Estudo de caso do fenômeno ilha de calor no centro de Taguatinga

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1 Estudo de caso do fenômeno ilha de calor no centro de Taguatinga (Case study of the heat island phenomenon in the center of Taguatinga) Cíntia Rocha da Trindade ¹, Cláusio Tavares Viana Teza ², Edson Benício de Carvalho Junior ³ ¹ Curso de Física- Universidade Católica de Brasília ² Curso de Engenharia Ambiental- Universidade Católica de Brasília ³ Curso de Física- Universidade Católica de Brasília Em cidades como São Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte, as transformações econômicas e espaciais ocorreram de forma acelerada, com consequente redução da cobertura vegetal, contribuindo para incidência de fenômenos de ilhas de calor e regiões de baixa umidade. Assim, o presente trabalho pretende investigar a existência de ilha de calor no centro de Taguatinga, região administrativa do Distrito Federal, por meio de técnicas de sensoriamento remoto. Escolheu-se o sensor Aster para captar imagens, por possibilitar uma análise quantitativa das temperaturas da cidade e com esse resultado conclui-se que não há o fenômeno de ilha de calor em Taguatinga. Palavras-chave: Fenômeno de ilha de calor, sensoriamento remoto, cidade de Taguatinga. In cities like Sao Paulo, Rio de Janeiro and Belo Horizonte, spatial and economic changes occurred rapidly, with consequent reduction of vegetation, contributing to the incidence of phenomena of heat islands and regions of low humidity. Thus, this study aims to investigate the existence of heat island in the center of Wansbeck, administrative region of Federal District, through remote sensing techniques. We chose the Aster sensor to capture images, enabling a quantitative analysis of the temperatures of the city and with this result we conclude that there is the heat island phenomenon in Wansbeck. Keywords: Heat island phenomenon, remote sensing, Taguatinga. 1. Introdução Os avanços tecnológicos e a necessidade de melhorar a economia fazem com que países invistam, fortemente, no crescimento econômico. Assim, aumentam os setores fabris, a oferta e a procura de empregos, consequentemente, o número de construções e meios de transportes, muitas vezes sem considerar, adequadamente, as questões ambientais e a necessidade de conforto térmico, como garantia de qualidade de vida. O Brasil está incluso na lista dos países emergentes que estão sofrendo mudanças significativas no espaço urbano. Mudanças essas que fomentam o aumento de fenômenos climáticos característicos de centros urbanos. Assim, locais com grandes edificações, pouca vegetação e muita concentração de 1

2 concreto tendem causar desconforto devido ao fenômeno ilha de calor. (TEZA, 2005). O fenômeno de ilha de calor está presente em muitas cidades, sendo que não é um fenômeno exclusivo das metrópoles (TEZA,2005) e para verificar a existência do fenômeno é preciso comparar as temperaturas da região do centro em relação a da periferia da região em estudo, ou seja, quando a temperatura do centro está alta em relação a periferia há o fenômeno. Para obter a diferença de temperatura entre o centro e a periferia, podese utilizar termômetros, mas, atualmente, pode-se obter excelentes resultados, por meio de técnica de sensoriamento remoto que permite obter imagens do local de estudo utilizando sensores instalados na órbita da Terra. Após a aquisição das imagens, emprega-se ferramentas de programação, que possibilitam transformar as imagens espaciais obtidas em termais. Teoricamente, a cidade de Taguatinga, região administrativa, do Distrito Federal, pode apresentar ilha de calor urbano, devido à presença de concreto, asfalto, prédios, trânsito intenso. Com o passar do tempo essa situação pode ser agravada, sendo preciso verificar a existência de fenômenos característicos de centros urbanos, como por exemplo, efeito estufa, chuva ácida e etc, com o intuito de se buscar soluções mitigadoras. Este trabalho pretende investigar a existência do fenômeno de Ilha Urbana de calor, por meio de técnicas de sensoriamento remoto, no centro de Taguatinga, que de acordo com dados do governo é o maior pólo econômico do Distrito Federal. Porém, o centro de Taguatinga não está localizado, exatamente, na parte central da cidade, mas é o nome dado a parte da cidade em que se desenvolveu rapidamente. 2 Referencial Teórico 2.1 Caracterizações do Fenômeno Ilha Urbana de Calor Para Oke (1972) o fenômeno é a modificação dos parâmetros da superfície e da atmosfera pela urbanização. Após a mudança espacial que os centros urbanos vem sofrendo, com o surgimento de indústrias, casas e maior 2

3 concentração de asfalto verificou-se o aumento da temperatura do centro em relação às regiões circunvizinhas. Segundo Lombardo (1985) a distribuição das isotermas 1 nas cidades mostra uma tendência para o aumento da temperatura da periferia em direção ao centro. Essa diferença de temperatura do centro em relação à periferia é a caracterização do fenômeno Ilha urbana de calor. A ação urbanizadora do homem modifica, rapidamente, o espaço causando a diminuição da vegetação e o fim de regiões aquosas umidificadoras, colaborando para o aumento da temperatura. O mais preocupante é que fenômenos climáticos como a Ilha Urbana de Calor não são particularidade exclusiva das metrópoles podendo existir em qualquer núcleo urbano (PAZERA JR, 1976). Como, atualmente, núcleos urbanos estão substituindo a vegetação, que auxilia na regulação da temperatura do ar e gera sombra (LECHNER, 1991), por materiais como asfalto, que tem os maiores coeficientes de absorção para radiação solar, além de ter alto grau de aquecimento. A figura 1 mostra um exemplo da diferença entre a temperatura do ar próximo da vegetação e do asfalto. Figura 1 - Temperaturas do ar sobre a grama e sobre o asfalto Fonte: Conforto Térmico e Projeto Arquitetônico Adaptado de Lechner (1991) p.238 Outro fator que acentua o fenômeno de Ilha Urbana de Calor é o aumento na construção de edificações, que além de impedirem a circulação de ar, são feitos de materiais condutores de energia térmica. A partir, da estrutura 1 Termo usado em mapas e diagramas meteorológicos especificando superfície de mesma temperatura atmosférica. 3

4 da edificação é possível analisar sua interação com o meio ambiente e determinar sua contribuição para o fenômeno. Cada material apresenta um comportamento ao receber radiação solar, os opacos, transparentes e translúcidos absorvem,refletem e transportam radiação (KOENIGSBERGER et al,1977). Os materiais utilizados na construção civil, como o concreto, refletem para a atmosfera a radiação solar de forma que o contato dessas superfícies aquecidas com o ar é capaz de aquecer grande quantidade de ar (CHVATAL, 1999). Não só o desenvolvimento estrutural gera o fenômeno, mas a emissão de poluentes tem grande participação no agravamento da Ilha de Calor Urbana. O ar tende a direcionar-se para as regiões mais quentes, assim partículas de poluentes, como, monóxido de carbono, dióxido de carbono, clorofluorcarboneto e outros mais, vão para os centros urbanos (LOWRY, 1967). A poluição emitida por meios de transportes e indústrias formam uma camada, geralmente, cinza devido a oxidação dos gases poluentes com vapor d água que aumenta a reemissão e absorção de radiação. 2.2 Sensoriamento Remoto O surgimento do Sensoriamento Remoto se deu devido à necessidade militar de conhecer a região, na qual está ocorrendo a batalha. A primeira foto aérea foi tirada de um balão em 1856, após esta data a técnica expandiu-se e passou a ser bastante utilizada em guerras civis. Na Primeira Guerra Mundial a prática era frequente e já utilizavam aviões para obtenção de imagens. Mais tarde, na Segunda Guerra Mundial criou-se o filme infravermelho, que possibilitava diferenciar vegetação de roupas de camuflagem, aumentado a precisão da comunicação para vencer a guerra. (FLORENZANO, 2002). Com o desenvolvimento da ciência foram sendo criados radares e sensores de alta resolução para fins de espionagem, porém até o período da Guerra Fria os dados coletados eram sigilosos e exclusivos do serviço militar. Em 1960, obtiveram a primeira fotografia tirada por satélites. A partir, desse acontecimento percebeu-se o potencial e as vantagens da conquista de 4

5 imagens orbitais, pois através dessas fotografias poderiam obter informações sobre recursos terrestres e dados meteorológicos (FLORENZANO, 2002) A definição de sensoriamento remoto é muito abrangente, devido as várias formas de se adquirir as informações. Para Elachi, (1987), sensoriamento remoto é a aquisição de informações sobre um objeto sem que se entre em contato físico com ele. Os autores Novo (2008),Florenzano (2002) e Baptista(2006), definem de forma semelhante a Elachi (1987), e enfatizam que a radiação eletromagnética é de suma importância para a detecção da informação. A informação pode ser detectada e mensurada a partir das mudanças que o objeto impõe aos campos eletromagnéticos, acústicos ou potenciais. Segundo Novo (2008) o termo sensoriamento remoto se tornou restrito ao uso de sensores de radiação eletromagnética, devido não necessitar de um meio para se propagar. De forma, que sensores possam ficar em satélites e cada vez mais distantes do alvo de estudo. Os sensores captam a radiação emitida e transformam em sinais elétricos, que são recebidos na Terra e logo após são transformados em imagens orbitais. Conforme mostra o esquema abaixo. Figura 2: Obtenção de imagens por sensoriamento remoto via satélite. Fonte: Imagens de satélite para estudos ambientais. Florenzano(2002) Para obter as imagens os satélites não são exclusivos, pode-se utilizar também câmeras fotográficas e de vídeo, sistemas de varredura, radiômetros, etc. Porém, para analisar o fenômeno de ilha de calor o uso de satélite/sensor 5

6 é bem eficaz, por utilizar radiação eletromagnética, que não necessita está próxima do alvo para chegar até o sensor. 2.2 O uso da Radiação Eletromagnética no Sensoriamento Remoto As ondas eletromagnéticas tornaram-se fundamentais para o sensoriamento remoto, pois é por meio delas que a informação é transferida até os sensores. Este tipo de onda não necessita de um meio material para se propagar, por isso propaga-se no vácuo. Sua independência em relação ao meio de propagação é de extrema importância para o processo de transferência de energia, e pode ser explicada pelo movimento do campo elétrico oscilando gerando o campo magnético e o campo magnético gerando um elétrico, sendo que os dois são perpendiculares em relação à propagação da onda, como mostra a figura abaixo. Figura 3: Onda eletromagnética. Fonte: HALLIDAY, Da figura tem-se que E é campo elétrico, B é o campo magnético, λ é comprimento de onda. Para os sensores operarem é necessário energia, que pode ser proveniente da luz solar, de fontes artificiais, etc. Essa energia é a radiação eletromagnética, que se propaga em forma de onda eletromagnética (FLORENZANO, 2002). A radiação eletromagnética é constituída de várias características físicas (energia, frequência, comprimento de onda, intensidade, polarização, etc...). Essas ondas podem ser caracterizadas pela equação, c=λ (1) 6

7 sendo, V a velocidade da onda, é a frequência e λ é o comprimento de onda. Para conhecer a distribuição de ondas eletromagnéticas que formam o campo da radiação eletromagnética, basta analisar o espectro magnético, o qual representa os tipos de onda, de acordo com sua freqüência e comprimento de onda. (NOVO, 2008). A figura 4 mostra um espectro eletromagnético divido em faixas de frequência e comprimento de onda. Figura 4- Espectro eletromagnético. Fonte: (HALLIDAY, 1993). Os sensores detectam a energia que é refletida pelos objetos da superfície quando a luz solar incide sobre eles, essa energia está representada no espectro entre as faixas 0,38 e 3,00 µm. Entre 0,38 e 0,72 µm é a região do visível e nessa faixa a radiação é capaz de produzir sensação de visão para o olho humano normal. É importante para o sensoriamento, pois o olho capta esse tipo de radiação podendo interpretar as imagens. 7

8 Entre 0,72 e 1,3 µm a região é conhecida como infravermelho próximo e a região que compreendida entre 1,3 e 3 µm é a infravermelho de ondas curtas. Entre 7 e 15 µm tem-se a infravermelho distante, em que sensores termais operam. Sendo que todas as faixas são importantes para o sensoriamento e que esses valores são flexíveis. Para o sensoriamento remoto a utilização das ondas representadas no espectro depende da energia da onda eletromagnética ao atingir a matéria. (FLORENZANO, 2002). Quando a radiação eletromagnética interage a matéria ocorre transferência de energia de forma descontínua. Conhecer a energia envolvida no processo é importante, pois cada sensor detecta uma faixa de freqüência. Sendo a função do sensor converter energia emitida pela matéria, em informações, imagem ou gráfico. O sensor Aster capta dados em diferentes faixas do espectro, a do visível e regiões do infravermelho (próximo, médio e distante). 2.4 Reflexão, Transmissão e Espalhamento Quando há incidência de luz sobre a face de materiais, parte da energia é refletida, parte é transmitida pela face do material, e o restante é espalhada em todas as direções. Se a face for lisa, ou seja, o comprimento de onda muito maior do que a rugosidade da face, a radiação é refletida especularmente (NOVO,2008). Porém, a maior parte dos objetos tem sua rugosidade constituída de partículas, o que modifica o comportamento da radiação. O esquema abaixo demonstra o espalhamento relacionado ao tamanho das partículas. Figura 5: Interação da radiação eletromagnética em uma superfície. Fonte: Novo,

9 A quantidade de energia envolvida nos processos acima citados, não depende, exclusivamente, da rugosidade, as características bio-físico-químicas do corpo também influenciam na quantização da energia (FLORENZANO, 2002). A partir, da variação da energia é possível determinar e distinguir os objetos da superfície. O gráfico abaixo explica a relação entre a energia refletida e o comprimento de onda, mostrando a importância de se conhecer a energia do sistema para a interpretação das imagens obtidas por sensoriamento. Figura 6: Curva espectral da vegetação, da água e do solo. Fonte: Florenzano, Analisando o gráfico, é possível perceber que na faixa do visível a vegetação reflete maior energia na faixa que corresponde ao verde. Como na faixa do infravermelho ela reflete maior energia, pode-se diferenciá-la dos demais materiais. Já a região do solo a curva de energia é mais acentuada, a água limpa reflete pouco, diferente da poluída (FLORENZANO, 2002). 2.5 História do uso e ocupação de Taguatinga A cidade foi fundada em 1958 para desfazer invasões em Brasília. Com isso, a cidade de hoje, polinucleada,[...] não mais podendo ser apontada como o modelo brasileiro de planejamento urbano. (PAVIANI,2003). Houve uma má distribuição de terras, fazendo com que a população habite, juntamente, com o comércio, que é o que sustenta a economia da cidade 9

10 Segundo o Censo(2000), a população de Taguatinga é ocupando uma área total de 121,34Km². Sendo que m² é de pavimentação asfáltica, m de drenagem, m de meios-fios, m² de área de passeio e plantio em grama uma área de m². Sendo maior parte da área asfaltada, a possibilidade da temperatura ser mais alta em Taguatinga é bem maior. O centro de Taguatinga é umas das partes mais antigas da cidade, por isso em sua urbanização ainda é possível ver presença de vegetação. Como mostra a figura abaixo 7. Porém, possui um trânsito intenso e regiões que ficam próximos, como a Comercial Norte, que tem muitas edificações. Contribuindo para a existência do fenômeno. Figura 7: Imagem do centro de Taguatinga. Fonte: Regional de Taguatinga. 3 Metodologia Escolheu-se o Sensor Aster, do Serviço Geológico Americano (glovis.usgs.gov), devido a maior facilidade para transformar imagens espaciais em termais. Procurando obter imagens sem interferência de nuvens e que abrangesse, principalmente, o centro e parte das regiões vizinhas do centro de Taguatinga. Para obtenção das imagens realizou-se um cadastro no site do sensor Aster e em seguida escolheu-se as imagens solicitando informações referentes ao produto Aster ondemand 08 Kinetic Temperature. A seguir utilizou-se o 10

11 software ENVI 4.4, no laboratório da Universidade Católica de Brasília devido a licença do programa, para colorir as imagens e traçar todo o perfil térmico. Porém, as temperaturas fornecidas pelo programa não foram em escala usual, para isso utilizou-se a ferramenta Band Math do software ENVI 4.4, para transformar a temperatura para a escala Kelvin, essa ferramenta também possibilitou a transformação da temperatura de Kelvin para Celsius. Para conhecer as faixas de temperatura existentes na imagem, utilizouse a ferramenta Density Slice do ENVI, que separa a imagem em classes de temperatura, a partir desses dados pode-se observar os locais, onde possuíam maiores temperaturas permitido a análise e caracterização do fenômeno Ilha de Calor Urbana. Após o processo de identificação, gerou-se um gráfico permitindo visualizar a variação da temperatura em relação ao espaço, em pixels. Para isso empregou-se a ferramenta Arbitrary Profile, do programa ENVI, que traça um transector pela mancha urbana. A partir do gráfico possibilitou-se conhecer as áreas de maior temperatura de superfície. 4 Resultados e Discussões A imagem do centro cidade de Taguatinga representada pela figura 8 foi obtida no dia 23 de outubro de Foi escolhida devido à ausência de nuvens que permitem melhor interpretação e visibilidade da imagem, podendo diferenciar a distribuição urbanística e a presença de vegetação em algumas partes. Utilizou-se a imagem do ano de 2005 para demonstrar apenas o espaço físico. 11

12 Figura 8: Composição colorida RGB 231. Imagem ASTER obtida em 23/10/2005. Pode-se perceber que a cidade de Taguatinga tem grande parte de sua área ocupada urbanizada (área representada por tons de roxo), mas é possível encontrar próximo a cidade áreas como a Floresta Nacional de Brasília(FLONA) e o parque Saburo Onoyama representados por 1 e 2 na figura 8, respectivamente, que apresentam solo coberto por vegetação.apesar, da distribuição urbanística, foi encontrado região de solo exposto na respectiva data, apontada por 3 na imagem. Para verificar a existência do fenômeno analisou-se a figura 9, do dia 02 de fevereiro de Essa imagem foi colorida de forma que cada cor caracterize uma dada faixa de temperatura. Tons alaranjados e avermelhados representam temperaturas mais altas e tons mais claros temperaturas mais baixas. 12

13 Figura 9: Distribuição da temperatura de superfície. Da figura 9, percebeu-se que há distribuição de alta temperatura de superfície por grande parte da cidade,já que toda cidade é urbanizada, mas em alguns locais como a Floresta Nacional de Brasília(FLORA) e o parque Saburo Onoyama, identificados na figura 8, a temperatura foi mais baixa. A região de solo exposto, representado por 3 na figura 8, apresentou tons mais avermelhados, isto é, o local de Taguatinga com maior temperatura. Devido à ausência de vegetação, que auxilia na regulação da temperatura. A linha traçada de A até B na figura 9, é conhecida por transector e através dessa ferramenta do Envi 4.4 traçou-se o perfil térmico da região do centro de Taguatinga, foi traçada a partir do centro cortando o Pistão sul. 13

14 Figura 10: Perfil Térmico O perfil térmico está representado graficamente, em que o eixo x representa a temperatura em escala arbitrária e o eixo y a localização em pixel. Para normalizar os dados do eixo y de temperatura de superfície apresentado na figura 10, multiplicou-se os valores por 0,1 para correção da banda espectral do Aster. Após a correção dos valores foi encontrado temperaturas na escala Kelvin, para transformá-las para Celsius subtraiu 273,15. Assim, torna-se mais acessível às informações contidas no gráfico. Por meio do gráfico percebe-se que o centro de Taguatinga não apresenta maiores temperaturas em relação às regiões compreendidas pelo transector. Cabendo ressaltar que na época da obtenção das imagens existia uma área de solo exposto mais ao sul de Cidade, explicando o porquê dos picos de temperatura de superfícies detectados. Baseando-se nas imagens captadas pelo Aster, pode-se perceber que a temperatura de superfície no centro não é tão alta em relação as outras regiões que não foram compreendidas pelo transector, por ter maior arborização, que auxilia na manutenção da temperatura. 5 Conclusão Conclui-se, da análise da imagem termal, que não existe o fenômeno de ilha de calor no centro de Taguatinga. Pois, a temperatura da região sem cobertura vegetal é maior do que a do centro. 14

15 Para que existisse o fenômeno no centro de Taguatinga era necessário que o perfil térmico apresentasse na região de estudo um pico de temperatura, ou seja, temperatura maior do que as outras regiões abrangidas pelo transector. Porém, é preciso mais observância em relação a situação climática e o crescimento desordenado, pois a cidade já tem falta de vegetação e sistema umidificador, apresenta muitas edificações, que dificultam a dispersão de gases poluentes e excesso de asfalto e concreto em sua estrutura. Sendo que todos os fatores citados influenciam na incidência de fenômenos característicos de centros urbanos, como o de ilha de calor. Verificar a existência ou não do fenômeno foi de extrema importância, porque permite buscar soluções, incentivar a organização de cidades já existentes e a construção de cidades que proporcione conforto térmico para a população se adaptando ao ambiente em que está sendo construída. 6 Referencial Bibliográfico ANDRADE, Leidiane do L. DE Souza, Letícia Helena. Análise comparativa do fenômeno ilha urbana de calor no verão e inverno por meio de dados termais do satélite Landsat 5 em São José dos Campos SP. Universidade do Vale do Paraíba. BAPTISTA, Gustavo Macedo de Mello. Sensoriamento remoto hiperespectral: o novo paradigma nos estudos de solos tropicais. Ed. Universa. Brasília, CHVATAL, Karin Maria Soares. A prática do projeto arquitetônico em Campinas, Sp e diretrizes para o projeto de edificações adequadas ao clima f. Dissertação (Mestrado). Universidade Estadual de Campinas, SP: [s.n], DE FREITAS, Edmilson Dias. DIAS, Pedro Leite da Silva. Alguns efeitos e àreas urbanas na geração de uma ilha de calor.revista Brasileira de Meteorologia, v.20, n.3, , ELACHI, C. Introduction to physics and techniques of Remote Sensing. New York. Wiley & Sons., FLORENZANO, Teresa Gallotti. Imagens de satélite para estudos ambientais. Oficina de textos. São Paulo, HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, c v. ISBN (v.1). 15

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