Anais 5º Simpósio de Gestão Ambiental e Biodiversidade (21 a 23 de junho 2016)

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1 ANÁLISE DA RELAÇÃO DO USO E OCUPAÇÃO DO SOLO EM AMBIENTES URBANOS COM O MICROCLIMA DE MANAUS-AM Rayane Brito de Almeida; Ana Cláudia Narbaes de Carvalho; Luiz Antonio Candido (Instituto de Nacional de Pesquisas da Amazônia, Manaus-Amazonas, rayanebritodealmeida@gmail.com ) RESUMO Este estudo teve como objetivo analisar a relação dos diferentes ambientes urbanos no padrão de aquecimento da superfície e seu impacto na temperatura do ar na cidade de Manaus. Utilizaram-se dados meteorológicos obtidos da estação meteorológica Reserva Florestal Adolpho Ducke, INMET e satélite MODIS/AQUA. A análise foi baseada na variação de temperaturas em áreas com adensamento urbano e áreas de bosque ao longo dos anos de 2003 a O incremento na temperatura da superfície durante período diário está relacionado com diferentes classes de uso e ocupação do solo. Os resultados obtidos mostraram que em áreas com alto adensamento urbano a temperatura da superfície aumentou até 5ºC o que interfere significativamente na temperatura do ar, tanto no dia e principalmente a noite devido às ilhas de calor urbano. Em área de bosque, as temperaturas mostraram pouca variabilidade já que esta não sofreu interferência antrópica em suas propriedades físicas. Observou-se que as áreas com alta densidade urbana tiveram um aumento de até 4,5 ºC, baixa densidade urbana com 4,0 ºC, floresta com 3,7 ºC e mosaico com 3,3 ºC. Baseado nos resultados obtidos pode-se enfatizar a importância de áreas vegetadas para os gestores públicos quanto a infraestrutura da cidade. Palavras-chave: Clima urbano. Ambientes urbanos. Bosques urbanos. Temperatura do ar. Temperatura da superfície. INTRODUÇÃO O clima urbano consiste de um ambiente modificado em suas propriedades físicas na relação entre espaço urbanizado com o clima local (Monteiro 1990). Dentre os fatores que contribuem para o clima urbano, está o processo de urbanização que se forma pelo crescimento populacional (Corrêa, 1993). É no espaço urbano onde se encontra grande atuação antrópica, como por exemplo, maior concentração de poluentes no ar devido ao uso intensivo do solo, aumento dos veículos automotores e atividades industriais. Tais fatores ocasionam a degradação de um ambiente que era natural (Gago et al. 2013). Além do espaço urbano, os elementos climáticos permitem quantificar a influência dessas alterações no ambiente. Por exemplo, A camada limite da atmosfera (CLA) é modificada com as atividades no espaço urbano (Sant Anna Neto, 2009). Segundo Rocha et al. (2011) as áreas urbanizadas produzem efeitos na atmosfera da camada intraurbana de uma região devido às diversas formas de uso e ocupação do solo e de estrutura urbana. Cujo grau de transformação das superfícies, os materiais utilizados, a rugosidade aerodinâmica, a densidade, a permeabilidade do solo, a poluição atmosférica e a geração local de calor são fatores que determinarão a reflexão, absorção ou armazenamento de calor, além de produzir efeitos na circulação do vento. Os elementos climáticos são influenciados por estas alterações no ambiente, alterando os balanços de radiação e energia (Oke 1988), em virtude do aumento das áreas impermeáveis (calçadas e ruas asfaltadas) e a falta de vegetação que contribuem para o aumento da temperatura da superfície gerando mais calor sensível e menos calor latente. As alterações ambientais (combinação das alterações climáticas e dos usos do solo) produzem alterações significativas ao nível dos processos climáticos e hidrológicos em áreas urbanas (Kalnay & Cai 2003). Além disso, os mecanismos de transportes de poluentes pela formação da ilha de calor urbana (ICU) são alterados em resposta aos sistemas atmosféricos, o que pode contribuir para incrementar a temperatura e a qualidade de vida local. Os impactos dos eventos extremos são potencialmente maiores nas cidades densamente urbanizadas (Oke 1997). As transformações ocorridas na cidade de Manaus, associada ao seu crescimento e uso desordenado do solo, modificaram a paisagem de uma cobertura de floresta para um mosaico de superfícies caracterizado por edifícios, asfaltos, fragmentos de florestas e corpos 695

2 d água (Roque 2006). Em vista disso, os elementos e fatores climáticos à superfície (temperatura do ar, umidade do ar, albedo, velocidade do vento, etc.) também sofreram modificações (Sousa 2012). Por esse motivo, é necessário verificar o quanto estas alterações influenciam o clima local. Manaus passa por modificações ambientais, devido às construções de edifícios pelo setor mobiliário e industrial que vem aumentando desde a implantação da Zona Franca de Manaus (ZFM), principalmente pela expansão nas zonas norte (N) e leste (E) da cidade. Vários locais na cidade de Manaus foram monitorados ao longo dos anos, em relação a sua temperatura e umidade do ar (Sousa 2012), por estações meteorológicas automáticas como o INMET (Instituto Nacional de Meteorologia) e sensores orbitais em satélites. O satélite AQUA lançado pelo EOS (Earth Observing System) entrou em órbita em 2002 e passou a coletar dados em 2003 (Shimabukuro 2003). Estes dados permitem os cientistas a estudar os processos climáticos e mudanças ambientais bem como seus impactos (Justice, 2002), como por exemplo, estudos como o de Rhee (2014) e Shen (2010) que utilizaram dados de temperaturas do ar e superfície via sensor MODIS/AQUA. Os resultados obtidos mostraram a eficiência do comportamento dos dados de temperatura do ar e superfície em relação aos ambientes urbanos e rurais, com longa escala temporal e resolução de 1 km. A aplicabilidade do sensor para análise de climas urbanos agora permite um estudo de mais longo prazo sobre a influência dos mosaicos urbanos na temperatura e umidade do ar próximo a superfície. Este estudo teve como objetivo analisar a relação dos diferentes ambientes urbanos no padrão de aquecimento da superfície e seu impacto na temperatura do ar na cidade de Manaus. MATERIAL E MÉTODOS Unidade espacial de análise A área de estudo compreende a cidade de Manaus, no Amazonas, situada na margem esquerda do rio Negro e com área urbanizada centrada nas coordenadas de 03º06 07 S e 60º01 30 O. A população de de habitantes (IBGE 2010) é irregularmente distribuída em uma área de km². Manaus é caracterizada pelo clima quente e úmido apresentando temperaturas elevadas com pouca variabilidade durante o ano. As maiores temperaturas correspondem aos meses de agosto (37 ºC), setembro (39 ºC), outubro e novembro (38 ºC). Manaus é composta por áreas urbanas, peri-urbanas, regiões de rios e igarapés e florestas adjacentes onde foram selecionados dois pontos correspondente à estação do INMET e da Ducke (Figura 1). Dados Foram utilizados dados de temperatura da superfície (Ts, C) via produto MYD11A2 Land Surface Temperature/Emissivity (LST) que são produzidos com informações provenientes do sensor Modering Observation Dynamics System (MODIS). O sensor MODIS está acoplado ao satélite AQUA, com horário de passagem de 13:30 e 01:30 (hora local - HL) e, portanto, foi escolhido esse satélite devido o horário de passagem ser adequado para saber a temperatura máxima alcançada pela superfície. Para a temperatura do ar (Ta, C) utilizou-se dados da estação meteorológica do INMET e da Estação Meteorológica da Reserva Florestal Adolpho Ducke. Utilizou-se o censo de 2010 do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Os dados compreendem os anos de 2000 a 2013 conforme a Tabela 1: 696

3 Figura 1: localização da área de estudo. O ponto vermelho representa a área urbana e o ponto preto à área de bosque. Fonte: Instituto Municipal de Planejamento Urbano (IMPLURB), Tabela 1: Representatividade espaço/temporal dos dados climáticos utilizados da Ts e Ta: Elementos Período de Resolução temporal Resolução espacial climáticos comparação Ta (estações 01-02h (noite) Anos de 2002 a 2013 meteorológicas) 13-14h (dia) Ts (sensor 13:30h (dia) 2002 a km x 1 km MODIS) 01:30h (noite) Fonte: Dados da rede INMET (2015). Análises A análise deste trabalho se divide em duas, a primeira a uma análise pontual (Tabela 2), foram escolhidos dois pontos com aspectos físicos distintos: um no centro-oeste da cidade e outro na Reserva Florestal Adolpho Ducke, como mostra a Tabela 2. Para os dados de temperatura da superfície e do ar durante foi realizado uma análise comparativa entre os ambientes durante o dia e noite e ao longo dos anos de 2003 a 2013 durante o período seco, pois é o período com maiores dados disponíveis pelo sensor e com menos interferência de nebulosidade. Tabela 2 Caracterização dos pontos segundo as diferentes zonas da cidade. Ambientes Zona Descrição do ambiente: Urbano (estação do INMET) Sul Predomínio de pequenos edifícios, ruas pavimentadas e sem vegetação. Alto fluxo de pessoas e veículos. Bosque (Reserva Florestal Adolpho Ducke) Norte-leste Predomínio de vegetação fechada e sem urbanização. FONTE: Lands Cover Classification (MODIS), A segunda parte da análise é representada pela relação da temperatura da superfície com o uso e cobertura do solo. A Figura 2 mostra a classificação do uso e cobertura do solo para a cidade de Manaus, estas são definidas em cinco classes, que são alta densidade urbana, baixa densidade urbana, mosaico, floresta e industrial, como mostra a Figura

4 Figura 2: Classificação do uso e ocupação do solo da cidade de Manaus. Fonte: Roque (2006) e IBGE (2010). A classificação é baseada em diferentes aspectos ambientais e sociais, como as áreas com alto adensamento urbano ou mais arborizadas, e número de habitantes que se reflete no índice de áreas construídas e distribuídas na cidade. RESULTADOS E DISCUSSÕES O primeiro resultado corresponde a análise pontual. A Figura 3 é referente aos resultados de valores de temperatura da superfície e do ar em ambiente urbano (INMET). Esta análise consiste apenas ao período seco. Foi observado que os valores de temperatura da superfície variaram entre 35 e 40 ºC durante o dia e 22 e 24 ºC durante a noite. Em relação à temperatura máxima do ar, os valores variaram entre 32 e 34 ºC e temperatura mínima entre 24 e 25 ºC. Nota-se que ao longo do ano de 2003 a 2013 os valores de temperatura da superfície tiveram um incremento de até 0,1281 ºC/ano durante o dia e 0,0112 ºC/ano durante a noite. Na temperatura máxima do ar o incremento foi de 0,0156 ºC/ano e na mínima 0,0254 ºC/ano. Havendo, portanto, uma tendência na elevação das temperaturas no período seco de cada ano. Pôde-se ver que as temperaturas da superfície têm uma variabilidade maior do que a noite, pois durante o dia os diferentes tipos de cobertura na superfície da cidade possuem propriedades físicas que absorvem grande quantidade de radiação que contribuem para o aquecimento da mesma. Em sequência disso, tem-se a contribuição no incremento da temperatura do ar. A variabilidade da temperatura do ar é em função da disponibilidade de radiação solar na superfície terrestre, umidade e vento na região. E pode sofrer alterações quando se tem dias nublados, a temperatura do ar não varia tanto. Para explicar essa elevação na temperatura mínima do ar, cujos valores ultrapassaram a temperatura da superfície à noite, considerou-se o ganho de calor proveniente do arrefecimento da superfície, que é quando a camada da atmosfera mais próxima da superfície terrestre se aquece pela troca do ar mais frio pelo ar mais quente nos horários que não há presença de radiação incidente. Ademais, o ar é um mau condutor térmico. Durante a noite o solo perde energia mais rápido do que o ar. Logo a temperatura da superfície a noite apresentou valores inferiores à temperatura mínima do ar. 698

5 Figura 3: Variação de temperatura do ar e superfície durante o período seco nos anos de 2003 a Figura 4: Variação de temperatura do ar e da superfície durante o período seco nos anos de 2003 a A Figura 4 mostra o resultado das temperaturas do ar e superfície em ambiente de bosque. A temperatura da superfície durante o dia variou entre 26 e 30ºC e a noite entre 21 e 23 ºC. Em relação a temperatura do ar, a máxima variou entre 26 e 28 ºC e a temperatura mínima entre 22 e 24 ºC. Ao longo dos anos, a temperatura da superfície no dia teve um acréscimo de 0,0004 ºC e a noite 0,0003 ºC. Em relação a temperatura do ar, a máxima teve um resfriamento de - 0,0009 º C e a mínima um acréscimo de 0,0003 ºC. Os valores de temperatura da superfície e do ar mostraram pouca variabilidade ao longo desses anos. Ressalta-se que na área de bosque, há a preeminência de vegetação fechada, onde grandes partes dos raios solares não conseguem alcançar a superfície da terra. Nessa esfera ambiental tem-se a preeminência de calor latente e menos calor sensível, que comparada ao ambiente urbano a variabilidade das temperaturas é maior e a preeminência é do calor sensível e menos calor latente. A diferença de temperatura entre os ambientes deixa claro o efeito das ilhas de calor no balanço de energia. 699

6 Figura 5: Incremento da temperatura da superfície em diferentes uso e ocupação de solo nas áreas na cidade de Manaus em 11 anos. Figura 6: Taxa de Incremento da temperatura da superfície por ano em diferentes uso e ocupação de solo nas áreas na cidade de Manaus. A Figura 5 mostra o incremento na temperatura da superfície durante o dia e noite em diferentes classes de uso e ocupação do solo. Viu-se que as áreas com alta densidade urbana tiveram um aumento de até 4,5 ºC, baixa densidade urbana com 4,0 ºC, floresta com 3,7 ºC e mosaico com 3,3 ºC. A Figura 6 mostra uma taxa anual do quanto se aumentou na temperatura de superfície de cada ambiente em 6 anos, durante o dia e noite. Viu-se na Figura 2 que as classes alta e baixa densidade urbana são as que predominam no espaço urbano da cidade, estes englobam as zonas centro-sul, e leste da cidade, logo terá uma influência maior no padrão de aquecimento da superfície e consequentemente na temperatura do ar. A classe denominada florestal abrange com preeminência na zona oeste onde também corresponde a classe de baixa densidade urbana, essas diferenças de uso e ocupação do solo é definida conforme as classes sociais e classes de renda, pois a infraestrutura arquitetônica das zonas é heterogênea, exemplo disso é a zona oeste que é mais florestada e habitada por indivíduos de alta renda, diferente da zona leste e norte, que a princípio eram áreas de ocupação e não acompanhou a infraestrutura arquitetônica adequada da cidade. 700

7 A maior parte da cidade é constituída de infraestrutura precária, logo o uso e ocupação do solo também mostrará heterogeneidade nas temperaturas da superfície e esta terá influência diferenciada na temperatura do ar. A preocupação também está voltada as áreas florestadas e de pastagens que aos poucos ganham adensamento urbano pela pressão do modo vida da cidade. Diante das alterações ocorridas nos últimos anos, tais como o adensamento urbano devido ao crescimento populacional na cidade, a alteração na temperatura da superfície é evidente, mostrando ainda sua influência na temperatura do ar. A temperatura da superfície a noite e a temperatura mínima do ar mostram, fortemente, a influência que as alterações provenientes dos materiais antrópicos que substituíram a cobertura natural da superfície da terra, principalmente nas classes de alta e baixa densidade. A cidade de Manaus possui diferentes fragmentos de áreas com propriedades físicas que favorecem ou não um conforto térmico. Com base nos gráficos e figura mostrados neste trabalho, as áreas com alto adensamento urbano precisam de intervenções políticas públicas que melhorem o conforto térmico, ou seja, providenciar áreas verdes para contribuir na mitigação do efeito da ilha de calor. Este trabalho teve como objetivo avaliar a contribuição dos diferentes ambientes urbanos no padrão de aquecimento da superfície e seu impacto na temperatura do ar. Observou-se que as alterações ocorridas, aproximadamente, nos últimos dez anos na cidade de Manaus causaram um aumento de até 4,5 ºC na temperatura da superfície. Esse aumento na temperatura da superfície foi diferenciado em relação ao uso do solo e os tipos de coberturas na superfície da terra. Tal aumento afetou também a temperatura do ar, particularmente durante a noite por efeito da ilha de calor urbana. As classes de alta e baixa densidade urbana são as que mais apresentaram incremento na temperatura da superfície tanto ao dia como a noite, a infraestrutura arquitetônica dessas classes não acompanharam as políticas públicas de urbanismo da cidade e são ocupadas por pessoas de baixa renda. A importância de estudos referentes à distribuição espacial de temperaturas deve ser enfatizada, pois nos últimos anos a cidade de Manaus tem recebido grande número de população por migração e, por isso, aumentaram áreas com adensamento urbano, no entanto, tem contribuído para o efeito da ilha de calor. Cabe aos responsáveis pela infraestrutura urbana da cidade juntamente com os representantes imobiliários ao planejarem a construção de edifícios, atentarem ao conforto térmico. REFERÊNCIAS Corrêa, R. C O espaço urbano: notas teórico-metodológicas. GEOSUL No Ano VIII p Gago Pacheco Torres The city and urban heat islands: A review os strategies to mitigate adverse effects. Renewable and Sustainable Energy Reviews. p Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Disponível no site: < Acessado em: 08/05/2015. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2010). Disponível no site < Acessado em Justice, Townshend, Wolfe An overview of MODIS Land data processing and product status. Remote Sensing of Environment, v. 83, n.1-2, Nov. p Kalnay, C Impact of urbanization and land-use change on climate. Nature 423: p Monteiro, Carlos. Augusto. Figueiredo A cidade como processo derivador ambiental e a geração de um clima urbano Estratégias na abordagem geográfica. GEOSUL, nº 9 Ano V. p Oke, Timothy Richard Street design and urban canopy layer climate. Department of Geography. The University of British Columbia, Vancouver, B. C. V6T 1W5 (Canada). Energy and Building, 11. p Oke, Timothy Richard Urban climates and global change. In Perry A and Thompson R eds Apllied Climatology: Principles and Practices. pp Rhee, J., Im, J Estimation high spatial resolution air temperature for regions with limited in situ data using MODIS products. Remote Sensing. p Rocha, L. M Ocupação do solo e ilha de calor noturna em avenidas marginais a um córrego. Ambiente Construído, Porto Alegre, v.11, n.3, p Roque, W. V Mapeamento geoambiental da área urbana de Manaus AM. Faculdade de Tecnologia. Tese de Mestrado. Brasília. p.267. Sant Anna N. J. L Características das ilhas de calor em cidades de porte médio: exemplos de Presidente Prudente (Brasil) e Rennes (França). Confins. Nº 7. p Shen, S Estimation of surface air temperature from MODIS 1 km resolution Land Surface Temperature in Northern China. NASA. p Shimabukuro, Y. E Sensor MODIS: uma abordagem geral. INPE, São José dos Campos. Souza, D. O Observational evidence of the urban heat island of Manaus City, Brazil. Meteorological Applications. 701