IDENTIFICAÇÃO DO FENÔMENO DE ILHAS DE CALOR PARA A REGIÃO METROPOLITANA DE SÃO PAULO ATRAVÉS DE DADOS PROVENIENTES DO SATÉLITE LANDSAT 7 ETM+

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1 IDENTIFICAÇÃO DO FENÔMENO DE ILHAS DE CALOR PARA A REGIÃO METROPOLITANA DE SÃO PAULO ATRAVÉS DE DADOS PROVENIENTES DO SATÉLITE LANDSAT 7 ETM+ PEREIRA, G. 1 ; CAMARGO, F. F. 2 ; OLIVEIRA, L. G. L de 3 ; GUERRA, J. B. 4 RESUMO: Dados provenientes de satélites ambientais são eficazes na obtenção da temperatura da superfície através da emissividade dos corpos terrestres. Com os dados da banda 6, correspondente à faixa do infravermelho termal (10,4-12,5 µm), do satélite LANDSAT 7 ETM+ e com o auxílio de técnicas de geoprocessamento, detectou-se a modificação do balanço de energia e, conseqüentemente, a formação de ilhas de calor na região metropolitana de São Paulo, permitindo uma análise do campo térmico da região. Com a espacialização da temperatura pode-se observar a variação de temperatura entre os vários pontos da região em estudo. Palavras-chave: Ilhas de calor, Clima Urbano, Urbanização. IDENTIFICATION OF URBAN HEAT ISLANDS (UHI) PHENOMENON FOR THE SÃO PAULO METROPOLITAN REGION THROUGH THE LANDSAT 7 ETM+ DATA ABSTRACT: With the use of new techniques for the environment satellite s data, the study of the surface s temperature through the emissivity of terrestrial bodies becomes very efficient. With the data proceeding from band six, correspondent to the thermal infra-red band (10,4-12,5 µm), of the LANDSAT 7 ETM+ satellite and with the aid of geoprocessing techniques, we can also detect the energy balance modification and, consequently, the urban heat islands formation in the São Paulo metropolitan region, allowing an analysis of the thermal field of the region. Key-Words: Urban heat Islands, Urban Climate, Urbanization. INTRODUÇÃO: Os ambientes urbanos são compostos por diversos materiais, que possuem características específicas de condutividade térmica, calor específico, densidade, taxa de difusão térmica e capacidade de calor. Esses parâmetros físicos irão influenciar de maneira direta a radiância obtida pelo sensor, seja pela reflexão da radiação eletromagnética ou pela emissão dos corpos terrestres. Com a falta de planejamento urbano adequado e com a ausência de grandes áreas verdes no interior das cidades, modifica-se o balanço de energia havendo uma maior emissão de ondas longas pelas superfícies urbanas e, consequentemente, a formação de ilhas de calor. A emissão de radiação de ondas longas ocorre na faixa do infravermelho termal, onde o comprimento de onda de máxima exitância radiante de um corpo, a uma dada temperatura, pode ser descrita pela lei de Wien. É nesta faixa do espectro eletromagnético, correspondente a 10,4 e 12,5 µm, que os sensores captam a 1 Mestrando em Sensoriamento Remoto Divisão de Sensoriamento Remoto (DSR). Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Caixa Postal 515 CEP: São José dos Campos - SP, Brasil. gabriel@dsr.inpe.br 2 Mestrando em Sensoriamento Remoto (DSR). Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). fortes@dsr.inpe.br 3 Mestrando em Sensoriamento Remoto (DSR). Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). luis@dsr.inpe.br 4 Mestrando em Sensoriamento Remoto (DSR). Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). guerra@dsr.inpe.br

2 radiância dos corpos terrestres e que permitem ao usuário de dados provenientes de satélites a obtenção da temperatura da superfície. MATERIAL E MÉTODOS: O software de geoprocessamento utilizado neste trabalho foi o Sistema de Processamento de Informações Georeferenciadas (SPRING, 1996) desenvolvido pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). A etapa de processamento de dados se utilizou do LEGAL (Linguagem Espacial para Geoprocessamento Algébrico) implementadas no SPRING. Posteriormente, realizou-se uma classificação supervisionada para a distinção de uso e ocupação do solo, agrupados em 5 categorias: Urbano, Hidrografia, Floresta Densa, Vegetação arbórea-herbáceo-arbustivagramíneas e solo exposto. As imagens utilizadas neste trabalho são provenientes do satélite LANDSAT 7 sensor Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) que possui 8 bandas, sendo 1 banda pancromática (banda 8), 6 bandas multiespectrais (bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7) e 1 banda no termal (banda 6). Com resoluções espaciais nominais de 15m, 30m e 60m respectivamente. Essas imagens foram georeferenciadas e corrigidas atmosfericamente (com exceção da banda no termal) pelo Second Simulation of the satellite signal in the solar spectrum 6S (Vermote, 1997). Para a obtenção da temperatura da superfície foi necessária a transformação do sinal digital proveniente do satélite em radiância a qual foi convertida em temperatura como descrito no Landsat 7 User's Handbook pelas fórmulas a seguir: {[ ( Lmax Lmin )/( NCmax NCmin )]* ( NC NCmin )} Lmin L = + Temp ( º C) = {( ) / ln [(666.09/ L) + 1] } (1) (2) Onde L max e L Min representa o valor de máxima e mínima radiância escalonados pelo sensor (encontrado geralmente no arquivo descritor das imagens), NC max representa o nível de cinza máximo, NC min representa o nível de cinza mínimo, NC representa o nível de cinza de cada pixel da imagem, (K 1 ) e (K 2 ) são constantes de calibração para a banda referente ao termal encontradas no Landsat 7 User's Handbook. RESULTADOS E DISCUSSÃO: Com base nessas informações, procedeu-se com a distinção do uso e ocupação do solo na região metropolitana de São Paulo, classificados supervisionadamente e aplicado o método MAXVER (Máxima Verossimilhança), obtendo-se total de área para cada classe de: Floresta ( km²), Herbáceos ( km²), Hidrografia ( km²), Solo Exposto (14.46 km²) e Urbano ( km²). Como demonstra a figura a seguir:

3 Figura 1 Mapa do uso e ocupação do solo da Região Metropolitana de São Paulo (25/05/2003) Nota-se que grande parte da região metropolitana pertence à classe urbana (25,11% do total da área), sendo que atualmente a região metropolitana de São Paulo conta com mais de 17 milhões de habitantes. Na área urbana criam-se condições específicas na atmosfera, responsáveis pela mudança no clima Essas especificidades como, por exemplo, as construções, a orientação das ruas, a circulação de veículos, os tipos de materiais urbanos e as atividades humanas, alteram o balanço de radiação, interferindo na absorção, reflexão e emissão da radiação. O efeito ilha de calor pode ser considerado como um dos atributos básicos do clima urbano (MONTEIRO, 1990). Caracterizado como uma anomalia térmica, que possui dimensões horizontais (extensão), verticais e temporais, este efeito está intimamente relacionado com o tamanho da cidade, a quantidade de construções, uso do solo, com o clima e com as condições meteorológicas daquele dado lugar (OKE, 1982). Sendo assim, a ilha de calor configura-se como um fenômeno que associa os condicionantes derivados das ações antrópicas sobre o meio ambiente urbano, em termos de uso do solo e os condicionantes do meio físico e seus atributos geoecológicos (LOMBARDO, 1985). No dia da passagem do satélite LANDSAT 7 (25/05/2003) as condições meteorológicas demonstravam grande estabilidade atmosférica, céu sem nebulosidade e a circulação atmosférica em

4 mesoescala dominada pela massa de ar polar atlântica (mpa), que ocasiona à superfície uma temperatura amena. Figura 2 Mapa do Campo Térmico para a Região Metropolitana de São Paulo para o dia 25/05/2004 às 09hrs e 53 min Na figura acima fica caracterizado o acentuado contraste de temperatura entre áreas de vegetação e áreas urbanas. Em alguns casos enquanto que a temperatura na vegetação mais densa (no caso das florestas) chegava a 16ºC a temperatura no centro de São Paulo atingia até 28ºC. Isto acarreta aos moradores certo desconforto térmico, interferindo na qualidade do ar e prejudicando a qualidade de vida da população.

5 Gráfico 1 Perfil traçado em linha reta pela região central de São Paulo O perfil acima indica que ao percorrer aproximadamente 53 km em linha reta pela região central de São Paulo a temperatura pode variar significativamente (de 13 ºC a quase 26 ºC). Isto se deve ao fato de que os materiais urbanos normalmente absorvem muito a radiação eletromagnética (em determinadas faixas). Tal radiação é, posteriormente, emitida na forma de ondas longas, possibilitando a formação de ilhas de calor CONCLUSÕES: Conclui-se então, que os ambientes urbanos apesar de ocuparem parcelas territoriais pequenas, constituem-se na maior vetor transformação da paisagem natural e do clima da região onde se encontram localizados. Esta modificação depende principalmente de uma série de fatores estáticos (fisionomia da cidade) e dinâmicos (condições meteorológicas), que irão impor aos habitantes das cidades, o resultado das interferências humanas na dinâmica dos sistemas ambientais. Estes processos, que modificam as estruturas urbanas, favorecem a criação de áreas onde a falta de qualidade ambiental alcança índices alarmantes, principalmente no que diz respeito ao conforto térmico. Neste estudo, comprovou-se um aquecimento de até 10ºC nas áreas densamente urbanizadas, indicando a formação de ilhas de calor que poderiam ser amenizadas com a implantação de áreas verdes no interior da cidade, algo que poderia ser alcançado com um bom planejamento urbano. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Landsat 7 User's Handbook. Disponível em Acesso em 12/08/2006.

6 LOMBARDO, M. A. Ilha de calor nas metrópoles: o exemplo de São Paulo. São Paulo: HUCITEC, 1985, 244 p. MONTEIRO, C. A. A cidade como processo derivador ambiental e estrutura geradora de um clima urbano. Geosul, Florianópolis, v. 5, n. 9, p , 1990c. OKE, T. R. Boundary Layer Climates. London: Methuem & Ltd. A. Halsted Press Book, John Wiley & Sons, New York, 1978, 372p.. The energetic basis of the urban heat island. Quart. Journ. Roy. Met. Soc., 1982, 108, SPRING: Integrating remote sensing and GIS by object-oriented data modelling. Souza RCM, Freitas UM, Garrido J Computers & Graphics, 20: (3) , May-Jun Vermote, E. F; Tanre, D.; Deuze, J. L.; Herman, M.; Morcrette J. J. Second Simulation of the satellite signal in the solar spectrum, 6S: An overview. IEEE Trans. Geosc. And Remote Sens. 35 <3>: , 1997.