Estimativa de albedo, NDVI e Temperatura de Superfície no município de Santarém-PA

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1 Estimativa de albedo, NDVI e Temperatura de Superfície no município de Santarém-PA Silvia Cristina de Pádua Andrade¹ Valmir Rocha Vieira¹ Heliene Ferreira de Morais¹ Erickson Melo de Albuquerque¹ Carlos Antônio Costa dos Santos¹ ¹ Unidade Acadêmica de Ciências Atmosféricas Universidade Federal de Campina Grande - UFCG Av Aprígio Veloso, Bairro Universitário Campina Grande, Paraíba {silviacrisandrade, helienemorais, erickson.melo}@gmail.com valmirrocha2005@yahoo.com.br carlos@dca.ufcg.edu.br Abstract. In recent years has been growing steadily studies on the microclimate in urban areas, better known as urban climate. These studies point to human activities as the main cause of changes in regional and local climate, in this way the city acts as a modifying factor of the climate and creates special conditions in these specific locations. These changes occur rapidly and uncontrollably and thus there must be a continuous monitoring of these changes. For this, the use of remote sensing techniques has been of vital importance to monitor, map and monitor such changes on the surface. This study aimed to estimate image by referring to the day July 12, 2009 Landsat 5-TM, variations in surface temperature in the municipality of Santarém-PA and analyze the albedo and the index of Normalized Difference Vegetation (acronym English, Normalized Difference Vegetation Index-NDVI) in the city. For this algorithm was applied SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) developed by Bastiaanssen (1995). It was observed that areas with higher heat concentrated in the urban and were distributed between 30 C and 33 C. The highest temperatures encountered were 34 C and 35 C in the center of the municipality and the peripheral portion. The NDVI values were lower for the urban area while the albedo showed high values. Palavras-chave: remote sensing, image processing, SEBAL Algorithm, albedo, temperatura de superfície. 1. Introdução Nos últimos anos vem crescendo continuamente estudos sobre o microclima em áreas urbanas, mais conhecido como clima urbano (Oke, 1987; Monteiro, 1976; Lombardo, 1991; Costa, 1998). Estes estudos apontam as atividades antrópicas como a principal causa de mudanças no clima regional e local. Segundo Lombardo (1991) a cidade atua como fator modificador do clima regional e cria condições especiais concretas nestes locais. Atividades humanas tais como a intensidade da circulação de veículos, a concentração industrial, o adensamento de edificações, processo de verticalização, e o asfalto de ruas e avenidas, a diminuição de áreas verdes, criam condições específicas de padrões de uso do solo urbano. Oke (1987) afirma que a urbanização produz mudanças radicais nas propriedades naturais da superfície e atmosfera de uma região, pois envolve a transformação de características radiativa, térmica, umidade e aerodinâmicas e assim desloca o equilíbrio natural da radiação e ciclo hidrológico. As mudanças provocadas pelo homem no ambiente urbano ocorrem de maneira rápida e descontrolada e assim, é necessário que haja um monitoramento contínuo destas alterações. De acordo com Ming (2000) a quantificação dos parâmetros biofísicos tais como albedo, temperatura da superfície (Ts), "Normalized Difference Vegetation Index" (NDVI) são de importância fundamental na estimativa do balanço de energia da superfície 1129

2 terrestre. A precisão da previsão de tempo de curto prazo e mesmo da previsão de mudanças climáticas de longo prazo numa determinada região são afetadas pelo micro clima local, que se manifesta na variação dinâmica dos fluxos de energia na superfície terrestre. Para isto, o uso das técnicas de sensoriamento remoto tem sido de vital importância para monitorar, mapear e fiscalizar tais mudanças na superfície, como afirma Tarifa (2001) essa tecnologia permite visões em diferentes escalas espaciais e fornece dados facilmente manipuláveis e intuitivamente compreensíveis. Desta forma, o objetivo deste trabalho é estimar através de imagens do satélite Landsat 5-TM, o albedo, NDVI e a temperatura de superfície para o município de Santarém-Pa, aplicando o algoritmo SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) desenvolvido por Bastiaanssen (1995). 2. Metodologia 2.1-Caracterização da área de estudo O município de Santarém está localizado na região oeste do Pará, na confluência dos rios Amazonas e Tapajós, ocupa uma área de ,080 km², sendo que 77 km² estão em perímetro urbano, está compreendida entre as coordenadas 02º Sul e 54º Oeste. A altitude média é de 36 metros e uma população estimada em habitantes (IBGE, 2012). A Figura 1 ilustra a localização do município de Santarém. Figura 1- Mapa de Localização de Santarém. Fonte: adaptado de Jacinto (2006). O clima dominante na região é quente e úmido, com temperatura média anual variando entre 25º e 28ºC. Apresenta pouca variabilidade na umidade e temperatura do ar, pressão atmosférica e velocidade do vento, devido estar localizada em latitude tropical próxima à linha do Equador. Segundo a classificação climática de Koppen, Santarém enquadra-se no tipo climático Am, ou seja, o clima é equatorial úmido com uma estação seca bem definida e outra com elevados índices pluviométricos. 1130

3 2.2- Métodos Para este trabalho foi adquirido uma imagem do sensor TM/LANDSAT, órbita/ponto 227/62 que abrange o município de Santarém-PA, correspondente a cena do dia 12 de julho de A cena foi obtida no catálogo de imagens do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e foi escolhida de acordo com o percentual de cobertura de nuvens na cena. Foi empregado o algoritmo SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land), desenvolvido por Bastiaanssen (1995), o qual tem sido utilizado em diferentes países. As etapas computacionais estão apresentadas no fluxograma da Figura 2. Figura 2- Fluxograma dos procedimentos metodológicos. 3. Resultados e Discussões A Figura 3 mostra a área de estudo compreendida na zona urbana do município de Santarém em uma combinação RGB das bandas espectrais 4,3,2 da imagem do Landsat 5. As porções em tons avermelhados destacam áreas com vegetação, os tons esverdeados revelam áreas urbanizadas e o tom verde escuro refere-se aos rios que banham a cidade. Figura 3-Composição RGB da área de estudo. Observa-se na Figura 3 que a malha urbana do município de Santarém está em processo de expansão, este fato é evidenciado com a presença de áreas construídas em regiões onde antes eram ocupadas pela vegetação nativa (áreas 1 e 2). Nota-se ainda, nas 1131

4 regiões em tons esverdeados, que existem áreas com adensamento de construções (área 3), e outras com forte presença de vegetação (áreas em tons vermelhos). De acordo com Pereira (2004), devido ao processo de expansão da fronteira agrícola na região oeste do Pará, muitas famílias de outros estados do país têm migrado para esta região implantando grandes extensões de produção agrícola, fazendo com que os moradores da zona rural deixem estes locais e desloquem-se para a cidade, o que acaba gerando outro problema urbano, o aparecimento de periferias. Em Santarém, percebe-se nas áreas 1 e 2 da Figura 3, a existência de periferias transpassando limites naturais do município, provocando mudanças no uso do solo em que a vegetação predominante é substituída por ruas e casas que surgem sem nenhum planejamento urbano. Na Figura 4 temos a carta que representa o albedo da região estudada, percebe-se que os menores valores de albedo encontrados na cena correspondem aos dos corpos d água, variando entre 05% e11%, representados nas áreas em tons de azul da figura. Nas superfícies vegetadas os valores de albedo variaram entre 14% a 19% e em regiões com alta densidade de construções e solo exposto variou entre 26% e 33 %. As regiões que possuíam maior concentração de construções foram as que apresentaram os maiores valores de albedo (26% e 33%). Nestes locais o poder de reflectividade do solo exposto e de superfícies construídas é superior ao de áreas vegetadas, a baixa retenção de umidade na zona urbana ocasiona o aumento do albedo de superfície. Os valores estatísticos mínimo e máximo foram 5% e 33%, respectivamente, média de 9% e desvio padrão de 1.6. Figura 4- Albedo (α) de superfície da área estudada. Na Figura 5 que representa a imagem NDVI, pode-se perceber que existe uma diminuição de áreas verdes no perímetro urbano do município, fato este evidenciado nas áreas em amarelo do mapa, onde os valores encontrados do IVDN variaram entre 0.04 e 0.40; em vermelho estão as áreas que possuem pouca vegetação onde os valores variaram entre 0.41 e Conforme distanciando-se da malha urbana, os valores do NDVI apresentaram um aumento ( áreas em tons verdes na imagem) principalmente nas regiões onde existem igarapés próximos a cidade; o igarapé do Irurá localizado no entorno da BR 163 (região A) e o igarapé do Urumari, interceptando a Avenida Curuá-Una (região B), com valores de NDVI aproximadamente de e 0.749, respectivamente. Nas áreas em tons azuis da imagem, estão representados os menores valores encontrados de NDVI, que apresentaram valores negativos. 1132

5 Figura 5- Imagem do Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI) de Santarém em 2009 De maneira geral, os valores encontrados de NDVI para a área de estudo estão de acordo com o que diz a literatura. Os valores negativos da cena correspondem aos corpos d água, pois assim como as nuvens e a neve, a água possui uma baixa reflectividade da radiação no infravermelho. Áreas com rochas e solo expostos têm reflectividade próximas a zero (áreas em vermelho e amarelo da imagem); e valores altos de NDVI estão associados ao vigor na vegetação (áreas de verde). Na malha urbana de Santarém, os valores de NDVI mostram-se baixos, o que pode significar uma diminuição de áreas verdes para dar lugar a um ambiente construído. Este fato é evidenciado devido aos valores de albedo, que apresentaram um significativo aumento, provocado pela reflectividade das construções e também por áreas com solo exposto. A Temperatura de Superfície estimada está representada na carta-imagem da Figura 6. Os valores mostram que a temperatura mínima foi de 24.6 C e a máxima em 35.8 C,a média foi 27.8 C com desvio padrão de 2. Analisando a Figura 6, no perímetro urbano verificam-se temperaturas que variam entre 30 C e 33 C nas regiões em tons de amarelo e laranja da imagem, as áreas em verde representam valores intermediários em torno de 28 C e 29 C, já nas áreas azuis predominam as menores temperaturas, abaixo de 27 C. As maiores temperaturas encontradas apresentaram valores de 34 C e 35 C, e encontra-se em dois pontos bem distantes no município, estas temperaturas foram identificadas na parte central da cidade e a outra, na região periférica. 1133

6 Figura 6-Temperatura de superfície de Santarém/PA, para o dia 12 de julho de De maneira geral, as temperaturas apresentaram-se homogêneas em toda área urbana com variações entre 30 e 33 C, houve poucas ocorrências das temperaturas mais altas (34 e 35 C), em regiões com presença de vegetação as temperaturas ficaram em torno de 28 C e 29 C, na água e em regiões de vegetação densa as temperaturas foram menores que 27 C. As maiores temperaturas foram encontradas na zona central do município e na parte periférica. O aquecimento de áreas na zona central no município é causado principalmente pelos materiais utilizados na construção civil, como o concreto, que absorve radiação proveniente do Sol e o mantém aquecido por muito tempo. A utilização em vários prédios da cidade de coberturas de alumínio favorece também para o aquecimento do ar nestes locais. Nota-se que, no centro comercial as construções são muito próximas, e todo espaço é utilizado na construção predial, sem possuir nenhuma área livre para a circulação do vento, a fim de minimizar a sensação de calor. Além do mais, as temperaturas mais elevadas encontradas localizam-se em áreas de grande circulação de pessoas e veículos que certamente contribuem para o aumento da temperatura do ar. Na região periférica, as altas temperaturas encontradas são ocasionadas pela prática de carvoaria presente nesta região, em que os fornos e as caieiras queimam madeira continuamente, provocando o aquecimento do solo e elevando a temperatura do ar. A presença de madeireiras que queimam grande quantidade de serragem também contribui para o aumento da temperatura do ar destas áreas. 4. Conclusões Com base na análise da temperatura de superfície para o dia 12 de julho de 2009 no município de Santarém-PA, observou-se que as áreas que apresentaram maior aquecimento concentravam-se no perímetro urbano mantendo uma homogeneidade de temperaturas 1134

7 entre de 30 C e 33 C. As menores temperaturas foram encontradas nas regiões periféricas e áreas com presença de vegetação na cidade. Os valores de albedo encontrados foram considerados altos e o NDVI baixo para o perímetro urbano do município. O modelo SEBAL aplicado neste trabalho mostrou-se eficiente para realizar estimativas da temperatura de superfície, do albedo e do NDVI. Dessa forma, as imagens de satélite mostraram-se como uma boa ferramenta para estimativa da temperatura de superfície permitindo assim identificar as áreas com altos e baixos valores de temperatura. Vale ressaltar que, as informações obtidas correspondem ao horário de passagem do satélite, e estas podem sofrer variações ao longo do dia e dos anos. Referências Bibliográficas Allen, R. G.; Tasumi, M.; Trezza, R;. Waters, R.; Bastiaanssen, W. Surface Energy Balance Algorithms for Land (SEBAL). Advanced Training and user s Manual, Kimberly, Idaho, v.1, p. 97, Araújo, T.L. Estimativa da temperatura e do saldo de radiação à superfície terrestre em Macéio-Al utilizando imagens TM/LANDSAT f. Dissertação (Mestrado em Meteorologia)-Curso de Pós- Graduação em Meteorologia. Universidade Federal de Alagoas, Maceió-Al, Bastiaanssen, W.G.M.(1995). Regionalization of surface flux densities and moisture indicators in composite terrain. Tese de Doutorado, Wageningen Agricultural University, Wageningen The Netherlands. 273p Censo Populacional Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Disponível em: < >. Acesso em: 12 nov Costa, A. C. L. da. Estudo de variações termo-higrométricas de cidade equatorial devido ao processo de urbanização: o caso de Belém - PA.(1998). Tese de Doutorado-Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. São Carlos-SP Jacinto, A. I.; Simas, M. T. M.; Bianchi, R.; Oliveira, K. N.; Rech, C. M. C. B. Aspectos físico-territoriais e Atrações turísticas do município de Santarém, Pará. Acesso 15 agosto de Lombardo, M.A. Ilha de calor nas metrópoles: o exemplo de São Paulo. São Paulo: Editora Hucitec, p. Ming, T.C.; Liu, W.T.H. Estimativa de albedo, temperatura e NDVI do Estado de São Paulo através de dados AVHRR do satélite NOAA. In: Anais XI Congresso Brasileiro de Meteorologia. - Rio de Janeiro Monteiro, C.A. de F. Teoria e Clima Urbano. Instituto de Geografia, Faculdade de Filosofia, Letras e Ciências Humanas, Universidade de São Paulo, São Paulo, p. (Série Teses e Monografias n.25) Oke, T.R. Boundary layer climates. Taylor & Francis, 2ed., Pereira, J.C.M. Importância e significado das cidades médias na Amazônia: uma abordagem a partir de Santarém-PA Dissertação (Mestrado em Planejamento do Desenvolvimento). Programa de Pós- Graduação em Desenvolvimento Sustentável do Trópico Úmido, Núcleo de Altos Estudos Amazônicos/UFPA, Belém. Tarifa, J.R; Azevedo, T.R. (Org.). Os climas na cidade de São Paulo: teoria e prática. São Paulo: Pró- Reitoria de Cultura e Extensão. Universidade de São Paulo: Laboratório de Climatologia. Faculdade de Filosofia, Letras e Ciências Humanas, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2001, 199p. 1135