica produce un flusso di calore stradale significativamente ridotto rispetto a una flotta a benzina o diesel.
Flotte più pulite potrebbero raffreddare un po’ le città riducendo al contempo le emissioni, sebbene il volume del traffico conterebbe ancora. Questo significa che la transizione ai veicoli elettrici, da sola, non elimina il contributo termico del traffico all’isola di calore: riduce il calore per veicolo, ma l’effetto complessivo dipende anche dall’evoluzione del numero totale di veicoli in circolazione. Una città con il doppio dei veicoli elettrici rispetto ai veicoli termici attuali potrebbe comunque vedere aumentare il calore da traffico se il volume circolante crescesse in misura proporzionale.
Un lavoro complementare, pubblicato su Geophysical Research Letters (DOI: 10.1029/2025GL116651) e condotto su Chicago, ha quantificato in modo osservazionale la correlazione tra velocità del traffico (come proxy della congestione) e intensità dell’isola di calore superficiale urbana (Surface Urban Heat Island Intensity, SUHII), utilizzando dati di temperatura da satellite GOES e velocità degli autobus della Chicago Transit Authority.
È stata osservata una correlazione statisticamente significativa per cui ogni riduzione di 16 km/h nella velocità degli autobus è associata a un aumento di 0,36°C nell’intensità dell’isola di calore superficiale. Questo effetto è più pronunciato nelle aree densamente vegetate con edifici bassi, dove il calore di scarto del traffico è più dominante rispetto ad altre fonti antropogeniche. Nel range tipico di velocità a Chicago, compreso tra circa 32 e 80 km/h, questa relazione si traduce in una differenza potenziale di circa 1,1°C nell’intensità dell’isola di calore, su una media complessiva di SUHII intorno a 1,8°C.
La congestione aumenta il calore prodotto dai veicoli per due ragioni fisiche concomitanti: le fermate e ripartenze frequenti moltiplicano i cicli di frenata (con dissipazione di energia cinetica come calore) e aumentano il consumo di carburante per accelerazione, e i motori in moto lento o al minimo operano con efficienza termodinamica ridotta, disperdendo una quota più elevata dell’energia chimica come calore verso l’esterno.
Il lavoro di Sun, Oleson e Zheng ha implicazioni metodologiche che vanno oltre il caso specifico di Manchester e Tolosa. La modellizzazione online del calore da traffico urbano migliora la simulazione del calore antropogenico nelle città, e il nuovo approccio rende le fonti e le equazioni sottostanti esplicite, abilitando interazioni a due vie tra meteorologia e traffico durante la modellistica climatica.
Per la pianificazione urbana e le politiche di mobilità, il modello offre uno strumento per rispondere a domande concrete: quanto calore in meno produrebbe una zona a traffico limitato in una determinata area della città? Quale impatto termico avrebbe la sostituzione del 20% del parco veicolare privato con veicoli elettrici? Come cambierebbe il contributo termico del traffico con un potenziamento del trasporto pubblico che riducesse del 30% gli spostamenti in auto?
Yuan Sun, primo autore del lavoro e dottorando dell’Università di Manchester, ha sottolineato l’importanza di considerare i sistemi di trasporto nella pianificazione degli adattamenti climatici, delle strategie di raffrescamento urbano e delle transizioni verso emissioni nette zero.
Lo studio riconosce alcuni limiti attuali: la validazione è stata condotta su due sole città in climi temperati, e i dati di input globali sul traffico rimangono ancora scarsi, il che limita la scalabilità immediata dell’approccio dal livello delle singole città a quello delle regioni o dei continenti. I ricercatori indicano come sviluppi futuri l’estensione a contesti climatici diversi (tropicale, arido, subartico) e a città con caratteristiche morfologiche e composizioni del parco veicolare più variegate.
L’integrazione del modulo di traffico nel CESM ridefinisce lo stato dell’arte nella modellistica termica urbana. Il calore prodotto dai veicoli non è più una componente aggregata e prescritta dall’esterno, ma una variabile interattiva che risponde al traffico reale, alle condizioni atmosferiche e alla composizione del parco veicolare, e che a sua volta retroagisce sul campo termico urbano.
Questo cambiamento metodologico ha conseguenze concrete per la comprensione delle isole di calore, per la previsione degli impatti delle ondate di calore nelle città, e per la valutazione quantitativa delle politiche di mobilità in termini di effetti termici locali, non solo in termini di emissioni di CO₂. La riduzione del traffico veicolare o la sua elettrificazione non è soltanto una politica di qualità dell’aria: è anche una strategia di raffrescamento urbano con effetti misurabili sulla temperatura dell’aria e sullo stress termico della popolazione.
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