Planificación de la adaptación al clima extremo en el contexto del cambio climático. La ciudad esponja como elemento clave para la resiliencia

Abstract

(English) Climate change represents an unprecedented challenge for Mediterranean coastal regions, especially for Spain. This doctoral thesis, focused on climate change and its impact on regional extreme events, through systematic and multidimensional scientific research, reveals the complex mechanisms of climate change and its profound effects on ecosystems and urban environments. In the first part of the research, the thesis proposes an innovative method for estimating nocturnal surface temperature. By combining satellite imagery and multiple regression techniques, the study reveals significant characteristics of the urban heat island effect, especially during nighttime. This method not only improves the understanding of urban microclimate but also provides important scientific foundations for urban thermal stress response strategies. Regarding climate classification, the thesis systematically optimizes the existing climate classification system in Spain. The research introduced more geographical and climatic variables and used advanced statistical techniques, such as K-means clustering and spatial regression, significantly improving current building technical standards. The new classification method more accurately reflects the climatic diversity of Spain, providing a more detailed framework for assessing building energy efficiency. Based on high-resolution data from 1971-2022, the study systematically analyzes Spain's climate trends. The research discovered a significant warming trend, especially in maximum temperatures. Simultaneously, notable changes in precipitation patterns were observed, characterized by an overall decrease in precipitation but with an increase in the frequency and intensity of extreme precipitation events. Projections indicate that by 2050, Spain could face a crucial transition towards a semi-arid climate. In flood risk assessment, the study developed an innovative multicriteria evaluation method. Through comprehensive analysis of topographical, hydrological, and land cover factors, the research created detailed flood risk maps, with special emphasis on vulnerable Mediterranean coastal regions. Notably, the reconstruction of the significant flood event in the Valencian Community in 2024, using high-resolution precipitation data and advanced hydrodynamic models, precisely simulated the event's spatio-temporal evolution. Finally, taking the El Poblenou neighborhood in Barcelona as a case study, the thesis systematically evaluated the effectiveness of "sponge city" strategies in mitigating urban flood disasters. The study demonstrated the significant potential of technical innovations such as permeable pavements, rain gardens, and green roofs in reducing urban flood risks, providing a robust practical approach to urban climate adaptation. The research employed an innovative multi-method approach, integrating remote sensing technologies, statistical modeling, geographic information systems, and hydrodynamic analysis. The study not only expands the boundaries of climate change science but also provides scientifically feasible paths for building more resilient and sustainable urban systems. The research results highlight the urgency of implementing mitigation and adaptation measures, especially for Mediterranean coastal regions. Future research will further optimize climate models, improve flood risk assessment methods, and expand the application of "sponge city" strategies.

(Català) El canvi climàtic representa un repte sense precedents per a les regions costaneres mediterrànies, especialment per a Espanya. Aquesta tesi doctoral, centrada en el canvi climàtic i el seu impacte en els esdeveniments extrems regionals, mitjançant una investigació científica sistemàtica i multidimensional, revela els mecanismes complexos del canvi climàtic i els seus profunds efectes sobre els ecosistemes i l’entorn urbà. A la primera part de la investigació, la tesi proposa un mètode innovador per estimar la temperatura superficial nocturna. Mitjançant la combinació d’imatges satel·litàries i tècniques de regressió múltiple, l’estudi revela característiques significatives de l’efecte illa de calor urbana, especialment durant la nit. Aquest mètode no només millora la comprensió del microclima urbà, sinó que també proporciona bases científiques importants per a estratègies de resposta a l’estrès tèrmic urbà. Pel que fa a la classificació climàtica, la tesi optimitza sistemàticament el sistema de classificació climàtica existent a Espanya. La investigació ha introduït més variables geogràfiques i climàtiques, i ha utilitzat tècniques estadístiques avançades, com l’anàlisi de clústers K-means i la regressió espacial, millorant significativament les normes tècniques d’edificació actuals. El nou mètode de classificació reflecteix amb més precisió la diversitat climàtica d’Espanya, proporcionant un marc més detallat per a l’avaluació de l’eficiència energètica dels edificis. Basant-se en dades d’alta resolució del període 1971-2022, l’estudi analitza sistemàticament les tendències climàtiques d’Espanya. La investigació ha descobert una tendència significativa d’escalfament, especialment en les temperatures màximes. Simultàniament, s’han observat canvis notables en els patrons de precipitació, caracteritzats per una disminució general de les precipitacions, però amb un augment en la freqüència i intensitat dels esdeveniments de precipitació extrema. Les projeccions indiquen que cap al 2050, Espanya podria enfrontar-se a una transició crucial cap a un clima semiàrid. En l’avaluació del risc d’inundacions, l’estudi ha desenvolupat un mètode innovador d’avaluació multicriteri. Mitjançant l’anàlisi integral de factors topogràfics, hidrològics i de cobertura terrestre, la investigació ha elaborat mapes detallats de risc d’inundació, amb especial èmfasi en les regions costaneres mediterrànies vulnerables. Destacablement, la reconstrucció del gran esdeveniment d’inundació a la Comunitat Valenciana el 2024, utilitzant dades de precipitació d’alta resolució i models hidrodinàmics avançats, ha simulat amb precisió l’evolució espai-temporal de l’esdeveniment. Finalment, prenent com a cas d’estudi el barri del Poblenou a Barcelona, la tesi ha avaluat sistemàticament l’efectivitat de les estratègies de “ciutat esponja” en la mitigació de desastres urbans per inundacions. L’estudi ha demostrat el significatiu potencial d’innovacions tècniques com paviments permeables, jardins de pluja i cobertes verdes per reduir el risc d’inundacions urbanes, proporcionant un sòlid enfocament pràctic per a l’adaptació climàtica urbana. La investigació ha emprat un enfocament innovador de múltiples mètodes, integrant tecnologies de teledetecció, modelització estadística, sistemes d’informació geogràfica i anàlisi hidrodinàmica. L’estudi no només amplia els límits de la ciència del canvi climàtic, sinó que també proporciona vies científicament viables per construir sistemes urbans més resilients i sostenibles. Els resultats de la investigació destaquen la urgència d’implementar mesures de mitigació i adaptació, especialment per a les regions costaneres mediterrànies. La investigació futura aprofundirà en l’optimització de models climàtics, perfeccionarà els mètodes d’avaluació de riscos d’inundació i ampliarà l’abast de les estratègies de “ciutat esponja”.

(Español) El cambio climático representa un desafío sin precedentes para las regiones costeras mediterráneas, especialmente para España. Esta tesis doctoral, centrada en el cambio climático y su impacto en los eventos extremos regionales, mediante una investigación científica sistemática y multidimensional, revela los mecanismos complejos del cambio climático y sus profundos efectos sobre los ecosistemas y el entorno urbano. En la primera parte de la investigación, la tesis propone un método innovador para estimar la temperatura superficial nocturna. Mediante la combinación de imágenes satelitales y técnicas de regresión múltiple, el estudio revela características significativas del efecto de isla de calor urbana, especialmente durante la noche. Este método no solo mejora la comprensión del microclima urbano, sino que también proporciona bases científicas importantes para estrategias de respuesta al estrés térmico urbano. En cuanto a la clasificación climática, la tesis optimiza sistemáticamente el sistema de clasificación climática existente en España. La investigación introdujo más variables geográficas y climáticas, y utilizó técnicas estadísticas avanzadas, como el análisis de clústeres K-medias y regresión espacial, mejorando significativamente las normas técnicas de edificación actuales. El nuevo método de clasificación refleja con mayor precisión la diversidad climática de España, proporcionando un marco más detallado para la evaluación de la eficiencia energética de los edificios. Basándose en datos de alta resolución del período 1971-2022, el estudio analiza sistemáticamente las tendencias climáticas de España. La investigación descubrió una tendencia significativa de calentamiento, especialmente en las temperaturas máximas. Simultáneamente, se observaron cambios notables en los patrones de precipitación, caracterizados por una disminución general de las precipitaciones, pero con un aumento en la frecuencia e intensidad de los eventos de precipitación extrema. Las proyecciones indican que hacia 2050, España podría enfrentar una transición crucial hacia un clima semiárido. En la evaluación del riesgo de inundaciones, el estudio desarrolló un método innovador de evaluación multicriterio. Mediante el análisis integral de factores topográficos, hidrológicos y de cobertura terrestre, la investigación elaboró mapas detallados de riesgo de inundación, con especial énfasis en las regiones costeras mediterráneas vulnerables. Destacadamente, la reconstrucción del importante evento de inundación en la Comunidad Valenciana en 2024, utilizando datos de precipitación de alta resolución y modelos hidrodinámicos avanzados, simuló con precisión la evolución espacio-temporal del evento. Finalmente, tomando como caso de estudio el barrio de El Poblenou en Barcelona, la tesis evaluó sistemáticamente la efectividad de las estrategias de "ciudad esponja" en la mitigación de desastres urbanos por inundaciones. El estudio demostró el significativo potencial de innovaciones técnicas como pavimentos permeables, jardines de lluvia y cubiertas verdes para reducir el riesgo de inundaciones urbanas, proporcionando un sólido enfoque práctico para la adaptación climática urbana. La investigación empleó un enfoque innovador de múltiples métodos, integrando tecnologías de teledetección, modelado estadístico, sistemas de información geográfica y análisis hidrodinámico. El estudio no solo amplía los límites de la ciencia del cambio climático, sino que también proporciona vías científicamente viables para construir sistemas urbanos más resilientes y sostenibles. Los resultados de la investigación destacan la urgencia de implementar medidas de mitigación y adaptación, especialmente para las regiones costeras mediterráneas. La investigación futura profundizará en la optimización de modelos climáticos, perfeccionará los métodos de evaluación de riesgos de inundación y ampliará el alcance de las estrategias de "ciudad esponja".