ASPECTOS TERMAIS DA ZONA CENTRAL DE UMUARAMA-PR, POR MEIO DE ANÁLISE DA TEMPERATURA APARENTE DE SUPERFÍCIE

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1 ASPECTOS TERMAIS DA ZONA CENTRAL DE UMUARAMA-PR, POR MEIO DE ANÁLISE DA TEMPERATURA APARENTE DE SUPERFÍCIE RENAN VALÉRIO EDUVIRGEM 1 PAULO JOSÉ MORAES MONTEIRO E TEIXEIRA GERMANO 2 PATRÍCIA SOUSA 3 MARIA EUGÊNIA MOREIRA COSTA FERREIRA 4 Resumo O presente trabalho tem como propósito a identificação da variação da temperatura aparente de superfície na Zona Central da cidade de Umuarama, Paraná. As temperaturas da área de estudo (Zona Central) foram analisadas por meio da utilização de imagens do satélite Landsat 8, banda 10 - infravermelho termal. Ao chegar aos resultados é possível afirmar que as imagens de satélites proporcionam dados referentes a temperaturas de superfície da área estudada, no qual foi possível averiguar diferentes temperaturas, como também pontos discrepantes, devido à distribuição da vegetação urbana e a configuração morfológica. Neste estudo foi possível concluir que á possível área com ilhas de calor está situada na região de sentido Oeste, da área estudada. Palavras-chave: Geográfica, termal, temperatura, clima urbano, ilhas de calor. Resumen Este trabajo tiene como objetivo identificar la variación de la temperatura de la superfície aparente en la zona central de la ciudad de Umuarama, Paraná. Las temperaturas de la zona de estudio (Zona Central) se analizaron por medio de imágenes de satélite que utilizan Landsat 8, la banda 10 - infrarrojo térmico. Para obtener los resultados podemos decir que las imágenes de satélite proporcionan datos para las temperaturas de la superficie del área de estudio en las cuales es posible determinar diferentes temperaturas, así como los valores atípicos, debido a la distribución de la vegetación urbana y configuración morfológica. En este estudio se concluyó que se puede zona con islas de calor está situada en la región de la dirección del oeste, la zona estudiada. Palabras-llave: Geográfica, termal, temperatura, clima urbano, islas de calor. 1 - Acadêmico do programa de pós-graduação: Mestrado em Geografia da Universidade Estadual de Maringá. de contato: georenanvalerio@gmail.com 2 - Acadêmico do programa de pós-graduação: Doutorado em Geografia da Universidade Estadual de Maringá. de contato: paulojosegermano@gmail.com 3 - Docente do Departamento de Geografia da Universidade Estadual de Maringá. de contato: psousa2@uem.br 4 - Docente na pós-graduação em Geografia e do Departamento de Geografia da Universidade Estadual de Maringá. de contato: eugeniacferreira@hotmail.com 1155

2 1 Introdução VARIABILIDADE E SUSCEPTIBILIDADE CLIMÁTICA: A primeira pesquisa no Brasil relacionada ao clima urbano foi desenvolvida por Carlos Augusto de Figueiredo Monteiro sendo resultante desta a tese intitulada Teoria e clima urbano, defendida em 1975 e editada no ano seguinte. Conforme este mesmo autor em pesquisas em anos posteriores o clima urbano demonstra-se como sistema complexo, adaptativo e aberto sendo especifico para cada ambiente urbano, pois cada ambiente possui sua característica única, concomitante às alterações climáticas. (MONTEIRO, 2003). O clima urbano resulta das modificações que as superfícies, materiais e as atividades das áreas urbanas provocam nos balanços de energia, massa e movimento. (LANDSBERG, 1981; OKE, 1987; 1988; KUTTLER, 1988 e ARNFIELD, 2003). Na climatologia geográfica é fundamental saber distinguir tempo e clima. Podemos definir tempo como o estado médio da atmosfera em determinada porção de tempo em determinado lugar. No entanto por clima compreende-se a síntese do tempo em determinado lugar durante um período de aproximadamente 30 a 35 anos (AYODE, 1983). Por este fato deve-se ter como exemplo Yamashita (1990) e Vidal (1992) correlacionaram em seus estudos os efeitos de temperaturas diferentes na ascensão das cidades por meio de observações meteorológicas de longos períodos. A ascensão da temperatura na área central ocorre em virtude da dimensão da área asfaltada, concomitante as áreas com concreto cobrindo o solo, emissão de gases poluentes e da pouca e vegetação. Todos esses fatores elevam a média térmica 5, sendo potencializado pelas edificações que dificultam a penetração dos ventos. A disparidade da temperatura pode atingir de 6 C a 8 C, entre cidades e seus arredores (SZINVELSKI, 2005). Tais elementos e fatores são influentes na geração das ilhas de calor, que são bolsões de ar quente, resultante da ascensão de temperaturas médias. Frequentemente as ilhas de calor estão localizadas na área urbana, pelo fato de haver padrão adensado de construções, concomitante aos elementos de baixo albedo, ocorrendo assim, mais absorção da temperatura em relação à refletância. Segundo Lombardo (1985) a concentração de gases e materiais particulados são responsáveis pelo efeito estufa, ocorre em escala superior na atmosfera das áreas centrais das cidades, retendo-se assim mais calor. Esta concentração, somada a quantidade de veículos que circulam na área central, ascende o fenômeno da ilha de calor. Nos estudos de Ilhas de calor e temperatura aparente da superfície é fundamental compreender a climatologia para que possa facilitar na compreensão dos resultados, pois pode ocorrer correlação entre os dados. Deste modo neste trabalho será analisada a temperatura aparente da superfície. Consideramos como fundamental, para o melhor 5 Média térmica Média de temperatura que ocorre em determinado lugar e em determinado período. 1156

3 entendimento de nossas considerações, a compreensão do conceito de radiação eletromagnética, segundo Tubelis e Nascimento (1984), radiação solar é a energia recebida pela Terra via ondas eletromagnéticas. Os autores ainda salientam que do total de 100% da energia do sol que chega à atmosfera, cerca de 40% incide sobre as nuvens, e somente 1% é absorvido e 25% é refletido e perdem-se no espaço, chegando na superfície somente 14%. Dos 60% que não incidiram sobre as nuvens, 7% são refletidos por aerossóis e 16% são absorvidos por gases atmosféricos, chegando 37% à superfície. Dos 51% que chegam à superfície, 5% diminuem-se, pois são refletidos pela própria superfície. Deste modo, aproximadamente 46% da energia é absorvida pela superfície (Figura 01). Figura 01 - Esquema de balanço de radiação solar médio. Fonte: Machado; Torres (2011) A radiação espalhada, refletida e absorvida, gera a temperatura aparente da superfície, discrepante entre área urbana e área rural, pois a energia emitida pelos alvos é imprescindível para as imagens termais de modo que cada alvo possui seu potencial peculiar de adquirir calor. Deste modo, estes fenômenos urbanos, incluindo as ilhas de calor, ocorrem devido a remoção da cobertura vegetal e em seu lugar, uma ascendente urbanização, dotada de edificações, malha asfáltica, calçamento, ruas estreitas e materiais com elevado potencial de absorção de radiação. Para identificação dos prováveis locais com ocorrência do fenômeno ilha de calor, as geotecnologias, juntamente do sensoriamento remoto, são fundamentais. Assim, este trabalho tem o objetivo de identificar os locais possíveis, de ocorrência de ilhas de calor, na cidade de Umuarama-PR (Figura 02). 1157

4 Figura 02 Mapa de localização de Umuarama-PR. Fonte: ITCG (2016) Acessado em Janeiro de 2016 Elaboração: EDUVIRGEM (2016) O município de Umuarama-PR, possui população estimada de habitantes (IBGE, 2015). A urbanização é acentuada, de modo que ocorre uma concentração elevada na Zona Central da cidade. Onde, ocorre não só uma numerosa circulação de veículos durante todo o dia, mas como também elevada circulação da população. Fazendo-se assim, a necessidade do levantamento das temperaturas aparentes de superfície, para auxilio no planejamento urbano, concomitante a melhorias de forma indireta para a população que utiliza este espaço. Sendo estes os fatos que justificam este trabalho. 2 Material e métodos Esta etapa foi iniciada pela leitura de livros, revistas cientificas, bem como trabalhos publicados em anais de congressos, de maneira a embasar o direcionamento das técnicas as quais serão aplicadas neste estudo, propiciando deste modo embasamento com alusão ao panorama geral referente a temperatura aparente de superfície. Para atender os objetivos aplicados da pesquisa, foram adquiridas imagens da área de estudo no sítio da United States Geological Survey (USGS) correspondente ao período de 2013, totalizando 02 imagens. Para obter os valores de temperatura de superfície foi utilizado o software Quantum Gis, software gratuito. Os dados de entrada foram as imagens do satélite Landsat 8 na banda 10 (infravermelho termal), em seguida realizou-se o processamento das imagens, de 1158

5 modo que cômputo da radiância espectral de cada banda, onde ocorre a efetivação da calibração radiométrica, em que o número digital (ND) de cada pixel da imagem é convertido em radiância espectral monocromática. Na banda 10, denominada termal, a radiância representa a energia emitida por cada pixel. Em seguida os valores de radiância são convertidos à reflectância aparente, e desta maneira, foi possível a aquisição dos valores de temperatura. Na determinação da temperatura de superfície foi utilizado o guia empregado pelo Center for Earth Observation, da Universidade de Yale, este método possui embasamento na Lei de Planck. A Lei de Planck tem como propósito geral, explicar que todas as superfícies emitem energia térmica, no máximo de energia que é possível ser emitido por uma superfície perfeita, pode ser considerado um corpo negro. Trata-se de um corpo hipotético que pode absorver e emitir a radiação eletromagnética em todos os comprimentos de onda de forma isotrópica, que pode ser produzida como a quarta potência da temperatura de superfície do objeto (Equação 1). Energia emitida por um corpo negro = ϭt4 (1) Onde ϭ constante de Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2 k4). Todavia, nenhuma superfície real comporta-se como um corpo negro, deve-se considerar a seguinte fórmula (Equação 2): Energia real emitida = εϭt4 (2) Onde ε : emissividade da superfície, que varia entre 0 e 1. Os elementos presentes na terra apresentam emissões que variam de 0,8 a 0,95. Sendo alguns materiais como metais, sem revestimento, podem apresentar valores variando de 0,2 a 0,6. Para ser possível a obtenção dos valores de temperatura da superfície, foi utilizado o tutorial da Universidade de Yale, que apresenta duas formulas, sendo a primeira responsável pela transformação dos valores ND (números digitais coletados via satélite), que vão de 0 (branco) a 255 (preto), em valores de radiância (Equação 3). CVR1 = gain. ND + bias (3) Onde: CVR1 => Valor de radiância do pixel gain => Coeficiente de calibração termal ( ) 1159

6 ND => Número Digital (0 a 255) Bias => Coeficiente de calibração (1.2378) VARIABILIDADE E SUSCEPTIBILIDADE CLIMÁTICA: Os valores de bias e gain são oriundos da calibração dos sensores, que interferem diretamente nos dados de temperatura. Ao final do lançamento dos dados ND para radiância, aplicou-se a fórmula (Equação 04) para transformação dos valores em temperatura, cujos resultados foram expressos em graus Celsius. 273,15 Eq.4) Onde: T => Temperatura em Kelvin CVR1 => Valor de radiância dos pixels da imagem anterior ε => Emissividade (foi adotado o valor de 0.95) K => Constante de calibração K => Constante de calibração 3 Resultados Após extrair os valores de temperatura por meio do processamento das imagens, tornou-se possível a observação, distribuição e ocorrência das discrepâncias na Zona Central de Umuarama (Figura 03 e Figura 04). É possível notar que a região mais quente no período estudado na Zona Central está localizada à Oeste dos mapas, com 23.5 C, na data de 11/07/2013, e de 18 C, na data de 27/07/2013. Entretanto as temperaturas de superfície mais amenas estão no sentido Leste da área de estudo, com 19.5 C, na data de 11/07/2013, e de 14 C, no dia 27/07/2013. Para compreender tais diferenças foi realizada uma saída a campo para averiguações das distinções das áreas, para que deste modo identificar os motivos das variações (Figura 05). 1160

7 Figura 03 Mapa termal da Zona Central com temperaturas de superfície da data de 11/07/2013. Fontes: Base Cartográfica da cidade de Umuarama Imagem Landsat 8 (2013) Elaboração: EDUVIRGEM (2015) Figura 04 Mapa termal da Zona Central com temperaturas de superfície da data de 27/07/2013. Fontes: Base Cartográfica da cidade de Umuarama Imagem Landsat 8 (2013) Elaboração: EDUVIRGEM (2015) 1161

8 Figura 05 Características dos pontos extremos da Zona Central (Leste e Oeste). Fontes: Base Cartográfica da cidade de Umuarama Imagem Landsat 8 (2013) Elaboração: EDUVIRGEM (2015) Com a correlação das Figuras 03, 04 e 05, concomitante ao campo realizado, é notório que na área estudada no sentido Leste, possui edificações, malha asfáltica, calçamento e pouca arborização urbana. Já na região no sentido à Oeste, à predomínio de malha asfáltica, poucos prédios, pouco vegetação arbórea e predomínio de gramíneas. Deste modo acredita-se que as diferenças das temperaturas aparentes de superfícies possam estar nos materiais utilizados nas construções, pois as características morfológicas da região no sentido Leste tem potencial mais elevado de temperaturas superiores. Todavia as temperaturas mais elevadas estão localizadas no sentido a Oeste. 4 Conclusões Os estudos de temperatura aparente de superfície estão em constante evolução com as inovações das geotecnologias, como também dos atores interdisciplinares, de modo que os geógrafos, climatologistas e profissionais de áreas afins, demonstram grande interesse por está linha de pesquisa. Os profissionais que utilizam a as geotecnologias para compreensão das temperaturas aparentes de superfície, não devem utiliza-las somente, deste modo, agregando as geotecnologias com as técnicas e teorias da climatologia para que assim, os resultados sejam o mais exato possível. 1162

9 Neste estudo foi possível concluir que á possível área com ilhas de calor está situada na região de sentido Oeste. Está pesquisa será continuada com a utilização das geotecnologias, juntamente de técnicas da climatologia em um período de um ano, para que assim, seja possível a obtenção de novos resultados, com alusão a Zona Central da cidade de Umuarama, Paraná. 5 Referências AYOADE, J. O. Introdução à climatologia para os trópicos. São Paulo: Editora Difusão, v p. ARNFIELD, A. John. Two decades of urban climate research: a review of turbulence, exchanges of energy and water, and the urban heat island. International Journal of Climatology 23:1-26, IBGE, Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Cidades: Umuarama. Brasília, Disponível em: Acesso em 08 de janeiro de KUTTLER, W. (1988) Spatial and temporal structures of the urban climate a survey. In K. GREFEN and J. LOBEL Environmental Meteorology. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, LANDSBERG, H. E. The urban climate. Academic Press. New York p. LOMBARDO, Magda Adelaide. Ilha de Calor nas Metrópoles. Ed. Hucitec, São Paulo, MONTEIRO, Carlos Augusto de Figueiredo. Clima Urbano. São Paulo: Editora Contexto, v p. OKE, T. R. Boundary layer climates. Routledge, London, V p. OKE, T. R. The urban energy balance. Progress in Physical Geography, 12(4): , SZINVELSKI, Ildo Mário. A poluição veicular ambiental: aspectos legais. Monografia de Especialista em Direito Ambiental. Universidade Luterana do Brasil ULBRA. Canoas, RS, Janeiro de 2005, 152p. TUBELIS, A.; NASCIMENTO, F. J. L. Meteorologia descritiva: fundamentos e aplicações brasileiras. São Paulo: Nobel, VIDAL, R. D. B. Influência da morfologia urbana nas alterações da temperatura do ar na cidade de Natal (RN). In: Encontro de Professores de Conforto Ambiental - NE., 1, João Pessoa-Pb, 1992, p.33-37, Anais. YAMASHITA, S. The urban climate of Tokyo. Geographical Review of Japan. v. 63, n.1, 1990, p