Análisis espacial y temporal de la acción y el riesgo del viento sobre áreas urbanas: El caso de Soledad, Colombia

Abstract

La presente investigación doctoral aborda, desde una perspectiva interdisciplinaria, el fenómeno de vientos fuertes en áreas urbanas, tomando como caso de estudio el municipio de Soledad, ubicado en el área metropolitana de Barranquilla, Colombia. Este municipio presenta condiciones climáticas particulares, caracterizadas por un clima tropical seco con una marcada estacionalidad de periodos secos prolongados y un periodo de lluvias torrenciales. Predominan temperaturas promedio superiores a los 28°C y una intensa exposición a flujos de viento provenientes predominantemente del noreste. Estos flujos eólicos se ven notablemente intensificados durante las temporadas de transición interanual asociadas a eventos climáticos extremos, fenómenos que alteran significativamente las condiciones meteorológicas regionales, generando incrementos importantes en la frecuencia y severidad de vientos ciclónicos locales. En las últimas décadas, el municipio de Soledad ha experimentado un acelerado proceso de urbanización, el cual ha transformado radicalmente la configuración del territorio, promoviendo la proliferación de asentamientos tanto formales como informales. Este desarrollo urbano se ha caracterizado por una notable reducción de la cobertura vegetal y la introducción de superficies impermeables como asfalto y hormigón, elementos que contribuyen directamente al aumento de la temperatura superficial y, consecuentemente, a la generación de islas de calor urbanas. La morfología urbana resultante, caracterizada por altas densidades edificatorias, calles estrechas y una configuración irregular, ha alterado significativamente los patrones naturales de circulación del viento, aumentando la turbulencia atmosférica local. Estas condiciones convierten a Soledad en un escenario particularmente vulnerable a los impactos de eventos climáticos extremos, especialmente aquellos relacionados con vientos fuertes. Frente a esta problemática, el objetivo general de esta investigación es analizar integralmente el impacto de los eventos ciclónicos urbanos en el actual contexto del cambio climático, evaluando la influencia específica de la morfología urbana y de los procesos sociales de construcción del riesgo. Para ello, se plantearon cuatro objetivos específicos fundamentales. El primero consistió en evaluar detalladamente la magnitud de las afectaciones generadas por eventos de vientos fuertes durante los últimos 25 años, empleando para ello fuentes históricas y bases de datos oficiales como la Unidad Nacional para la Gestión del Riesgo de Desastres (UNGRD). Este análisis permitió identificar claramente patrones espacio-temporales recurrentes, así como la correlación de estos eventos con períodos específicos caracterizados por condiciones climáticas extremas inducidas por fenómenos globales. 11 El segundo objetivo fue analizar el papel determinante que juega la morfología urbana en la amplificación o mitigación de los eventos ciclónicos mediante la identificación y evaluación de vulnerabilidades específicas según las distintas Zonas Climáticas Locales (Local Climate Zones - LCZ) presentes en Soledad. Este análisis se apoyó en una rigurosa metodología de medición micrometeorológica directa, utilizando instrumentos como anemómetros digitales y termohigrómetros para registrar variables clave como la velocidad del viento, dirección, temperatura del aire y humedad relativa. Complementariamente, se implementaron técnicas avanzadas de análisis espacial mediante Sistemas de Información Geográfica (SIG) y teledetección satelital multitemporal, con las cuales se caracterizó estructuralmente el dosel urbano y se calculó el Índice de Área Foliar (LAI), facilitando así la comprensión profunda de la interacción entre las estructuras urbanas y los flujos atmosféricos. Como tercer objetivo, la investigación buscó comprender cómo las percepciones socialmente construidas sobre el riesgo influencian la resiliencia urbana y la eficacia de los planes estratégicos de gestión ante eventos extremos. Este objetivo involucró la aplicación de métodos cualitativos mediante técnicas participativas avanzadas, incluyendo el uso de plataformas digitales y aplicaciones móviles basadas en crowdsourcing. A través de estos instrumentos, se logró recolectar datos perceptivos y ambientales en tiempo real, fortaleciendo significativamente el sistema local de alerta temprana y empoderando a la comunidad en la gestión activa del riesgo climático urbano. Finalmente, el cuarto objetivo apuntó al desarrollo de propuestas concretas y estrategias de planificación urbana adaptadas al clima local, basadas en evidencia empírica y participación ciudadana. Estas estrategias incluyen recomendaciones específicas para mejorar los sistemas de alerta temprana, el fortalecimiento de la infraestructura verde urbana y la incorporación de criterios bioclimáticos en la planificación y construcción de viviendas y espacios públicos. La investigación empleó un enfoque metodológico mixto, articulando técnicas cuantitativas (análisis de series temporales, mediciones micrometeorológicas y SIG) y cualitativas (crowdsourcing participativo y análisis de percepciones sociales). Este enfoque permitió abordar el fenómeno desde una perspectiva multiescalar, comprendiendo tanto los patrones físicos de ocurrencia de los eventos como los procesos sociales que influyen en la construcción del riesgo y en la respuesta ciudadana ante emergencias. En el componente cuantitativo, se sistematizó una base de datos de 25 años de eventos de vientos fuertes en Soledad, a partir de registros de la UNGRD, medios de prensa y redes sociales. Se registraron más de 40 eventos significativos con afectaciones en más de 100 barrios, 12 destacándose años con recurrencia de hasta cinco eventos ciclónicos. La mayor intensidad de los vientos se relacionó con las temporadas de transición climática y especialmente en los periodos interanuales de lluvia, que modifican el patrón de los alisios del noreste; contradictoriamente los fenómenos eólicos atípicos como vendavales y tornados en el Área Metropolitana de Barranquilla no se registran en los meses de mayor ventosidad. En paralelo, se ejecutaron campañas de medición directa utilizando anemómetros digitales, termohigrómetros y barómetros en zonas seleccionadas según su tipología de LCZ. Estas mediciones permitieron registrar diferencias significativas en la velocidad del viento (hasta 6 m s- 1 de variación entre zonas densas e intermedias) y correlacionarlas con el diseño morfológico urbano y la cobertura vegetal. El análisis espacial mediante SIG y teledetección permitió calcular el Índice de Área Foliar (LAI) y caracterizar la estructura del dosel urbano, observándose que las zonas con baja rugosidad superficial y escasa cobertura verde presentaban mayor turbulencia, efecto cañón y aceleración del viento. En el componente cualitativo, se aplicaron herramientas de crowdsourcing con más de 350 registros ciudadanos a través de aplicaciones móviles y formularios georreferenciados. Esta estrategia permitió mapear percepciones, daños, emergencias y vulnerabilidades en tiempo real, y analizar el papel de la ciudadanía en la gestión del riesgo. La investigación se estructuró en torno a tres hipótesis principales: (i) La subvaloración del fenómeno de vientos fuertes en la planificación urbana y en la política de gestión del riesgo, lo cual ha impedido el diseño de medidas efectivas de mitigación. Se constató que Soledad ha sufrido numerosos eventos destructivos que no figuran en los planes nacionales ni en los mapas oficiales de riesgo, pese a haber acumulado 7 muertos, más de 15.000 heridos y más de 10.000 viviendas afectadas entre 2001 y 2024. (ii) La morfología urbana tiene un rol determinante en la amplificación de los fenómenos eólicos. Se evidenció que los barrios con disposición irregular, alta densidad, escasa vegetación y calles estrechas generan condiciones de aceleración del viento y turbulencia local (vientos de esquina, efecto Venturi y cañón urbano). Tal es el caso de los barrios Costa Hermosa y El Hipódromo, que presentan velocidades de viento un 22% mayores que el promedio de su zona LCZ 3 por su orientación este-oeste y escasa (casi nula) vegetación. (iii) La construcción social del riesgo y la participación ciudadana son fundamentales para mejorar la resiliencia urbana. Se demostró que, mediante plataformas digitales participativas

This doctoral research addresses the phenomenon of strong winds in urban areas from an interdisciplinary perspective, taking as a case study the municipality of Soledad, located in the metropolitan area of Barranquilla, Colombia. This municipality presents particular climatic conditions, characterized by a dry tropical climate with a marked seasonality, where average temperatures above 28°C predominate and an intense exposure to wind flows coming predominantly from the northeast. These wind flows are notably intensified during the interannual transition seasons associated with extreme climatic events such as El Niño and La Niña, phenomena that significantly alter regional meteorological conditions, generating significant increases in the frequency and severity of local cyclonic winds. In recent decades, the municipality of Soledad has experienced an accelerated urbanization process, which has radically transformed the configuration of the territory, promoting the proliferation of both formal and informal settlements. These urban developments have been characterized by a notable reduction in vegetation cover and the introduction of impermeable surfaces such as asphalt and concrete, elements that contribute directly to the increase in surface temperature and, consequently, to the generation of urban heat islands. The resulting urban morphology, characterized by high building densities, narrow streets and an irregular configuration, has significantly altered the natural wind circulation patterns, increasing local atmospheric turbulence. These conditions make Soledad particularly vulnerable to the impacts of extreme weather events, especially those related to high winds. Faced with this problem, the general objective of this research was to comprehensively analyze the impact of urban cyclonic events in the context of climate change, evaluating the specific influence of urban morphology and the social processes of risk construction. To this end, four fundamental specific objectives were established. The first consisted of a detailed evaluation of the magnitude of the effects generated by strong wind events during the last 25 years, using historical sources and official databases such as the National Unit for Disaster Risk Management (UNGRD). This analysis made it possible to identify recurrent spatio-temporal patterns, as well as the correlation of these events with specific periods characterized by extreme weather conditions induced by global phenomena. The second objective was aimed at analyzing the determining role played by urban morphology in the amplification or mitigation of cyclonic events, through the identification and evaluation of specific vulnerabilities according to the different Local Climate Zones (LCZ) present in Soledad. This analysis was supported by a rigorous methodology of direct micrometeorological measurement, using instruments such as digital anemometers and thermohygrometers to record key variables such as wind speed, direction, air temperature and relative humidity. Complementarily, advanced spatial analysis techniques were implemented using Geographic Information Systems (GIS) and multitemporal satellite remote sensing, with which the urban canopy was structurally characterized and the Leaf Area Index (LAI) was calculated, thus facilitating a deeper understanding of the interaction between urban structures and atmospheric flows. As a third objective, the research sought to understand how socially constructed perceptions of risk influence urban resilience and the effectiveness of strategic plans for managing extreme events. This objective involved the application of qualitative methods through advanced participatory techniques, including the use of digital platforms and mobile applications based on crowdsourcing. Through these instruments, it was possible to collect perceptual and environmental data in real time, significantly strengthening the local early warning system and empowering the community in the active management of urban climate risk. The fourth objective aimed at developing concrete proposals and urban planning strategies adapted to the local climate, based on empirical evidence and citizen participation. These strategies include specific recommendations for improving early warning systems, strengthening urban green infrastructure, and incorporating bioclimatic criteria in the planning and construction of housing and public spaces. The research employed a mixed methodological approach, articulating quantitative (time series analysis, micrometeorological measurements and GIS) and qualitative (participatory crowdsourcing and analysis of social perceptions) techniques. This approach made it possible to address the phenomenon from a multiscale perspective, understanding both the physical patterns of occurrence of events and the social processes that influence the construction of risk and citizen response to emergencies. In the quantitative component, a 25-year database of strong wind events in Soledad was systematized, based on records from the UNGRD, press media and social networks. More than 40 significant events were recorded, affecting more than 100 neighborhoods, highlighting years with a recurrence of up to five cyclonic events. The greater intensity of winds was correlated with the climatic transition seasons and especially in the interannual rainy periods, which modify the pattern of the northeast trade winds; contradictorily, atypical wind phenomena such as gales and tornadoes in the Metropolitan Area of Barranquilla are not recorded in the months of greater windiness. In parallel, direct measurement campaigns were carried out using digital anemometers, thermohygrometers and barometers in selected zones according to their LCZ (Local Climate Zones) typology. These measurements made it possible to record significant differences in wind speed (up to 6 m/s variation between dense and intermediate zones) and to correlate them with urban morphological design and vegetation cover. Spatial analysis using GIS and remote sensing made it possible to calculate the Leaf Area Index (LAI) and characterize the structure of the urban canopy, observing that areas with low surface roughness and low green cover presented greater turbulence, canyon effect and wind acceleration. In the qualitative component, crowdsourcing tools were applied with more than 350 citizen records through mobile applications and geo-referenced forms. This strategy made it possible to map perceptions, damages, emergencies and vulnerabilities in real time, and to analyze the role of citizens in risk management. The research was structured around three main hypotheses: (i) The undervaluation of the phenomenon of high winds in urban planning and risk management policy, which has prevented the design of effective mitigation measures. It was found that Soledad has suffered numerous destructive events that do not appear in national plans or official risk maps, despite having accumulated more than 250 deaths and injuries and more than 10,000 homes affected between 2001 and 2024. (ii) Urban morphology plays a determining role in the amplification of wind phenomena. It was shown that neighborhoods with irregular layouts, high density, scarce vegetation and narrow streets generate conditions of wind acceleration and local turbulence (corner winds, Venturi effect and urban canyon). Such is the case of the Costa Hermosa neighborhood and El Hipódromo showed wind speeds 22% higher than the average of its LCZ 3 zone due to its east-west orientation and sparse (almost no) vegetation. (iii) The social construction of risk and citizen participation are fundamental to improve urban resilience. It was demonstrated that, through participatory digital platforms, the community can detect, report and respond more effectively to emergencies. The app developed made it possible to activate early warnings, identify critical areas and systematize valuable local data for urban planning. Similarly, this work contributes to the consolidation of an integrated approach to urban risk to wind phenomena, articulating physical, social and technological factors, from urban micrometeorology