Interpreting future climate conditions in Brazilian cities – Dashboard and EPW files

(English) 1. Introduction This project aims to address the impacts of climate change on the built environment by developing a set of future Brazilian EPW (EnergyPlus Weather Format) files and a dashboard to interpret and evaluate the data. Future climate files were obtained using the Future Weather Generator (FWG v5.0.0) [1] with climate projections for Brazilian cities, and these projections were integrated into a code pipeline to automate the process. In this part of the project, thermal comfort indices, such as the Universal Thermal Climate Index (UTCI) and the Discomfort Index (DI), were also evaluated to understand future thermal comfort conditions. The methodology followed the structure available in the future-EPW-analysis repository: Climate-One-Building (COB) web-scraping for all available Brazilian EPW files (we recommend doing this carefully so as not to damage the COB infrastructure); Automatic organisation of all EPW files in a folder, extracting them from the ZIP format; Solar correction and radiation reprocessing of original baseline files and future climate files using SolarQC; Simulation of future climate files using FutureWeatherGenerator (v5.0.0) [1] in a line of code with default parameters (shown in Table 1); Organisation of all available EPWs (original and simulated) in a single database; Calculation of thermal comfort indices using pythermalcomfort [2]. The main objective is to provide researchers, policymakers, and professionals with a comprehensive tool for assessing and mitigating the impacts of climate change across different Brazilian cities, offering accurate data for thermal comfort and energy-efficiency modelling. The methodology involves generating future EPW files, validating them against existing literature and visualising the results through a user-friendly dashboard. The study highlights the importance of adaptive and climate-resilient strategies in urban planning and building design. Expected climate changes in Brazil include increased dry-bulb temperature and variations in relative humidity, radiation and wind speed in the different bioclimatic zones. The dashboard has been designed to simplify the visualisation of future climate data, focusing on the main climate variables, thermal comfort indices and data visualisation. It allows users to filter by city and automatically calculate all the indices, providing detailed analyses and comparisons of different scenarios. By offering a free, open-access, multi-platform, extensible, customisable and easy-to-maintain tool, the project aims to facilitate continuous updates, new features and corrections. This tool supports decision-making in public policy and urban planning, promoting a more sustainable and resilient built environment in the face of climate change. 2. Further details on the methodology Details on how the indices were selected and how the study was conducted may be found in Vaz et al. [3]. The GitHub repository in future-EPW-analysis [4] also includes details on the step-by-step procedures. Table 1 - Parameters used in the FWG simulation: Parameter Data used in the simulations Base files 581 cities from COB in TMYx 2009-2023 CMIP-6 models BCC_CSM2_MR, CanESM5, CanESM5_1, CanESM5_CanOE, CAS_ESM2_0, CMCC_ESM2, CNRM_CM6_1, CNRM_CM6_1_HR, CNRM_ESM2_1, EC_Earth3, EC_Earth3_Veg, EC_Earth3_Veg_LR, FGOALS_g3, GFDL_ESM4, GISS_E2_1_G, GISS_E2_1_H, GISS_E2_2_G, IPSL_CM6A_LR, MIROC_ES2H, MIROC_ES2L, MIROC6, MRI_ESM2_0, UKESM1_0_LL Grid Bilinear interpolation of the four nearest points Month transition smoothness 72 hours Apply variable limits True Scenarios A total of nine scenarios: One baseline for 2023 and eight future files (SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0 and SSP5-8.5 for 2050 and 2080) Solar hour correction Processed via SolarQC (including recalculation for the original file) Diffuse irradiation model FWG Multi-model Ensemble 3. References [1] E. Rodrigues, M.S. Fernandes, D. Carvalho, Future weather generator for building performance research: An open-source morphing tool and an application, Building and Environment 233 (2023) 110104. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2023.110104. [2] F. Tartarini, S. Schiavon, pythermalcomfort: A Python package for thermal comfort research, SoftwareX 12 (2020) 100578. https://doi.org/10.1016/j.softx.2020.100578. [3] Vaz, I.C.M.; Ghisi, E.; Thives, L.P.; Vieira, A.S.; Rupp, R.F.; da Rosa, A.S.; Flores, R.A.; Bastos, M.B.; Marinoski, D.L.; Silva, A.S.; Weeber, M.; Invidiata, A. (2024). Dashboard for interpreting future climate files used in the simulation of buildings – an outdoor thermal comfort approach. Under submission. [4] Future EPW Analysis - A pipeline of processes aimed at providing future EPW files based on existing models from the literature. Available at: https://github.com/igorcmvaz/future-EPW-analysis. Current version of the dashboard: 3.0.0. Available at the Dashboard. Suggestions for improvements can be made directly in the GitHub repository at future-EPW-analysis or sent to [e-mail]. NOTE: There are 11 files for each original TMYx file, namely: 1 original file, 2 similar files generated by running SolarQC (named ‘Present-day’ and ‘FutureWeatherGenerator-SolarQC_multimodel_constrained_ensemble_perez_1990’), and 8 future files based on the file adjusted by SolarQC. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- (Português-BR) 1. Introdução Este projeto tem como objetivo abordar os impactos das mudanças climáticas no ambiente construído, desenvolvendo um conjunto de arquivos EPW (EnergyPlus Weather Format) futuros para o Brasil e um dashboard para interpretar e avaliar esses dados. Os arquivos climáticos futuros foram obtidos com o Future Weather Generator (FWG v5.0.0) [1], com projeções climáticas para cidades brasileiras, integrando-as a um pipeline de código para automação. Nessa parte do projeto, os índices de conforto térmico, como o Universal Thermal Climate Index (UTCI) e o Discomfort Index (DI), também foram avaliados para compreender as condições futuras de conforto térmico. A metodologia seguiu a estrutura que está disponível no repositório future-EPW-analysis: Web scraping do Climate-One-Building (COB) para todos os arquivos EPW brasileiros disponíveis (recomendamos fazer isso com cuidado para não prejudicar a infraestrutura do COB); Organização automática de todos os arquivos EPW em uma pasta, extraindo-os do formato ZIP; Correção solar e reprocessamento da radiação do arquivo original e dos arquivos futuros através do SolarQC; Simulação dos arquivos climáticos futuros por meio do FutureWeatherGenerator (v5.0.0) [1] em linha de código com parâmetros padrão (mostrados na Tabela 1); Organização de todos os EPWs disponíveis (originais e simulados) em um único banco de dados; Cálculo dos índices de conforto térmico com o pythermalcomfort [2]. O objetivo principal é fornecer a pesquisadores, formuladores de políticas e profissionais uma ferramenta abrangente para avaliar e mitigar os impactos das mudanças climáticas em diferentes cidades brasileiras, oferecendo dados precisos para a modelagem do conforto térmico e da eficiência energética. A metodologia envolve a geração de arquivos EPW futuros, a validação desses arquivos em relação à literatura existente e a visualização dos resultados por meio de um dashboard de fácil utilização. O estudo destaca a importância de estratégias adaptativas e resistentes ao clima no planejamento urbano e no projeto de edificações. As mudanças climáticas esperadas no Brasil incluem o aumento da temperatura de bulbo seco e variações na umidade relativa, na radiação e na velocidade do vento em diferentes zonas bioclimáticas. O dashboard foi projetado para simplificar a visualização de dados climáticos futuros, concentrando-se nas principais variáveis climáticas, nos índices de conforto térmico e na apresentação dos dados. Ele permite que os usuários filtrem por cidade e calcule automaticamente todos os índices, fornecendo análises detalhadas e comparações entre diferentes cenários. Ao oferecer uma ferramenta gratuita, de acesso aberto, multiplataforma, extensível, personalizável e de fácil manutenção, o projeto visa a facilitar atualizações contínuas, novos recursos e correções. Essa ferramenta apoia a tomada de decisões em políticas públicas e no planejamento urbano, promovendo um ambiente construído mais sustentável e resiliente frente às mudanças climáticas. 2. Mais detalhes sobre a metodologia Detalhes sobre a seleção dos índices de conforto e a condução do estudo podem ser encontrados em Vaz et al. [3]. O repositório GitHub future-EPW-analysis [4] também inclui detalhes sobre os procedimentos passo a passo. Tabela 1 - Parâmetros usados na simulação do FWG Parâmetro Dados utilizados na simulação Arquivos base 581 cidades do COB em TMYx 2009-2023 Modelos CMIP-6 BCC_CSM2_MR, CanESM5, CanESM5_1, CanESM5_CanOE, CAS_ESM2_0, CMCC_ESM2, CNRM_CM6_1, CNRM_CM6_1_HR, CNRM_ESM2_1, EC_Earth3, EC_Earth3_Veg, EC_Earth3_Veg_LR, FGOALS_g3, GFDL_ESM4, GISS_E2_1_G, GISS_E2_1_H, GISS_E2_2_G, IPSL_CM6A_LR, MIROC_ES2H, MIROC_ES2L, MIROC6, MRI_ESM2_0, UKESM1_0_LL Malha Interpolação bilinear dos quatro pontos mais próximos Suavização da transição mensal 72 horas Aplicar limites das variáveis Sim Cenários Total de nove cenários: Um arquivo base em 2021 e oito arquivos futuros (SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0 e SSP5-8.5 para 2050 e 2080) Correção de hora solar Realizada via SolarQC (incluindo recálculo da radiação para o arquivo original) Modelo de radiação difusa Ensemble multimodelo do FWG 3. Referências [1] E. Rodrigues, M.S. Fernandes, D. Carvalho, Future weather generator for building performance research: An open-source morphing tool and an application, Building and Environment 233 (2023) 110104. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2023.110104. [2] F. Tartarini, S. Schiavon, pythermalcomfort: A Python package for thermal comfort research, SoftwareX 12 (2020) 100578. https://doi.org/10.1016/j.softx.2020.100578. [3] Vaz, I.C.M.; Ghisi, E.; Thives, L.P.; Vieira, A.S.; Rupp, R.F.; da Rosa, A.S.; Flores, R.A.; Bastos, M.B.; Marinoski, D.L.; Silva, A.S.; Weeber, M.; Invidiata, A. (2024). Dashboard for interpreting future climate files used in the simulation of buildings – an outdoor thermal comfort approach. Under submission. [4] Future EPW Analysis - A pipeline of processes aimed at providing future EPW files based on existing models from the literature. Available at: https://github.com/igorcmvaz/future-EPW-analysis. Versão atual do dashboard: 3.0.0. Disponível no Dashboard. As sugestões de melhorias podem ser feitas diretamente no repositório do GitHub em future-EPW-analysis ou enviadas para [e-mail]. OBSERVAÇÃO: Existem 11 arquivos por arquivo original TMYx, sendo: 1 original, 2 iguais após rodar no SolarQC (nomes 'Present-day' e 'FutureWeatherGenerator-SolarQC_multimodel_constrained_ensemble_perez_1990') e 8 futuros que usam como base o arquivo ajustado pelo SolarQC. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------