Podemos definir anomalias térmicas como alterações verificadas na temperatura do ar, especialmente em áreas urbanas, onde os efeitos da urbanização e da degradação ambiental comprometem a qualidade de vida, conforto da população nas cidades. Entre as anomalias térmicas destacam-se as ilhas de calor urbana e ilha de frescor.
A diferença entre a temperatura do ar entre áreas urbanas e rurais tem sido objeto de estudo de muitas pesquisas (PEETERS & ETZIAN, 2012; ALCHAPAR et al., 2016; CHAPMAN et al., 2017). Esta diferença de temperatura pode evidenciar o aquecimento da área urbana em relação à área rural, caracterizando a ilha de calor urbana (LUCENA, 2012) ou o resfriamento da área urbana em relação à área rural, caracterizando a ilha de frescor (ALVES, 2010).
As diversas interações que ocorrem no ambiente do espaço urbano acabam por modificar as características microclimáticas de um determinado local. Como principal consequência destas interações, é observada a ocorrência do fenômeno de ilha de calor urbana (ICU). Em contrapartida, em regiões de clima quente, as ilhas de frescor se apresentam de forma positiva (LEAL, 2012).
A “ilha de calor urbana” é o exemplo mais evidente da modificação climática provocada pelo homem na cidade e se caracteriza pelo excesso de aquecimento da atmosfera urbana em relação ao seu redor não urbanizado (OKE, 1996, VOOGT & OKE, 2003).
Das modificações climáticas produzidas pela cidade, a mais evidente e estudada é a ilha de calor é um fenômeno próprio das cidades, resultantes do processo de urbanização e características peculiares ao meio urbano (BARBIRATO et al., 2007; LUCENA et al., 2013).
Apesar de ainda não ser possível determinar o efeito da ilha de calor urbana no processo de aquecimento global (EMANUEL & KRUGER, 2012), ainda é um dos principais problemas ambientais do século XXI (RIZMAN et al., 2008; DU et al., 2017; KOOMEN & DIOGO, 2017).
A ICU pode ser visualizada como uma bolha de calor estagnada sobre as áreas mais densas e verticalizadas da cidade (FIGURA 5) e tem sido observada em praticamente todo o mundo (EMMANUEL, 2005), podendo ser classificadas em ilha
de calor subsuperficial, ilha de calor de superfície, ilha de calor de camada de dossel e ilha de calor de camada limite (OKE et al., 2017).
Figura 5 – Representação da variação de temperatura do ar em área urbana Fonte: Adaptado de Epa (2008).
O adensamento e a expansão horizontal das cidades, quando planejadas indevidamente, podem trazer consequências ambientais significativas, considerando que parte das alterações antropogênicas acaba por alterar o balanço de energia (MINELLA & KRÜGER, 2007; CALLEJAS et al., 2015; SILVA et al., 2018).
A formação da ilha de calor urbana é resposta a mais de onze fatores artificiais e naturais (RIZWAN et al., 2008; MEMON et al., 2010). Os fatores de formação e definição da intensidade da ilha de calor urbana são os fatores meteorológicos, tais como a temperatura do ar, velocidade e direção do vento, nível de umidade e nebulosidade e os parâmetros de design urbano, tais como densidade de áreas urbanas, percentagem de áreas construídas, aspecto e proporção de cânions urbanos, fator de visão do céu, materiais das edificações e forma urbana (CHE-ANI et al., 2009; RAJAGOPALAN et al., 2014).
As diferenças nos fluxos de energia entre os ambientes urbano e rural são uma causa da ocorrência de ICU, devido aos poluentes atmosféricos, a radiação solar incidente na área urbana é geralmente menor que na área rural, pois parte desta radiação é dispersa e absorvida pelas partículas de poluição (ALVES, 2011; ERELL et al., 2011).
Em suma, ilha de calor urbana - ICU (Urban Heat Island – UHI, em inglês) é o fenômeno de calor (emitido pelos materiais) das áreas urbanas, quando comparadas com seus arredores (não urbanizados) e, geralmente, refere-se ao aumento na
temperatura do ar, mas pode se referir ao calor relativo da superfície. Deste modo ilha de calor é uma medida de diferença entre o meio urbano e seu arredor menos urbanizado (VOOGT, 2002; PENG et al, 2012).
À medida que a radiação penetra na atmosfera terrestre e atinge os edifícios, esta pode também ser refletida em diversos sentidos dentro do recinto urbano. A capacidade de absorção da radiação solar na área urbana depende da refletividade de cada material utilizado nas construções urbanas e da geometria do cânion urbano. Assim, as diferentes superfícies das construções podem absorver determinada radiação solar durante o dia, dissipando-a a noite (FROTA &SCHIFFER, 2003; JOHANSSON, 2006).
Além disso, ressalta-se a diferença de evapotranspiração em meio urbano e meio rural. A evapotranspiração é geralmente mais baixa em áreas urbanas. Isto resulta da diferença de cobertura do solo, teor de umidade das superfícies cobertas de vegetação é maior que em superfícies cobertas por materiais urbanos (concreto e asfalto) (OKE, 1987; SUOMI, 2014).
Sendo assim, as ilhas de frescor estão relacionadas à locais da cidade nos quais há presença de áreas vegetadas (praças, parques urbanos). Nestas áreas o ar tende a ser mais fresco e mais denso em comparação a áreas densamente pavimentada (FERREIRA et al., 2015).
Pesquisas sobre clima urbano, que sustentaram a análise da ilha de calor urbana, tiveram início no século XIX com Howard, que ao comparar a temperatura da cidade com o meio rural encontrou valores mais elevados, com diferenças em torno de 2ºC (STEWART, 2011). Já no transcorrer do século XX, e do atual, novos estudos em ilha de calor foram desenvolvidos (ARNFIELD, 2003; STEWART, 2011; LUCENA, 2013).
Alguns dos principais estudos publicados nessa área são de autoria do pesquisador Timmothy R. Oke, nas décadas de 70 e 80. Em seus estudos, o referido autor verificou que a ilha de calor é um fenômeno predominantemente noturno, com as maiores intensidades tendendo a ocorrer algumas horas após o pôr do sol e podendo a diferença entre as temperaturas rural e urbana se inverter durante o dia.
Entretanto, o horário de pico da ilha de calor urbana depende das propriedades dos materiais urbanos, em cidade construídas com materiais que
liberam calor mais lentamente podem atingir picos após o amanhecer (GARTLAND, 2010).
Destaca-se então a importância de estudos de climatologia em países tropicais que se diferem bastante de países temperados quando analisado o fenômeno de ilha de calor urbana (MARQUES FILHO et al., 2009). Em cidades tropicais, tudo indica que a ilha de calor urbana está associada ao horário de maior magnitude de carga térmica disponível no ambiente e não ao que foi armazenado pelo tecido urbano durante o dia como em cidades temperadas (MARQUES FILHO et al., 2009; KARAM et al., 2010; FERREIRA et al., 2012; RAJAGOPALAN et al., 2014).
Gomez e Garcia (1984) apud Brandão (2003) realizaram estudos em Madri, apresentando uma classificação da magnitude de ilhas de calor em função da sua intensidade, sendo, fraca (0 a 2ºC), moderada (2 a 4ºC), forte (4 a 6ºC) e muito forte (maior que 6ºC).
Vários estudos indicam a aplicação da climatologia urbana no planejamento urbano é uma ótima maneira de reduzir o aquecimento urbano (ALCHAPAR et al., 2016; FERREIRA & DUARTE, 2019). Dado isto, estudos com a temática de climatologia urbana e/ou ilha de calor urbana tem aumentado expressivamente. De 2005 a 2015 houve um aumento de 504%, sendo que o Brasil representa o 15° país com mais publicações desta temática (HUANG & LU, 2017).