Humans live in lots of different places. Some people live in rural areas (the country), and other people live in urban areas (cities). Urban areas are home to many, many people all at once. If you have ever visited a city, you have probably noticed how busy and bustling it is.
Urban areas are also home to many buildings. With a high density of people, it is difficult for pollution to escape the canyon-like labyrinths buildings create. Concrete does not do a good job of reflecting the light that beats down on it. In fact, concrete often traps heat, resulting in higher temperatures at street level. Higher than normal temperatures mean people in cities have to try harder to keep cool, using things like air conditioning, which increases energy consumption and, as a result, greenhouse gas emissions.
Luckily, nature already has some great tools we can use to reduce heat trapped in cities. Adding vegetation to existing urban areas and increasing the number of green spaces in new urban growth helps keep people cool. Tree canopies create natural shade, while green spaces reduce the amount of heat-trapping concrete. These natural solutions work to keep people cool without the use of energy!
Let Trees Shine Shade Light
In forests, trees are masters of regulating their environments. The forest floor is protected by the tops of trees, known as the canopy. Dense canopies stop some radiation, which is energy like heat and light, from getting to the forest floor. Trees can do this because of their albedo. Albedo is the fraction of light reflected by a surface. Lighter surfaces stay cooler because they are not absorbing as much radiation compared to darker surfaces.
As the day goes on and the sun’s light and heat increase, trees keep forests from overheating by stopping as much radiation from hitting the ground. Forests with a dense canopy stay cooler during the day than areas outside of forests because of this cool feature! Warm air rises, and so at night, the high albedo of the canopy reflects heat back toward the forest floor. The canopy acts like a blanket over the forest at night, trapping warm air inside. This means forests have a more stable average temperature.
Image from E. Scott Krayenhoff et al 2021 Environ. Res. Lett. 16 053007. “Cooling Hot Cities: a Systematic and Critical Review of the Numerical Modelling Literature.”
This same concept can be applied in cities. When there is more vegetation in cities, there is a decrease in the average daytime temperature. On average, cities with more green spaces are 3.3 degrees Celsius cooler than areas without urban trees. The heat that would usually be trapped in cities is reflected by the urban tree canopy. Like in the forest, the urban tree canopy acts like a blanket, keeping warmth in cities at night. City pedestrians experience a one-degree warmer nighttime temperature when urban trees are present.
The addition of trees and vegetation in cities also increases pedestrian comfort. They provide shade and shelter, unlike other light-reflecting materials such as reflective pavement, walls, and rooftops. If you have ever had the sun reflected in your face, you will know it is not very comfortable! Vegetation also alters radiation exchange, adjusts airflow and convection (a way heat moves), and changes the biometeorological experience of pedestrians. In other words, vegetation helps alter the way heat moves and changes the way people overall experience the seasons and weather. Vegetation provides cooling during the day and protection against severe weather elements. Urban trees also help prevent energy loss in buildings and reduce air pollution!
Trees also use something called transpirational cooling. Transpirational cooling is a process through which heat is absorbed, moved around, and transformed into something else. While trees do reflect some radiation, they also absorb some of the light they come into contact with. While trees convert this light into energy, they also release water vapour into the air. As this water evaporates off the tree, it cools down the air around it. This is kind of the same as when humans sweat to cool themselves down! The transpiration process increases rainfall since the air that passes through vegetation is twice as likely to produce rain! Increased rainfall helps prevent dry seasons and drought.
Local climate hero Dr. James Voogt and his fellow researchers conducted a survey in September 2017 in London, Ontario. Together, this group measured daytime temperatures at ground level on two streets. One street was dense with urban trees and one had very few urban trees. They collected data from the centre of the road, otherwise known as an urban heat canyon. The street with dense tree cover was cooler and showed less radiative (heat and light) information. Dr. Voogt and his colleagues confirmed that trees reflect and transform radiative heat before it reaches street level. Trees transform heat people can feel into energy, which cannot be felt. This creates a friendly and more comfortable environment with less drastic temperature changes.
With higher temperatures expected with climate change, we need to do what we can to cool off our cities. Planting trees in urban areas can be a great form of climate adaptation, or adjusting our lives to climate change. They also bring many other benefits, like making our cities prettier and storing carbon. So, the more trees, the happier the city!
Climate Action: Reducing Our Emissions
Increasing the number of urban trees in cities is only one step towards addressing climate change. There are other ways you and your family can make an impact! Families can use alternate modes of transportation, like public transit, biking, walking, or carpooling. These activities cut down on greenhouse gas emissions and allow your family to experience your community in a new way. You can also help conserve energy by keeping doors and windows closed when heating or air conditioning is turned on inside the home. Your family can replace old light bulbs with energy-efficient bulbs and reduce the number of lights left on in your house.
It is crucial to remember that children and youth have a voice! While working to reduce individual energy consumption is important, large-scale action is required at every level of society. You can write letters to your local politicians to let them know your thoughts on climate change. You can add your voice to international movements for climate justice. You can even volunteer with local, provincial, and national groups working to protect the environment.
Finally, if you can, help your community by planting a tree, building a community garden, or creating new green spaces!
Meet Our Local Science Hero:
Dr. James Voogt is a professor, author, and urban climatologist.
Dr. James Voogt is a professor in the Department of Geography and Environment at the University of Western Ontario, in London, Canada. He is an urban climatologist who specializes in the measurement and modelling of urban surface temperatures. He received his B.Sc. in 1986 from Queen’s University and M.Sc. (1989) and Ph.D. (1995) from the University of British Columbia.
Dr. Voogt is an Editorial Board member for the journals Remote Sensing of Environment and Anthropocene. He was previously president of the International Association for Urban Climate, a co-author of the text ‘Urban Climates’ published by Cambridge University Press, and the winner of the 2022 Luke Howard Award from the International Association for Urban Climate. Who says you can’t have all your dream jobs?!
He has contributed to research projects on: - surface temperature in cities - the property of materials that retain heat over urban areas - the use of remotely-sensed surface temperatures for urban climate model evaluation - the effect of green roofs - the impact of trees on the urban surface temperature - how variations on heat impact city dwellers
Credit
The science of how trees shade forests was written based on the work of Pieter De Frenne and colleagues, 2021. “Forest Microclimates and Climate Change: Importance, Drivers and Future Research Agenda.” Global Change Biology 27 (11): 2279-97. https://doi.org/10.1111/gcb.15569
This Science Spotlight was written based on Dr. E Scott Krayenhoff et al, 2020. “A Multi-Layer Urban Canopy Meteorological Model with Trees (BEP-Tree): Street Tree Impacts on Pedestration-Level Climate.” Urban Climate 32: 100590-. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2020.100590.
Local impact was written based on the work of Dr. E Scott Krayenhoff, Dr. James A Voogt, and colleagues, 2021. “Cooling Hot Cities: a Systematic and Critical Review of the Numerical Modelling Literature.” Environmental Research Letters 16 (5): 53007-. https://doi.org/10.1088/1748-9326/abdcf1
Histoire de la genèse : La chaleur prise au piège des villes
Les êtres humains vivent dans beaucoup d’endroits différents. Certaines personnes vivent dans des zones rurales (à la campagne), et d’autres vivent dans des zones urbaines (des villes). Les zones urbaines abritent énormément de personnes à la fois. Si vous avez déjà visité une ville, vous avez probablement remarqué comment elles peuvent être animées et bondées.
Dans les zones urbaines, on trouve également de nombreux édifices. Avec une forte densité de population, il est difficile pour la pollution de s’échapper des labyrinthes en forme de canyon que forment ces édifices. Le béton réfléchit mal la lumière qu’il reçoit. En fait, le béton piège souvent la chaleur, entraînant des températures plus élevées au niveau de la rue. Des températures plus élevées que la normale signifient que les gens dans les villes doivent faire plus d’efforts pour rester au frais, et doivent avoir recours à des choses, comme l’air climatisé, ce qui augmente la consommation d’énergie, et, par ricochet, augmente les émissions de gaz à effet de serre.
Heureusement, la nature possède d’excellents outils que nous pouvons utiliser pour réduire la chaleur piégée dans les villes. Ajouter de la végétation à des zones urbaines déjà existantes et accroître le nombre d’espaces verts dans les nouveaux développements urbains permet aux gens de rester au frais. Les canopées des arbres créent de l’ombre naturelle, tandis que les espaces verts réduisent la quantité de béton piégeur de chaleur. Ces solutions naturelles contribuent à garder les gens au frais sans utiliser d’énergie !
Laissons les arbres faire de l’ombre à la lumière
Dans les forêts, ce sont les arbres qui sont aux commandes et qui régulent leur environnement. Le tapis forestier (couverture morte) est protégé par la partie haute des arbres, appelée la canopée. Des canopées denses empêchent une certaine quantité de radiation, de l’énergie comme la chaleur et la lumière, d’atteindre ce tapis forestier. Les arbres ont cette capacité en raison de leur albedo. L’albedo, c’est la fraction de lumière réfléchie par une surface. Les surfaces plus claires restent plus fraîches car elles n’absorbent pas autant de radiation que les surfaces plus sombres.
Au fur et à mesure que la journée avance, et que la lumière et la chaleur du soleil augmentent, les arbres font en sorte que les forêts ne surchauffent pas en empêchant autant de radiation que possible de parvenir jusqu’au sol. Les forêts dotées d’une canopée dense demeurent plus fraîches durant la journée comparativement aux zones situées en dehors des forêts en raison de cette fonctionnalité intéressante ! L’air chaud s’élève, et donc, la nuit, l’albedo élevé de la canopée réfléchit la chaleur vers le tapis forestier. La canopée agit alors comme une couverture posée sur la forêt la nuit, piégeant l’air chaud en son sein. Cela signifie que les forêts ont une température moyenne plus stable.
Image de E. Scott Krayenhoff et al 2021 Environ. Res. Lett. 16 053007. « Cooling Hot Cities : a Systematic and Critical Review of the Numerical Modelling Literature. » (Traduction libre : Refroidir les villes chaudes : un examen systématique et critique de la littérature sur la modélisation numérique.)
Ce même concept peut être appliqué dans les villes. Quand il y a davantage de végétation dans les villes, la température diurne (durant le jour) moyenne baisse. En moyenne, les villes avec davantage d’espaces verts sont 3,3 degrés Celsius plus fraîches que les zones sans arbres urbains. La chaleur qui, en temps normal, serait piégée dans les villes, est réfléchie par la canopée des arbres urbains. Comme dans la forêt, la canopée des arbres urbains agit comme une couverture, gardant les villes au chaud la nuit. Les piétons des villes bénéficient d’une température nocturne plus chaude d’un degré en présence d’arbres urbains.
L’ajout d’arbres et de végétation dans les villes accroît également le confort des piéton.ne.s. Cela leur procure ombre et abri, comme nul autre matériel réfléchissant la lumière comme un trottoir, des murs, et des toits réfléchissants. Si vous avez déjà senti le soleil se refléter sur votre visage, vous savez que ce n’est pas très confortable ! La végétation modifie aussi l’échange de radiation, ajuste les flux d’air et la convection (une manière dont la chaleur se déplace), et change l’expérience biométéorologique des piéton.ne.s. En d’autres termes, la végétation aide à modifier la manière dont la chaleur se déplace, et change la manière dont les gens vivent globalement les saisons et le temps qu’il fait. La végétation rafraîchit durant la journée, et protège contre les éléments météorologiques extrêmes. Les arbres urbains aident aussi à prévenir la perte d’énergie dans les bâtiments, et à réduire la pollution de l’air !
Les arbres utilisent également une chose que l’on appelle le refroidissement par transpiration. Le refroidissement par transpiration est un processus qui fait que la chaleur est absorbée, déplacée et transformée en autre chose. Si les arbres réfléchissent bien une certaine quantité de radiation, ils absorbent aussi une certaine quantité de la lumière avec laquelle ils entrent en contact. Si les arbres convertissent cette lumière en énergie, ils libèrent aussi de la vapeur d’eau dans l’air. Quand cette eau s’évapore de l’arbre, elle rafraîchit l’air autour de lui. C’est un peu la même que lorsque les êtres humains transpirent, et que cela les rafraîchit ! Le processus de la transpiration augmente les précipitations car l’air qui passe à travers la végétation a deux fois plus de chance de produire de la pluie ! Des précipitations plus importantes aident à prévenir les saisons sèches et la sècheresse.
Le héros du climat local, James Voogt, et ses collègues chercheur.euse.s ont mené un sondage en septembre 2017, à London, en Ontario. Ensemble, ce groupe a mesuré les températures diurnes au niveau du sol de deux rues. Une rue comprenait beaucoup d’arbres urbains, et l’autre en comprenait très peu. Les chercheur.euse.s ont collecté des données depuis le centre de la rue, aussi appelé canyon de chaleur urbain. La rue avec le couvert arboré dense était plus fraîche, et il y avait moins de radiation (chaleur et lumière). Mr. Voogt et ses collègues ont confirmé que les arbres réfléchissent et transforment la chaleur radiative avant qu’elle n’atteigne le niveau de la rue. Les arbres transforment la chaleur que les gens peuvent ressentir en énergie que l’on ne peut pas ressentir. Cela crée un environnement convivial et plus confortable avec des changements de température moins drastiques.
Étant donné la hausse des températures à laquelle on s’attend en raison du changement climatique, nous devons faire ce que nous pouvons pour rafraîchir nos villes. Planter des arbres dans des zones urbaines peut constituer un excellent moyen de s’adapter au climat, ou d’ajuster nos vies au changement climatique. Les arbres offrent également de nombreux autres avantages, comme d’embellir nos villes et d’emmagasiner le carbone. Alors, plus il y a d’arbres, et plus il fait bon vivre en ville !
Action pour le climat : Réduire nos émissions
Accroître le nombre d’arbres urbains dans les villes n’est qu’un aspect de la lutte contre le changement climatique. Il existe d’autre manières dont vous et votre famille pouvez faire votre part ! Les familles peuvent utiliser des modes de transport alternatifs, comme les transports en commun, le vélo, la marche ou le covoiturage. Ces activités aident à réduire les émissions de gaz à effet de serre, et permettent à votre famille d’expérimenter sa communauté différemment. Vous pouvez aussi conserver l’énergie en gardant les portes et les fenêtres fermées quand le chauffage ou la climatisation sont allumés chez vous. Votre famille peut remplacer les vieilles ampoules par des ampoules écoénergétiques, et réduire le nombre de lumières laissées inutilement allumées dans la maison.
Il est crucial de se souvenir que les enfants et les jeunes ont une voix ! Tout en travaillant à réduire la consommation d’énergie individuelle, il est nécessaire que des actions de grande envergure soient posées à tous les niveaux de la société. Vous pouvez écrire des lettres à vos hommes et femmes politiques locaux.ales pour leur faire part de vos pensées sur le changement climatique. Vous pouvez ajouter votre voix aux mouvement internationaux engagés dans la justice climatique. Vous pouvez même devenir bénévole auprès de groupes locaux, provinciaux et nationaux dont le travail consiste à protéger l’environnement.
Enfin, si vous le pouvez, aidez votre communauté en plantant un arbre, en mettant sur pied un jardin communautaire, ou en créant de nouveaux espaces verts !
Rencontrez notre héros scientifique local :
James Voogt est professeur, auteur et climatologue urbain.
James Voogt est professeur au Département de géographie et d’environnement de l’Université Western Ontario, à London, au Canada. Il est climatologue urbain, et il se spécialise dans la mesure et la modélisation des températures de surface urbaines. Il a obtenu son baccalauréat en sciences, en 1986, à l’Université Queen, et sa maîtrise en sciences (1989) et son doctorat (1995) à l’Université de la Colombie-Britannique.
James Voogt est membre du comité de rédaction pour les revues Remote Sensing of Environment et Anthropocene. Il a précédemment été président de l’International Association for Urban Climate, coauteur du texte « Urban Climates » (Traduction libre : Climats urbains) publié par Cambridge University Press, et il est le lauréat du prix Luke Howard 2022 décerné par l’International Association for Urban Climate. Qui a dit que vous ne pouviez pas avoir tous les emplois dont vous rêvez ?!
James a aussi contribué à des projets de recherche sur les thèmes suivants : - La température de surface dans les villes ; - La propriété des matériaux qui retiennent la chaleur dans les zones urbaines ; - L’utilisation des températures de surface obtenues par télédétection pour l’évaluation de modèles climatiques ; - L’effet des toits végétalisés ; - L’effet des arbres sur la température de surface urbaine ; - La manière dont les variations de chaleur ont un effet sur les citadin.e.s.
Contribution
La partie sur les aspects scientifiques de la manière dont les arbres donnent de l’ombre aux forêts a été écrite sur la base du travail de Pieter De Frenne et collègues, 2021. « Forest Microclimates and Climate Change: Importance, Drivers and Future Research Agenda. » (Traduction libre : Les microclimats des forêts et le changement climatique : Importance, Facteurs et Programme de recherche futur.) Global Change Biology 27 (11) : 2279-97. https://doi.org/10.1111/gcb.15569
Ce guide « Pleins feux sur la science » a été écrit sur la base de l’article de E. Scott Krayenhoff et al, 2020. « A Multi-Layer Urban Canopy Meteorological Model with Trees (BEP-Tree): Street Tree Impacts on Pedestration-Level Climate. » (Traduction libre : Modèle météorologique d’une canopée urbaine multicouche avec des arbres (BEP-Tree) : Les effets des arbres urbains sur le climat au niveau piétonnier) Urban Climate 32 : 100590-. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2020.100590.
La partie sur l’effet local a été écrite sur la base du travail de E Scott Krayenhoff, James A Voogt, et collègues, 2021. « Cooling Hot Cities : a Systematic and Critical Review of the Numerical Modelling Literature. » (Traduction libre : Refroidir les villes chaudes : un examen systématique et critique de la littérature sur la modélisation numérique.) Environmental Research Letters 16 (5) : 53007-. https://doi.org/10.1088/1748-9326/abdcf1
