Marco guiado por satélites y mejorado por IA para evaluar las cargas de enfriamiento y calefacción impulsadas por UHI

Cuantificar cómo las islas de calor urbanas (UHI) influyen en el consumo eléctrico regional sigue siendo un desafío porque los indicadores basados en estaciones y los umbrales prescritos de grado-día de calefacción/enfriamiento (HDD/CDD) a menudo no logran capturar la heterogeneidad térmica intraurbana y las respuestas no lineales de la demanda durante extremos. Este estudio aborda estas limitaciones al combinar el aprendizaje automático con la teledetección térmica MODIS para reconstruir campos de temperatura de superficie terrestre (LST) diario sin lagunas en las Zonas Climáticas Locales (LCZ) de los cantones suizos de Vaud y Ginebra (2015–2024) y al derivar umbrales de temperatura relevantes para la demanda directamente de las observaciones. Los LST de MODIS Terra y Aqua se integran con observaciones meteorológicas in situ, fracciones de LCZ sub-píxel y predictores morfológicos urbanos para representar la variabilidad térmica dentro del píxel asociada con la forma urbana. Varios regresores de aprendizaje automático se evalúan para la reconstrucción de LST, siendo XGBoost el que consistentemente alcanza el mejor rendimiento entre los cantones, los sobrevuelo de satélites y las estaciones de campo independientes. Los campos de LST reconstruidos se vinculan posteriormente a registros de demanda eléctrica de una década utilizando un modelo de bisagra lineal interpretativo, que infiere temperaturas de transición de calefacción y enfriamiento empíricas (∼19.5 °C y ∼30.3 °C) a partir de las relaciones observadas entre la demanda y LST en lugar de prescribirlas. Estos umbrales permiten métricas de grado-día basadas en LST para mapear excesos y estimar sensibilidades de demanda específicas de LCZ. La sensibilidad al calentamiento (pendiente de demanda-temperatura) es relativamente uniforme entre LCZ, mientras que la sensibilidad al enfriamiento varía mucho con la forma urbana, siendo más alta en LCZ compactas y abiertas de mediana altura y menor en zonas escasamente edificadas e industriales. La sensibilidad al enfriamiento es pronunciada en días laborales pero negligible en fines de semana/festivos, lo que indica una señal de enfriamiento predominantemente no residencial, consistente con la adopción limitada de aire acondicionado residencial en esta región templada. En general, el marco proporciona una base transferible y espacialmente explícita para cuantificar los vínculos específicos de la LCZ entre la exposición a UHI en la superficie y la demanda eléctrica y para identificar las formas urbanas más propensas a amplificar el riesgo de carga máxima bajo extremos de calor intensificantes.