Wind safety research on urban green areas and explorative strategies to enhance climate resilience with the case of Milan

From the 20th century, environmental issues caused by climate change and energy shortage attract much attention in the urban study field, and climate adaptation measures are increasingly considered in urban planning and design. Experts do extensive modeling of temperature and precipitation, given they are dominant factors in the environmental system. On the contrary, the wind is perceived as a key component of climate and affects daily experience, it is usually overlooked in urban climate analysis. Storm-force winds, a known hazard, given their capacity to increase wildfire risks and aggravate drought, are regarded as macro research targets. The winds below the extreme warning threshold but beyond comfortable range have largely fallen off the research radar, good ventilation, corresponding to a certain wind speed, is regarded as good news for energy exchange, however, the side effects brought by the strong winds on industries, agriculture, the safety of the living environment could not be ignored. This research aims at increasing the analysis dimension of wind in urban climate research and bridging this climatology analysis with practice in urban planning, through multivariable and multi-scalar mapping of urban wind risk assessment on trees with the case of Milan, in increasing knowledge of the local wind resilience influenced by urban morphology, land use, and the maintenance of trees. Thus, based on overlapping the direct and indirect impacts of wind on people’s living experience, we propose adaptive strategies and solutions based on improving capacity and decreasing vulnerability, and advocate community-scale co-maintenance policies. The puzzles of research on wind impacts in the urban study field are, on one hand, the complicated mechanism behind the changing of near-surface wind which is previously hypothesized as determined by vegetation growth and/or urbanization, on the other, the availability and reliability of data collected from sensing points being processed for extensive urban areas. Accordingly, through the focus study of Milan city in terms of urban wind safety, this work outcome two aspects as the complementary to urban wind and climate research. One is the systemic risk assessment on how local climate zones are affected by strong urban winds with tree forms and building morphology as variables, through quantitatively and qualitatively analyzing by geographic information system (GIS) techniques of the existing and historical damage. Another is linking the analytical results to urban responsive mechanisms and strategies with the guide of the risk assessment in specific scenarios, combining 3-D modeling simulation of different wind conditions. These two outcomes may serve as an explorative trial for a wider range of applications, as examples for other areas, promoting wind resilience in the broad context of climate change and the need for refined management of cities.

Dal XX secolo, i problemi ambientali causati dal cambiamento climatico e dalla scarsità di energia attirano molta attenzione nel campo degli studi urbani e le misure di adattamento al clima sono sempre più considerate nella pianificazione e nella progettazione urbana. Gli esperti effettuano una vasta modellazione della temperatura e delle precipitazioni, dato che sono fattori dominanti nel sistema ambientale. Al contrario, il vento è percepito come una componente chiave del clima e influisce sull'esperienza quotidiana, ma di solito viene trascurato nell'analisi del clima urbano. I venti di forza tempestosa, un pericolo noto, data la loro capacità di aumentare il rischio di incendi e di aggravare la siccità, sono considerati macro obiettivi di ricerca. I venti al di sotto della soglia di allarme estrema, ma al di là della fascia di comfort, sono in gran parte usciti dal radar della ricerca; una buona ventilazione, corrispondente a una certa velocità del vento, è considerata una buona notizia per lo scambio di energia, ma non si possono ignorare gli effetti collaterali portati dai venti forti sulle industrie, sull'agricoltura e sulla sicurezza dell'ambiente di vita. Questa ricerca mira ad aumentare la dimensione di analisi del vento nella ricerca sul clima urbano e a collegare questa analisi climatologica con la pratica della pianificazione urbana, attraverso una mappatura multivariabile e multiscalare della valutazione del rischio vento urbano sugli alberi con il caso di Milano, per aumentare la conoscenza della resilienza locale al vento influenzata dalla morfologia urbana, dall'uso del suolo e dalla manutenzione degli alberi. In questo modo, basandoci sulla sovrapposizione degli impatti diretti e indiretti del vento sull'esperienza di vita delle persone, proponiamo strategie e soluzioni adattive basate sul miglioramento della capacità e sulla riduzione della vulnerabilità, e sosteniamo politiche di co-manutenzione su scala comunitaria. Le perplessità della ricerca sugli impatti del vento nel campo di studio urbano sono, da un lato, il complicato meccanismo alla base del cambiamento del vento vicino alla superficie, precedentemente ipotizzato come determinato dalla crescita della vegetazione e/o dall'urbanizzazione, dall'altro, la disponibilità e l'affidabilità dei dati raccolti dai punti di rilevamento che vengono elaborati per le aree urbane estese. Di conseguenza, attraverso lo studio della città di Milano in termini di sicurezza del vento urbano, questo lavoro evidenzia due aspetti come complementari della ricerca sul vento urbano e sul clima. Uno è la valutazione del rischio sistemico su come le zone climatiche locali sono influenzate da forti venti urbani con le forme degli alberi e la morfologia degli edifici come variabili, attraverso l'analisi quantitativa e qualitativa con tecniche di GIS dei danni esistenti e storici. Un altro aspetto è quello di collegare i risultati analitici ai meccanismi e alle strategie di risposta urbana con la guida della valutazione del rischio in scenari specifici, combinando la simulazione di modelli tridimensionali di diverse condizioni di vento. Questi due risultati possono servire come prova esplorativa per una più ampia gamma di applicazioni, come esempi per altri settori, promuovendo la resilienza al vento nell'ampio contesto del cambiamento climatico e della necessità di una gestione raffinata delle città.