Inicialmente, foram feitas simulações microclimáticas das três áreas descritas no item 3.1 por meio do software ENVI-met (versão 3.1), utilizando-se como dados de entrada a configuração urbana de cada local e as médias dos dados climáticos fornecidos pela estação meteorológica do Forte de Copacabana para o verão de 2017 (INMET, s.d). Com isso,
buscou-se entender a influência da forma urbana sobre o microclima e identificar os locais com maiores possibilidades de desconforto térmico.
O ENVI-met trabalha com um modelo tridimensional que simula o microclima urbano e foi desenvolvido pelo geógrafo alemão Michael Bruse (BRUSE, 2009). Este modelo está baseado nos princípios da mecânica dos fluídos, nas leis da termodinâmica, na fisiologia vegetal e em ciências do solo e leva em consideração suas inter-relações (BRUSE, 2017). Dessa forma, o programa calcula o balanço de energia por meio das variáveis: radiação, reflexão, sombreamento de edifícios e vegetação, fluxo de ar, temperatura, umidade, turbulência local e sua taxa de dissipação e trocas de água e calor dentro do solo. A Figura 7 apresenta uma esquematização desse modelo.
Figura 7 – Modelo do ENVI-met BRUSE, 2009.
O modelo do ENVI-met é composto por células tridimensionais (grid cells) com formato de cubo e de dimensões dx, dy e dz. Para iniciar a representação da área a ser modelada, deve-se definir o tamanho do modelo, determinando a quantidade e o tamanho das células. Para isso, considera-se o tamanho e a altura das edificações existentes na região de estudo, e sua área (600m x 600m).
A escolha de células com grandes dimensões torna os resultados mais imprecisos, uma vez que cada célula possuirá informações relativas ao solo, à vegetação e à edificação existentes na região de estudo. Sendo assim, optou-se por células com dimensões 3,0m x 3,0m x 3,0m para todos os modelos. Por conseguinte, o grid escolhido para cada área de estudo neste trabalho foi de 200 x 200 x 30 (Figura 8).
Figura 8 – Dados para a criação do modelo, exemplo de Ipanema
A criação das células verticais (dz) pode ser feita de duas formas: equidistante, onde todas as células terão a mesma dimensão (com exceção da primeira), e telescópica, onde o valor de dz aumenta progressivamente com a altura17. A primeira forma foi utilizada nos modelos de Ramos e Ipanema, enquanto, no caso de Copacabana, devido à existência de edifícios muito altos, utilizou-se a forma telescópica.
Pelo fato de as células localizadas nas bordas do modelo não possuírem células vizinhas, alguns problemas numéricos relacionados ao fluxo de vento e radiação podem ocorrer. Dessa maneira, para evitar que as simulações tivessem problemas desse tipo, algumas células bidimensionais (x,y), denominadas Nesting Grids, foram adicionadas.
O último passo da preparação do modelo das áreas envolve a definição do Norte de cada área. Para facilitar o preenchimento das células, as áreas foram rotacionadas de modo que os quarteirões ficassem paralelos às bordas do modelo. Os valores da rotação do Norte para cada área de estudo foram: 40º para Ramos; 320º para Copacabana; e 0º para Ipanema.
A próxima etapa compreende o preenchimento das células com as informações referentes à cobertura do solo, o tipo de vegetação e à altura das edificações. Para tal, foram utilizadas imagens de satélite, de modo a simplificar esse processo (Figura 4a, Figura 5a e Figura 6a).
Em relação aos dados de entrada para as edificações, cada célula deve ser preenchida com a altura do edifício correspondente. Dessa forma, foi feita uma estimativa de altura de cada prédio na região de estudo com base no número de pavimentos, considerando um pé direito de 3 m.
17 Maiores detalhes sobre a criação das células verticais. IN: <http://www.envi-
Quanto aos dados de solo, o programa dispõe de uma base de dados com 20 tipos de solo, cada um com características específicas, como condutividade hidráulica, térmica e capacidade de campo18. Com auxílio das imagens de satélite e imagens do Google Maps pôde-se observar o tipo de solo em cada área de estudo e selecionar a que mais se adequava a cada local.
Assim como a base de dados de solo, a de vegetação também possui diversos tipos. Existem 26 espécies com características particulares, como a densidade de área foliar e a altura da espécie19. As espécies utilizadas nos modelos foram “sk” (árvore com 15m de altura, densidade alta, com coroa definida) e “g” (grama com 50cm de altura, densidade média), pois são as mais semelhantes com a vegetação dos bairros. A Figura 9 apresenta a modelagem simplificada de uma das áreas a partir das imagens de satélite.
Além desses dados, ainda é possível adicionar receptores no modelo. Posicionados em pontos específicos, o objetivo deles é fornecer informações mais detalhadas sobre a atmosfera, as superfícies e o solo. Os resultados dos receptores foram utilizados posteriormente como dados de entrada para o cálculo do PET (ver item 4.3).
Cabe ressaltar que os modelos feitos no ENVI-met são aproximações da realidade, uma vez que as imagens de satélite que serviram como base para a modelagem não possuem resolução suficiente para uma representação real das áreas. Além disso, essas imagens causam o efeito de paralaxe, que cria uma ilusão visual de que as edificações estão inclinadas (ROCHA, 2018).
Figura 9 – Modelagem feita a partir de uma imagem de satélite, exemplo de Ipanema
18 Maiores detalhes sobre as características de cada tipo de solo. IN: <http://www.envi-
met.info/documents/onlinehelpv3/hs310.htm> Acesso em 10/07/18.
19 Maiores detalhes sobre as características de cada espécie vegetal. IN: <http://www.envi-
Após a criação e preparação dos modelos, é necessário gerar um arquivo de configuração com as condições iniciais das simulações e dados sobre os arquivos utilizados e criados (Figura 10). Os parâmetros necessários são: nome da simulação, diretório do arquivo de entrada do modelo, nome do arquivo de saída, diretório do arquivo de saída, data e hora de início da simulação, duração da simulação, intervalo de tempo entre o armazenamento de dados, velocidade e direção do vento, rugosidade da superfície, temperatura inicial do ar, umidade específica a 2500m e umidade relativa a 2m20.
Figura 10 – Arquivo de configuração do ENVI-met, exemplo de Ipanema
Os parâmetros climáticos foram os valores médios de temperatura, umidade relativa, velocidade e direção do vento do verão de 2017, fornecidos pela estação localizada no Forte de Copacabana (INMET, s.d), e são: temperatura inicial do ar de 300,45 K; umidade relativa de 73,1%; velocidade do vento de 2,6 m/s e direção do vento de 135º (Sudeste).
Além disso, considerou-se uma umidade específica de 9,8 gramas de água por quilograma de ar e rugosidade de 0,1. Por fim, as simulações foram feitas a partir do dia 31/12/2016 às 6:00 e tiveram duração de 48 horas, com armazenamento de dados a cada 1 hora. Os resultados foram obtidos para o dia 01/01/2017 às 12h (13h, no horário de verão) e serão apresentados no item 4.1 deste trabalho.
20 Maiores detalhes sobre os parâmetros do arquivo de configuração. IN: <http://www.envi-