ANÁLISE DA DINÂMICA DA TEMPERATURA DE SUPERFÍCIE E DA OCUPAÇÃO URBANA ATRAVÉS DO USO DE SENSORIAMENTO REMOTO DO BAIRRO PARQUE PIAUÍ EM TERESINA-PIAUÍ

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1 905 ANÁLISE DA DINÂMICA DA TEMPERATURA DE SUPERFÍCIE E DA OCUPAÇÃO URBANA ATRAVÉS DO USO DE SENSORIAMENTO REMOTO DO BAIRRO PARQUE PIAUÍ EM TERESINA-PIAUÍ Ana Lucia Ribeiro Camillo da Silveira Universidade Federal do Piauí c_silveira@uol.com.br Felipe Ferreira Monteiro Universidade Federal do Rio grande do Norte felipefmonteiro@gmail.com Alana Carine Carvalho de Siqueira Instituto Camillo Filho alanacarinee1@gmail.com Aline Suluane Ferreira de Sousa Santos Instituto Camillo Filho suluane@gmail.com Ramon de Sousa e Silva Instituto Camillo Filho arq.ramondesousa@gmail.com Ana Elisa C Miranda Instituto Camillo Filho anaelisacav@gmail.com

2 8 º 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 ANÁLISE DA DINÂMICA DA TEMPERATURA DE SUPERFÍCIE E DA OCUPAÇÃO URBANA ATRAVÉS DO USO DE SENSORIAMENTO REMOTO DO BAIRRO PARQUE PIAUÍ EM TERESINA, BRASIL R. S. Silva, A. E. C. Miranda, A. C. C. Siqueira, F. M. Monteiro, A. S. F. S. Santos, A. L. R. C. Silveira RESUMO As mudanças climáticas globais, regionais e locais representam uma das grandes preocupações mundiais. Nas áreas urbanas o efeito das ilhas de calor será intensificado, tornando as cidades mais desconfortáveis e contribuindo para o aumento do consumo de energia. Esse trabalho analisa as mudanças na temperatura de superfície do bairro Parque Piauí em Teresina, Brasil, a partir de imagens de satélite dos anos 1985 a Para a análise da dinâmica da ocupação urbana e da temperatura de superfície, foram utilizados dados do satélite Landsat 5 e 7 processados dentro da plataforma Google Earth Engine. O campo térmico mostra que, com o passar dos anos, o adensamento das construções e a diminuição da cobertura vegetal tem causado aumentos na temperatura local e uma homogeneização na temperatura de superfície. O estudo aponta para a necessidade urgente de medidas para minimizar as consequências do aumento da temperatura superficial que foram verificadas no bairro. 1 INTRODUÇÃO A forma como ocorre o uso e ocupação do solo no meio urbano afeta diretamente o clima local. O estudo do planejamento urbano, tendo em vista análises quantitativas e qualitativas destes impactos, é de suma importância para tornar as cidades mais saudáveis e confortáveis para a população. A perda de cobertura vegetal, o aumento de temperatura e a diminuição da umidade, causadas pela alta densidade construtiva, além da crescente verticalização que causa mudanças nos fluxos de ventilação são os principais impactos identificados no meio urbano causados pelo processo de urbanização. Como afirma Lombardo (1985) o processo de urbanização produz uma mudança radical na natureza e nas propriedades da cidade. Essa transformação envolve mudanças na geometria da radiação e da insolação, causando anomalias verificadas na temperatura do espaço urbano e repercutindo, assim, no seu perfil térmico. As alterações no conforto ambiental no meio urbano têm como consequência a insalubridade, prejudicando o bem-estar da população e consequentemente sua capacidade de usufruir do seu meio. Essas alterações no âmbito da temperatura atingem a saúde da população e o seu monitoramento é bastante importante para o bem-estar de todos (RORIZ; 1987).

3 O clima urbano possui características particulares que tem influência direta dos materiais artificiais utilizados nas cidades, uma vez que possuem capacidade térmica mais elevada que a dos materiais das áreas não construídas. O meio urbanizado também possui uma maior rugosidade, acarretando maior fricção e alterações na orientação dos ventos, bem como maior difusão da energia refletida e irradiada pelos materiais. Entre as várias condições que alteram o clima de uma região e produzem um maior aquecimento local, pode-se citar as modificações no revestimento do solo, a redução das áreas verdes, o aumento das áreas impermeabilizadas, a permanência de obstáculos à passagem dos ventos como as edificações e a produção de calor gerado por atividades humanas, resultando na formação de ilhas de calor nos centros urbanos. Com isso, a redução das áreas com vegetação no ambiente urbano devido à ocupação não planejada do solo, ocasiona problemas ambientais podem ser notados a curto e a longo prazo, provocando alteração no equilíbrio ambiental local e na qualidade de vida dos habitantes. Lombardo (1985) explica que a presença de vegetação tem influência direta no balanço de energia, onde as plantas atuam absorvendo parte da radiação solar em função de seus processos vitais. O uso de imagens de satélite no estudo do clima urbano é um meio já utilizado nos estudos climáticos brasileiros, com destaque para os trabalhos de Lombardo (1985), Mendonça (1995) e Collishon (1998), que são alguns exemplos de destaque na analise do campo térmico das cidades. Estudos como o de Costa (1999), desenvolvido na cidade de Uberlândia, tendo em vista a preocupação cada vez maior com relação ao conforto urbano, foi utilizada a banda 6 do satélite Landsat-5 para fazer a analise por bairro quanto à densidade construída e a formação de ilhas de calor na cidade. A pesquisa feita por Cunha et al. (2009), relacionando o aumento de temperatura da superfície do ar e o crescimento da cidade de Campina Grande-PB, baseado em técnicas do sensoriamento remoto e averiguando as possíveis alterações no clima da região, revelou que, durante o processo de ocupação da cidade, houve diminuição de áreas verdes, e elevação da temperatura da superfíce do solo e da do ar, mostrando-se maior em 2007, quando comparadas a imagens de anos anteriores. Esses efeitos foram estudados por Feitosa (2010), na área urbana de Teresina, onde foram analisadas as alterações de temperatura do ar, umidade relativa do ar e precipitação pluviométrica provocadas pela expansão urbana e a retirada da vegetação entre 1977 e 2009, levando em conta a alteração nas temperaturas mínimas e das médias de temperatura do ar. Silveira (1997) analisou a formação de ilhas de calor em conjuntos habitacionais multifamiliares, em função da ausencia de áreas verdes, excesso de áreas impermeáveis, densidade construída entre outras variáveis, detectando diferenças de até 4 C graus entre eles. Monteiro et al (2013) analisam o uso do sensoriamento remoto na identificação de ilhas de calor um bairro de Teresina e apontam a relação entre a diminuição das áreas verdes e a impermeabilização do solo e a formação de ilhas de calor. O presente trabalho tem por objetivo analisar as mudanças da temperatura de superfície ocorridas no bairro Parque Piauí na cidade de Teresina, Piauí, Brasil, utilizando dados de sensoriamento remoto no período entre o ano de 1985 ao ano de O principal objetivo

4 é verificar a relação entre o aumento da densidade construída, a diminuição da cobertura vegetal e o aumento das temperaturas de superficie no bairro como todo. 2 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO O bairro Parque Piauí localiza-se na zona sul da cidade de Teresina e teve origem pela construção a partir de 1967 do Conjunto Habitacional Parque Piauí. Teresina, capital do estado do Piauí tem uma população de pessoas e o bairro Parque Piauí possui habitantes (IBGE, 2010). A maioria é do sexo feminino (56%) e 52% da população tem entre 18 a 49 anos. Atualmente possui 3024 domicílios, 94% casas e 78% habitações próprias. O bairro possui 100% dos domicílios com abastecimento de água, energia elétrica e serviço de coleta de lixo e 78% com esgotamento sanitário do tipo fossa séptica (SEMPLAN, 2016). (Fig.01) Fig. 01 Localização do Bairro Parque Piauí em Teresina, Brasil Fonte: Semplan e Google modificado pelos autores, 2018 Entre os anos de 1966 e 1969, a Companhia de Habitação do Piauí (COHAB-PI) foi responsável pela construção de cinco conjuntos habitacionais, todos na Zona Sul da cidade, O Parque Piauí, distante 7 km do centro da cidade, destacou-se por ser o maior entre estes conjuntos, com um total de unidades habitacionais, o que provocou um grande crescimento da cidade na direção Sul. A área de estudo escolhida compreende o bairro Parque Piauí, sendo delimitado pelas avenidas e rua: ao norte a Rua Dezenove de Outubro, ao sul pela Avenida Walfrido Salmito, a oeste pela Avenida Henry Wall de Carvalho (PI-130) e a leste, Avenida Prefeito Wall Ferraz (BR-316), delimitando uma área de ,00 m² (Figura 02).

5 Fig. 02 Delimitação da área de estudo Fonte: Semplan modificado pelos autores (2018) O bairro passou por um intenso processo de mudança nos usos, deixando de ser uma área predominantemente residencial, passando para uso misto, com comercio e serviços além de residências e com isso teve grande redução nas áreas permeáveis e verdes. O conforto térmico não pode ser desconsiderado no planejamento urbano. Teresina a apresenta uma temperatura média anual do ar de 27,4ºC, de acordo com as Normais Climatológicas , e nos meses mais quentes do ano, a temperatura do ar atinge valores entre 36ºC a 38ºC. Contudo, o que se constata é a falta de adequação dos espaços urbanos construídos, com raras exceções, em relação às condições climáticas locais, resultando em ambientes termicamente desconfortáveis e que demandam grande consumo de energia para sua utilização de forma adequada às atividades humanas (SILVEIRA, 2007). 3 METODOLOGIA Para o presente trabalho foram utilizadas as imagens provenientes do satélite Landsat 5 e Landsat 8, dos anos de 1985, 1995, 2005 e Com o objetivo de obter o maior numero de imagens sem a presença de nuvens sobre a região de estudo e minimizar a influência da presença de umidade no solo, foram selecionadas somente as imagens capturadas nos meses de agosto, setembro e outubro, por serem, segundo as normais climatólogicas de Teresina, os meses com menor volume de chuvas registrado durante todo o ano. Dos dados orbitais foram extraidas todas as imagens da temperatura de superfície, utilizando a banda termal dos respectivos satélites e, para caracterizar as mudanças na ocupação do solo ao longo do tempo estudado, optou-se pelo uso de índices obtidos através de sensoriamento remoto, detalhando a presença da vegetação, com o índice de vegetação de diferença normalizada (Normalized Difference Vegetation Index NDVI) e ocupação urbana, considerando que a presença da vegetação afeta a umidade do solo e tem efeito atenuante na formação de anomalias de temperatura de superfície em áreas urbanas consolidadas (Gallo e Tarpley, 1996; Weng et al., 2001). A utilização do NDVI para o mapeamento da vegetação é de grande auxilio pela facilidade de obtenção da informação e pela importante contribuição da vegetação em reduzir a carga térmica do meio urbano e auxiliar no resfriamento tanto diurno como noturno. O indice é

6 obtido pela diferença normalizada das bandas 4 (canal vermelho) e 5 (canal do infravermelho próximo). Com o resultado obtido foi feito um fatiamento da imagem em 3 regiões, sendo aquelas com resposta abaixo de 0,3, consideradas como solo sem vegetação, entre 0,3 e 0,5, presença de vegetação com solo exposto e valores acima de 0,5, regiões com vegetação, adaptando os intervalos proposto por Qiu, W., Xu, H., He, Z. (2014). A partir do valor médio dos valores de temperatura de superfície de todas as imagens coletadas durante o período seco de cada ano, foi gerado um mapa-imagem com a temperatura de superfície média, para cada um dos quatro anos estudados, que permitiu averiguar as mudanças ocorridas espaço temporalmente no campo térmico do bairro. Além disso foi gerado um mapa para o ano de 2017, com os valores do desvio da temperatura de cada pixels daquele ano, com relação ao seu valor médio de temperaturas em relação a todos os anos estudados, permitindo identificar que locais ao longo do tempo sofreram um menor ou maior aquecimento dentro do período de estudo. O Índice de área construída (Normalized Difference Build-up Index NDBI) vai permitir mensurar a intensidade da impermeabilização do solo e sua ocupação, condição que tem efeito principalmente no acúmulo de calor diurno (Monteiro, 2013). Para obtenção do índice foi aplicada a diferença normalizada entre as bandas 6 (infravermelho médio) e banda 5 (infravermelho próximo), destacando principalmente os espaços construidos. As ruas, áreas edificadas e regiões impermeabilizadas são representadas por valores positivos acima de zero (0,0), sendo consideradas regiões com difícil ou nenhuma permeabilidade do solo. As imagens foram adquiridas e processadas dentro da plataforma Google Earth Engine (GEE). Esta é uma plataforma na nuvem que fornece de forma gratuita o acesso e processamento para uma grande quantidade de dados orbitais. 4 RESULTADOS As imagens térmicas foram comparadas com as imagens resultados dos índices e as imagens de satélite de alta resolução do bairro, para cada data, permitindo visualizar as modificações que ocorreram ao longo dos anos dentro do bairro em relação às áreas verdes, forma de ocupação do solo e do tipo de pavimentação aplicada nas vias. A figura 03, mostra a temperatura de superfície média do bairro Parque Piauí para o trimestre seco em 1985, onde o campo térmico mostrou-se homogeneo, com as temperaturas entre C e valores de NDVI abaxio de 0,3, já indicando a ocorrencia de ocupação da área com a falta de vegetação. Algumas regiões se destacam com temperaturas entre C, localizadas ao longo da rodovia BR-316, decorrentes da presença de solo exposto onde havia ocorrido desmatamento na época e outras as regiões com temperatura entre 30 e 32 C, encontram-se sobre as áreas de praças (Praça da Ação Comunitaria) e lotes vazios vegetados. Isso pode ser avaliado pois no ano de 1985 tinham-se menos áreas impermeabilizadas e sem cobertura asfaltica, além do numero maior de lotes ainda com solo exposto.

7 Fig 03 Mapas da temperatura superficial de Fonte: Satélite Landsat 7 e Google Earth Engine Avaliando o campo térmico para o ano de 1995 (Figura 04), nota-se em todo o bairro uma elevação da temperatura de superfície para faixa entre 34 a 36 C, com um destaque para a região sobre as rodovias BR-316 e PI-130 que, devido a maior cobertura asfaltica e maior densidade construida nas suas margens, apresentou temperaturas de superfície acima de 36 C, aspecto que foi refletido nos indices de vegetação, inferiores a 0,1. Ao sul, sobre o bairro Promorar, foram registradas temperaturas mais amenas, entre C, reflexo da menor ocupação da área, pois o bairro foi criado em 1982 e ainda ainda apresentava uma maior proproção de áreas livres e com cobertura vegetal, que justifica as menores temperaturas. Quanto aos indice de vegetação, todo o bairro apresentou uma queda, com valores inferiores a 0,2, indicando desde essa data a pouca presença de vegetação no bairro.

8 Fig 04 Mapa da temperatura superficial de Fonte: Satélite Landsat 7 e Google Earth Engine Quanto ao ano de 2005, a temperatura de superfície média apresentou uma elevação em todo o bairro, na faixa entre 34 e 36 C. Parte das vias internas ao bairro foram pavimentadas com asfalto e isso teve influência nas temperaturas, apresentando valores acima de 36 C (Figura 05). A ocupação do bairro preservou somente as praças como áreas verdes ou livres, aspecto percebido também nos bairros vizinhos. Quanto ao percentual das áreas verdes, eram as mesmas do ano de 1995 (4.58% destinados as praças), já o valor de 21,71% das vias asfaltadas passou para 37,49%. Percebe-se por imagens de alta resolução que a ocupação dos lotes pelas edificações é de quase 100%, embora no inicio da implantação do conjunto habitacional fosse limitada ao máximo 50% de área construída.

9 Fig 05 Mapa da temperatura superficial e imagem de satélite do Parque Piauí 2005 Fonte: Satélite Landsat 7, Google Earth Engine e Google Earth A imagem de 2017 (figura 06) mostra todo o bairro com temperatura média de superfície maior que 36 C. As áreas verdes eram as mesmas dos anos de 1995 e 2005 (4.58% destinados as praças), mas o valor de 37,49% das vias asfaltadas passou para 100%. O aumento significante de asfalto no bairro e nos bairros adjacentes foi um fator importantíssimo no aumento de temperatura da região.

10 Fig 06 Mapa da temperatura superficial e imagem de satélite do Parque Piauí 2017 Fonte: Satélite Landsat 7, Google Earth Engine e Google Earth Comparando-se os valores da variação da temperatura de superfície com relação aos índices de vegetação, fica explicito que a elevação da densidade construída e pavimentação das vias, sem o acréscimo de áreas verdes criou a condição para elevação das temperaturas nas últimas décadas (Figura 07). Fig 07 Gráficos com a temperatura de superficie (esquerda) e valor de NDVI (direita), de todo o bairro ao longo do tempo.. Considerando que existem influências sazonais das temperaturas de cada ano, foi construido um mapeamento do desvio da temperatura de superfície do ano de 2017 com relação o valor da média das temperaturas de todos os anos, com isso as regiões em que as temperaturas foram mais reduzidas ao longo do tempo apresentam desvios negativos e o oposto apresenta temperaturas mais elevadas. Como apresentado na Figura 08, as regiões com temperaturas mais reduzidas foram as áreas que correspondem às poucas áreas verdes que ainda encontram-se no bairro, que são o Clube

11 dos 100 a sudoeste, a Praça da Integração a norte, a Praça das Crianças (camisa 10) a leste e Caixa d água a sudeste, indicadas no mapa. Fig 08 Mapa do desvio da temperatura de 2017 com relação à média do período analisado e imagem Parque Piauí 2017 Fonte: Satélite Landsat 7, Google Earth Engine e Google Earth 5 CONCLUSÕES O estudo analisa as mudanças de uso do solo que ocorreram no bairro Parque Piauí ao longo de 30 anos e a relação com o aumento da temperatura média superficial obtida através de imagens térmicas de satélite. Pelas imagens analisadas verifica-se o aumento significativo da temperatura superficial do bairro, chegando a diferenças de até 6 graus entre 1985 e 2017, que acarretam graves situações de desconforto para a população e o aumento do consumo de energia nas edificações com o uso de climatização artficial. Entre as variáveis que mais contribuiram para o aumento da temperatura superficial estão o aumento da densidade construída e a diminuição das áreas verdes nos lotes. Embora as áreas verdes nas praças tenham sido mantidas ao longo dos anos, o aumento do revestimento asfáltico das ruas e avenidas, atualmente ocupando 100% das vias, teve forte impacto no aumento da temperatura superficial do bairro como um todo, anulando o efeito refrigerador das áreas verdes existentes. A pesquisa aponta a necessidade urgente de controle do aumento da densidade construída do bairro e a manutenção das áreas verdes existentes nas praças e nos poucos vazios urbanos existentes, como uma forma de evitar que a temperatura superficial continue a elevar-se, agravando as situações de desconforto térmico. A recomendação deve abranger também os

12 bairros circunvizinhos, de maneira que a homogeneização na temperatura superficial não se estenda por uma área maior. Este estudo também demonstra a vantagem de utilizar o Google Earth Engine e o banco de dados de arquivos públicos em sua plataforma para rastrear e monitorar essas alterações ao longo do tempo, permitindo a análise de alta velocidade usando ferramentas de processamento avançadas para grandes regiões e grandes conjuntos de dados, sem a necessidade de localizar e baixar dados de sensoriamento remoto para processamento de forma local (no computador). 6 REFERÊNCIAS COLLISHON, E. (1998). O campo térmico da região metropolitana de porto alegre: Analise a partir da interação entre as variáveis ambientais na definição do clima urbano. 1998, Dissertação (Mestrado em Geografia) - Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis. COSTA, R. A. Rosa, R. (1999). O Uso de Imagens Termais no Estudo de Ilhas de Calor Urbana: O Caso de Uberlândia - MG. In: 51ª Reunião Anual da SBPC, Porto Alegre. Disponível em: < Acesso em: 15 mar CUNHA, J. E. B. L.; RUFINO, I. A. A.; IDEIÃO, S. M. A. (2009). Determinação da temperatura de superfície na cidade de Campina Grande-PB a partir de imagens do satélite Landsat 5-TM. Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, , Natal, Anais... Natal, INPE. FEITOSA, S. M. R. (2010). Alterações climáticas em Teresina-PI decorrentes da urbanização e supressão de áreas verdes Dissertação (Mestrado em Desenvolvimento e Meio Ambiente) -Universidade Federal do Piauí. Teresina. Gallo, K.P.; Tarpley, J.D. (1996). The comparison of vegetation index and surface temperature composites of urban heat-island analysis. Int. J. Remote Sens. 17. LOMBARDO, M. A. (1985). Ilha de Calor nas metrópoles: o exemplo de São Paulo. São Paulo: Hucitec. MENDONÇA, F. A. (1995). O clima e o planejamento urbano de cidades de porte médio e pequeno: Proposição metodológica e sua aplicação a cidade de Londrina/PR Tese (Doutorado em Geografia) -Universidade de São Paulo, São Paulo. MONTEIRO, F. F.; GOMES, L. C. F.; SILVEIRA, A. L. C. R.; SILVA, V. M. A.; Da SILVA, G. J. F.. (2013). USE OF TOOLS GEOPROCESSING FOR IDENTIFICATION OF URBAN HEAT ISLANDS IN TERESINA-PI. Journal of Hyperspectral Remote Sensing, v. 03, p

13 Qiu, W., Xu, H., and He, Z., (2014). Study on the difference of urban heat island defined by brightness temperature and land surface temperature retrieved by RS technology, Computer Modelling & New Technologies. 18(4) RORIZ, M. (1987). Zona de conforto térmico: um estudo comparativo de diversas abordagens. Dissertação (Mestrado em Arquitetura). Departamento de Arquitetura e planejamento, USP. São Carlos. SILVEIRA, A. L. R. C. (2007). Parâmetros bioclimáticos para avaliação de empreendimentos habitacionais na região tropical subúmida do Brasil. Tese (Doutorado em Arquitetura e Urbanismo). Universidade de Brasília, Brasília. WENG, Q. A (2001). Remote sensing GIS evaluation ofurban expansion and its impact on surface temperature in the Zhujiang Delta, China. Int. J. Remote Sens., 22. WENG, Q., LIU, H., & LU, D. (2007). Assessing the effects of land use and land cover patterns on thermal conditions using landscape metrics in city of Indianapolis, United States. Urban Ecosystems, 10(2),