Simulações com o RAMS, sobre a provável ilha de calor de Fortaleza - Um estudo de caso.

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1 Simulações com o RAMS, sobre a provável ilha de calor de Fortaleza - Um estudo de caso. Clodoaldo Campos dos Santos 1, Francisco de Assis Leandro Filho 1, Antônio Carlos Santana dos Santos 1, Aurélio Wildson Teixeira de Noronha 1, Alexandre Araújo Costa 1, Vicente de Paula Silva Filho 2 1 Universidade Estadual do Ceará UECE Av. Paranjana, 1700 Itaperi Fortaleza CE Brazil, clodcams@gmail.com 2 Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais/Eusébio INPE/Eusébio Estrada do fio, 6000 Tupuiú Eusébio CE Brasil ABSTRACT: Fortaleza is a city under a process of strong economic greowth and urban development. This urbanization brings many changes to the environment, contributing to the occurrence of a fairly common phenomenon in large cities, called "heat island". This study has the purpose of evaluating the impacts of climate change that might be taking place in the city of Fortaleza, Ceará. Therefore, temperature data from numerical simulations of the local atmosphere, obtained by the version 6.0 of the model RAMS (Regional Atmospheric Modeling System), were compared with observed data obtained in situ from measurements for the year 2007 (MOURA, 2008). Preliminary analysis indicates that the model was able, with good quality, to predict this heating phenomenon when compared with the observed data. Palavras-chave: Ilha de calor; Fortaleza; RAMS. 1 - INTRODUÇÃO A Região Metropolitana de Fortaleza é caracterizada por apresentar áreas com um elevado percentual coberto por asfalto e concreto, circundado por áreas rurais e industriais. As áreas do centro urbano são mais adensadas e com tendência a apresentar maiores temperaturas do que as áreas rurais. Na cidade as construções se transformam em barreiras para o vento. Quanto mais asfalto, concreto e menos presença de vegetação, maior deverá ser a temperatura do ar. Tudo isso determina um aparecimento de um gradiente horizontal de temperatura conhecido como o fenômeno Ilha de Calor Urbana (STULL, 1993). O fenômeno Ilha de Calor pode ser definido como uma anomalia térmica que ocorre principalmente nas cidades com o elevado grau de urbanização. Nestas cidades, a temperatura média costuma ser mais elevada do que nas regiões próximas. 2 - MATERIAL E MÉTODOS 2.1 ILHA DE CALOR O termo "ilha de calor" se refere a um fenômeno urbano onde se observa que as temperaturas da superfície nas regiões centrais são maiores do que nas zonas rurais próximas em uma grande cidade. Em muitas cidades e subúrbios, as temperaturas do ar são de 4ºC, 6 C ou até mesmo 11ºC mais quentes que a cobertura vegetal natural circundante ( FREITAS, E, 2010). Temperaturas elevadas podem afetar as comunidades através do aumento da demanda de energia elétrica, níveis de poluição atmosférica e doenças relacionadas ao calor (FREITAS, M, 2010). Cidades que possuem climas frios podem realmente ser beneficiadas pelo efeito de aquecimento de Inverno de ilhas de calor. As temperaturas mais elevadas podem reduzir

2 necessidades energéticas de aquecimento e podem ajudar a derreter o gelo e neve nas estradas. Mas no Verão, no entanto, a mesma cidade pode enfrentar efeitos negativos das ilhas de calor. Do ponto de vista da modelagem numérica, simulações com o modelo RAMS (FREITAS & SILVA DIAS, 2000, 2003), dentre outros modelos, têm sido bastante utilizadas para o desenvolvimento de estudos sobre a formação de ilha de calor. 2.2 OBJETO DO ESTUDO Este trabalho visa replicar e ampliar, através da modelagem numérica, as conclusões apresentadas por Moura (2008). Sendo assim, a região de estudo foi à cidade de Fortaleza, compreendendo os seguintes bairros: Damas, Parque do Cocó, Bairro de Fátima, Aldeota, Barra do Ceará, Henrique Jorge e Mondubim. Moura (2008) fez sua análise em dois experimentos de 24h 00, o primeiro realizado no período da quadra chuvosa na região, nos dias 04 e 05/05/2007 e o segundo no período da quadra seca, nos dias 09 e 10/11/2007, e os averiguou separadamente em quatro etapas: manhã (07h00 às 12h00 horas), tarde (13h00 às 18h00 horas), noite (19h00 às 0h00 hora) e madrugada ( 01h00 às 06h00 horas), para uma melhor compreensão do ritmo diário dos atributos climáticos obtidos. Estes períodos foram aqui, numericamente com o RAMS, replicados, para efeito de comparação. 2.3 MODELAGEM NUMÉRICA O RAMS (Regional Atmospheric Modeling System) é um modelo computacional de simulação numérica altamente versátil desenvolvido pelos cientistas da Colorado State University (CSU) (PIELKE ET AL., 1992) que vem se aprimorando pela contribuição de vários grupos ao longo dos anos, para ser utilizado, principalmente, como uma ferramenta de pesquisa. O RAMS oferece uma ampla gama de opções que lhe permitem ser adaptado para uma variedade ainda maior de aplicações. O código contém uma variedade de estruturas e funções que incluem códigos para condições de atmosfera não-hidrostática, e resoluções espaciais que variam entre valores menores que um metro, a valores maiores que cem quilômetros. Isso permite aos usuários facilmente selecionar opções apropriadas para diferentes escalas espaciais, problemas meteorológicos ou de aplicações. (COTTON ET AL., 2003) Durante a simulação foi utilizado o processo de aninhamento de grades com um total de quatro grades sendo que a primeira com resolução de 32 km com 60 pontos nos eixos x e y, a segunda com resolução de 8 km com 90 pontos nos eixos x e y, a terceira com 2 km de resolução com 130 pontos nos eixos x e y, por ultimo a quarta grade com resolução mais alta (500 m), tendo 202 pontos nos eixos x e y. Na vertical foi utilizada uma grade variável iniciando em 60 m aumentando gradativamente por um fator de 1,133 até atingir 600 m, totalizando 49 níveis, com ambas as grades centradas em ,39 S e ,18 O. Algumas características específicas desta modelagem são apresentadas na Tabela 1. Tabela 1 Características do modelo RAMS utilizada durante a simulação. Resolução 500 m Passo de tempo 30 s Número de pontos na fronteira lateral (nudging) 5 Escala de tempo do nudging na fronteira lateral 1200 s Escala de tempo do nudging no centro do domínio s Escala de tempo do nudging no topo do domínio s Tipo de radiação de onda longa e onda curta Chen

3 3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO O bairro Damas, em Fortaleza, tem como eixo principal a Avenida João Pessoa. Esta é uma avenida movimentada, asfaltada e rodeada de prédios. Assim como em Moura (2008), observou-se variações nos mesmos períodos conforme a Figura 1 e Tabela 2. No parque do Cocó, que está localizado em região de grande desenvolvimento urbano, o modelo encontrou valores elevados de temperatura no período da manhã, não relatado no trabalho de Moura (2008) encontrando, exceto por pequenas diferenças nos valores absolutos, variações nos períodos da tarde e da madrugada. Em contrapartida, Moura (2008) verificou uma pequena ilha de calor à noite. Tabela 2 Comparação entre os dados observados por Moura (2008) e simulado pelo RAMS Maio Bairro Observado Simulado Damas Cocó Fátima Aldeota Barra do Ceará Henrique Jorge 3ºC 11h00 às 12h00 1ºC 01h00 às 03h00 2ºC 13h00 às 18h00 4ºC 22h00 às -23h00 1ºC 01h00 às-03h00 2ºC 21h00 1ºC 01h00 e 03h00 1,2ºC 13h00 às 18h00 5,5ºC 23h00 1,5 00h00 às 02h00 4ºC 07h00 2,5ºC 10h00 às 16h00 2ºC 21h00 2,5ºC 13h00 às -17h00 1ºC - 01h00 3,7ºC 20h 3ºC 10h00 às 13h 0,5ºC 00h00 às 0400h 1ºC 10h00 às 12h00 2ºC 12h00 às 16h00 0,5ºC 00h00 às 06h00 2ºC 12h00 às 18h00 0,5ºC 00h00 às 06h00 1,2ºC - 13h00 às 18h00 1,5ºC - 08h00 às 10h00 1,5ºC - 06h00 às 10h00 1,7ºC - 12h00 às 18h00 2ºC - 12h00 às 18h00 1ºC - 00h00 às 03h00 Mondubim 5,5ºC - 23h00 4ºC - 10h00 às 13h00 1ºC - 00h00 às 02h00. Em Fátima, bairro urbanizado com boa densidade de edificações, o modelo encontrou a ilha de calor citada por Moura (2008) só que com uma diferença quan to ao horário defasado em três horas, além de outra ilha de calor no período da madrugada com menor intensidade. Já na Aldeota, este que é localizado na zona norte da cidade, o RAMS encontrou uma ilha de calor não relatada por Moura (2008) no período da manhã, e não encontrou a ilha de calor noturna e a da madrugada, mas, simulou a mesma ilha de calor que Moura (2008) observou à tarde. Na Barra do Ceará, podemos ver que houve certa diferença nos resultados, o modelo simulou duas ilhas de calor diferentes das três citadas por Moura (2008). Já no Henrique Jorge, o modelo conseguiu reproduzir duas das três citadas por Moura (2008) com uma diferença de 0,5 C temperatura. No Mondubim, conforme a Figura 1 a simulação encontrou duas ilhas de calor que não foram encontradas por Moura (2008), e não localizou aquela citada pelo mesmo. Analisando os dados tanto observados como simulados para o mês de novembro, foram verificadas temperaturas semelhantes ao mês de maio, contudo não apresentando ilhas

4 de calor, exceto para o bairro Damas (Figura 2). Pode-se relacionar estes resultados encontrados em virtude do período ser de quadra seca e o calor é absorvido pelo asfalto e grandes construções localizadas no bairro. Figura 1 Temperatura ( C) para o período entre 4 e 5 de Maio de 2007 para todos os bairros obtido com dados simulado pelo RAMS. O bairro Cocó apresentou as menores temperaturas juntamente com Fátima. Aldeota também apresentou baixas temperaturas. Já na Barra do Ceará, foram obtidas as maiores temperaturas tanto pela manhã, quanto pela tarde (Figura 2), concordando com valores observados por Moura (2008). Figura 2 Temperatura ( C) para o período entre 9 e 10 de Novembro de 2007 para todos os bairros obtido com dados simulado pelo RAMS.

5 De acordo com Moura (2008), o Henrique Jorge e o Mondubim foram os dois bairros onde se verificou as maiores temperaturas. Esses dados coincidem, pois esta variação de temperatura era esperada por ser um bairro populoso e totalmente preenchida por casas e além do mais ser período de quadra seca. 4 - CONCLUSÕES O modelo de simulação numérica analisou sete pontos da cidade de Fortaleza, sendo que diversas características deveriam ser analisadas, como demografia, pavimentação, localidade, época (seca ou chuvosa), etc., onde deveria mostrar que era possível criar a partir desse ponto um estudo sobre a presença de ilhas de calor em Fortaleza. Com os resultados encontrados foi possível ver que o modelo foi capaz de representar as ilhas de calor que ocorrem na cidade de Fortaleza, visto que conseguiu simular e mostrar em que pontos a temperatura com maiores valores e que combinado com ventos mais fracos e alta umidade trazem desconforto. Salienta-se que o modelo seguiu a climatologia dos períodos analisados, mostrando que no período chuvoso as variações de temperaturas são menores que no período seco. 5 - AGRADECIMENTOS Os autores agradecem aos financiamentos do CNPq e da FUNCAP pelos processos / Edital Universal 14/2008, Programa Primeiros Projetos 9886/06 e da FINEP (Projeto PSICO Previsão de Sistemas Convectivos: Observação, Modelagem e Nowcasting, CHAMADA PÚBLICA MCT/FINEP/Ação Transversal 13/2006). 6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS COTTON, W. R.; WALKO, R. L.; LISTON, G. E.; ET AL. RAMS 2001: Current status and future directions. Meteorology and Atmospheric Physics, v. 29, p doi: /s , FREITAS, E. F. & SILVA DIAS, P.L O Efeito da Ilha de Calor Sobre os Fluxos de Calor Através da Utilização do Modelo RAMS. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA,11, Rio de Janeiro, Anais, Rio de Janeiro, SBMET, p FREITAS, E. Ilha de Calor. Disponível em: Acessado em 26/05/ :00 FREITAS, M. O aquecimento Urbano. Acessado em 26/05/ :36 MOURA, M.O. O Clima Urbano de Fortaleza sob o nível do Campo Térmico Dissertação de Mestrado em Geografia/UFC. Fortaleza, PIELKE, R. A.; COTTON, W. R.; WALKO, R. L.; ET AL. Meteorology and Atmospheric Physics 9. Transport, v. 91, p , STULL, R. B An Introduction to Boundary Layer Meteorology. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht. 666 p.