Ilhas de Calor em Franca/SP: análises episódicas de inverno.

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Otávio Reis Megda

Universidade Federal de São Carlos - UFSCAR

otavio.megda@hotmail.com

Ilhas de Calor em Franca/SP: análises episódicas de inverno.

Léa Cristina Lucas Souza Universidade Federal de São Carlos - UFSCAR

leacrist.ufscar@gmail.com

Eliane Viviani

Universidade Federal de São Carlos - UFSCAR

eviviani@ufscar.br

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8º_{CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO PARA O PLANEAMENTO URBANO,}

REGIONAL, INTEGRADO E SUSTENTÁVEL (PLURIS 2018)

Cidades e Territórios - Desenvolvimento, atratividade e novos desafios

Coimbra – Portugal, 24, 25 e 26 de outubro de 2018

ILHAS DE CALOR EM FRANCA / SÃO PAULO: ANALISES EPISODICAS DE INVERNO.

O.R. Megda, L. C. L. Souza, E.Viviani.

RESUMO

O estudo indicado neste artigo tem como objetivo analisar a ocorrência e intensidades das ilhas de calor no município de Franca – SP, no período noturno, em dias representativos do inverno de 2017 e discutir os resultados face à composição da superfície urbana / relevo em pontos com destaques térmicos sob a metodologia das Zonas Climáticas Locais (Local Climate Zones – LCZ’s) estabelecida por Stewart & Oke (2012). Verificaramu-se grandes diferenças de temperaturas entre os diversos pontos, identificando-se a formação de ilhas de calor e ainda apontando a necessidade de serem realizadas medições intra-urbanas além daquelas realizadas por estações meteorológicas.

1 INTRODUÇÃO

A diversificação e expansão das áreas urbanas têm modificado de maneira significativa a paisagem natural e os efeitos climáticos ao seu redor. A substituição da vegetação por construções e a impermeabilização contínua da terra, associada às atividades antrópicas, proporcionam o aumento da temperatura nas cidades, formando as ilhas de calor.

Amorim (2017) aponta que desde os anos 80, estudos indicam a existência de três tipos de ilhas de calor urbanas em função da camada onde são encontradas: 1 – a ilha de calor superficial diagnosticada por meio do sensoriamento remoto; 2 – a ilha de calor atmosférica inferior, denominada por Oke (1978) de urban canopy layer, compreendida entre o nível do solo e o nível médio dos telhados; e 3 - a ilha de calor da atmosfera urbana superior, segundo o mesmo autor, intitulada de urban boundary layer.

Stewart e Oke (2009) propuseram uma nova abordagem para a classificação do sítio, utilizando um sistema de “Zonas Climáticas Térmicas” (Thermal Climate Zones - TCZ). Vários fatores urbanos são levados em consideração e das classes analisadas, surgiram subclasses, no cunho de dar mais foco aos detalhes da área urbana e dos estudos de clima urbano. Mais recentemente, ambos pesquisadores propuseram uma nova classificação, chamada de Zonas Climáticas Locais (Local Climate Zones – LCZ’s), tendo como abordagem um método de escalas locais, visto a variedade espacial dos territórios urbanizados.

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1.1 Apresentação da área de estudo

O município de Franca (latitude 20º 32’ 30’’ Sul, longitude 47º 25’ 11’’ Oeste) está localizado no Nordeste do Estado de São Paulo (Figura 1), sendo essa a área de estudo utilizada como base de análise para a presente pesquisa. As estimativas do próprio IBGE para 2016, mostraram um aumento populacional para 344.704 habitantes, com expansão da cidade para as regiões Oeste, Noroeste e Sudeste (números que podem apresentar certa defasagem nos dados oficiais do último Censo). A cidade se distribuiu através das áreas entre os córregos do Cubatão e Bagres, tendo suas vertentes densamente ocupadas, com alto grau de impermeabilização, interflúvios com as malhas hídricas em vales pouco estreitos e, em grande parte destes, mais de 17% de inclinação. Neste cenário, uma cidade ainda cultiva uma taxa de arborização das vias públicas de 88,2%, o que pode ter um efeito positivo na amenização das ilhas de calor urbano.

Figura 1: Mapa com a localização de Franca e sua área municipal no Estado de São Paulo.

A cidade não possui uso e ocupação do solo muito diversificados, havendo predomínio de domicílios em detrimento de outros usos tais como industrial, comercial e de serviços. O Clima francano é impactado sobretudo pela sua influência com a altitude do planalto Franca, sendo considerado pela escala de Köppen e Geiger como tropical com estação seca (Cwb). O clima regional tem uma discussão sobre as precipitações no estado de São Paulo, feita por Monteiro (1973), que associa o fenômeno pluvial à sua gênese, caracteriza sua distribuição sazonal e propõe uma classificação regional do clima.

2. PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

2.1 Critérios e caracterização dos pontos e dias de coleta.

Para compreensão e análise das ilhas de calor, as escolhas dos pontos de coleta dos dados térmicos foram baseadas na proposta de Oke (1982) e Stewart e Oke (2012), sugerindo que a composição urbana – materiais construtivos, tipos de estabelecimentos, quantidade de área verde, dentre outros – devem ser levados em consideração na escolha das análises, como causas da mudança do aquecimento noturno. Os pontos de coleta foram selecionados

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ao longo de um trajeto. Foram destacados 35 pontos de coletas (Figura 2), todos com diferenças de altitude e construções e arborizações diversas, tal como a metodologia de configuração espacial e sua microescala climática sugerem.

Figura 2: Mapa do município de Franca – SP com o trajeto e os pontos das coletas móveis realizadas em dias específicos do Inverno de 2017.

Esse trajeto foi escolhido de forma a destacar a maior variedade espacial entre a composição urbana e seus resultados coletados. Ainda, foram obtidos dados como direção dos ventos, temperatura e umidade na Estação Meteorológica A-708 do INMET – Instituto Nacional de Meteorologia – instalado na Região Sul da cidade, como subsídios para comparação dos dados. Sendo assim, nos dias 3,4,6 e 7 de julho de 2017 foram realizadas as coletas.

As caracterizações dos pontos e classificação são apresentadas na Tabela 1.

Tabela 1: Tabela com as características de cada ponto estabelecido na coleta de dados, segundo a Stewart e Oke (2012).

Local Climate Zones (LCZs) definidos a partir da metodologia

de Oke (2006) e redefinida por Stewart e Oke (2012.)

Ponto (s) Fotos sequenciais dos pontos mensurados

Prédios baixos Concentrados. Densa mistura de casas baixas (1-3

andares), com poucas ou nenhuma árvore. Cobertura do solo na maior parte pavimentada. Materiais como pedra, tijolo, telha, e materiais de

construção de concreto.

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Prédios altos espaçados com arborização.

Arranjo espacial aberto de prédios de alto porte com significativa cobertura

da terra (plantas baixas, arvores espalhadas) amentando a área permeável. Materiais: destaque para

concreto, aço, vidro e materiais de construção.

18, 19, 20, 21,

22

Prédios médios espaçados com arborização.

Arranjo espacial aberto de edifícios de médio porte (3-9 andares). Significativa cobertura da terra (plantas baixas, arvores espalhadas).

Materiais: Concreto, aço, pedra, vidro, e materiais de construção.

14, 15, 16, 17

Prédios baixos espaçados com arborização.

Arranjo espacial aberto de edifícios baixos (1-3 andares), abundância de cobertura da terra (plantas baixas e

árvores dispersas). Materiais: madeira, tijolo, pedra,

azulejo, concreto e materiais de construção. 8, 10, 11, 12, 13, 14, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 32

Área com construções escassas. Arranjo escasso de pequenas construções ou edifícios de médio porte em configuração espacial mais

natural.

Abundância de terra permeável com plantas baixas e arbustivas e, árvores

espalhadas ao junto às construções.

1,2,3,4,5, 6

2.2 Coleta dos dados e Instrumentação.

A metodologia de coleta foi feita com um termômetro digital da marca IncoTerm, com funções Temperatura (máxima e mínima) umidade do ar, durante no máximo 1 hora de medição. Este termômetro foi instalado em um suporte de madeira com o sensor de captação na ponta da haste de madeira, com altura de 1,5 metros do solo, acoplado ao veículo. O sensor foi protegido para não ter distorção dos dados coletados, tal como mostra

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a Figura 3 (a e b). As medições foram realizadas entre 20h00min até no máximo 21h00min.

Os 35 pontos coletados tiveram ainda o uso de um GPS – Global Position System – para posteriormente georreferenciar o trajeto e seus devidos pontos e compor as cartas bases com as específicas coordenadas.

Figura 3: (a) Sensor fixado na haste de coleta e (b) coletor fixo à estrutura de proteção e captação dos dados de temperatura e umidade.

Para compreensão dos sistemas atmosféricos atuantes no período selecionado, foram levadas em consideração, as cartas sinóticas, disponíveis pelo site do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos – CPTEC1 do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE e das imagens de Satélite GOES2.

Para produção dos mapas base e cartas de georreferenciamento, foi utilizado o software QGis3 versão 2.18. Para tratamento dos dados e análise dos resultados, foram elaboradas cartas de isotermas através do Software Surfer4 e ArcMap5, permitindo assim a visualização das diferentes áreas e pontos coletados, com a variação de temperatura. A análise e a construção dos mapas envolveram a construção de isotermas para cada dia de levantamento.

2.3 Tratamento e mapeamento dos dados.

Os valores ponto a ponto foram armazenados para a geração dos mapas isotérmicos.Foi inserida a carta base do município de Franca – SP, a partir da Base de downloads do IBGE (2016). A carta foi georreferenciada no ArcGis e inseridas a malha urbana e divisão de bairros, a partir de arquivos dispostos no site da Prefeitura Municipal de Franca (PMF). Foram gerados então 4 mapas isotérmicos, referente aos dias de coleta. Eles foram produzidos no Software Surfer, que espacializou os dados térmicos e consolidou os pontos georreferenciados, permitindo assim uma clara visualização da variação da temperatura nos diferentes pontos da cidade.

1_{http://tempo.cptec.inpe.br/} 2_{http://satelite.cptec.inpe.br/home}

3_{QGis é um free software disponível para produção e manuseio de cartas, registrado por Free}

Software Foundation.

4_{Surfer é marca registrada da Golden Software, Inc.}

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Foram comparados os dados obtidos nas coletas com os dados da Estação Automática A-708 do INMET, gerando um valor de delta resultante destas comparações, dando propriedade para discussão.

3. RESULTADOS OBTIDOS

Ao ser considerada a análise feita e os resultados obtidos, houve nitidamente a ocorrência de ilhas de calor noturna. Houve expressiva mudança de temperatura entre rural, bairros com menor e maior densidade de área construída em direção ao centro, tal como demonstra a tabela 1. Contudo, para a compreensão e articulação do fator relevo nas medições, foi elaborada a figura 4, afim de evidenciar a declividade do município de Franca – SP, bem como seu papel na obtenção dos valores.

Figura 4: Declividade do município de Franca com os pontos de coleta, arruamentos, limite da área urbana e hidrografia.

As figuras 5, 6, 7 e 8 fornecem visualmente as temperaturas distribuídas na cidade diante das coletas móveis. Todas as noites tiveram um padrão determinante do inverno e ausência total de precipitação nos dias destacados.

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Tabela 2: Dados de Temperatura, umidade, direção do vento da Estação Meteorológica do INMET - A708 - Franca - SP

Dia Hora T (°C) UR (%) Direção vento

03/07 20h00min 10,4 32 SW 21h00min 10,9 40 SW 04/07 20h00min 10,2 37 SSE 21h00min 10,9 40 S 06/07 20h00min 10,4 38 SSW 21h00min 11,5 40 SSW 07/07 20h00min 12,6 43 SSW 21h00min 13,7 56 SSW

Fonte: Estação Meteorológica A- 708 do INMET - Julho/2017.

A Figura 5, condicionada com os dados da coleta do dia 03/07 mostram informações significativas para o comportamento urbano. Houve uma nítida ação da ilha de calor urbana na região central da cidade, uma vez que a condição sinótica favorecia tal ocorrência e outra célula de formação que chegou a atingir 14°C naquela noite.

O que deveria se comportar como um vale reentrante, com temperaturas menores condicionadas pelo relevo e maior densidade do ar frio, ocasionando a concentração deste em vale, acabou se configurando como um dos estágios de inversão térmica, uma vez que valores maiores foram obtidos ali (de 14,2 a 14,7ºC), juntamente com taxas de umidade satisfatórias (de 30 a 32 %).

Figura 5: Mapa da temperatura do ar basal de Franca - SP no dia 03/07/2017 na faixa das 20h00min às 21h00min.

Na Figura 6, a ocorrência de ilha de calor ficou alojada na colina central (condicionada nos pontos 17 ao 23) e entorno desta (entre os pontos) com variação de 0,7°C. Mesmo sendo evidente a formação da ilha de calor noturna nesse local, houve pouca variação,

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mesmo quando deslocado para a Colina da Estação. A estação automática A 708 do INMET registrou variação de 11,4ºC durante o dia e, pouco mais de 0,4ºC entre as 20h00min e 21h00min.

Nesta colina teve-se o registro da maior temperatura analisada no trajeto, que foi de 14,3°C e 30% de umidade relativa do ar, tendo variação de no máximo 3 % dentro do limite urbano.

Na Figura 7, pode-se observar a maior temperatura registrada dentre o período de análise e, até mesmo, dos últimos 30 dias, se forem levados em consideração os dados da Estação automática A-708, do INMET.Em área pouco urbanizadas no início do transecto às 20h00min (P1,2,3 e 4) foram obtidos valores de 10,4°C. Numa distância percorrida de 2,5 km onde se desce da Colina da Santa Rita, chega-se na vertente do Córrego dos Bagres e alcançando o interflúvio central. Ali foram coletadas temperaturas de 15,4°C e 16,8°C (maior valor obtido), resultando numa amplitude térmica de 10,4°C, e, alinhadas com umidades relativas entre 37 e 40%, auxiliaram na manutenção da ilha no dia em questão.

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A Figura 8 mostra as temperaturas coletadas no dia 07/07. Houve a ação da ilha de calor urbana, numa intensidade menor do que o dia anterior, para a qual a Colina da Estação mais uma vez conteve a maior medida.

As mensurações tiveram neste dia uma variação de 4,8°C em pouca mais de 15,4 km. Às 20h47min se registrou a maior temperatura – 17,4°C – e, dia favorecido pelos ventos direcionados para Sul-Sudoeste, houve pouca perturbação das ilhas.

Em todos os dias pesquisados houve constatação do fenômeno e identificação dos limites da ilha de calor urbana, claro fator marcado pelo limite rural/urbano e, formação de

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células. As brisas noturnas estiveram ao longo do período, condicionadas no quadrante Sul. Esse é um resultado coerente, diante dos movimentos de massa dispostos na semana que foi analisada e, no relevo regional de Franca, que condiciona os ventos oriundos da Depressão Franca-Batatais, ganhando pressão e perdendo rumo à Leste da cidade, onde se encontra a Cuesta na divisa com Minas Gerais. Dentro deste, as disposições do Planalto Franca e suas “ 3 colinas”.

A figura 9 evidencia os destaques térmicos obtidos na pesquisa, com um exemplo característico de algumas das LCZ’s identificadas, sendo as P8, P12 e P23 prédios baixos espaçados com arborização e, e P16 prédios médios espaçados com arborização.

Os dados obtidos pela Estação Automática do INMET e das coletas móveis foram tratados e calculado matematicamente o valor das diferenças, expressando a correlação entre os dados. No entanto, foi elaborada a figura 10, na qual cada dia teve sua variação de diferenças representada por ponto.

Figura 9: Mapa do Município de Franca e destaques térmicos obtidos em pesquisa de campo em dias de inverno de 2017.

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Figura 10: Variação dos valores de deltas obtidos das temperaturas Móveis e da Estação Automática INMET A-708

Os dados explanados na figura 10 evidenciam a nítida formação das ilhas de calor. Os maiores valores de delta obtidos foram juntamente com as áreas onde, estruturalmente, a expansão e tipologia urbana favoreceram a ocorrência destas. Exemplo disso fica evidente nos pontos 9 ao 30 – que cortam a área construída – passando pelo centro, com deltas que variavam de 3,7 a 5,1ºC. Esses pontos possuem tipologias descritas por Stewart & Oke (2012) e variam de prédios altos, médios e altos espaçados com arborização.

4. CONCLUSÕES

Conclui-se que, a pesquisa conseguiu evidenciar características nítidas de ilhas de calor urbana no município de Franca - SP no período de inverno. O fator relevo e a disposição das áreas construídas tem um papel fundamental na produção e manutenção destas, não só na zona central da cidade, mas também em pontos de vales, ressaltando ainda nesta última, o papel da direção do vento como catalisador desta situação.

As diversas metodologias, cada uma com seus destaques ou falhas, devem também considerar a limitação de horário para as comprovações efetivas de ilhas de calor urbanas. Além da base metodológica, tal como a proposta por Stewart e Oke (2012), que considerou as áreas construídas e usos do solo, bem como a relação dessa com diversos fatores, há de se relevar a atuação atmosférica na delimitação da área, os pontos gerais dentre articulação, mas também a relação com os fatores temporais do clima local.

Com uma variação de 7,2°C na amplitude, pode-se afirmar que há grande diferença nas temperaturas e, tal o efeito na cidade, uma vez que diante de quadros sinóticos que condizem com estabilidade, a confiabilidade dos dados é maior.

Portanto, ressalta-se ainda que, na região Sul, onde o posto do INMET está instalado, há uma captação de dados bem diferente da zona urbana, obtidas nas mensurações móveis. A eficácia da distribuição dos dados revela isto.

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Efetuando-se comparações com estes, houve dias que, na mesma altitude e horário em que foram registradas diferenças de até 5,9ºC. É sabido que o posto automático segue os padrões exigidos pela Organização Mundial de Meteorologia, mas não reflete a realidade da zona urbana analisada e, certamente a de muitas outras cidades.

Isto corrobora o fato de que uma única estação meteorológica generaliza as ocorrências térmicas no espaço urbano, ignorando suas diferenciações, muito mais ainda com relevos que oscilam em altitudes e favorecem a produção de núcleos higrotérmicos. Apesar dos dados serem históricos, automáticos e agregados de forma a serem usados em pesquisas com escalas territoriais maiores, estes não relatam veridicamente o comportamento têmporo-climático da área, deixando falho as aplicações de metodologias consideradas importantes para as áreas da engenharia urbana.

5. REFERÊNCIAS

Amorim, M.C.C.T. (2017) A interferência da precipitação na intensidade e na distribuição espacial das ilhas de calor de superfície nas estações do ano em ambiente tropical. INPE. Anais do XVIII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto.

Instituto Nacional de Meteorologia. (2017). Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa – BDMEP. Disponível em: http://www.inmet.gov.br/projetos/rede/pesquisa/. Acessado em: 22 de Junho de 2017.

Instituto Nacional De Pesquisas Espaciais (2017). Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos. Imagens de satélites meteorológicos. Disponível em: http://satelite.cptec.ipe.br/home/. Acessado em: 20 Junho de 2017.

Kegler, J.J.et al. (2017). O sistema termodinâmico de cidades pequenas: configuração urbano/rural com uso de transectos móveis em Agudo/RS, situação veranil de Janeiro de 2016.. Caminhos da Geografia, Uberlândia. V.18, n.62. p. 32-48. 2017.

Megda, O.R. (2014). Eventos climáticos e suas consequências em Franca – SP. Dissertação de Mestrado – Instituto de Geociências e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho do Campus de Rio Claro, Rio Claro, 2014.

Mendonça, F; Danni-Oliveira, I. M. (2007). Climatologia: noções básicas e climas do Brasil. 1ª Ed. São Paulo: Oficina de Textos.

MONTEIRO, C.A. de F. Teoria e Clima Urbano. (1976). São Paulo: IGEO/USP,. 181p. (Série Teses e monografias, 25).

Monteiro, C.A. de F. (1990). A cidade como processo derivador ambiental e estrutura geradora de um “clima urbano”. Geosul, Florianopolis, v.5, n.9, p. 61-79.

Oke, T.R. (1982) The energetic basis of the urban heat island. Q. J. R. Meteorol. Soc. 108 (455), p.1–24.

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Stewart, I.D., Oke, T.R. (2012) Local climate zones for urban temperature studies. Bull. Am. Meteorol. Soc. 93 (12), p. 1879–1900.

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