DISTRIBUIÇÃO DA TEMPERATURA DO AR NA SUB- BACIA HIDROGRÁFICA DO RIBEIRÃO DO PIÇARRÃO

DISTRIBUIÇÃO DA TEMPERATURA DO AR NA SUB- BACIA

HIDROGRÁFICA DO RIBEIRÃO DO PIÇARRÃO

Bárbara Campregher Prata

CEATEC

babi_prata@hotmail.com

Cláudia Cotrim Pezzuto

Infraestrutura Urbana CEATEC

claudiapezzuto@puc-campinas.edu.br

Resumo: Diversas pesquisas indicam que a

formação do ambiente térmico no centro das áreas urbanas está diretamente relacionada com os aspectos morfológicos encontrados ao redor da área, assim como ao complexo conjunto da estrutura urbana. O estudo relatado possui como principal objetivo avaliar a influência que os diferentes usos do solo exercem sobre a temperatura do ar em um recorte urbano na cidade de Campinas, SP. A área determinada está inserida na Bacia Hidrográfica do Ribeirão do Piçarrão, que contempla a porção sudoeste da cidade. Para a coleta de dados foram instalados pontos fixos de medições de temperatura do ar e umidade relativa, no período da primavera, em dias estáveis, sem precipitação, em seis locais distintos. A análise conjunta dos resultados possibilitou constatar que a formação dos ambientes térmicos urbanos está diretamente associada aos aspectos da morfologia do seu entorno.

Palavras-chave: clima urbano, ambiente térmico

urbano, conforto térmico urbano.

Área do Conhecimento: Engenharias – Engenharia

Civil – Construção Civil.

1. INTRODUÇÃO

As constantes mudanças do espaço, estabelecidas sobretudo pelo crescente aumento da população e a rápida expansão do perímetro urbano geram impactos no ambiente, causando um desequilíbrio na natureza e nas interações entre a atmosfera e a solo. Esse desequilíbrio altera as diferentes variáveis climáticas como: radiação solar visível, infravermelho e ultravioleta, umidade relativa, ventos, nebulosidade, e precipitação, provocando significativo aumento de temperatura no ambiente urbano. Este efeito é conhecido como ilha de calor urbana [1].

Muitas pesquisas indicam que a formação do ambiente térmico no centro das áreas urbanas está diretamente relacionada com os aspectos morfológicos encontrados ao redor da área, assim como ao complexo conjunto da estrutura urbana. Espaços com grandes áreas construídas,

adensamento populacional e alta taxa de impermeabilização do solo contribuem para a elevação da temperatura, provocando desconforto nos habitantes [2].

Chen et al. [3] e Santamouris et al. [4] abordam a questão da ilha de calor urbana e a relação com o consumo de energia. Os autores verificam que tanto as formas urbanas como a fragmentação e a irregularidade dos padrões de uso do solo estão positivamente relacionadas com o consumo de energia.

As cidades atualmente são caracterizadas por grandes edifícios e poucas áreas verdes. Alves et. al. [5] relatam que a redução das áreas verdes em áreas urbanas está diretamente relacionada com os modelos de ocupação do solo urbano, que estão relacionados com a disputa por maior aproveitamento do espaço construído urbano. Neste sentido, Assis [6] afirma que a vegetação, entre alternativas, tem sido apontada como um elemento fundamental para controlar as alterações no clima urbano.

Stewart e Oke [7] em estudo propuseram uma nova abordagem para a classificação do sítio utilizando um sistema de “Zonas Climáticas Térmicas” (Thermal Climate Zones - TCZ). As zonas climáticas térmicas são diferenciadas nas propriedades de superfície que diretamente influenciam na temperatura climática, tais como a fração de superfície construída, altura e largura dos edifícios, fator de visão do céu, altura dos elementos de rugosidade e fluxo de calor antropogênico. A partir das classes principais originaram-se as subclasses. Nduka e Abdulhamed [8] aplicaram a metodologia na cidade de Onitcha, oeste da África. Mais recentemente Stewart e Oke [9] propuseram uma nova classificação, as Zonas Climáticas Locais (Local Climate Zones –LCZs). O termo originou-se justificando que as classes são locais em escala, climáticas na natureza e zona em representação.

2.OBJETIVO

O principal objetivo do projeto é avaliar a influência dos diferentes usos do solo e o efeito climático no ambiente urbano da cidade de Campinas – SP. Como estudo de caso foi selecionado um recorte urbano na cidade, o qual contempla uma área na porção sul/sudeste da cidade, do Ribeirão do Piçarrão.

3. MÉTODOLOGIA

A área de estudo localiza-se no município de Campinas e está localizada a sudoeste do estado de São Paulo, a 100 km da capital, nas coordenadas geográficas: Latitude S 22°53'20", Longitude O 47°04'40", e altitude média de 680 metros acima do nível do mar. Este ocupa uma área total de 794,433 Km2_{, com população aproximada de 1.080.113}

habitantes [10]. O clima da cidade é tropical de atitude (Cwa, Classificação de Koeppen), com verão quente e úmido, e inverno ameno e seco, sendo sua temperatura média anual de 21,4°C. Predominam os ventos na direção sudeste [11].

A área de estudo está inserida na Bacia Hidrográfica do Ribeirão Piçarrão, que contempla a porção sudoeste da cidade de Campinas. A região em questão se localiza na periferia da cidade, logo, próxima à área rural. Ainda assim, esta apresenta como característica marcante o desenvolvimento urbano, mesmo que de forma mais espaçada e menos compacta.

A partir da definição das características da área de estudo, do uso do solo e com os dados levantados em campo, foi feita a eleição dos pontos para o levantamento e análise dos dados climáticos. Mapas locais e imagens de satélite também foram analisados para um estudo mais aprofundado da área. Cada ponto determinado recebeu um aparelho de medição fixa de temperatura e umidade relativa do ar. Ao longo da área de estudo, foram distribuídos seis pontos: CMP_10, CMP_13, CMP_14, CMP_15, CMP_16, CMP_EM_4 (figura 1). A estação meteorológica do Instituto Agronômico de Campinas

(IAC) foi utilizada como referência (CMP_EM_2). Todos os dados de análises desta pesquisa foram coletados em condições de tempo de céu claro e ventos regionais fracos, o que possibilita considerar os resultados como tendência de comportamento térmico da área.

Figura 01: Foto aérea Campinas/SP- Delimitação da área de estudo e localização dos pontos de medições Fonte: Google Earth 2014.

Os pontos de coleta localizam-se em regiões com predominância de áreas residenciais e edifícios de um a dois pavimentos. Os pontos CMP_10, CMP_14 e CMP_EM_4 localizam-se em bairros residenciais com predominância de solo impermeável. O ponto CMP_15 localiza-se próximo a área de fundo de vale e região de reflorestamento. O ponto CMP_16 está localizado em proximidade a região industrial. Na outra vertente, localiza-se o ponto CMP_13 com proximidade a culturas agrícolas e meio natural. O quadro 1 apresenta a caracterização dos pontos de coleta.

Quadro 1: Caracterização dos pontos de coleta

CMP_10: Área

predominantemente residencial, com edifícios baixos. Região levemente arborizada e proximidade

de área de

reflorestamento.

Cobertura do solo: vias pavimentadas em asfalto.

CMP_13: Área aberta

com edificações

espaçadas em meio

natural. Cobertura do solo permeável. Zonas com cultivo de hortaliças.

CMP_14: Área

predominantemente residencial, com edifícios baixos. Região pouco arborizada.

CMP_15: Área

predominantemente residencial, com edifícios baixos. Proximidade de

área permeável pela

presença de região de fundo de vale e área de reflorestamento CMP_16: Proximidade de área industrial. Região levemente arborizada. CMP_EM_4 Área predominantemente residencial, com edifícios baixos. Região pouco arborizada. Cobertura do solo: vias pavimentadas em asfalto

CMP_EM 2: Área com edificações espaçadas de um pavimento. Presença de vegetação rasteira e arbustiva. Cobertura do solo na maior parte permeável. As vias são de terra, com eventual asfalto em rodovia próxima. Proximidade a culturas agrícolas e corpo hídrico

3.1. INTRUMENTAÇÃO

Os instrumentos de coleta foram instalados em altura aproximada de 3 metros do solo. O monitoramento nesta altura corresponde a análise da Atmosfera Urbana Inferior (Urban Canopy Layer - UCL). As medições em alturas de até 5 metros em áreas urbanizadas são poucos diferentes das medições de estações meteorológicas de referência, a uma altura aproximada de 2 metros [12].

Com o objetivo de evitar a incidência direta da radiação solar e intempéries, todos os equipamentos foram instalados dentro de protetores (HOBO RS1 Solar Radiation Shield). Os equipamentos também foram instalados em locais que recebem o mínimo de interferência de barreiras físicas e materiais construtivos.

A coleta foi realizada com registros contínuos de 20 em 20 minutos. Foram utilizados datallogers testo 174 H, 175-T1, testo 175-H1.

4. ANÁLISES DOS RESULTADOS

As medições ocorreram a partir da segunda quinzena do mês de outubro até o início do mês de dezembro de 2013, estação da primavera. No setor central do Brasil foram observados episódios de convergência de umidade no mês de outubro, porém sem proporcionar excesso de chuva associado ao estabelecimento de episódios bem configurados da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). No decorrer de novembro de 2013 ocorreu precipitação acima da média apenas em áreas isoladas das Regiões Centro-Oeste e Sudeste do Brasil [13,14]. Assim sendo, para as análises foram excluídos os dias com ocorrência de precipitação e instabilidade.

Em consequência foram analisados os dados de 26 dias de medições entre a segunda quinzena de outubro até o início de novembro. Assim para a análise dos resultados foi considerada a base de dados de temperaturas e umidades médias, máxima e mínima, correspondendo a valores diários e médios.

A Tabela 1 mostra a variação da temperatura do ar e umidade relativa. Os valores de temperatura média diária do período apresentaram variação máxima de 1,6 ºC (Tabela 1 e Figura 2). Com relação às temperaturas máximas, o ponto CMP_EM_2, localizado no Instituto Agronômico de Campinas, apresentou a menor temperatura média máxima (29,9°C) comparado com o ponto CMP_15 (33,0 ºC), diferença aproximada de 3,10 ºC. O ponto CMP_15 encontra-se em região predominantemente residencial aberta com proximidade de fundo de vale e corpo hídrico, fator que contribui para a incidência solar. As temperaturas médias mínimas

apresentaram pouca variação térmica entre os pontos de aproximadamente 0,9 ºC. Com relação à amplitude térmica média destaca-se o ponto CMP_15, localizado na região de fundo de vale, com amplitude de 13,3 ºC, em comparação com o ponto CMP_16 e CMP_EM_2, 10,7 ºC. A localização do ponto CMP_15 em região de fundo de vale e a proximidade ao corpo hídrico favoreceu ao resfriamento noturno. Este comportamento pode ser notado na Figura 2. Também na Figura 2 nota-se um comportamento semelhante entre as temperaturas médias, apesar do destaque nítido da amplitude no ponto CMP_15.

Com relação à umidade relativa (Tabela 1, Figura 3) verifica-se que o ponto CMP_13 apresentou o maior valor (88,40%). Verifica-se neste ponto uma predominância de cobertura do solo permeável, proximidade de zonas com cultivos de hortaliças e corpo hídrico.

Tabela 01: Caracterização das variáveis climáticas. Valores médios de temperatura do ar mínima e máxima, amplitude térmica, umidade relativa. Área de estudo

TEMP. DO AR CMP_10 CMP_13 CMP_14 CMP_15 CMP_16 CMP_EM_4 CMP_EM_2*

Mínima do Período 14,2 13,7 14,1 14,6 14,3 13,9 14,0

Média da Mínima Diária 19,6 18,9 19,5 19,7 19,8 19,4 19,2

Máxima do Período 37,6 36,3 36,4 38,1 34,8 36,0 34,3

Média da Máxima Diária 32,5 31,0 31,4 33,0 30,5 30,9 29,9

Amplitude Diária Máxima 23,4 22,6 22,3 23,5 20,5 36,0 20,4

Média da Amplitude Diária 12,9 12,1 11,9 13,3 10,7 11,5 10,7

Média Diária do Período 25,4 24,4 24,9 25,6 24,6 24,6 24,0

Desvio Padrão 4,5 4,3 4,2 4,8 3,8 4,1 3,9

Coeficiente de Variação % 17,8 17,5 16,7 18,6 15,3 16,6 16,1

UMID. RELATIVA DO AR CMP_10 CMP_13 CMP_14 CMP_15 CMP_16 CMP_EM_4 CMP_EM_2*

Mínima do Período 23,0 27,8 24,6 23,4 - 22,0 23,6

Média da Mínima Diária 42,0 47,4 44,0 40,4 - 44,9 41,4

Máxima do Período 97,3 99,9 95,8 95 - 94,0 93,6

Média da Máxima Diária 83,8 88,4 83,8 81,6 - 84,3 82,4

Amplitude Diária Máxima 74,3 72,1 71,2 71,6 - 72,0 70,0

Média da Amplitude Diária 41,8 41,0 39,8 41,2 - 39,4 41,0

Média Diária do Período 63,5 68,4 64,2 62,0 - 66,0 63,6

Desvio Padrão 14,5 14,0 13,7 14,4 - 13,8 14,6

Coeficiente de Variação % 22,9 20,5 21,3 23,2 - 20,9 23,0

CMP_EM_4 CMP_EM_2 CMP_16 CMP_15 CMP_14 CMP_13 CMP_10 40 35 30 25 20 15 PONTO T e m p e ra tu ra

Figura 2: Boxplots, em relação à média, da temperatura do ar (ºC). CMP_EM_4 CMP_EM_2 CMP_16 CMP_15 CMP_14 CMP_13 CMP_10 100 90 80 70 60 50 40 30 20 PONTO U m id a d e R e la ti v a

Figura 3: Boxplots, em relação à média, da umidade relativa do ar (%).

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

De um modo geral, verifica-se que as temperaturas médias diferiram pouco entre os pontos. As maiores diferenças encontradas referem-se às temperaturas médias máximas, diferença aproximada de 3,10 °C, entre o ponto CMP_15 (33,0 ºC), localizado em proximidade a fundo de vale e o ponto localizado no Instituto Agronômico de Campinas, estação meteorológica de referência (CMP_EM_2 - 29,9°C). Em contrapartida, destaca-se o rápido resfriamento noturno deste ponto, o que pode ser justificado pela proximidade de área de reflorestamento e do córrego. Neste sentido, os resultados demonstraram a contribuição das áreas vegetadas e presença de corpo hídrico no período de resfriamento noturno. Por outro lado, destaca-se a contribuição para o aquecimento diurno pela localização em região

aberta, baixa relação H/W (altura dos elementos de rugosidade sobre o distanciamento).

AGRADECIMENTOS

Os autores gostariam de agradecer à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP – e à Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro – FAPERJ, pelo apoio e financiamento deste projeto e ao PIBIC/CNPq pelo financiamento da bolsa de Iniciação Científica.

REFERÊNCIAS

[1] Oke, T. R. (1987), Boundary Layer climates, 2 ed., London

[2] Pezzuto, C. C. (2007), Avaliação do ambiente térmico nos espaços urbanos abertos: Estudo de caso em Campinas, SP, Tese (Doutorado em Engenharia Civil), Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade de Campinas, Campinas.

[3] Chen Y.; LI X.; Zheng Y.; Guan Y.; Liu X. (2011), Estimating the relationship between urban forms and energy consumption: A case study in the Pearl River Delta, 2005–2008. Landscape and

Urban Planning. Volume 102, Issue 1, 30 July

2011, Pages 33–42

[4] Santamouris, M.; Papanikolaou, N.; Livada, I.; Koronakis, I.; Georgakis, C.; Argiriou, A; Assimakopolous, D. N. (2001), On the impact of urban climate on the energy consumption of buildings, Solar Energy, vol. 70, n. 3, p. 201-216. [5] Alves, AC. N; Andrade, T. C. Q.; Nery, J. F. G.

(2011), A influência da vegetação e da ocupação do solo no clima urbano: um exercício analítico sobre a avenida paralela, Fórum Patrimônio, vol.4, n. 1, p. 43-52.

[6] Assis, E. S. (1991), Avaliação da influência do uso e ocupação do solo urbano sobre a formação da ilha de calor na cidade de MG. 1. Encontro Latino-americano de Conforto no Ambiente Construído. Anais... ANTAC Gramado, Belo Horizonte, p. 53-57.

[7] Stewart, I. D. and Oke, T.R. (2009), Newly developed ‘Thermal Climate Zones’ for defining and measuring heat island magnitude in the canopy layer. Symposium and Eight symposium on urban Environment, January 11-15, Phoenix, AZ.

[8] Nduka I.C.; Abdulhamed A.I. (2011), Classifying Urban Climate Field Sites by “Thermal Climate Zones”the Case of Onitsha Metropolis. Research

Journal of Environmental and Earth Sciences

3(2): 75-80

[9] Stewart, I. D., Oke T. R. (2012), Local Climate Zones for Urban Temperature Studies. Bull.

Amer. Meteor. Soc., 93, 1879–1900.

[10] BRASIL. (2013), Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, Contagem Populacional. <http://cidades.ibge.gov.br/xtras/perfil.php?codm un=350950>.

[11] CEPAGRI. (2014), Centro de Pesquisas Meteorológicas e Climáticas Aplicadas a Agricultura. Clima dos Municípios Paulistas – Campinas. <http://www.cpa.unicamp.br/outras-informacoes/clima_muni_109.html>.

[12] WMO. (2006), Initial Guidance to Obtain Representative Meteorological Observations at Urban Sites, Instruments and Observing Methods Report No. 81, WMO/TD-No.1250.

[13] MCT/INPE/CPTEC. (2013a), Boletim de Informações Climáticas do CPTEC/IMPE. Infoclima. Ano 20. Numero 11, capturado online

em: 15 jan 2013, de

http://infoclima1.cptec.inpe.br/.

[14] MCT/INPE/CPTEC. (2013b), Boletim de Informações Climáticas do CPTEC/IMPE. Infoclima. Ano 20. Numero 12, capturado online

em: 15 jan 2013, de