A INFLUÊNCIA DA URBANIZAÇÃO NA TEMPERATURA DO AR E DE SUPERFÍCIE NA CIDADE DE CURITIBA NO PERÍODO DE 2001 A 2015

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1 A INFLUÊNCIA DA URBANIZAÇÃO NA TEMPERATURA DO AR E DE SUPERFÍCIE NA CIDADE DE CURITIBA NO PERÍODO DE 2001 A 2015 JULYANA BARONI DA SILVA 1 WILSON FLAVIO FELTRIM ROSEGHINI 2 RESUMO Esta pesquisa tem caráter descritivo e trata da evolução da ocupação do solo e do processo de urbanização da cidade de Curitiba e sua correlação com a variabilidade espaço-temporal da temperatura do ar e de superfície. Utiliza-se de imagens de satélite de família Landsat, dados de superfície da estação meteorológica oficial e dados remotos do MODIS, sensor a bordo do satélite Terra. Como resultado, foi detectado o aumento das temperaturas do ar na área de estudo durante o verão e o inverno, enquanto os outonos e primaveras tem se mostrado mais amenos na região, além da presença de ilhas de calor nas áreas de ocupação mais densa. O objetivo do trabalho é auxiliar no planejamento da cidade a fim de melhorar as políticas públicas de produção do espaço urbano. Palavras-chave: Clima urbano, temperatura do ar, ilha de calor, urbanização, satélites. ABSTRACT This is a descriptive research and works with the evolution of land use and urbanization of Curitiba and the correlation with the spatial and temporal variability of air and surface temperature. Were used Landsat family satellite imagery, surface data from official weather station and remote data from the MODIS sensor aboard the Terra satellite. As a result, it was detected the increase in air temperatures in the study area during the summer and winter, while the autumns and springs have been more mild in the region, and the presence of heat islands in the areas of densest occupation. The purpose of this study is to assist the city planning in order to improve public policies for production of urban space. Key words: Urban climate, air temperature, heat island, urbanization, satellites. 1 Introdução O presente trabalho trata da analise e correlação da evolução da temperatura do ar da Cidade de Curitiba no Paraná e o processo de urbanização da capital entre os anos de 2001 a A pesquisa descritiva tem seu embasamento analítico através da Teoria do Sistema Clima Urbano de Monteiro (1976) que considera a análise do clima por três principais canais; Hidrometeórico, Físico-químico e o Termodinâmico, esse que é caracterizado pelo Conforto Térmico e possuí desenvolvimento contínuo, além de correlacionar-se com o urbanismo e ter como produto a formação de ilhas de calor. Os aspectos físicos da cidade influenciam constantemente o planejamento das cidades, principalmente ao que se refere às centralidades e periferias do espaço e por 1 Graduanda em Geografia, Bolsista de Iniciação Cientifica (PIBIC-CNPq) na Universidade Federal do Paraná. julyanabaroni@ufpr.br 2 Doutor em Geografia Professor Adjunto da Universidade Federal do Paraná no Departamento de Geografia. 853

2 consequência propulsionam a função do Estado nas políticas públicas e, portanto em planos diretores (MOURA, 2009). O planejamento das cidades devem considerar a esfera ambiental do espaço geográfico no pensamento da ocupação e uso do solo e sua interferência no Conforto Térmico e outras características dos canais de percepção do clima, além de considerar também o ordenamento do pleno desenvolvimento das funções sociais da cidade e da propriedade e promoção o bem estar dos habitantes do Município (Lei , artigo 5, paragrafo 4-16.dez.2004) Na Cidade de Curitiba é possível perceber a inadequação da execução do plano diretor, que pode ser considerado consequência do alto índice de urbanização e principalmente verticalização acelerada. A associação entre o comportamento da ocupação do solo e o clima é bastante explorado na climatologia e possui relevância no desenvolvimento da cidade, como destaca Andrade: Dessa forma o planejamento urbano e o clima local estão interligados, pois a estrutura urbana influencia o ciclo hidrológico, que por sua vez afeta o conforto ambiental. Essa relação se dá através da impermeabilização, da diminuição de áreas verdes e da poluição atmosférica nas cidades, causando o fenômeno das ilhas de calor, que está associado ao aumento da pluviosidade urbana no verão, contribuindo, num círculo vicioso, para o acirramento do problema das enchentes. Vale mencionar outro problema climático urbano que é a desumidificação, causada, sobretudo, pela diminuição da evapotranspiração com a eliminação da vegetação. (ANDRADE et al, 2010 p. 64) Levando em consideração o processo de urbanização torna-se importante o uso de imagens de satélite em uma série temporal que demonstre a evolução desse processo significativo nos dias atuais, além de estatísticas que demonstrem a variabilidade temporal da temperatura para a área de estudo e que auxiliem na analise da pesquisa. Silva (2014) analisou o comportamento térmico de superfície do aglomerado urbano da Região Metropolitana de Curitiba (AU-RMC) no período de 1985 a 2010, no intuito de compreender a relação entre as formas de ocupação e a temperatura de superfície (TS) em diferentes condições de insolação, através do sensoriamento remoto efetuado pelo satélite Landsat-5, a partir da banda 6 do sensor infravermelho. O autor revelou em seu estudo a existência de dois padrões térmicos para a superfície do AU-RMC, com maior amplitude térmica durante a primavera/verão e uma menor amplitude durante outono/inverno. 854

3 Outro detalhe destacado foi que as áreas mais adensadas horizontalmente apresentaram TS mais elevada, formando ilhas de calor mais intensas em relação às circundantes, enquanto as áreas vegetadas atuaram como ilhas de frescor. O objetivo da pesquisa é procurar a existência da relação entre os valores de temperatura do ar em Curitiba e a mudança na ocupação do solo, além de suas dinâmicas espaço-temporais na capital paranaense e analisar a variabilidade da temperatura a partir de normais climatológicas e de sensores de satélite que quantificam os valores de temperatura em todo o globo. A pesquisa considera como hipóteses principais o aumento da temperatura do ar na Cidade de Curitiba em comparação de normais climatológicas e a influencia da urbanização e principalmente verticalização da Cidade no aumento de temperaturas do ar e também a ação na formação de ilhas de calor na capital. Com essa analise busca-se assistir as políticas públicas para a área de estudo nos problemas encontrados, como destaca Gartland, 2008: Um programa de comunidade fresca bem operado deve ter conhecimento das estatísticas da comunidade em termos de coberturas, pavimentações, paisagismo, uso de energia, qualidade do ar e saúde humana. Considerando assim, desenvolver melhorias do aspecto prático e teórico no planejamento urbano da Cidade de Curitiba a fim de reduzir temperaturas, e gerar melhorias na qualidade de vida da população ao que diz respeito ao tempo e clima e suas consequências espaciais. 2 Material e métodos O desenvolvimento da pesquisa levou em consideração a dinâmica da urbanização de Curitiba nos anos 2001 e 2015 e também os valores de normais climatológicas do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) para o período de e o cálculo para um novo período que considerasse a analise temporal da urbanização, adotando então o período 1986 a Para a espacialização da temperatura foram utilizados os dados do MODIS, um sensor infravermelho a bordo do Satélite Terra. A área de estudo foi determinada por tratar-se de um município inteiramente urbano e conhecido por políticas de desenvolvimento que atrelam o meio ambiente e a sociedade. Primeiramente foi constatada a homogeneidade temporal dos dados disponibilizados pelo INMET, através do Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa (BDMEP) e posteriormente calculadas as normais climatológicas em ambiente Office Excel para um novo período ( ) através da mesma expressão pelas quais são calculados os valores normais climatológicos de temperatura para todo o Brasil. 855

4 Sendo, X a variável determinada (temperatura), k, cada dia i, cada mês utilizado, j, cada ano do período, N o número de dias do mês. Não foi necessário o descarte de meses na analise estatística, devido à série temporal bastante consolidada. A partir das informações geradas foi construída uma tabela comparativa das temperaturas para as normais de 1961 a 1990 e 1986 a Quanto às imagens de satélite utilizadas na analise do processo de urbanização, foram coletadas uma imagem para o ano de 2001 e outra para o ano de Esse período foi escolhido pela compatibilidade de escala temporal entre os satélites Landsat-5, Landsat- 8 e o MODIS e também por abranger a área de estudo durante um período de expansão do aglomerado urbano bastante intenso, principalmente ao sul da cidade. A diferença entre os satélites analisados se dá pela disponibilidade de tempo em órbita, já que o Landsat-5 foi lançado em 1984 e se manteve até 2012, enquanto o Landsat-8 foi lançado em As resoluções espaciais dos satélites são de 30 m x 30 m e as resoluções temporais de 16 dias. A composição das imagens geradas foi realizada em ambiente de geoprocessamento ArcGIS10-ArcMap10 utilizando as bandas 3, 2 e 1 e filtros de cor RGB respectivamente para as imagens geradas pelo Landsat-5 e as bandas 4,3 e 2 e filtros de cor RGB, respectivamente para o Landsat-8. Ambas as composições foram geradas para interpretações em cor natural. A diferença dos números de bandas utilizadas na analise, se deu pela diferença na estrutura dos satélites, porém correspondentes aos comportamentos espectrais dos alvos. A analise da urbanização foi pensada através de 5 classes de ocupações do solo perceptíveis através da imagem e seus efeitos na temperatura de acordo com a literatura; corpos hídricos (tendem a regular a temperatura) vegetação rasteira (enquanto vegetação e sua evaporação auxiliam no controle de ilhas de calor (Gartland,2008)), parques e bosques, área construída e área construída verticalizada, que afetam a temperatura em razão do albedo, que absorve e retém calor, alterando a percepção individual da temperatura e portanto do conforto térmico. Os dados e a espacialização da temperatura foram obtidos através do sensor infravermelho Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) a bordo do satélite Terra, e possui resolução espacial de 1000 metros, relaciona bandas térmicas infravermelhas e é capaz de corrigir efeitos atmosféricos a partir de algoritmos. 856

5 A série de dados está disponível no sistema Data Library do International Institute for Climate and Society, da Universidade de Columbia, a partir de abril do ano Este sensor apresenta uma boa cobertura temporal e gera dados médios semanais de temperatura da superfície (Land Surface Temperature - LST), sendo uma importante ferramenta para caracterização de ilhas de calor ou frescor urbanas. O LST MODIS é derivado de duas bandas térmicas no canal infravermelho (bandas 31 ( μm) e 32 ( μm)), utilizando o algoritmo de divisão da janela que corrige os efeitos atmosféricos com base na emissividade da superfície global no infravermelho térmico (WAN et al., 2002) 3 Resultados e Discussão 3.1 NORMAIS CLIMATOLÓGICAS O cálculo das normais climatológicas para o período de 1986 a 2015 gerou valores de extrema importância na análise de variabilidade temporal da temperatura do ar na área de estudo. Quando esses números são comparados aos da normal climatológica oficial para a cidade de Curitiba é possível verificar alterações significativas, conforme quadro 1: Quadro 1. Comparação das Normais Climatológicas de e Meses Janeiro 20,4 20,9 Fevereiro 20,6 20,5 Março 19,6 20,1 Abril 17,2 14,8 Maio 14,5 14,8 Junho 13,1 11,6 Julho 12,9 13,5 Agosto 14,1 14,9 Setembro 15,0 13,2 Outubro 16,5 17,5 Novembro 18,2 16,0 Dezembro 19,3 20,5 Anual 16,8 16,5 Fonte: INMET- BDMEP. Acessado em Organizado por SILVA,J.B e ROSEGHINI,W.F.F Foram constatadas alterações nas normais climatológicas, principalmente para os meses representativos de cada estação, como Dezembro, Janeiro e Março que demonstraram um breve aumento de temperatura do ar, tornando a maior parte do verão alguns décimos de graus Celsius mais quentes, exceto pelo mês de fevereiro que não apresentou variabilidade significativa. 857

6 Quanto aos meses de Outono foi identificada uma queda bastante expressiva. A cidade de Curitiba tem demonstrado o mês representativo do Outono 3 graus mais frios do que o valor demonstrado na normal climatológica brasileira oficial. Os meses de inverno na capital paranaense demonstraram um aumento da temperatura do ar, exceto pelo primeiro mês da estação que se expressou de modo mais intenso em relação aos baixos valores. A análise da estação de primavera demonstrou-se em geral mais fria do que o considerado normal para a localidade. Na analise final da normal climatológica calculada em comparação com a normal climatológica oficial é possível afirmar como os verões e invernos mais quentes na Cidade de Curitiba enquanto os outonos e primaveras tem se demonstrado generalizadamente mais frescos A Urbanização da Cidade de Curitiba analisada através das Imagens de Satélite. A dinâmica da urbanização da Cidade de Curitiba é amplamente explicada pelas centralidades exercidas e suas expansões, que de acordo com,moura, 2009 se expandem física, econômica e funcionalmente, e aglutinam em uma morfologia, contínua ou descontínua, aglomerações, centros urbanos e suas áreas... Ou seja, a cidade foi pensada em seus centros expandidos e a importância de relacionar as expansões e suas formas se dá principalmente do aspecto ambiental e seus impactos, nesse caso a variação da temperatura no espaço da cidade e no tempo. A importância do urbanismo e seu pensamento nas cidades é de absoluta importância na presente analise, porque pode auxiliar na identificação das ilhas de calor, bem como seus motivos na área de estudo, como mostra as imagem 1 da evolução da urbanização do ano de 2001 em comparação ao ano de

7 Figura 1. Evolução da ocupação do Solo de Curitiba de 2001 a Fonte: Landsat-5 (2001) e Landsat-8.(2015) Acessado em Elaborado por:silva,j.b E ROSEGHINI,W.F.F (2016) As imagens raster geradas através da composição cor natural demonstram diferenças na resolução especialmente pela tecnologia diferente de cada satélite em órbita no período, mas é possível perceber a diferença na ocupação do solo da cidade, principalmente ao que é possível notar de verticalização, no eixo norte leste da capital A cidade organizada em eixos estruturais apresenta um aumento de área construída verticalizada, principalmente em direção ao Sul e Sudeste da Cidade, além da expansão da área construída nessas mesmas áreas e também na região oeste do município, onde encontra-se a chamada Cidade Industrial de Curitiba (CIC) que concentra desde a década de 80 as industrias e fábricas da Região. Durante os anos de 2001 a 2015 houve uma diferença significativa na construção cidade, que se tornou perceptivelmente mais ocupada na região sul, diminuindo assim suas áreas verdes, essas que na região norte e oeste da cidade continuaram notadamente preservadas, auxiliando assim no equilíbrio das temperaturas, tanto no inverno, como no verão. É importante citar a existência de corpos hídricos na região, como a Represa do Passaúna, na divisa oeste da cidade, que estimula a conservação da vegetação e isso 859

8 ocorre como medida de preservação da qualidade da água, que abastece a região e, portanto as áreas com corpos hídricos e vegetação agem como reguladoras da temperatura, mantendo-a mais estável e menos variável, principalmente durante o dia. 3.3 A Espacialização da Temperatura na Cidade de Curitiba a partir do Sensor MODIS. As informações coletadas a partir do Sensor MODIS a bordo do satélite Terra apresentam resolução espacial diferente das informações advindas dos satélites da família Landsat. Assim, para a analise foram utilizadas médias mensais dos meses de cada estação do ano (em caráter trimestral) para os anos de 2001 e 2015,. Os dados LST utilizados são referentes às passagens noturnas do sensor, no intuito de melhor identificar os efeitos da ilha de calor provenientes da inércia térmica dos materiais que compõem a área urbana. É possível perceber as mudanças das temperaturas médias mais altas com as áreas que sofreram grandes alterações em suas ocupações, como a região sudeste, que de 2001 a 2015 passou por um processo de verticalização intenso, além de localizar-se em um grande eixo estrutural, e uma via de amplo acesso, o que atenua os efeitos das ilhas de calor na cidade. O inverno, que registrou um breve aumento nas temperaturas registradas por dados de superfície relacionados com os dados remotos do sensor demonstra como os locais que passaram por intenso processo de ocupação registraram diferentes temperaturas com a dinâmica do espaço e do tempo. Em 2001, quando a área construída verticalizada era maioritariamente na área central da cidade, a diferença da temperatura para maiores valores se dava exatamente nessa região e com o decorrer do tempo, o mesmo processo e tipos de construção foram expandidos para outras áreas da cidade, como a região leste e sudeste, para onde as temperaturas mais quentes foram ampliadas em conjunto. 860

9 Figura 2. Variabilidade Temporo- Espacial da Temperatura do Ar na Cidade de Curitiba. Temperaturas médias sazonais de superfície para os anos de 2001 e Fonte: IRI Data Library, Elaborado por: SILVA,J.B e ROSEGHINI,W.F.F A análise do Verão mostra registros bastante quentes nas regiões mais ocupadas, como a região norte e leste da cidade, com temperaturas entre 18ºC e 20ºC para a noite e com a diferença na ocupação durante o período, o registro das temperaturas aumentaram em 2015 para a região sul da cidade, justamente onde o uso do solo sofreu a alteração mais intensa e também teve suas áreas verdes reduzidas durante esse processo. A primavera para a cidade de Curitiba se mostrou bastante aquecida na evolução temporal, principalmente na região oeste, onde as temperaturas médias alcançaram em 2015 por volta de 17ºC, enquanto no ano de 2001 os valores atingiram 16ºC nas áreas mais quentes, que na época era a área mais densamente ocupada e também verticalizada. De março a maio é possível confirmar os dados da normal climatológica, demonstrando como as temperaturas do ar reduziram de 2001 a 2015, registrando temperaturas médias mais baixas, principalmente a leste da cidade, onde encontra-se a área urbanizada mais recentemente, formando um corredor de temperaturas mais baixas. Esses valores espacializados podem ser explicados pelo relevo da cidade, que se configura mais alto do que na maior parte da área de estudo e influencia na dinâmica da temperatura do ar em Curitiba e nessa analise caracteriza temperaturas mais baixas nos meses analisados e representativos de outono. 861

10 Pode-se concluir que as expansões das áreas construídas influenciam na variabilidade do campo térmico na Cidade de Curitiba, confirmando assim duas das hipóteses da pesquisa, já que a temperatura do ar na área de estudo demonstrou-se influenciada pela urbanização e principalmente sua característica verticalizada, formando ilhas de calor a oeste da cidade, onde se encontra a represa do Passaúna e principalmente na área central da cidade, onde a ocupação é bastante densa. 4 Considerações Finais Os dados de superfície da temperatura do ar da área de estudo, correlacionados com os dados remotos de temperatura e também de urbanização são capazes de gerar informações que explicam e justificam a evolução da temperatura na cidade de Curitiba. É importante destacar como os dados do sensor MODIS correspondem aos dados da estação meteorológica e são capazes de auxiliar na identificação de ilhas de calor nas cidades, além de auxiliar na compreensão espacial desses dados que podem ser associados às dinâmicas de uso e ocupação do solo além de seus processos de urbanização e como esses fatores influenciam no tempo e no clima das cidades, causando variabilidade espacial e temporal das temperaturas e podendo gerar ilhas de calor, desconforto térmico e aumento da precipitação, mas que podem ser evitados e pensados por profissionais e pesquisadores. Pode-se concluir que a expansão das áreas construídas na área de estudo influencia na variabilidade do campo térmico na Cidade de Curitiba, podendo interferir no planejamento da cidade e políticas públicas sobre o plano diretor e impactar a sociedade de maneira benéfica, como criação de mais parques e também no paisagismo da cidade. 5 Referências ANDRADE, A.R, ROSEGHINI, W.F.F e MENDONÇA, F.A, Analise do Campo Térmico da Cidade de Irati/PR: Primeiros Experimentos para a Definição do Clima Urbano. Revista Brasileira de Climatologia, Curitiba, v.6. n.6 p CURITIBA (Paraná) Lei Nº 11266, de 16 de Dezembro 2004 Dispõe sobre a adequação do Plano Diretor de Curitiba ao Estatuto da Cidade. Diário Oficial da União Regulamenta a Lei Federal nº10.527/01, de 10 de julho de Para orientação e controle do desenvolvimento integrado do Municipio. Disponível em: Acessado em 16/04/2016 GARTLAND, L. Ilhas de Calor, Como Mitigar Zonas de Calor em Àreas Urbanas.1.ed. São Paulo, Oficina de Textos

11 INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA, Normais Climatológicas do Brasil, Período MONTEIRO, C.A.F e MENDONÇA, F.A; Clima Urbano 1.ed. São Paulo, Editora Contexto, INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE). Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC). Cidade de Curitiba. São José dos Campos, imagem de satélite. LANDSAT-5, 03.jun INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE). Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC). Cidade de Curitiba. São José dos Campos, imagem de satélite. LANDSAT-8, 29.ago MONTEIRO, C.A.F e MENDONÇA, F.A; Clima Urbano 1.ed. São Paulo, Editora Contexto, 2003 MOURA. R. Arranjos Urbanos-Regionais No Brasil: Uma Análise com Foco em Curitiba. 243f. Tese (Doutorado em Geografia) Programa de Pós Graduação em Geografia. Universidade Federal do Paraná, Curitiba, ROSEGHINI, W. F. F. Clima urbano e dengue no centro-sudoeste do Brasil. Tese (Doutorado em Geografia) Programa de Pós Graduação em Geografia. Universidade Federal do Paraná. Curitiba, SILVA, J. P. Análise do comportamento térmico da superfície do aglomerado urbano da região metropolitana de Curitiba durante os anos de 1985 a 2010 a partir do satélite LANDSAT-5. Dissertação (Mestrado em Geografia) Programa de Pós Graduação em Geografia. Universidade Federal do Paraná, Curitiba, WAN, Z. M., ZHANG, Y. L., ZHANG, Q. C., & LI, Z. L. Validation of the land-surface temperature products retrieved from Terra Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer data. Remote Sensing of Environment, 83(1 2), ,