Le ondate di caldo umido estivo vengono amplificate, all’interno del perimetro cittadino, dall’aria permanentemente surriscaldata della cosiddetta "isola di calore". Al di sopra delle città difatti ristagna in permanenza una cappa d’aria surriscaldata, di non più di 200-300 metri di spessore, che costituisce una vera e propria isola più calda rispetto al circostante ambiente rurale. Tale surplus di calore rende ovviamente più sopportabili i rigori invernali ma nelle soleggiate e calde giornate estive trasforma le città delle medio-basse latitudini in una sorta di fornace. L’isola di calore trae origine dal particolare tessuto urbano, costituito in prevalenza da asfalto, calcestruzzo, mattoni e cemento, ovvero materiali che, rispetto alla copertura vegetale della campagna, assorbono in media il 10% in più di energia solare. Ecco perché in estate, nelle ore più assolate, l’asfalto e le pareti esterne degli edifici delle nostre città raggiungono spesso temperature superiori a 60-90° C. Il surplus di calore solare immagazzinato dai manufatti cittadini viene poi riemesso per irraggiamento, ovvero sotto forma di energia nell’infrarosso, con conseguente surriscaldamento dell’aria che sovrasta la città. All’isola di calore dà un rilevante contributo anche il tipico assetto geometrico delle città, con strade relativamente strette rispetto alle dimensioni verticali degli edifici. E avviene così che, a differenza di una superficie piana non edificata, i canyon urbani catturino una maggiore quantità di radiazione solare, intrappolata dalla numerose riflessioni multiple che, in una specie di ping-pong, i raggi solari  subiscono da parte delle pareti dei palazzi e del fondo stradale. E’ soprattutto a causa di tale fenomeno - noto appunto come effetto canyon - che l’isola di calore si conserva anche nelle ore notturne. Infatti di notte il raffreddamento dell’aria che ristagna entro i canyon è molto più lento che nelle adiacenti aree rurali, perché l’energia infrarossa irraggiata nell’ambiente dalle superfici che delimitano il corridoio stradale, anziché disperdersi liberamente nello spazio, viene in gran parte catturata e più volte riflessa da parte degli edifici che si fronteggiano agli opposti lati della strada. L’intrappolamento della radiazione solare e infrarossa è tanto più forte quanto più gli edifici sono alti rispetto alla larghezza della via. Ma al surriscaldamento del clima urbano dà un apporto sostanzioso anche la continua immissione nell’atmosfera del calore artificiale generato in gran parte dalla combustione di idrocarburi (potere calorico del petrolio: circa 4200 calorie per grammo) per riscaldamento, trasporti e usi industriali e, in misura minore, dai processi metabolici degli abitanti (un individuo, con una superficie corporea media di 1,72 metri quadri, emette circa 3200 chilocalorie al giorno). In estate, nelle grandi città delle nostre latitudini, l’aggiunta di calore di origine antropica è dell’ordine di 10-20 Watt per metro quadrato, una quantità grosso modo pari al 10% di quella  in arrivo dal sole. 

L’isola di calore è resa più intensa anche dalla estensione piuttosto ridotta, entro il perimetro cittadino, di superfici evaporanti, come specchi d’acqua, prati ed alberi. Infatti l’evaporazione da parte dei suoli umidi o bagnati, oppure da parte delle foglie della vegetazione, sottrae all’aria enormi quantità di calore (ben 600 calorie per ogni grammo di acqua che evapora). E’ evidente quindi che a una minore evaporazione da parte delle aree urbane rispetto a quelle rurali corrisponde un minor raffreddamento dell’aria che sovrasta le città. Particolarmente efficace risulta l’effetto refrigerante degli alberi, i quali raffreddano l’ambiente non solo mediante l’evapotraspirazione da parte delle foglie ma anche attraverso l’ombra proiettata al suolo, un effetto però assai modesto sulle città, a causa della ridotta estensione delle superfici alberate rispetto all’area complessiva della città. Anche l’inquinamento atmosferico influenza l’isola di calore perché le polveri e gli aerosol che ristagnano al di sopra delle città riducono del 5-10% la radiazione solare incidente al suolo, un effetto che tende a smorzare un pò il surriscaldamento. L’eccesso di temperatura tra centro e periferia ha un tipico andamento nel corso del giorno, con un massimo sempre nelle ore notturne, sia in estate - allorquando la città si raffredda più lentamente rispetto alla campagna – sia in inverno, quando il centro cittadino è più caldo a causa soprattutto del riscaldamento degli edifici. Nelle ore centrali diurne in divario è molto più contenuto. In presenza di ventilazione l’isola di calore viene spostata nella zona sottovento alla città, fino ad essere però completamente rimossa qualora l’intensità del vento superi un valore critico che dipende dalla dimensioni urbane. Nelle serene giornate estive la bolla d’aria calda viene spostata nella direzione delle brezze.

A Parma, ad esempio, le brezze diurne – in genere  provenienti da est  - sospingono l’isola di calore verso la periferia occidentale che, in tal modo, diviene l’area più surriscaldata della città. Di notte invece le fresche brezze, che dalle colline scendono verso la città, riescono ad erodere l’isola di calore nei settori est ed ovest.  L’intensità dell’isola di calore ovviamente si attenua passando dal centro verso la periferia, ma tutto ciò avviene in maniera alquanto irregolare, con bruschi rinforzi o attenuazioni a secondo della tipologia e morfologia del tessuto urbano. Le maggiori discontinuità, dal punto di vista spaziale, si osservano ai bordi dei grandi parchi cittadini – anche 2-3° C in appena 200-300 metri – ed ai limiti del centro storico, ove più evidenti sono gli effetti delle mutate caratteristiche costruttive degli edifici. In effetti  i palazzi della parte più vecchia e più centrale della città sono in generale meno sensibili agli sbalzi di temperatura tra notte e giorno rispetto agli edifici di più recente costruzione, sia perché, essendo di solito poco alti, risentono di meno dell’effetto canyon, sia perché gli spessi muri perimetrali rallentano la penetrazione del calore dall’esterno vero l’interno, mentre il largo impiego di pietra, mattoni e calce – materiali ad elevata capacità termica - fa sì che gli stessi divengano ottimi accumulatori di calore nelle ore più calde.

Di seguito vi proponiamo un interessante confronto tra la nostra stazione (periferia est, San Donato) e quella dell'Osservatorio dell'Università (centro storico, Via D'Azeglio), relativa all'estate 2004