RELATÓRIO TÉCNICO CIENTÍFICO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DIRETORIA DE PESQUISA PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA PIBIC : CNPq, CNPq/AF, UFPA, UFPA/AF, PIBIC/INTERIOR, PRODOUTOR, PIBIT E FAPESPA Período : AGO 2016 / FEV 2017 ( X ) PARCIAL ( ) FINAL IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO RELATÓRIO TÉCNICO CIENTÍFICO Título do Projeto de Pesquisa (ao qual está vinculado o Plano de Trabalho): Monitoramento do Clima Urbano e do Conforto Térmico em cidades de diferentes tamanhos na Região Amazônica Brasileira Nome do Orientador: João de Athaydes Silva Junior Titulação do Orientador: Doutorado Faculdade: Faculdade de Meteorologia Instituto/Núcleo: Instituto de Geociências Laboratório: Título do Plano de Trabalho: Estudo das condições de conforto térmico na cidade de Belém Nome do Bolsista: Raquel Macêdo Lopes Tipo de Bolsa: ( ) PIBIC/ CNPq ( ) PIBIC/CNPq AF ( ) PIBIC /CNPq- Cota do pesquisador ( ) PIBIC/UFPA ( ) PIBIC/UFPA AF ( ) PIBIC/ INTERIOR (X) PIBIC/PRODOUTOR ( ) PIBIC/PE-INTERDISCIPLINAR ( ) PIBIC/FAPESPA ( ) PIBIC/PIBIT

2 RESUMO DO RELATÓRIO ANTERIOR (Alunos com bolsa renovadas). Descrever até onde foi desenvolvido o relatório anterior. SUBSTITUIÇÃO DE BOLSISTA Título: Avaliação da ocorrência de ilhas de calor urbanas e suas intensidades nas cidades de Belém, Macapá e Santarém, Pará. (O plano de trabalho anterior foi concluído, e o bolsista substituído). O clima de uma região apresenta grande influência sobre a maioria das atividades humanas, assim como essas atividades, elas são capazes de provocar alterações no clima em pequena e média escala. (MAITELLI, 1991; GOLDREICH, 1992; JÁUREGUI, 1992). As cidades tropicais, nas ultimas décadas, vêm enfrentando um grande crescimento populacional, juntamente com a degradação ambiental, impostos pelos modelos de crescimento desorganizado. A presente pesquisa avaliou a ocorrência do fenômeno da Ilha de Calor Urbana (ICU) nas cidades de Belém, Macapá e Santarém, assim como, classificou o grau de intensidade das mesmas, com base na metodologia proposta por Monteiro (2003). Para a detecção e análise das ICU, foram utilizadas medidas da temperatura do ar nas áreas urbanas e rurais nessas três cidades. Os resultados mostraram que nas três localidades estudadas ocorre a ICU, com intensidades distintas. Na cidade de Belém foi observada a existência da ICU, onde se verificou que a sua intensidade era fraca, ficando com valores entre 0,3 C (março de 2016) e 1,7 C (dezembro de 2015), indicando que na época chuvosa a temperatura do ar entra essas localidades ficam menores, caracterizando uma homogeneidade na região, corroborando com estudo feito por Silva Junior (2012). Na cidade de Macapá verificou-se que a maior intensidade média da ICU registrada foi de 6,0ºC no mês de setembro de 2015 e a menor foi de 2,5ºC em fevereiro de 2016, sendo suas intensidades classificadas como forte e moderada, respectivamente. Em Santarém, devido aos problemas com a estação meteorológica, as medidas ocorreram em diferentes pontos da cidade, e também foi identificada a presença da ICU, com valor máximo de 7,2ºC (contraste térmico entre uma área periferia e a área rural) e mínimos de 3,6ºC (contraste térmico entre uma área arborizada na região central e a área rural), respectivamente. O efeito da vegetação nessa área central de Santarém funcionou como um mecanismo para redução da temperatura do ar naquele local, devido ao uso de parte da energia disponível no ambiente como calor latente. Observou-se que houve um efeito da sazonalidade, onde na época chuvosa a intensidade da ICU foi menos do que na época menos chuvosa da região, mostrando a importância da nebulosidade e da precipitação no resfriamento da superfície e a amenização dos gradientes térmicos nos locais estudados.

3 INTRODUÇÃO (no máximo uma lauda): As cidades tropicais, nas ultimas décadas, vêm enfrentando um grande crescimento populacional, juntamente com a degradação ambiental, impostos pelos modelos de crescimento desorganizado, incluindo aspectos do clima urbano, como a poluição atmosférica, estresse térmico e inundações, com implicações negativas para a saúde, produtividade e segurança (Oke, et.al., 1991), e na cidade de Belém não foi diferente (Silva Junior, 2012). O impacto da urbanização sobre o clima tem sido estudado com mais detalhes nas regiões de latitudes médias, mas não tem sido suficientemente estudado do ponto de vista da climatologia física, e menos ainda nas regiões tropicais (TEJADA ; JAUREGUI, 2005). O clima de uma região apresenta grande influência sobre a maioria das atividades humanas, assim como essas atividades, elas são capazes de provocar alterações no clima em pequena e média escala, dentre essas alterações se destaca o processo de urbanização (MAITELLI, 1991; GOLDREICH, 1992; JÁUREGUI, 1992). Com as mudanças do uso e cobertura do solo associados ao processo de urbanização, as condições meteorológicas dessas áreas são significativamente afetadas, contribuindo com a intensificação dos eventos meteorológicos, assim como com a degradação das condições de conforto ambiental. A presente proposta visa estudar as condições de conforto térmico na cidade de Belém, através de medições em diversos pontos da cidade durante uma campanha que ocorrerá na época menos chuvosa, dando uma contribuição para o aumento do conhecimento sobre essa temática para a região. JUSTIFICATIVA: As cidades tropicais, nas ultimas décadas, vêm enfrentando um grande crescimento populacional, juntamente com a degradação ambiental, impostos pelos modelos de crescimento desorganizado, incluindo aspectos do clima urbano, como a poluição atmosférica, estresse térmico e inundações, com implicações negativas para a saúde, produtividade e segurança. No entanto, relativamente, pouco se conhece sobre o clima urbano dessas cidades tropicais (OKE et.al., 1991). O impacto da urbanização sobre o clima tem sido estudado com mais detalhes nas regiões de latitudes médias, mas não tem sido suficientemente estudado do ponto de vista da climatologia física, e menos ainda nas regiões tropicais (TEJADA; JAUREGUI, 2005). O processo de formação do clima urbano está associado à concentração populacional e a construções para que essas pessoas morem, e este processo em geral pode ser expresso em termos da concentração da população, na mudança dos materiais constituintes da superfície e da expansão dos espaços para habitação tanto na vertical como na horizontal (YAMASHITA, 1988). Muitas cidades situadas na Amazônia Brasileira, apesar de se localizarem em uma região relativamente pouco desenvolvida, nas últimas décadas vêm

4 apresentando um grande crescimento urbano e carente de um planejamento adequado, caracterizando-se pela migração da população para a área urbana, a verticalização e expansão horizontal indiscriminada, onde as superfícies naturais são bruscamente substituídas por construções e outros tipos de superfícies artificiais (SILVA JUNIOR, 2012). Considerando-se a pequena quantidade de pesquisas desenvolvidas sobre este tema na Região Amazônica, torna-se evidente a importância dessa pesquisa, que tem como objetivo principal monitorar alguns elementos meteorológicos nas três cidades selecionadas, assim como, avaliar as condições de conforto térmico experimentado pela população das mesmas, o que certamente, irá contribuir no sentido de proporcionar subsídios à estudos de planejamento e controle da qualidade ambiental urbana nesta Região, assim como no desenvolvimento de trabalhos acadêmicos e formação de recursos humanos mais críticos referente a esta temática. OBJETIVOS: OBJETIVO GERAL Realizar uma campanha experimental para avaliar as condições de conforto térmico em diversos pontos da cidade de Belém. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Avaliar a variabilidade horária das condições de conforto térmico em vários pontos na cidade de Belém; Quantificar o grau de conforto/desconforto térmico experimentado pela população com base em índices de conforto térmico; Relacionar as condições de conforto/desconforto térmico com as características dos locais de medição; MATERIAIS E MÉTODOS: A presente pesquisa será realizada na cidade de Belém, que está situada às margens do Rio Guamá e Baia do Guajará, com localização geográfica de S e W, uma área de 1.065,0 km 2 com uma população estimada de habitantes, com uma densidade demográfica de 1.315,26 hab/km² (IBGE, 2015). As medidas deverão ocorrer no mês de setembro ou outubro de 2016, com a utilização de microloggers automáticos já existentes na FAMET, e que serão instalados em 10 pontos com características distintas da área urbana, sendo os mesmos aferidos antes e após a utilização em campo. Os elementos meteorológicos que serão medidos a cada hora, são a temperatura do ar e a umidade relativa do ar. Também serão utilizadas informações meteorológicas obtidas junto as estações automáticas do presente Projeto (duas), do Laboratório Estação Meteorológica da UFPA (uma) e do Instituto Nacional de Meteorologia INMET (uma). A campanha deverá der uma duração mínima de 10 dias, onde os dados serão coletados periodicamente, e após a coleta das

5 informações as mesmas deverão passar por uma rigorosa análise de consistência para posterior análise com auxilio de software de planilha eletrônica. Para o cálculo do conforto térmico, nesta pesquisa, foram aplicados dois índices: o Índice de Temperatura Efetiva (ITE) e o Índice de Calor (IC), por apresentarem boas respostas na região estudada. Conhecer as relações entre os elementos climáticos e as reações fisiológicas do corpo humano é importante para que se possa melhorar a qualidade de vida dos indivíduos, e por este motivo foram desenvolvidos os índices de conforto térmico, que podem ser definidos em duas categorias básicas, sendo a primeira: índices subjetivos, e a segunda: índices biofisiológicos, que é a junção dos índices biofísicos com os fisiológicos. Os índices subjetivos são baseados nas sensações de conforto térmico experimentadas em condições em que os elementos meteorológicos variam, e os índices biofisiológicos são a união dos índices biofísicos e os fisiológicos que se baseiam nas trocas de calor entre o corpo e o ambiente, levando em consideração as condições conhecidas dos elementos meteorológicos, principalmente, da temperatura do ar, da radiação solar, da umidade relativa do ar e da velocidade do vento (Frota e Schiffer, 2001). Para o cálculo do conforto térmico, nesta pesquisa, foram aplicados dois índices: o Índice de Temperatura Efetiva (ITE) e o Índice de Calor (IC), por apresentarem boas respostas na região estudada. O ITE é um dos índices mais adequados para as condições climáticas brasileiras e foi calculado através da Equação 01. Após a obtenção da temperatura efetiva, estas foram relacionadas com a faixa de conforto correspondente, proposta pela ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Airconditioning Engineers), em 1972, ilustradas na Tabela 01. ITE=0,4 (Tar+Tw )+4,8 Eq. 01 Tabela 01 Sensação de conforto térmico do corpo, relacionado com o Índice de Temperatura Efetiva (ITE), segundo a ASHRAE (1972). ITE ( C) Faixa de conforto 35,0ºC 40,0ºC Muito Desconfortável 28,0ºC 34,9ºC Desconfortável 26,0ºC 27,9ºC Ligeiramente Desconfortável 23,0ºC 25,9ºC Confortável 20,0ºC 22,9ºC Ligeiramente Confortável 15,0ºC 19,9ºC Ligeiramente Desconfortável 10,0ºC 14,9ºC Desconfortável O Índice de calor e a combinação da temperatura do ar e a umidade que proporciona uma descrição a maneira que percebemos a temperatura. Expressado em graus Celsius ou Fahrenheit indica o nível de calor que se se sente quando a umidade relativa se junta a temperatura real. Para calcular colocamos a temperatura real, o resultado e uma temperatura aparente.

6 Após os valores de temperatura do ar ser convertidos para Fahrenheit, foi calculado o IC com Equação 2, foram realizadas correções quando necessárias e posteriormente, os valores de IC foram convertidos em graus Celsius. Quando a umidade relativa do ar é inferior a 13% e a temperatura encontra-se entre 26,66 C e 44,44 C, então subtraísse o valor encontrado na Equação 3 do valor da Equação 2. No entanto, se a umidade relativa do ar for superior a 85% e a temperatura estiver entre 26,66 C e 30,55 C, o valor encontrado na Equação 4 é somado ao valor da Equação 2. Quando os valores da temperatura e umidade relativa do ar não se enquadrarem nas duas opções de ajuste é porque não existe a necessidade de fazê-los. Os níveis de alerta e suas prováveis consequências para a saúde humana são apresentados na Tabela 2. O IC é calculado pela equação abaixo: Onde, T é a Temperatura do bulbo seco ( F) e UR é a umidade relativa do ar (%). Correções do IC: Eq.3 Eq.4 Tabela 02 - Níveis de alerta do IC e suas prováveis consequências para a saúde. Nível de alerta Índice de Calor Sintomas Perigo extremo 54 C ou mais Insolação; risco de acidente vascular cerebral (AVC) iminente. Perigo 41,1 C a 54 C Câimbras, insolação, esgotamento físico. Possibilidade de danos cerebrais (AVC) para exposição prolongada com atividade físicas. Possibilidade de câimbras, de esgotamento físico Cautela 32,1 C a 41 C e insolação para exposições prolongadas e Extrema atividades físicas. Possível fadiga em casos de exposições Cautela 27,1 C a 32 C prolongadas e prática de atividades físicas ao ar livre. Não há alerta Menor que Não há problemas. 27 C Fonte: Adaptado de National Weather Service, Whether Forecast Office, NOAA.

7 RESULTADOS: Para quantificar o grau de conforto e desconforto térmico experimentado pela população em diferentes pontos da cidade de Belém, foi realizado uma campanha de coleta de dados, onde foram instalados equipamentos em diversos pontos da região Metropolitana de Belém, onde foram coletados dados de temperatura e umidade relativa do ar, a intervalos de 30 minutos, e a localização dos pontos de coleta de dados estão ilustrados na Tabela 03. Utilizaram-se também dados das estações meteorológicas (automática) do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) do Aeroporto Internacional de Belém. A coleta dos dados ocorreu dos dias 01 a 30 de Setembro de 2016, simultaneamente em locais previamente selecionados em diferentes bairros da cidade, de forma a contrastarem suas características de cobertura do solo, sociais e ambientais, e o Índice de Calor (IC) foi calculado neste mesmo intervalo. Tabela 03 Locais de coleta de dados meteorológicos na cidade de Belém. Ponto Latitude Longitude Local P-01-1, , º Grupamento de Bombeiro Militar P-02-1, , º Grupamento de Bombeiro Militar P-03-1, ,49966 Comando Militar do Norte P-04-1, ,48658 CODEM P-05-1, ,4636 Instituto Evandro Chagas Alm. Barroso P-06-1, ,46978 Instituto de Ensino de Segurança do Pará P-07-1, ,38551 Instituto Evandro Chagas BR-316 P-08-1, ,48343 Aeroporto Internacional de Belém P-09-1, ,45838 Estação Meteorológica da UFPA P-10-1, ,40628 Parque Estadual do Utinga - EMBRAPA P-11-1, ,4692 COSANPA - São Brás Fonte: Autor Análise dos Índices de calor Na Figura 01 a, b e c, temos ilustrada a variabilidade horária do IC para a área de estudo.observa-se que na figura 1a, o IC atinge o nível de Cautela Extrema entre os horários entre 10h e 18h. Na figura 1b, entre 9h e 21h e na figura 1c entre 11h e 21h. Na tabela 04, temos ilustrada os valores máximos e mínimos em cada ponto. Em média o índice varia entre 23,3 ºC e 30,8 ºC, sendo que o menor valor de IC ocorre ás 6:00, devido o calor ser perdido durante a noite e ser o horário mais frio; e o maior valor de IC ocorre entre 12h e 14h. Os pontos de maior variabilidade do índice são IESP e PEUT, com amplitude de 8,9 e 8,5 ºC,respectivamente. Observa-

8 se que a menor variabilidade do índice ocorre no ponto CODEM e SÃO BRÁS, com amplitude de 5,3 e 6,0 ºC, respectivamente. Figura 01 a, b e c - Variabilidade média horária do IC nas localidades estudadas. Na Figura 02 a, b e c, temos ilustrada a variabilidade horária do ITE para a área de estudo. Observa-se que na figura 2a, o ITE, compreende a faixa Ligeiramente Desconfortável entre os horários de 9h ás 19h e a faixa Desconfortável entre 13h e 15h. Na figura 2b, a faixa Ligeiramente ocorre entre 9h e 20h e a faixa Desconfortável entre 12h e 17h e na figura 2c, entre 10h e 21h, compreende a faixa Ligeiramente Desconfortável e entre 15h e 18h a faixa Desconfortável. Na tabela 05, temos ilustrada os valores máximos e mínimos do ITE em cada ponto. Em média o índice varia entre 23,8 ºC e 28,3 ºC, sendo que o menor valor de ITE ocorre ás 6:00, e o maior valor de ITE entre 13:00 e 15:00. Observa-se que na maioria dos locais o ITE indica a faixa Confortável, Ligeiramente Desconfortável e Desconfortável, exceto nos pontos de SÃO BRÁS e CODEM, os quais não atingem o índice Desconfortável.

9 Figura 02 a, b e c - Variabilidade média horária do ITE nas localidades estudadas. PUBLICAÇÕES: LOPES, R. M.; SILVA JUNIOR, J. A.. Análise do Potencial Eólico no campus UFPA. In: II Congresso Amazônico de Meio Ambiente e Energias Renováveis, 2016, Belém /PA. Anais do II CAMAER, LOPES, R. M.; RAMOS, J. R. S.; BARROS, S. P. G.; DOS SANTOS, I. A.; PEREIRA, T. S.;SILVA JUNIOR, J. A.. Análise Climatológica do Município de Tucuruí-Pa. In: Anais do XIX CBMET Congresso Brasileiro de Meteorologia, 2016, João Pessoa/PB. RAMOS, J. R. S; LOPES, R. M.; BARROS, S. P. G.; DOS SANTOS, I. A.; PEREIRA, T. S.; SILVA JUNIOR, J. A.; Influências do Evento El Niño no Clima de Tucuruí- Pa In: Anais do XIX CBMET Congresso Brasileiro de Meteorologia, 2016, João Pessoa/PB. LOPES, R. M.; RAMOS, J. R. S.; BARROS, S. P. G.; DOS SANTOS, I. A.; PEREIRA, T. S.; SILVA JUNIOR, J. A; Influencias do La Nina no Clima do Município de Tucuruí- Pa In: Anais do XIX CBMET Congresso Brasileiro de Meteorologia, 2016, João Pessoa/PB. LOPES, R. M; SILVA JUNIOR, J. A; DA COSTA, A.C.L; DE LIMA, A.M.M; RODRIGUES, H.J.B; Avaliação do Potencial do Uso de Água da Chuva e de Ar Condicionado em um Prédio Público.In: Anais do 10º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água da Chuva,2016,Belém-PA.

10 ATIVIDADES A SEREM DESENVOLVIDAS NOS PRÓXIMOS MESES As próximas atividades a serem desenvolvidas serão a interpolação dos dados para a cidade de Belém e analisar a distribuição espacial das condições de conforto térmico na área de estudo. CONCLUSÃO Com base apenas nos gráficos verificou-se que as condições de conforto térmico da área estudada variaram entre os pontos, provavelmente devido ao tipo de uso e cobertura do solo que influenciam diretamente no balanço de energia dessas superfícies. Os horários desconfortáveis termicamente segundo os índices, em média foram das 10h até as 18h, com o os valores máximos de desconforto ocorrendo entre 13h30m e 14h00m. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASHRAE. Handbook american society of heating, refrigerating and airconditioning engineers. Handbook of Fundamentals, Edited by Carl W. MacPhee. New York: ASHRAE, GOLDREICH, Y. Urban climate studies in Johannesburg, A sub-tropical city located on a ridge - A review. Atmospheric Environment, v. 26B, n. 3, 1992, p IBGE, Cidades, Disponível em: < Acessado em: 28 de abril de JAUREGUÍ, O. E. Aspects of heat-island development in Guadalajara, Mexico. Atmospheric Environment, v.26b, n.3, 1992, p MAITELLI, G. T.; ZAMPARONI, C. A. P. G.; LOMBARDO, M. A. Ilha de calor em Cuiabá-MT: Uma abordagem de clima urbano. in: Encontro Nacional de Estudos sobre Meio Ambiente, 3, Londrina-PR, 1991, p OKE, T. R. et. al. Simulation of nocturnal surface urban heat islands under ideal conditions: Part 2. Diagnosis of causation. Boundary-Layer Meteorology, v. 56, p , SILVA JUNIOR, J. A. (2012). Avaliação de parâmetros micrometeorológicos, do conforto e da percepção térmica na área urbana da cidade de Belém PA. 157f. Tese de Doutorado em Desenvolvimento Sustentável do Trópico Úmido, Núcleo de Altos Estudos Amazônicos, Universidade Federal do Pará, Belém, PA. TEJADA, A. M.; JAREGUI, E. O. Surface energy balance measurements in the México City region: a review. Atmósfera, v.1, p.1-23, YAMASHITA, S. Some studies of heat Island in Japan With Special Emphasis of the Climatological Aspects. Geographical Review of Japan. v. 61 (Ser. B), n. 1, p.1-13, 1988.

11 DIFICULDADES Até o momento as maiores dificuldades foram realizar as atividades de campo (campanha intensiva), mas as mesmas já foram executadas. PARECER DO ORIENTADOR: A presente aluna é bastante dedicada, responsável e apresenta as atividades em tempo, sem a necessidade de ficar cobrando. A mesma tem iniciativa para busca de novos conhecimentos e solução de problemas, buscando auxilio quando não encontra uma forma de resolver o problema ou apenas para ratificar sua solução. Meu parecer é favorável a aprovação deste relatório parcial. DATA : 20/02/2017 ASSINATURA DO ORIENTADOR ASSINATURA DO ALUNO INFORMAÇÕES ADICIONAIS: Em caso de aluno concluinte, informar o destino do mesmo após a graduação. Informar também em caso de alunos que seguem para pós-graduação, o nome do curso e da instituição.

12 FICHA DE AVALIAÇÃO DE RELATÓRIO DE BOLSA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA O AVALIADOR DEVE COMENTAR, DE FORMA RESUMIDA, OS SEGUINTES ASPECTOS DO RELATÓRIO : 1. O projeto vem se desenvolvendo segundo a proposta aprovada? Se ocorreram mudanças significativas, elas foram justificadas? 2. A metodologia está de acordo com o Plano de Trabalho? 3. Os resultados obtidos até o presente são relevantes e estão de acordo com os objetivos propostos? 4. O plano de atividades originou publicações com a participação do bolsista? Comentar sobre a qualidade e a quantidade da publicação. Caso não tenha sido gerada nenhuma, os resultados obtidos são recomendados para publicação? Em que tipo de veículo? 5. Comente outros aspectos que considera relevantes no relatório 6. Parecer Final: Aprovado ( ) Aprovado com restrições ( ) (especificar se são mandatórias ou recomendações) Reprovado ( ) 7. Qualidade do relatório apresentado: (nota 0 a 5) Atribuir conceito ao relatório do bolsista considerando a proposta de plano, o desenvolvimento das atividades, os resultados obtidos e a apresentação do relatório. Data : / /. Assinatura do(a) Avaliador(a)