O CAMPO TÉRMICO E A QUALIDADE
AMBIENTAL URBANA EM CHAPECÓ/SC
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULIS
TA
FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA
CAMPUS PRESIDENTE PRUDENTE/SP
O CAMPO TÉRMICO E A QUALIDADE AMBIENTAL
URBANA EM CHAPECÓ/SC
TESE DE DOUTORADO
Eduino Rodrigues da Costa
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
Campus de Presidente Prudente
O campo térmico e a qualidade ambiental urbana em
Chapecó/SC
Eduino Rodrigues da Costa
Orientador: Prof. Dr. José Tadeu Garcia Tommaselli
Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós Graduação em Geografia, da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista, campus de Presidente Prudente, como requisito parcial para a obtenção de título de Doutor em Geografia.
FICHA CATALOGRÁFICA
Rodrigues da Costa, Eduino.
R612c O campo térmico e a qualidade ambiental urbana em Chapecó/SC/Eduino Rodrigues da Costa. - Presidente Prudente: [s.n], 2015
290 f.
Orientador: José Tadeu Garcia Tommaselli
Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências e Tecnologia
Inclui bibliografia
DEDICATÓRIA
Dedico esta tese de Doutorado
Aos meus pais (Olálio Fernandes da Costa e Marta Rodrigues da Costa) e irmãos.
À minha filha Maria Eduarda Fantini da Costa.
Aos meus avós paternos (Eduino Fernandes da Costa e Ana Maria Helder da Costa) e maternos (Joaquim Pereira da
Silva e Librantina Rodrigues da Silva) “in memorian”.
À saudosa Profª. Dra. Maria da Graça Barros Sartori (in memorian) pelos
ensinamentos e acima de tudo pelo exemplo de caráter e dedicação.
À Simone Ribeiro da Silva pela(o) compreensão, carinho, companheirismo e amor.
À comunidade Chapecoense, para que entendam a importância dos estudos de clima urbano no planejamento da paisagem e consequentemente na melhoria da qualidade ambiental.
AGRADECIMENTOS
Neste momento várias são as pessoas e instituições a quem devo por obrigação agradecer, pois foram importantes para a construção desta longa caminhada.
Primeiramente quero agradecer aos meus pais (Olálio e Marta) que na simplicidade da vida me ensinaram a ser um bom filho, buscando meus objetivos, respeitando o semelhante e sendo humilde nas atitudes. Tudo que sou quanto ao caráter e pessoa devo a vocês meus pais.
Agradeço a todos os meus mestres desde a pré-escola ao nível superior, pois sem estes a busca pelo conhecimento não poderia se realizar na sua plenitude.
Agradeço também aos cirurgiões e equipe do Hospital São Vicente de Paula de Passo Fundo/RS e ao nosso senhor Jesus pela nova oportunidade de viver que me concederam ao tratarem de uma infecção pulmonar grave que enfrentei em 2012.
Agradeço a Unesp pela gratuidade do ensino e acima de tudo pela oportunidade de ingressar no melhor curso de Doutorado em Geografia do Brasil.
Agradeço à Capes pela concessão de bolsa nos dois primeiros meses de curso e à Fapesp (Fundação de Amparo à pesquisa do Estado de São Paulo) pelo financiamento integral da pesquisa e dos trabalhos de campo fundamentais para a realização desta tese.
Agradeço ao Prof. Dr. José Tadeu Garcia Tommaselli pela disponibilidade de orientação desta tese, pela troca de experiências e pelas sugestões de leitura da literatura internacional referente ao clima urbano.
Agradeço à Engemap/SP pela concessão da imagem ortorreferenciada da zona urbana de Chapecó, sem as quais o trabalho de mapeamento presente nesta tese se tornaria muito árduo.
Agradeço ao Prof. Dr. Cássio Arthur Wollmann (UFSM) pela disponibilidade de participar de alguns campos na cidade de Chapecó/SC, visando a aquisição dos dados climáticos fundamentais para o estudo do campo térmico Chapecoense.
EPÍGRAFE
Carta ao Professor
"Caro professor, ele terá de aprender que nem todos os homens são justos, nem todos são verdadeiros, mas por favor diga-lhe que, por cada vilão há um herói, que por cada egoísta, há também um líder dedicado, ensine-lhe por favor que por cada inimigo haverá também um amigo, ensine-lhe que mais vale uma moeda ganha que uma moeda encontrada, ensine-o a perder mas também a saber gozar da vitória, afaste-o da inveja e dê-lhe a conhecer a alegria profunda do sorriso silencioso, faça-o maravilhar-se com os livros, mas deixe-o também perder-se com os pássaros do céu, as flores do campo, os montes e os vales.
Nas brincadeiras com os amigos, explique-lhe que a derrota honrosa vale mais que a vitória vergonhosa, ensine-o a acreditar em si, mesmo se sozinho contra todos. Ensine-o a ser gentil com os gentis e duro com os duros, ensine-o a nunca entrar no comboio simplesmente porque os outros também entraram.
Ensine-o a ouvir a todos, mas, na hora da verdade, a decidir sozinho, ensine-o a rir quando está triste e explique-lhe que por vezes os homens também choram. Ensine-o a ignorar as multidões que reclamam sangue e a lutar só contra todos, se ele achar que tem razão. Trate-o bem, mas não o mime, pois só o teste do fogo faz o verdadeiro aço, deixe-o ter a coragem de ser impaciente e a paciência de ser corajoso.
Transmita-lhe uma fé sublime no Criador e fé também em si, pois só assim poderá ter fé nos homens.
Eu sei que estou a pedir muito, mas veja que pode fazer, caro professor."
RESUMO
Este trabalho teve como objetivo estudar o campo térmico e a qualidade ambiental urbana de Chapecó, cidade de porte médio localizada na região do Oeste Catarinense. Para estudar o campo térmico de Chapecó ao nível do dossel urbano, foi necessário estabelecer trajetos (transectos móveis) nos quais em condições de tempo especificas de cada mês do ano de 2014, e horários (06, 15 e 21 horas) foram realizadas coletas de dados climáticos (temperatura do ar), afim de identificar e espacializar a ocorrência de fenômenos climáticos urbanos como as ilhas de calor. Para a aquisição dos dados de temperatura do ar na zona urbana de Chapecó, utilizou-se a metodologia dos transectos móveis, a qual consiste na aquisição automática e simultânea de dados climáticos ao longo de trajetos preestabelecidos dentro de determinada malha urbana.Para avaliar e mapear a qualidade ambiental da zona urbana de Chapecó/SC foi utilizado uma adaptação da metodologia desenvolvida por Nucci (1996) ao estudar a qualidade ambiental e o adensamento urbano no distrito de Santa Cecília, localizado no município de São Paulo. Como resultados destaca-se que a ilha de calor atmosférica se definiu melhor no bairro Centro (horizontalizado e verticalizado) no horário das 15 e 21 horas em todos os episódios de tempo analisados. No horário das 06 horas não foi possível notar a influência da cidade sobre o campo térmico, visto que neste horário ocorre o resfriamento radiativo associado ao balanço negativo de radiação. A ilha de calor apresentou maior magnitude na estação de inverno e em episódios de tempo sob domínio de sistemas atmosféricos polares (Massa Polar Atlântica, Massa Polar Continental). Pelo tamanho da cidade e intensidade das alterações ambientais promovidas pela ação antrópica não foi registrada ilhas de calor de fraca magnitude. Em relação ao conforto térmico humano registrado em Chapecó, notou-se que a ilha de calor é responsável pelo desconforto térmico verificado nos tipos de tempos associados a sistemas atmosféricos tropicais no verão e pelo conforto térmico nos episódios de tempo associados a sistemas polares no inverno, principalmente no seu horário de máxima intensidade e aquecimento (15 horas). Em relação a qualidade ambiental, verificou-se que as áreas de baixa qualidade corresponderam as áreas centrais da cidade onde foram identificados e mapeados atributos negativos que reduzem a qualidade do ambiente. As ilhas de calor de média, forte e muito forte magnitude se estabeleceram justamente nas áreas centrais da cidade onde a qualidade ambiental é baixa. Conclui-se que a cidade de Chapecó por seu porte médio e dinâmicas espaciais da sua urbe, tem a capacidade de gerar um clima local; e as alterações ambientais nela verificadas contribuem para reduzir a qualidade do ambiente favorecendo assim o surgimento das ilhas de calor e o desconforto térmico.
ABSTRACT
This work aimed to study the thermal field and urban environmental quality of Chapecó, medium-sized city located in the western region of Santa Catarina. To study the thermal field of Chapecó in urban canopy level had to be established paths (mobile transects) where in specific weather conditions of each month of the year 2014, and times (06, 15 and 21 hours) samples were taken from climate data (air temperature) in order to identify and spatialize the occurrence of climatic phenomena such as urban heat islands. To acquire the air temperature data in the urban area of Chapecó, we used the methodology of mobile transects, which is the automatic and simultaneous acquisition of climate data along predetermined paths within a given urban area. To assess and map the environmental quality of the urban area of Chapecó / SC was used a methodology developed by adapting Nucci (1996) to study the environmental quality and the urban density in the Santa Cecilia district, located in São Paulo. As a result, it is emphasized that the atmospheric heat island defined better in the Centro neighborhood (horizontalized and vertical) in the time of 15 and 21 hours in all episodes rabbits. On time of 06 hours, it was not possible to note the influence of the city on the thermal field, since this time is the radiative cooling associated with the negative balance of radiation. The heat island showed greater magnitude in the winter season and episodes of time under the control of polar weather systems (Polar Atlantic Mass, Polar Continental Mass). The size of the city and intensity of environmental changes brought about by human action was not recorded weak magnitude of heat islands. Regarding the human thermal comfort registered in Chapecó, it noted that the heat island is responsible for the observed thermal discomfort in the types of associated time tropical weather systems in the summer and the thermal comfort in episodes of time associated with polar systems in the winter, especially in its maximum intensity and heating time ( 15 hours). For environmental quality, it was found that low-quality areas corresponded central city areas, which have been identified and mapped negative attributes that reduce the quality of the environment. The average heat islands, strong and very strong magnitude is precisely established in inner-city areas where environmental quality is low. We conclude that the city of Chapecó for its mid-size and space of a dynamic metropolis, has the ability to generate a local climate; and environmental changes occurring in it contribute to reducing the quality of the environment favoring the emergence of heat islands and thermal discomfort.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Mapa dos transectos da zona urbana de Chapecó...30
Figura 2: Termo-higrobarômetros utilizados para a aquisição dos dados de temperatura, do ar na zona urbana de Chapecó/SC...31
Figura 3: Estrutura em PVC elaborada para transportar e ao mesmo tempo proteger o aparelho (termo-higrobarômetro) do vento e da insolação direta...31
Figura 4: Um dos automóveis utilizados para a aquisição dos dados de temperatura do ar na zona urbana de Chapecó/SC...32
Figura 5: Modelo de localizador GPS utilizado para a aquisição dos dados de coordenadas UTM ao longo do transectos...32
Figura 6: Tela inicial do software ArcGis10...34
Figura 7: Tela da ferramenta de adição de dados (Add Data) do ArcGis 10...35
Figura 8: Malha urbana de Chapecó em formato SHP (Shapefile)...35
Figura 9: Adição da planilha Excel contendo os dados de temperatura do ar e das coordenadas UTM dos pontos dos transectos...36
Figura 10: Janela para transformar a tabela de dados em uma malha de pontos...36
Figura 11: Janela para adicionar os três campos X, Y e Z da tabela Excel...37
Figura 12: Dados da tabela Excel georreferenciados em formato de pontos...37
Figura 13: Janela para exportar os dados da tabela e criar um shapefile de pontos....38
Figura 14: Janela para realizar a Krigagem dos dados da tabela transformada em shapefile de pontos...38
Figura 15: Interpolação dos valores de temperatura dos transectos da zona urbana de Chapecó por meio de Krigagem...39
Figura 16: Janela da ferramenta Contour utilizada para gerar as isotermas...39
Figura 17: Isotermas da zona urbana de Chapecó...40
Figura 18: Janela da ferramenta Extract by Mask onde são inseridos a Krigagem e o shapefile da zona urbana de Chapecó...40
Figura 19: Mapa da zona urbana de Chapecó com os valores das isotermas...41
Figura 20: Janela da ferramenta Clip, utilizada para recortar as isotermas em conformidade com a malha urbana de Chapecó...41
Figura 21: Isotermas da malha urbana de Chapecó...42
Figura 22: Janela da ferramenta Page and Print Setup utilizada para formatar o layout do mapa final do campo térmico...42
Figura 23: Janela da ferramenta Properties onde é inserido o Grid do mapa...43
Figura 24: Janela do Data Frame Properties...43
Figura 25: Janela para a escolha do tipo de grid que pretendemos utilizar no mapa...44
Figura 26: Janela para criarmos a grade de paralelos e meridianos do cartograma...44
Figura 27: Janela utilizada para formatar os eixos da grade de coordenadas do cartograma...45
Figura 28: Janela para a geração da grade de coordenadas do cartograma...45
Figura 29: Cartograma com a grade de coordenadas geográficas (paralelos e meridianos)...46
Figura 30: Janela Reference System Properties, onde são definidos os eixos dos valores de coordenadas dos cartogramas...46
Figura 32: Modelo de cartograma do campo térmico da zona urbana de
Chapecó...47
Figura 33: Planilha para estimativa da temperatura do bulbo úmido...48
Figura 34: Modelo de planilha Excel contendo os valores de temperatura do ar e efetiva e o perfil térmico de um transecto num episódio de tempo e horário pré-selecionado...49
Figura 35: Mapa de localização de Chapecó no Estado de Santa Catarina, sua respectiva zona urbana (com a divisão por bairros) e os transectos da pesquisa...56
Figura 36: Esboço Geológico do Estado de Santa Catarina...57
Figura 37: Perfil estratigráfico da Formação Serra Geral...58
Figura 38: Unidades morfo-esculturais do Brasil...59
Figura 39: Mapa dos domínios morfoclimáticos do Brasil...59
Figura 40: Mapa da Bacia Hidrográfica do Rio Uruguai...60
Figura 41: Classificação do Clima do Brasil elaborada por Arthur Strahler...63
Figura 42: Mapa do clima da Região Sul do Brasil...64
Figura 43: Correntes Perturbadas que atuam na Região Sul do Brasil e consequentemente em Chapecó...65
Figura 44: Precipitação total anual do Estado de Santa Catarina...66
Figura 45: Temperatura média anual (ºC) do Estado de Santa Catarina...67
Figura 46: Ocorrência média de dias de geada na Região Sul do Brasil...69
Figura 47: Localização do Planalto da Neve no sul do Brasil (Santa Catarina e Rio Grande do Sul)...70
Figura 48: Perfis geourbanos e geoecológicos de Chapecó/SC, área de abrangência dos transectos...74
Figura 49: Mapa hipsométrico de Chapecó/SC...75
Figura 50: Mapa de declividade de Chapecó/SC...76
Figura 51: Mapa de orientação de vertentes de Chapecó/SC...77
Figura 52: Mapa de uso da terra da zona urbana de Chapecó/SC...78
Figura 53: Mapa do antigo território da região Oeste catarinense...80
Figura 54: Áreas urbanizadas de Chapecó antes e depois das instalações das agroindústrias...84
Figura 55: Taxa de crescimento médio anual da população de Chapecó, Oeste catarinense, Santa Catarina e Brasil...85
Figura 56: Pirâmide etária de Chapecó/SC...87
Figura 57: IDHM de Chapecó no ano de 2013...88
Figura 58: Participação dos setores da economia no PIB de Chapecó em 2012...91
Figura 59: Percentual da PEA de Chapecó nos anos 2000 e 2010...92
Figura 60: Perfil esquemático das camadas atmosféricas alteradas pela urbanização...97
Figura 61: Dimensões espacial e temporal típicas dos processos atmosféricos e áreas relevantes para os fenômenos urbanos...99
Figura 62: Sistema Clima Urbano: input, output e aplicação...105
Figura 63: Variáveis controladas e não-controladas, responsáveis pela geração da ilha de calor...110
Figura 64: Albedo dos materiais urbanos...115
Figura 65: Perfil da ilha de calor urbana...117
Figura 66: Representação esquemática da ilha de calor...118
Figura 67: Representação esquemática dos fluxos de ar em superfície (brisa) e convecção na Urban Boundary Layer...121
Figura 93: Vista parcial do bairro Centro de Chapecó sentido norte-sul...212
Figura 94: Campo térmico e os perfis de temperatura do ar e efetiva ao longo dos transectos norte-sul, leste-oeste da zona urbana de Chapecó-SC às 06 (A), 15 (B) e 21 horas (C) do dia 27 de março de 2014...216
Figura 95: Carta sinótica (A) e imagem de satélite GOES-13 Colorida (B) do dia 22 de setembro de 2014...218
Figura 96: Vista parcial do bairro Centro (horizontalizado e verticalizado) de Chapecó, sentido sul-norte...219
Figura 97: Vista parcial do bairro Efapi situado na porção oeste da cidade de Chapecó...220
Figura 98: Vista parcial do bairro Seminário, onde geralmente são registradas as menores temperaturas da zona urbana de Chapecó nos horários das 15 e 21 horas...220
Figura 99: Campo térmico e os perfis de temperatura do ar e efetiva ao longo dos transectos norte-sul, leste-oeste da zona urbana de Chapecó-SC às 06 (A), 15 (B) e 21 horas (C) do dia 22 de setembro de 2014...223
Figura 100: Carta sinótica (A) e imagem de satélite GOES-13 Colorida (B) do dia 21 de outubro de 2014...225
Figura 101: Campo térmico e os perfis de temperatura do ar e efetiva ao longo dos transectos norte-sul, leste-oeste da zona urbana de Chapecó-SC às 06 (A), 15 (B) e 21 horas (C) do dia 21 de outubro de 2014...229
Figura 102: Carta sinótica (A) e imagem de satélite GOES-13 Colorida (B) do dia 15 de novembro de 2014...231
Figura 103: Vista parcial do bairro Trevo de Chapecó sentido norte-sul...233
Figura 104: Vista parcial do bairro Presidente Médici, sentido norte-sul...234
Figura 105: Campo térmico e os perfis de temperatura do ar e efetiva ao longo dos transectos norte-sul, leste-oeste da zona urbana de Chapecó-SC às 06 (A), 15 (B) e 21 horas (C) do dia 15 de novembro de 2014...236
Figura 106: Carta sinótica (A) e imagem de satélite GOES13 T-Realce (B) do dia 06 de dezembro de 2014...238
Figura 107: Vista parcial do bairro Centro de Chapecó, sentido sul-norte...239
Figura 108: Vista parcial do bairro Santa Maria, sentido leste-oeste...240
Figura 109: Vista parcial do bairro Seminário, sentido sul-norte...242
Figura 110: Campo térmico e os perfis de temperatura do ar e efetiva ao longo dos transectos norte-sul, leste-oeste da zona urbana de Chapecó-SC às 06 (A), 15 (B) e 21 horas (C) do dia 06 de dezembro de 2014...243
Figura 111: Carta sinótica do dia 06 de setembro de 2013, em que as condições atmosféricas em Chapecó encontravam-se sob domínio do Anticiclone Polar Atlântico (APA)...245
Figura 112: Carta sinótica do dia 28 de janeiro de 2014, em que as condições atmosféricas em Chapecó encontravam-se sob domínio do Anticiclone Tropical Atlântico (ATA)...246
Figura 113: Albedo de alguns matérias urbanos...248
Figura 114: Diferenças de cobertura da superfície e albedos, geram também diferenças de aquecimento do ar e da superfície dentro de determinada malha urbana...249
Figura 115: Carta térmica de superfície de Chapecó no dia 06 de setembro de 2013...251
Figura 117: Perfil médio da ilha de calor urbana em Chapecó/SC...256
Figura 118: Carta de uso do solo da zona urbana de Chapecó/SC...257
Figura 119: Carta de poluição da zona urbana de Chapecó...259
Figura 120: Carta de densidade populacional da zona urbana de Chapecó-SC...263
Figura 121: Carta de verticalidade das edificações da zona urbana de Chapecó-SC...264
Figura 122: Carta de desertos florísticos da zona urbana de Chapecó-SC...265
Figura 123: Carta de déficit de espaços livres públicos da zona urbana de Chapecó-SC...266
Figura 124: Carta das áreas susceptíveis de alagamentos na zona urbana de Chapecó-SC...267
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Evolução da população (total, urbana e rural) de Chapecó/SC
(1960-2010)...83
Quadro 2: Índice de crescimento demográfico da cidade de Chapecó...85
Quadro 3: Distribuição da população de Chapecó por bairros...86
Quadro 4: Distribuição da população de Chapecó por faixa etária...87
Quadro 5: Taxa de mortalidade infantil por 1000 nascidos vivos para Chapecó, Santa Catarina e Brasil...88
Quadro 6: esperança de vida ao nascer em Chapecó, Santa Catarina e Brasil...88
Quadro 7: Número de leitos hospitalares por especialidade médica em Chapecó de 2007 à 2012...89
Quadro 8: Taxa de alfabetização de Chapecó/SC...89
Quadro 9: Instituições de Ensino Superior de Chapecó...90
Quadro 10: Organização das escalas temporal e espacial do clima...100
Quadro 11: Categorias taxonômicas da organização geográfica do clima e suas articulações com o clima urbano...101
Quadro 12: Sistema Clima Urbano (SCU): articulações dos subsistemas segundo canais de percepção...103
Quadro 13: características urbanas e suburbanas importantes para a formação de ilhas de calor e seus efeitos no balanço de energia...108
Quadro 14: Estágio da Urbanização e frequência da ocorrência das ilhas de calor...109
Quadro 15: Causas da ilha de calor...112
Quadro 16: Causas que favorecem o surgimento de ilhas de calor urbana (ICs)...113
Quadro 17: Variáveis atmosféricas que influenciam na magnitude das ilhas de calor (ICs)...113
Quadro 18: Magnitude das ilhas de calor em Chapecó no episódios, horários e tipos de tempo estudados...272
LISTA DE TABELAS
LISTA DE SIGLAS
APA...Anticiclone Polar Atlântico
APP...Anticiclone Polar Pacífico
ATA...Anticiclone Tropical Atlântico
ASAS...Alta Subtropical do Atlântico Sul
CCM...Complexos Convectivos de Meso-escala
CBD...Central Bussiness District
Epagri...Empresa de Pesquisa Agrícola do Estado de Santa Catarina
FPA...Frente Polar Atlântica
GPS...Sistema de Posicionamento Global
IBGE...Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IC...Ilha de Calor
ID...Índice de Desconforto
INMET...Instituto Nacional de Meteorologia
IT...Instabilidade Tropical
MPV...Massa Polar Velha ou tropicalizada
MPA...Massa Polar Atlântica
MTA...Massa Tropical Atlântica
MTAc...Massa Tropical Atlântica continentalizada
MPC...Massa Polar Continental
MTC...Massa Tropical Continental
PEA...População Economicamente Ativa
PIB...Produto Interno Bruto
SCU...Sistema Clima Urbano
Td...Temperatura do bulbo seco
TE Temperatura Efetiva
Tw...Temperatura do bulbo úmido
UBL...Urban Boundary Layer
UCL...Urban Canopy Layer
UHI...Urban Heat Island (Ilha de Calor Urbana)
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO...24
MATERIAIS E MÉTODOS...29
Referencial teórico e metodológico da pesquisa...29
Metodologia para o estudo do campo térmico de Chapecó ao nível do dossel urbano... 29
Metodologia para a elaboração dos cartogramas do campo térmico da zona urbana de Chapecó...34
Metodologia para avaliar o conforto térmico ao longo dos transectos nos episódios de tempo pré-selecionados...48
Metodologia para a elaboração das cartas termais de superfície da zona urbana de Chapecó...50
Metodologia para a elaboração das cartas dos elementos geourbanos e geoecológicos da área urbana de Chapecó...50
Metodologia para avaliar a qualidade ambiental urbana de Chapecó...52
CAPÍTULO 1- CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO...55
1.1 Localização da área de estudo...55
1.2 Aspectos da Geografia Física de Chapecó...57
1.3 Circulação atmosférica regional e o clima de Chapecó...61
1.4 Características Geourbanas e Geoecológicas da área de estudo...71
1.5 Aspectos históricos: origem, povoamento e evolução da malha urbana da cidade de Chapecó...79
1.6 Aspectos socioeconômicos...85
CAPÍTULO 2-DOS ASPECTOS HISTÓRICOS, CARACTERÍSTICAS,
ESCALAS E A ABORDAGEM SISTÊMICA DO CLIMA URBANO...93
2.1 Primeiros estudos e a influência da urbanização na geração do clima urbano...93
2.2 Escalas de abordagem do clima urbano...97
2.3 Abordagem sistêmica do Clima Urbano (o SCU-Sistema Clima Urbano)...101
CAPÍTULO 3-DAS ILHAS DE CALOR URBANAS...106
3.1 Conceituando ilhas de calor...106
3.2 A urbanização e os fatores responsáveis pela geração das ilhas de calor...107
3.3 Características das ilhas de calor...116
3.4 Ilha de calor de superfície e atmosférica (inferior e superior)...121
3.5 Ilhas de calor: poluição do ar e perda da qualidade de vida...123
CAPÍTULO 4-DAS TÉCNICAS DE ESTUDO DO CAMPO TÉRMICO E
DAS ILHAS DE CALOR (ATMOSFÉRICA E DE SUPERFÍCIE)...126
4.1 Pontos fixos...126
4.2 Transectos móveis...128
4.3 Termografia de superfície (Sensoriamento Remoto)...130
4.4 Sensoriamento da estrutura vertical da atmosfera urbana...134
CAPÍTULO 5
–
DO CONFORTO TÉRMICO HUMANO...139
5.1 Conceituando conforto térmico...139
5.2 O equilíbrio térmico e o mecanismo da termorregulação...139
5.3 Variáveis que interferem no conforto térmico humano...142
5.4 Índices bioclimáticos: o índice de temperatura efetiva de Thom (1959) e o diagrama de conforto térmico humano do INMET...145
CAPÍTULO 6-DA QUALIDADE AMBIENTAL URBANA...149
6.1 Urbanização e qualidade ambiental...149
6.2 Conceituando qualidade ambiental...151
6.3 Proposta metodológica de avaliação e mapeamento da qualidade ambiental urbana: apresentação da proposta de Nucci (1996)...152
6.4 Atributos negativos e perda da qualidade ambiental...153
CAPÍTULO 7- O CAMPO E O CONFORTO TÉRMICO AO LONGO DOS
TRANSECTOS MÓVEIS DA ZONA URBANA DE CHAPECÓ-SC:
ANÁLISE
DOS
EPISÓDIOS
ASSOCIADOS
AO
TEMPO
ANTICICLÔNICO TROPICAL MARÍTIMO...158
7.1 Análise do episódio do dia 31 de janeiro de 2014 associado ao Tempo Anticiclônico Tropical Marítimo...158
7.1.1 Circulação atmosférica regional e as condições de tempo registradas em Chapecó/SC no dia 31 de janeiro de 2014...158
7.1.2 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 31 de janeiro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Tropical Marítimo – horário das 06 horas...159
7.1.3 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 31 de janeiro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Tropical Marítimo – horário das 15 horas...161
7.1.4 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 31 de janeiro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Tropical Marítimo – horário das 21 horas...162
7.2 Análise do episódio do dia 06 de fevereiro de 2014 associado ao Tempo Anticiclônico Tropical Marítimo...165
7.2.1 Circulação atmosférica regional e as condições de tempo registradas em Chapecó/SC no dia 06 de fevereiro de 2014...165
7.2.2 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 06 de fevereiro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Tropical Marítimo – horário das 06 horas...166
7.2.3 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 06 de fevereiro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Tropical Marítimo – horário das 15 horas...167
CAPÍTULO 8- O CAMPO E O CONFORTO TÉRMICO AO LONGO DOS
TRANSECTOS MÓVEIS DA ZONA URBANA DE CHAPECÓ-SC:
ANÁLISE
DOS
EPISÓDIOS
ASSOCIADOS
AO
TEMPO
ANTICICLÔNICO POLAR MARÍTIMO...172
8.1 Análise do episódio do dia 28 de abril de 2014 associado ao Tempo Anticiclônico Polar Marítimo...172
8.1.1 Circulação atmosférica regional e as condições de tempo registradas em Chapecó/SC no dia 28 de abril de 2014...172 8.1.2 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 28 de abril de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Marítimo – horário das 06 horas...173 8.1.3 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 28 de abril de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Marítimo – horário das 15 horas...175 8.1.4 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 28 de abril de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Marítimo – horário das 21 horas...176
8.2 Análise do episódio do dia 29 de maio de 2014 associado ao Tempo Anticiclônico Polar Marítimo...180
8.2.1 Circulação atmosférica regional e as condições de tempo registradas em Chapecó/SC no dia 29 de maio de 2014...180 8.2.2 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 29 de maio de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Marítimo – horário das 06 horas da manhã...181 8.2.3 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 29 de maio de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Marítimo – horário das 15 horas...182 8.2.4 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 29 de maio de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Marítimo – horário das 21 horas...183
8.3 Análise do episódio do dia 20 de junho de 2014 associado ao Tempo Anticiclônico Polar Marítimo...186
8.3.1 Circulação atmosférica regional e as condições de tempo registradas em Chapecó/SC no dia 20 de junho de 2014...186 8.3.2 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 20 de junho de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Marítimo –
horário das 06 horas da manhã...187 8.3.3 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 20 de junho de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Marítimo –
horário das 15 horas...188 8.3.4 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 20 de junho de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Marítimo –
CAPÍTULO 9- O CAMPO E O CONFORTO TÉRMICO AO LONGO DOS
TRANSECTOS MÓVEIS DA ZONA URBANA DE CHAPECÓ-SC:
ANÁLISE DO EPISÓDIO ASSOCIADO AO TEMPO ANTICICLÔNICO
POLAR CONTINENTAL...192
9.1 Análise do episódio do dia 19 de julho de 2014 associado ao Tempo Anticiclônico Polar Continental...192 9.1.1 Circulação atmosférica regional e as condições de tempo registradas em Chapecó/SC no dia 19 de julho de 2014...192 9.1.2 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 19 de julho de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Continental–
horário das 06 da manhã...194 9.1.3 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 19 de julho de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Continental–
horário das 15 horas...195 9.1.4 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 19 de julho de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Continental–
horário das 21 horas...197
CAPÍTULO 10- O CAMPO E O CONFORTO TÉRMICO AO LONGO DOS
TRANSECTOS MÓVEIS DA ZONA URBANA DE CHAPECÓ-SC:
ANÁLISE DO EPISÓDIO ASSOCIADO AO TEMPO ANTICICLÔNICO
POLAR TÍPICO...200
10.1 Análise do episódio do dia 27 de agosto de 2014 associado ao Tempo Anticiclônico Polar Típico...200
10.1.1 Circulação atmosférica regional e as condições de tempo registradas em Chapecó/SC no dia 27 de agosto de 2014...200 10.1.2 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 27 de agosto de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Típico– horário das 06 da manhã...202 10.1.3 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 27 de agosto de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Típico– horário das 15 horas...203 10.1.4 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 27 de agosto de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar Típico– horário das 21 horas...205
CAPÍTULO 11- O CAMPO E O CONFORTO TÉRMICO AO LONGO DOS
TRANSECTOS MÓVEIS DA ZONA URBANA DE CHAPECÓ-SC:
ANÁLISE
DOS
EPISÓDIOS
ASSOCIADOS
AO
TEMPO
ANTICICLÔNICO POLAR EM TROPICALIZAÇÃO...208
11.1 Análise do episódio do dia 27 de março de 2014 associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização...208
11.1.3 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 27 de março de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 15 horas...211 11.1.4 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 27 de março de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 21 horas...214
11.2 Análise do episódio do dia 22 de setembro de 2014 associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização...217
11.2.1 Circulação atmosférica regional e as condições de tempo registradas em Chapecó/SC no dia 22 de setembro de 2014...217 11.2.2 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 22 de setembro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 06 da manhã...218 11.2.3 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 22 de setembro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 15 horas...219 11.2.4 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 22 de setembro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 21 horas...221
11.3 Análise do episódio do dia 21 de outubro de 2014 associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização...224
11.3.1 Circulação atmosférica regional e as condições de tempo registradas em Chapecó/SC no dia 21 de outubro de 2014...224 11.3.2 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 21 de outubro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 06 da manhã...225 11.3.3 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 21 de outubro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 15 horas...226 11.3.4 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 21 de outubro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 21 horas...227
11.4 Análise do episódio do dia 15 de novembro de 2014 associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização...230
11.4.1 Circulação atmosférica regional e as condições de tempo registradas em Chapecó/SC no dia 15 de novembro de 2014...230 11.4.2 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 15 de novembro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 06 da manhã...231 11.4.3 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 15 de novembro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 15 horas...232 11.4.4 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 15 de novembro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 21 horas...234
11.5.1 Circulação atmosférica regional e as condições de tempo registradas em Chapecó/SC no dia 06 de dezembro de 2014...237 11.5.2 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 06 de dezembro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 06 da manhã...238 11.5.3 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 06 de dezembro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 15 horas...239 11.5.4 O campo e o conforto térmico de Chapecó ao longo dos transectos no episódio do dia 06 de dezembro de 2014, associado ao Tempo Anticiclônico Polar em Tropicalização– horário das 21 horas...241
CAPÍTULO 12-ANÁLISE DA ILHA DE CALOR SUPERFICIAL DA ZONA
URBANA DE CHAPECÓ-SC...244
12.1 O campo térmico de Chapecó ao nível da superfície: análise do episódio do dia 06 de setembro de 2013...247 12.2 O campo térmico de Chapecó ao nível da superfície: análise do episódio do dia 28 de janeiro de 2014...252
24
INTRODUÇÃO
A urbanização acelerada como a que ocorreu no Brasil, pós década de 1950, contribuiu significativamente para reduzir a qualidade ambiental nas cidades brasileiras de médio e grande porte.
Nestas cidades o crescimento espacial urbano ocorreu em detrimento da degradação do meio natural com agravos a saúde e a qualidade de vida dos seus habitantes. A supressão da vegetação, a intensa pavimentação e as atividades antrópicas que se desenvolvem no espaço urbano contribuem para a geração de problemas ambientais potencialmente nocivos à saúde das cidades como a poluição química do ar (chuva ácida), ilhas de calor, inundações, deslizamentos de encostas, contaminação de mananciais hídricos por efluentes domésticos e industriais, entre outros.
Lombardo (1985, p. 16) destaca que a urbanização desordenada causa problemas ecológicos como o desequilíbrio crescente entre a população e os meios materiais e, em contrapartida, a contaminação em todas as suas manifestações.
A cidade caracteriza “uma contínua, cumulativa e acentuada ‘derivação antrópica’ do ambiente”, suficiente para implicar em “uma série de alterações sobre a
atmosfera – até mesmo em sua própria composição química – tanto ‘sobre ela’ e até
mesmo como ‘exportação’ para o ambiente circundante” (MONTEIRO, 1990a, p. 10).
Os ambientes urbanos destacam-se pela intensidade com que tais impactos ocorrem notadamente no âmbito da camada de cobertura urbana, que tem suas características climáticas acentuadamente alteradas quanto aos aspectos de composição do ar, radiação de energia, temperatura, umidade relativa e velocidade dos ventos (LANDSBERG, 1970).
Além dos vários problemas socioambientais inerentes à cidade o processo de urbanização produz alterações no clima local dando origem ao clima urbano que é definido por Monteiro (1976) como um sistema que abrange o clima de um dado espaço terrestre e sua urbanização.
25
estocagem de calor, evapotranspiração e balanço de energia na superfície (TAHA, 1997; ARNFIELD, 2003; KANDA, 2007).
Várias são as alterações provocadas pela urbanização e pela ação do homem nas propriedades do clima local. Neste sentido García (2010) aponta algumas alterações climáticas que a urbanização produz como, por exemplo:
a) a substituição do solo natural por diversos tipos de pavimentos, como os sistemas de drenagem urbanos, que permitem um escoamento rápido, provocando uma redução da evaporação e da umidade da superfície e do ar;
b) as propriedades físicas existentes nos materiais de construção urbanos, distintas das do solo natural, que apresenta menores albedos, uma maior capacidade calorífica e uma boa condutividade térmica, o que modifica o balanço de radiação urbana e influência a temperatura do ar e;
c) o calor produzido pelas atividades humanas na cidade como fator importante na modificação do balanço de energia.
Um dos produtos do clima urbano resultado da modificação do balanço de radiação nas cidades são as ilhas de calor, definidas por Lombardo (1985), como uma área na qual a temperatura da superfície urbana é mais elevada que as circunvizinhanças; sendo também caracterizadas pelo aumento da temperatura em áreas urbanas com índices superiores aos da zona rural circundante.
Para Oke (1987) o mais evidente e documentado exemplo de mudança climática provocada pelo homem (OKE 1987) é o fenômeno da ilha de calor. Esse fenômeno corresponde a um maior aquecimento, positivo, de uma área urbana em relação ao seu entorno ou a uma área rural, que se intensifica à noite, poucas horas após o pôr do sol, e que é melhor visualizado em dias de ventos calmos e céu claro.
Para García (1991, p.47):
La isla de calor o isla térmica urbana consiste en que las ciudades suelem ser, especialmente de noche, más cálidas que el medio rural o menos urbanizado que las rodea. Singularmente, el área urbana que presenta temperaturas más elevadas suele coincidir con el centro de las ciudades, allí donde las construcciones y edificios forman un conjunto denso y compacto.(...)
Além das derivações ambientais provocadas pelo processo de urbanização, nota-se também conforme Dumke (2007, p. 84) que as condições e a qualidade de vida no ambiente urbano se deterioram, devido à grande concentração populacional,
26
atender às necessidades da população, mas o custo social do desenvolvimento se
distribui com uma injustiça crescente, onerando sempre mais os pobres, os mais
vulneráveis.
O clima urbano afeta a qualidade de vida, pelo desconforto térmico que as ilhas
de calor e de frio podem gerar; e a qualidade ambiental pode também sofrer o impacto
do mau uso da terra, e das derivações ambientais provocadas pela ação antrópica.
Segundo Nucci (2008, p. 15) o aparecimento da ilha de calor altera a qualidade ambiental trazendo sérios problemas ao bem-estar da população, pois podem ser extremamente desconfortáveis no verão principalmente em locais onde estão localizados o núcleo ou cume da ilha de calor, geralmente no centro comercial das cidades.
A qualidade ambiental urbana está diretamente relacionada à interferência da ação humana sobre o meio natural urbano, sendo que a substituição de áreas verdes por núcleos habitacionais, ou a intensificação do adensamento urbano e populacional, aliado ao crescimento desordenado e pouco planejado leva a deterioração da qualidade de vida e ambiental, resultando em diversos problemas socioambientais.
Levando em consideração as questões ambientais urbanas, a crescente degradação ambiental e a redução da qualidade de vida nas cidades, esta proposta de tese visa analisar e avaliar a qualidade ambiental da zona urbana do município de Chapecó/SC segundo uma perspectiva sistêmica, onde elementos geourbanos e geoecológicos, como o uso da terra urbana, adensamento populacional, áreas verdes, desertos florísticos, tráfego de veículos, usos potencialmente poluidores podem se relacionar diretamente à formação de ilhas de calor e de frescor, gerando o (des) conforto térmico e a redução da qualidade de vida e ambiental da população.
Justifica-se a escolha da cidade de Chapecó/SC em virtude da carência de estudos que envolvam cidades de porte médio localizadas no oeste catarinense, já que a maioria dos trabalhos envolvendo clima urbano e qualidade ambiental no Estado de Santa Catarina foram desenvolvidos tendo como área de estudo a cidade de Florianópolis, destacando entre eles o trabalho pioneiro de SEZERINO; MONTEIRO (1990) e a tese de doutoramento de MENDONÇA (2002).
27
pesquisa de maior interesse ao estudo não só do clima como da qualidade ambiental urbana, da qual aquele é apenas uma feição.
Além disto, o crescimento econômico e populacional de Chapecó motivado pelas agroindústrias desde a década de 1970, levaram a expansão horizontal e vertical da malha urbana e ao surgimento de problemas sociais e ambientais inerentes a este processo. Assim a cidade necessita de estudos de toda ordem, inclusive ambiental que possam contribuir para o planejamento espacial, e melhorar a qualidade do ambiente.
Para que a pesquisa se torne viável do ponto de vista teórico-metodológico, colocam-se as seguintes hipóteses para questionamento:
a) Existe relação direta entre a ilha de calor e a qualidade ambiental urbana em Chapecó?
b) Chapecó do ponto de vista do tamanho do seu sítio é capaz de produzir um clima urbano? Se sim, qual seria a dimensão espaço-temporal de fenômenos urbanos como as ilhas de calor e de frescor?
O objetivo geral desta pesquisa consistiu em estudar o campo térmico de Chapecó, bem como as sensações de (des) conforto térmico geradas pelas ilhas de calor e de frescor e a relação destes produtos do clima urbano com a qualidade ambiental urbana. Dentre os objetivos específicos deste trabalho temos:
a) estudar o campo térmico e a ocorrência de ilhas de calor e de frescor urbanas em Chapecó/SC, empregando a metodologia de coleta de dados ao longo de transectos móveis;
b) avaliar as condições de conforto ou desconforto térmico dos pontos de coleta distribuídos ao longo de dois transectos localizados na zona urbana de Chapecó/SC, através do emprego de alguns índices bioclimáticos, tais como o índice de temperatura efetiva (TE) e o gráfico de conforto humano do INMET (Instituto Nacional de Meteorologia);
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d) utilizar cartas da temperatura aparente de superfície da zona urbana de Chapecó, afim de melhor espacializar as diferenças de aquecimento intra-urbano e as ilhas de calor.
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MATERIAIS E MÉTODOS
Referencial teórico e metodológico da pesquisa
O referencial teórico utilizado nesta pesquisa corresponde as principais obras e autores que abordam a temática do clima urbano, conforto térmico e qualidade ambiental urbana.
Na linha do clima urbano as principais referências internacionais utilizadas foram Landsberg (1970, 1981); Oke (1982, 1987, 1988, 1995, 1997 e 2004); Geiger (1980, 2003); Imamura-Bornstein (1991); Arnfield (2003) entre outras e nacionais: Monteiro (1976, 1990 e 1991); Lombardo (1985); Sartori (1979), Mendonça (1994), Amorim (2000) entre outras.
Na linha do conforto térmico foram utilizados como referência a obra internacional de Fanger (1970); e nacionais: Roriz (1987); Ruas (1999); Frota e Schiffer (2003); Viana (2013), entre outros.
Na linha da qualidade ambiental destaca-se a obra internacional de Perloff (1973) e nacionais: Monteiro (1987); Nucci (1999, 2005, 2008) entre outros.
A proposição metodológica adotada nesta pesquisa segue a já consagrada Teoria do Sistema Clima Urbano (SCU) de Monteiro (1976), que é um referencial teórico-metodológico da Geografia, amplamente utilizado nas pesquisas do clima urbano das cidades brasileiras, sendo que sua abordagem sistêmica permite analisar o clima urbano levando em consideração a co-participação da sociedade e da natureza na produção de bolsões climáticos como as ilhas de calor e de frescor urbanas.
O SCU subdivide-se em três subsistemas com seus respectivos canais de percepção: a) Termodinâmico (conforto térmico); b) Físico-químico (qualidade do ar) e c) Hidrometeórico (impacto meteórico). Neste trabalho foi dada ênfase maior ao subsistema Termo-dinâmico e seu canal de percepção (conforto térmico).
Metodologia para o estudo do campo térmico de Chapecó ao nível do dossel urbano
30
(temperatura do ar), afim de identificar e espacializar a ocorrência de fenômenos climáticos urbanos como as ilhas de calor.
Para a aquisição dos dados de temperatura do ar na zona urbana de Chapecó, utilizou-se a metodologia dos transectos móveis, a qual consiste na aquisição automática e simultânea de dados climáticos ao longo de trajetos (pontos móveis) preestabelecidos dentro de determinada malha urbana.
Para tal foram estabelecidos dois transectos cortando a cidade de Chapecó nos sentidos (leste-oeste e norte-sul), conforme o mapa da figura 1.
Figura 1: Mapa dos transectos da zona urbana de Chapecó. Org.: Eduino Rodrigues da Costa (2014).
Para a aquisição dos dados ao longo dos transectos nos dias e tipos de tempo pré-selecionados, foram utilizados dois termo-higrobarômetros com registradores digitais (um para cada automóvel), modelo Lutron MHB-382SD, pré-programáveis (os aparelhos foram programados para realizar a aquisição automática dos valores de temperatura do ar a cada 5 segundos) e automáticos (figura 2).
31 Figura 2: Termo-higrobarômetros utilizados para a aquisição dos dados de temperatura, do ar na zona urbana de Chapecó/SC.
Figura 3: Estrutura em PVC elaborada para transportar e ao mesmo tempo proteger o aparelho (termo-higrobarômetro) do vento e da insolação direta.
32 Figura 4: Um dos automóveis utilizados para a aquisição dos dados de temperatura do ar na zona urbana de Chapecó/SC (nota-se a estrutura em PVC alocada próxima à porta do veículo, onde são colocados os aparelhos de mensuração e aquisição dos dados).
Além de termo-higrobarômetros acoplados na lateral de cada veículo, foram utilizados também localizadores GPS de navegação (marca Garmin modelo GPS MAP78), para a aquisição de coordenadas planas do Sistema UTM (Universal Transversa de Mercator), as quais foram usadas na elaboração dos cartogramas do campo térmico de Chapecó, para cada dia e tipo de tempo estudado.
Os localizadores GPS foram pré-programados para realizarem a aquisição automática das coordenadas UTM a cada 5 segundos, sincronizados com o tempo de leitura dos termo-higrobarômetros ao longo dos transectos (conforme o modelo da figura 5).
33
O estudo do campo térmico de Chapecó correspondeu a análise da temperatura do ar ao longo de dois transectos em 12 episódios de tempo, sendo um para cada mês do ano de 2014.
A aquisição dos dados de temperatura ao longo dos transectos foi realizada em situações atmosféricas pré-selecionadas, preferencialmente naquelas sob domínio de sistemas atmosféricos anticiclonais polares e tropicais.
O dia pré-selecionado para a aquisição dos dados correspondeu aquele em que as condições de tempo se apresentavam estável, com céu limpo e pouco vento (calmaria). Assim, os dias pré-selecionados foram aqueles em que as condições atmosféricas estavam sob influência de sistemas atmosféricos anticiclonais.
No dia pré-selecionado (em que as condições atmosféricas eram ideais) a aquisição de dados ao longo dos transectos da zona urbana de Chapecó se dava da seguinte maneira:
a) Nos horários das (06, 15 e 21 horas) dava-se início ao registro dos valores de temperatura ao longo dos transectos, através do emprego de automóveis equipados com Dattalogers (aparelhos termo-higrobarômetros) e GPS; b) Foram utilizados dois automóveis (táxi, particular ou alugado), sendo que
cada um percorria um transecto. Por exemplo um automóvel percorria o transecto norte-sul, registrando os valores de temperatura do ar e de coordenadas UTM e outro o transecto leste-oeste;
c) Os automóveis percorriam os transectos de forma simultânea e sincronizada nos horários específicos para a aquisição dos dados (06, 15 e 21 horas);
d) Os transectos tinham início sempre no norte e no leste de cada transecto. e) A velocidade padrão dos automóveis ao percorrem os transectos nos
horários de aquisição dos dados foi, em média, de 40 km/h a fim de evitar a influência do vento nos registros feitos pelos aparelhos.
34 Metodologia para a elaboração dos cartogramas do campo térmico da zona urbana de Chapecó
Após a aquisição dos dados climáticos (temperatura do ar) e das coordenadas UTM dos transectos, nos dias (tipos de tempo) e horários pré-estabelecidos (06, 15 e 21 horas), os mesmos foram selecionados e tabulados em planilhas do Microsoft Excel2 a fim de serem utilizados no aplicativo ArcGis103 para a elaboração de
cartogramas do campo térmico da zona urbana de Chapecó.
A seguir será descrito passo-a-passo a elaboração dos cartogramas do campo térmico de Chapecó utilizando o software de geoprocessamento ArcGis10.
Primeiramente deve-se abrir a tela inicial do software ArcGis (figura 6). Logo em seguida clicamos em Add Data (figura 7), selecionamos a pasta onde se encontram os arquivos e inserimos o recorte da malha urbana de Chapecó no formato Shp (Shapefile) (figura 8).
Figura 6: Tela inicial do software ArcGis10.
35 Figura 7: Tela da ferramenta de adição de dados (Add Data) do ArcGis 10.
Figura 8: Malha urbana de Chapecó em formato SHP (Shapefile).
Logo após a inserção da malha urbana, procede-se a inserção dos dados de temperatura e das coordenadas UTM dos transectos em formato planilha do Excel.
36 Figura 9: Adição da planilha Excel contendo os dados de temperatura do ar e das coordenadas UTM dos pontos dos transectos.
Inserida a tabela, deve-se criar um shapefile de pontos georreferenciados, clicando em Display XY Data (figura 10). Após isto abrirá uma janela onde serão inseridos os campos X, Y e Z (figura 11). Inserimos os dados que a janela pede, clicamos em OK e os dados apareceram georrefenciados em formato de pontos (figura 12).
37 Figura 11: Janela para adicionar os três campos X, Y e Z da tabela Excel.
Figura 12: Dados da tabela Excel georreferenciados em formato de pontos.
38 Figura 13: Janela para exportar os dados da tabela e criar um shapefile de pontos.
O passo a seguir corresponde a interpolação dos dados da tabela exportada no formato de pontos, para proceder a Krigagem (ou outro método de interpolação) dos valores de temperatura dos pontos dos transectos (figura 14).
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Na figura 15 temos a krigagem dos valores de temperatura da zona urbana de Chapecó.
Figura 15: Interpolação dos valores de temperatura dos transectos da zona urbana de Chapecó por meio de Krigagem.
Após realizada a krigagem, procede-se a elaboração das isotermas. Para isto clicamos na caixa de ferramentas (ArcToolbox), sub-caixa Surface, ferramenta de contorno (Contour). Clicando em Contour abre uma janela onde será inserido a Krigagem realizada na etapa anterior (figura 16). Clicamos OK e aparecerá as isotermas (figura 17).
40 Figura 17: Isotermas da zona urbana de Chapecó.
O próximo passo consiste em extrair a malha urbana de Chapecó com os valores de temperatura. Para tal clicamos em Extraction-Extract by Mask e abrirá uma caixa onde será inserido a Krigagem e o shapefile da malha urbana (figura 18). Damos OK e teremos a malha urbana de Chapecó e seus valores de isotermas (figura 19).
41 Figura 19: Mapa da zona urbana de Chapecó com os valores das isotermas.
Para recortarmos as isotermas e colocá-las em conformidade com a dimensão espacial da malha urbana, utilizamos a ferramenta clip (recorte) da caixa de ferramentas. Na caixa da ferramenta clip colocamos as isotermas e o shapefile da malha urbana (figura 20). Damos OK e teremos então a malha urbana de Chapecó com suas isotermas (figura 21).
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Figura 21: Isotermas da malha urbana de Chapecó.
Após isto, podemos proceder a elaboração dos cartogramas do campo térmico contendo grid, coordenadas, escala (numérica e gráfica), rumo e legenda. Para isto clicamos em File e vamos em Page and Print Setup para formatar a página do cartograma (figura 22).
Para inserirmos o grid de coordenadas no cartograma devemos clicar com o botão direito do mouse sobre a tela, e então abrirá uma janela (figura 23). Nesta janela devemos clicar em Properties (propriedades).
43 Figura 23: Janela da ferramenta Properties onde é inserido o Grid do mapa.
Ao clicarmos em Properties abrirá uma nova janela denominada Data Frame Properties e nela temos a opção New Grid (novo grid), conforme a figura 24.
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Assim que clicarmos em New Grid aparecerá uma nova janela denominada Grids and Graticules Wizard (figura 25). Nesta janela procedemos a escolha do modo Graticule (que divide o mapa ou cartograma em paralelos e meridianos).
Figura 25: Janela para a escolha do tipo de grid que pretendemos utilizar no mapa.
Clicando em avançar podemos criar a grade de paralelos e meridianos e escolher os intervalos que queremos em graus, minutos e segundos (figura 26).
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Clicamos em avançar nas duas próximas etapas que correspondem aos eixos (figura 27) e a criação da grade de coordenadas (figura 28).
Figura 27: Janela utilizada para formatar os eixos da grade de coordenadas do cartograma.
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Ao clicarmos em finish na janela create a graticule, então teremos o cartograma com a grade de coordenadas (figura 29).
Figura 29: Cartograma com a grade de coordenadas geográficas (paralelos e meridianos).
Podemos definir o tamanho da fonte e o posicionamento dos eixos dos valores de coordenadas. Para isto devemos clicar com botão direito do mouse em cima do cartograma e então abrirá a janela Data Frame Properties. Nesta janela clicamos em Properties e então abrirá a janela Reference System Properties (vide figura 30).
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Para inserirmos as escalas (gráfica e numérica), o rumo, o título e a legenda do cartograma, devemos clicar na ferramenta Insert (figura 31).
Figura 31: Ferramenta Insert (onde são inseridos os elementos do cartograma).
Na figura 32 temos um modelo pronto de cartograma do campo térmico de Chapecó após a realização de todos os procedimentos anteriormente descritos.
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As figuras que espacializam os dados dos transectos, são interpolações, mas permitem algumas conjecturas sobre a formação dos bolsões quentes e frios. Ao leitor alertamos que a construção dessas espacializações serve apenas para facilitar o processo de entendimento e complementa a análise dos transectos, estes sim, fundamentais na base de construção dos dados.
Procedeu-se à análise linear da ocorrência de ilhas de calor e de frescor ao longo dos transectos, procurando estabelecer a relação destas com a presença de elementos geourbanos e geoecológicos.
Metodologia para avaliar o conforto térmico ao longo dos transectos nos episódios de tempo pré-selecionados.
Para avaliar as sensações de conforto térmico na zona urbana de Chapecó nos episódios de tempo e horários pré-selecionados, foram utilizadas os seguintes índices bioclimáticos:
a) Índice de temperatura efetiva (TE) de Thom (1959); e b) Diagrama de Conforto térmico humano do INMET.
Estes índices foram oportunamente explicados na revisão bibliográfica referente a utilização de índices bioclimáticos na averiguação do conforto térmico humano ao nível de ambiente externo. Com os dados de temperatura do ar (bulbo seco T) e umidade relativa coletados ao longo dos transectos nos episódios de tempo pré-selecionados foram organizadas planilhas, para posterior emprego do estimador da temperatura do bulbo-úmido (Tu) (figura 33).
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Estabelecidos os valores da temperatura do bulbo úmido através do estimador, procedeu-se o cálculo dos valores de TE (temperatura efetiva) para os transectos nos episódios de tempo e horários pré-estabelecidos (06, 15 e 21 horas). Para fazer o cálculo da TE foi utilizada a fórmula TE= 0,4*(Td+Tw)+4,8.
Os valores de temperatura do ar e da temperatura efetiva (TE) ao longo dos transectos nos episódios de tempo analisados foram organizados e tabulados em planilhas Excel. A partir disto foram elaborados perfis de temperatura do ar e efetiva para os transectos nos episódios estudados (vide figura 34).
Figura 34: Modelo de planilha Excel contendo os valores de temperatura do ar e efetiva e o perfil térmico de um transecto num episódio de tempo e horário pré-selecionado.
A partir dos valores da temperatura efetiva (TE) foram utilizadas a classificação do Índice de Desconforto (ID) de Thom (1959) e a tabela de conforto/desconforto de Garcia (1995), para determinar as sensações térmicas resultantes da (TE) ao longo dos transectos nos episódios de tempo estudados.
50 Metodologia para a elaboração das cartas termais de superfície da zona urbana de Chapecó
Para complementar a análise do campo térmico de Chapecó ao longo dos transectos e espacializar a ocorrência da ilha de calor superficial na malha urbana Chapecoense foram elaboradas duas cartas termais, uma de setembro de 2013, representativa da primavera e outra de janeiro de 2014, representativa do verão.
Para fazer a carta termal de superfície foi necessário entrar primeiramente no site: www.glovis.usgs.gov, selecionar a imagem Landsat 8 TM de Chapecó no banco de dados e fazer o download.
De posse da imagem Landsat 8 TM de Chapecó, procedeu-se a construção da carta térmica de superfície utilizando o software de tratamento de imagens ENVI 4.7. Utilizando o ENVI 4.7 foi realizada a conversão dos números digitais da imagem Landsat de Chapecó para radiância e depois a radiância foi transformada para temperatura aparente em graus Celsius (ºC).
O cálculo da temperatura de superfície foi baseado na fórmula de Malaret et al (1985) utilizada por Tarifa; Armani (2000) em que se considera o nível de cinza do ponto e três variáveis preestabelecidas para determinar a temperatura em graus Kelvin:
T = 209,831 + 0,831 (DN) – 0,00133 (DN)² Eq.1
Em que: DN corresponde ao nível de cinza da imagem (Digital Number).
Para encontrar o resultado em graus Celsius, basta subtrair 273,15 do resultado final.
Metodologia para a elaboração das cartas dos elementos geourbanos e geoecológicos da área urbana de Chapecó
Para explicar as derivações ambientais responsáveis pela geração do clima urbano de Chapecó e seus produtos (campo térmico, ilhas de calor e de frescor), foram elaboradas quatro cartas assim discriminadas:
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As cartas foram elaboradas com o auxílio do aplicativo de geoprocessamento ArcGis10. A base cartográfica utilizada foi a disponibilizada pela EPAGRI (Mapoteca topográfica digital de Santa Catarina); IBGE e Prefeitura Municipal de Chapecó.
A representação do mapa de orientação de vertentes seguiu a metodologia indicada por De Biasi et al. (1977, p. 5) em que “a orientação desses segmentos de vertentes irá depender da amplitude angular de suas tangentes em relação às curvas de nível, levando-se em consideração os azimutes determinados pela linha Norte-Sul
da carta.”
Assim, definem-se oito setores de 45º em relação ao norte verdadeiro. Foram obtidas as seguintes orientações de vertentes: norte, nordeste, noroeste, oeste, sul, sudeste, sudoeste e leste. As cores usadas variaram conforme a orientação das vertentes e a radiação solar global recebida. As vertentes de orientação norte, nordeste, noroeste e leste receberam cores quentes, por outro lado, as vertentes de orientação sul, sudeste, sudoeste e oeste receberam cores frias devido ao menor recebimento de radiação.
Em relação ao Mapa Hipsométrico destaca-se que o mesmo visou representar as variações do terreno através das classes altimétricas, representadas por um sistema de graduação de cores.
De acordo com Loch (2006) na representação visual das classes hipsométricas, na altitude zero, em relação ao nível do mar, deve-se utilizar cores em tons de verde, seguindo de amarelo, vermelho e marrom a medida que a altitude aumenta. Nas maiores altitudes, onde há neve ou faz muito frio, deve-se usar o azul claro ou lilás, ou ainda o branco.
Quanto à definição do número de classes, não há uma convenção estabelecida a representar o terreno (LOCH, 2006).
Foram definidas 8 classes altimétricas para Chapecó/SC cada uma com intervalo de 29 metros, conforme a figura 49.
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Na elaboração do mapa de declividade foram utilizadas as classes propostas por De Biasi (1992) assim definidas:
< 5% - Limite urbano industrial, utilizados internacionalmente, bem como em trabalhos de planejamento urbano efetuados pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas do estado de São Paulo.
5-12% - Este limite possui algumas variações quanto ao máximo a ser estabelecido (12%), pois alguns autores adotam as cifras de 10% e/ou 13%. A diferença é muito pequena, pois esta faixa define o limite máximo do emprego da mecanização da agricultura.
12-30% - O limite de 30% é definido por legislação Federal – Lei 6766/79 – que define o limite máximo para urbanização sem restrições.
30-47% - O Código Florestal, fixa o limite de 25º (47%), como limite máximo de corte raso, a partir do qual a exploração só será permitida se sustentada por cobertura de florestas.
>47% - O artigo 10 do Código Florestal prevê que na faixa situada entre 25º (47%) a 45º (100%), “não é permitida a derrubada de florestas,... só sendo tolerada a extração de toros, quando em regime de utilização racional, que vise a rendimentos permanentes”.
Em relação ao mapa de uso da terra foi utilizada a ferramenta de classificação do programa ENVI 4.7 e o classificador escolhido foi o de máxima verossimilhança. As classes foram determinadas de acordo com a resolução espacial da imagem (15 metros) e o manual de uso da terra do IBGE.
Assim foram definidas 3 classes de uso da terra: Praças e parques urbanos, uso residencial e outros usos ou usos mistos (residencial, comercial, industrial e institucional).
Os perfis geoecológicos e geourbanos da zona urbana por onde passam os transectos foram elaborados com base na carta topográfica de Chapecó DSG 1976, Folha SG.22-Y-C-III-2 MI-2886/2, escala 1:50.000, Google Maps e trabalho de campo.
Metodologia para avaliar a qualidade ambiental urbana de Chapecó
Para avaliar e mapear a qualidade ambiental da zona urbana de Chapecó/SC foi utilizado uma adaptação da metodologia desenvolvida por Nucci (1996) ao estudar a qualidade ambiental e o adensamento urbano no distrito de Santa Cecília, localizado no município de São Paulo.
