Estudos sobre ilha de calor de superfície.

De acordo com Mendonça (1994, p. 51), “...o campo térmico das cidades, enquanto sub–divisão do clima urbano tem sido aquele no qual mais se tem empregado as imagens de satélites, notadamente no estudo das ilhas de calor urbano...”.

Isto se deve ao desenvolvimento de satélites com alta resolução espacial. As imagens provenientes do satélite NOAA/AVHRR (Nacional Oceanic and Atmosphere Administration/ Advanced Very Hight Resolution Radionater), com resolução espacial de 1,1km (no Nadir), são aplicáveis aos estudos climáticos de grandes centros urbanos e em escala regional.

Já as imagens do satélite LANDSAT (Land Remote Sensing Satellite) 5 e 7 (banda 6 – canal termal infravermelho – resoluções espaciais de 120 e 60 metros, respectivamente) têm se tornado importante ferramenta no estudo da configuração e da variação térmica no ambiente intra-urbano de cidades de médio e pequeno porte. O emprego de imagens do LANDSAT no estudo das cidades tem sido considerado, de acordo com Mendonça (op. cit), satisfatório para a identificação e análise do uso e ocupação da terra.

Na literatura internacional, é vasta a aplicabilidade destes recursos, derivados de satélites, na identificação da termografia infravermelha das cidades. Oke e Voogt (2003) afirmam que o advento da tecnologia de sensoriamento remoto termal, através de satélites e de plataformas em aeronaves, permitiu novas possibilidades de observações sobre as ilhas de calor, bem como a compreensão de suas causas e combinações com os arranjos urbanos.

Sabe-se que o desenvolvimento das ilhas de calor é mais bem definida junto ao limite do teto máximo das edificações, e suas observações tradicionais, através de transetos e redes móveis, permitem apenas uma detecção ao nível pontual das condições térmicas da estrutura urbana.

O uso de dados de satélites permite uma melhor apreensão das condições térmicas no contexto de toda a cidade, o que favorece o estabelecimento de relações entre as características térmicas dos elementos da superfície com a do ar, através de dados obtidos em observações de campo (OKE; VOOGT, 1997 e 2003).

Porém, esta nova alternativa se limita a apreensão das condições termográficas da cidade ao nível da superfície dos objetos urbanos da cidade, diferindo das observações intra–urbanas.

Buscando avançar na solução deste impasse Oke e Voogt (1997) desenvolveram um novo conceito para os estudos de clima urbano denominado de temperatura de superfície urbana completa, que procura agregar as observações ao nível dos telhados, como da superfície terrestre, conforme pode ser visualizado na Figura 28.

Figura 28. Demonstração dos tipos de ilha de calor de acordo com o local de obtenção da temperatura.

De acordo com os autores, este trabalho é uma tentativa de estimar o verdadeiro impacto térmico nas três dimensões do sistema climático urbano, fugindo dos limites inerentes aos sensores remotos, que calculam temperatura de superfície sobre a superfície áspera da cidade. Para calcular uma temperatura de superfície completa é necessário levar em conta as superfícies horizontais e verticais dos diferentes tipos de uso da terra.

O estudo pioneiro das ilhas de calor urbano, por meio de imagens termais, foi realizado, por Rao (1972), combinou dados de satélite com medições de temperatura junto à superfície urbana. A partir deste, com o desenvolvimento dos satélites NOAA/AVHRR e do LANDSAT (no infravermelho termal), muitos estudos sobre o campo térmico das cidades foram realizados.

No Brasil, apesar de ser ainda pouco explorado, existem alguns estudos, dos quais pode ser destacado o de Lombardo (1985), considerado por muitos como pioneiro, no Brasil, nos estudos do fenômeno das ilhas de calor com uso de imagens termais.

Lombardo (op. cit.) utilizou imagens do satélite NOAA/AVHRR, que permitiram a identificação de áreas de maiores temperaturas no centro da cidade. Este estudo, em razão da dimensão resolução da imagem termal do NOAA é bastante generalizado, não permitindo um detalhamento das características térmicas do ambiente intra–urbano.

Mendonça (1994), ao estudar o clima urbano da cidade de Londrina–PR, também utilizou imagens do NOAA/AVHRR para individualização das manchas urbanas. E as imagens do LANDSAT foram utilizadas para um estudo mais detalhado das características da paisagem intra-urbana através do uso solo urbano e, principalmente, no emprego da termografia infravermelha (banda 6) no estudo do campo térmico dos materiais urbanos, os quais serviram de comparação aos dados levantados em mini-estações meteorológicas, posicionados a 1,5 metros da superfície.

Atualmente, o número de trabalhos relacionados à ilha de calor que utilizam o sensoriamento remoto é significativo, quando pesquisamos os anais do simpósio brasileiro de sensoriamento remoto, onde se encontram pesquisas desenvolvidas para as regiões metropolitanas (TEZA; BAPTISTA, 2005; SOUSA; BAPTISTA, 2005), Distrito Federal (BIAS, et. al., 2005), São José dos Campos (ANDRADE, et. al., 2007) e Piracicaba (COLTRI et. al., 2007).

Apesar do esforço em se utilizar novas tecnologias nos estudos de clima urbano, os trabalhos de Lombardo (op. cit.) e Mendonça (op. cit.) e os demais citados não distinguem a temperatura de superfície da temperatura do ar. Ambas podem ser utilizadas como parâmetros diferentes para a definição, por exemplo, de unidades climáticas intra–urbanas, mas não podem ser consideradas iguais, pois enquanto a temperatura do ar é mensurada dentro do meio urbano a temperatura de superfície é obtida pela leitura de sensores à distância, que captam a temperatura da superfície dos objetos, em uma área (dependendo da resolução) que corresponde a um “pixel” na imagem, é a soma das componentes individuais (árvores, vias, edifícios, zonas de sombra, etc.) ponderada por suas respectivas superfícies, refletindo, portanto a temperatura do elemento mais representativo que o compõe.

Além disto, conforme observa Azevedo (2001, p. 179 do anexo) no trabalho de Lombardo (op. cit.) seja possível distinguir um expressivo contraste entre o urbano e do entorno do ponto de vista da radiação, não é imediata a assertativa de que haveria um aumento da temperatura do ar nas proporções sugeridas pela autora, pois a atmosfera não é capaz de absorver quantidades expressivas de calor irradiado, ou seja, não há qualquer evidência de que, pelo fato do ar estar imerso em um campo de radiação de onda longa mais intensa, rapidamente responda com aumento de temperatura expressivo.

Embora as observações de Azevedo (op. cit.) sejam claras, ainda se identifica equívocos graves, quando alguns autores buscam justificar a pertinência de seus estudos ou a gravidade do fenômeno, comparando seus resultados com estudos que utilizaram métodos de observação distintos. Como pode ser identificado no trabalho de Coltri et. al. (op. cit., p. 5153), que escreve:

“...O trabalho obteve uma amplitude de 8,6ºC semelhante a Mendonça (1994), porém muito elevada se comparada aos estudos realizados por Tarifa (1977) e Sampaio (1981), que encontraram 3,4ºC e 4,6ºC para as cidades de São José dos Campos, São Paulo, e Salvador, Bahia, respectivamente...”

Para Collischonn (1998, p.113) a análise de um meio heterogêneo, como o urbano, estará mais relacionada à resposta térmica das principais estruturas da paisagem (centro urbano, loteamentos, parques, área industrial, etc.), do que às

variações térmicas de detalhe existentes, mas que o sensor não pode registrar em função do limite de resolução espacial.

A intensidade da radiação térmica recebida pelo satélite é o resultado de três componentes: a emissão própria do solo, a emissão da atmosfera e a fração de energia térmica refletida (COLLISCHONN, op. cit.).

O sensor do satélite registra seqüencialmente para cada pixel em um dado instante, a intensidade da radiação eletromagnética emitida por diferentes objetos na superfície da terra, que por sua vez resulta diretamente da temperatura da superfície e de sua emissividade. Assim, para se obter a temperatura de fato de uma determinada superfície a partir da termografia infravermelha, é preciso estimar as emissividades9 (Tabela 7) para cada objeto imageado.

Neste aspecto, muitos trabalhos divergem em suas metodologias empregadas na conversão das imagens termais, pois quando se trabalha com áreas urbanas muito heterogêneas torna-se muito difícil estimar todas as emissividades dos alvos imageados, sendo que, na maioria das vezes, redunde na generalização por áreas e interpretações não condizentes com a realidade da superfície em estudo.

Tabela 7. Emissividade de objetos não metais. Emissividades Materiais 1.0 µm 8–14µm Asfalto – 0,95 Basalto – 0,7 Grafite 0,8-0,9 0,7-0,8 Cerâmica 0,4 0,95 Concreto 0,65 0,95 Tecido – 0,95

Papel (qualquer cor) – 0,95

Borracha – 0,95

Areia – 0,9

Neve – 0,9

Água – 0,93

Madeira, (natural) – 0,9-0,95

Fonte: http://www.vortex.com.br/raytek/emissividade.html#anchor120842. Acesso em 10 abr. 2009 Organizado por Edson Soares Fialho (2009).

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Emissividade é a relação entre a emissão de radiação eletromagnética da superfície de um objeto e a emissão teoricamente máxima de um corpo negro. A emissividade pode variar entre 0,0 (não emissora) até 1,0 (corpo negro). As emissividades dos objetos reais situam-se entre os dois extremos.