Palavras-chave: Temperatura de superfície terrestre. Cobertura e uso da terra. Clima urbano.

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1 MAPEAMENTO DA TEMPERATURA DE SUPERFÍCIE E DA COBERTURA E USO DA TERRA COM GEOTECNOLOGIAS LIVRES PARA UMA ANÁLISE PRELIMINAR DA RELAÇÃO TERRA-ATMOSFERA NO MUNICÍPIO DE NOVA IGUAÇU (RJ) WALLACE DE ARAÚJO MENEZES¹ LAURA DELGADO MENDES 2 1 Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro UFRRJ/IM/DES wallacearaujo1801@yahoo.com.br 2 Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro UFRRJ/IM/DES lauradmendes@gmail.com Resumo O presente trabalho teve como objetivo identificar e analisar a relação entre a heterogeneidade da cobertura e uso da terra e as condições de temperatura de superfície no município de Nova Iguaçu (RJ), a partir de dados de sensores remotos processados em programa de Sistema de Informações Geográficas de código aberto. Inicialmente, buscou-se identificar e quantificar os padrões de cobertura e uso da terra a fim de correlacioná-los com os dados de temperatura de superfície. Os resultados indicaram a estreita relação entre as áreas densamente urbanizadas com as maiores temperaturas de superfície estimadas, e que merecem extrema atenção na medida em que influenciam as dinâmicas hidrogeomorfológicas e climáticas em diferentes escalas. Além disso, constatou-se o papel da cobertura vegetal na redução da temperatura de superfície nas áreas de Unidades de Conservação ou mesmo no entorno dessas áreas protegidas, assim como a sua influência, combinada à rugosidade do relevo, em condições de temperaturas intermediárias entre as áreas mais densamente florestadas e as áreas de urbanização contínua. Com isso, busca-se ressaltar a interação terra-atmosfera nessa área e apresentar as possibilidades da utilização de geotecnologias disponíveis de forma gratuita e de fácil acesso que podem servir como instrumentos fundamentais para o planejamento ambiental e urbano. Palavras-chave: Temperatura de superfície terrestre. Cobertura e uso da terra. Clima urbano. Abstract This study aims to identify and analyze the relationship between the heterogeneity of land cover and land use and the estimated surface temperatures in Nova Iguaçu, Rio de Janeiro State, using remote sensor data in open-source Geographic Information System. The results revealed the strict connection between densely urbanized areas and the highest estimated surface temperatures, which should deserve careful attention considering its implications for hidrogeomorphology and climate at different scales. Additionally, we identified the land cover role in reducing surface temperatures in and around protected areas, such as its association with surface roughness where surface temperatures are intermediate between densely forested areas and densely urbanized areas. This work also aims to emphasize land-atmosphere

2 interactions as well as highlight possible applications of free geotechnologies for environmental and urban planning. Key-words: Surface temperature. Land cover and land use. Urban climate 1. Introdução A heterogeneidade e as mudanças da paisagem ao longo do tempo influenciam significativamente no equilíbrio térmico da superfície urbana nas escalas meso e microclimáticas (MENDONÇA e DANNI-OLIVEIRA, 2007), assim como a dinâmica dos processos hidrogeomorfológicos que ocorrem nessas áreas. Modificações nos padrões de uso e cobertura da terra promovidas pela ação humana nos últimos 10 anos ( ) foram identificadas em estudo prévio no município de Nova Iguaçu e os resultados serão apresentados pelos autores nesse mesmo simpósio. Entre tais modificações, observou-se com maior destaque a supressão da vegetação e o aumento da urbanização e de áreas com solos expostos, que podem estar atreladas a alterações no balanço de energia do Sistema Clima Urbano (MONTEIRO, 1975). Tais alterações são apontadas por Landsberg (1981) apud Brandão (2003) como resultantes das transformações que o processo de urbanização gera na superfície, em relação às propriedades radiativas, térmicas, aerodinâmicas e de umidade. As Ilhas de Calor Urbanas, a partir disso, representam o fenômeno mais evidente à respeito dessas alterações no balanço de energia em um clima urbano combinadas com a intensidade de sua urbanização. Pesquisadores do mundo inteiro têm se dedicado ao tema ao longo de muitas décadas, inclusive brasileiros e, em especial, com atenção sobre a Região Metropolitana do Rio de Janeiro (BRANDÃO, 1992; LUCENA, 2012; entre outros). A aplicação de técnicas de sensoriamento remoto representa um avanço relativamente recente e significativo para esses estudos, com a disponibilização de imagens em resolução cada vez melhor e, principalmente, com sensores que oferecem dados de temperatura (Infravermelho Termal/TIRS), destacando-se aqui o trabalho pioneiro e de grande importância de Lombardo (1985), que identificou as Ilhas de Calor na cidade de São Paulo,

3 confirmando uma estreita relação entre o uso do solo e as temperaturas nessas áreas densamente urbanizadas. Nesse sentido, o objetivo do trabalho é identificar e analisar a relação entre a heterogeneidade da cobertura e uso da terra e as condições de temperatura da superfície terrestre no município de Nova Iguaçu, na Baixada Fluminense (RJ), no ano de 2014, a partir de dados de sensores remotos processados em programa de Sistema de Informações Geográficas de código aberto. Com isso, busca-se realizar uma análise da relação terra-atmosfera nessa área. O município de Nova Iguaçu, localizado na Região Metropolitana do Rio de Janeiro, na Baixada Fluminense, entre as coordenadas 22º 45' 33", de latitude sul, e 43º 27' 04", de longitude oeste (Figura 1), possui uma área territorial de, aproximadamente, 521,249 km² e uma população estimada de habitantes em 2014 (IBGE). O clima atuante é classificado como Tropical com Chuvas de Verão (Aw) onde predominantemente apresenta invernos secos e verões chuvosos com temperaturas altas (KÖPPEN, 1931). Os processos ambientais resultantes de dinâmicas de uso e ocupação dessa área, sem considerar a fragilidade dos ambientes naturais, apresentam condições de desequilíbrios ambientais e socioeconômicos que afetam significativamente a qualidade de vida da população. Figura 1 - Localização do Município de Nova Iguaçu (RJ)

4 2. Metodologia de trabalho Os mapeamentos de cobertura e uso da terra e de temperatura da superfície terrestre (TST) foram elaborados com imagem do programa Landsat- 8 (Land Remote Sensing Satellite), de 25/01/2014, gerada e disponibilizada gratuitamente pela National Aeronautics and Space Administration (NASA), em parceria com a United States Geological Survey (USGS), na página Earth Explorer (USGS). A cena adquirida é da órbita-ponto , que abrange a Região Metropolitana do Rio de Janeiro, e foi capturada em um dia com tempo estável. A imagem foi georreferenciada e processada na extensão para classificação supervisionada semiautomática (Semi-Automatic Classification Plugin), na versão 4.0.1, incorporada no programa de código aberto Quantum GIS (QGIS), versão 2.4. O processamento dos dados envolveu inicialmente a conversão dos dados DN (Digital Numbers) para reflectância (TOA - Top of Atmosphere reflectance) e temperatura de brilho. O método de correção atmosférica aplicado foi o DOS1 (Dark Objetc Subtration 1). Após a conversão e aplicação do método de correção atmosférica, criou-se um raster virtual de composição RGB com as bandas 3,4 e 5. Com o auxílio do programa Google Earth, foi feita a seleção de 72 áreas representativas para as classes, designadas como ROIs - Regions Of Interest, para a definição de padrões de comportamento dos pixels para cada classe. As seguintes classes foram definidas: Vegetação; Área Urbana Contínua; Áreas Urbana Descontínua; Corpos Hídricos; Áreas de Pastagens e/ou Campos Abertos; e Solos Expostos. Após essa etapa, executou-se o processamento dos dados com a classificação de cobertura e uso da terra. Na etapa seguinte executou-se a reclassificação do raster com os valores de emissividade da superfície terrestre. Os índices de emissividade utilizados foram baseados em Steinke et al. (2010), considerando as limitações para obtenção direta em campo, sendo eles: áreas urbanas: 0,94; corpos hídricos: 0,98; vegetação: 0,98; áreas de pastagens e/ou campos abertos: 0,93;

5 e solos expostos: 0,93. Deve ser observado que esses valores médios podem mascarar alguns resultados, uma vez que as condições ambientais podem modificar os valores de emissividade (STEINKE et al, 2010). Finalmente, efetuou-se a conversão da Temperatura de Brilho para Temperatura da Superfície Terrestre. O resultado final é o mapa de Temperatura de Superfície Terrestre (TST), com classes de temperatura com intervalos contínuos a partir de 17 C até temperaturas acima de 40 C. 3. Resultados e discussão Os resultados da classificação supervisionada, com índice de acurácia de 97,52%, e do processamento dos dados para obtenção da temperatura da superfície terrestre da imagem Landsat-8 estão representados nos mapas de Cobertura e Uso da Terra e de Estimativa da Temperatura da Superfície Terrestre (TST) (Figura 2). Figura 2 - Mapas de Cobertura e uso da Terra e Estimativa da Temperatura da Superfície Terrestre do município de Nova Iguaçu-RJ em 25/01/2014.

6 As temperaturas entre 17 C e 27 C foram registradas nas áreas com densa cobertura vegetal, no interior e no entorno de importantes Unidades de Conservação, como a Reserva Biológica (REBIO) do Tinguá e Áreas de Preservação Ambiental (APAs), na área do maciço do Tinguá, localizado ao norte, e em área do Parque Natural Municipal de Nova Iguaçu, no Maciço Mararicu-Gericinó-Mendanha, ao sul do município. De um modo geral, a presença de áreas vegetadas aumenta a permeabilidade dos terrenos intraurbanos, reduzindo o escoamento superficial das águas pluviais, que causam também problemas de inundações e assoreamento de corpos d água (ROSSETI, 2007), o que é amplamente discutido nos estudos de Geomorfologia Urbana. Assim, a cobertura vegetal nesses locais foi um fator determinante para que as temperaturas da superfície apresentassem os valores mais baixos no município de Nova Iguaçu. Aproximadamente numa área central do município identificou-se uma área de baixa intensidade urbana onde as temperaturas estão entre 27 C e 36,9 C, com temperaturas intermediárias entre as áreas densamente florestadas e as áreas urbanas contínuas, caracterizando um "topoclima" (MENDONÇA e DANNI-OLIVEIRA, 2007) nessa área de topografia rugosa o que revela a influência do relevo nesse contexto mesoclimático. No entanto, nota-se um processo de ocupação e até mesmo o desmonte de morros e colinas nessas áreas, destacado pela construção do eixo rodoviário do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro e, portanto, relacionado aos interesses de especulação imobiliária nesse entorno e que podem comprometer tais condições de temperaturas mais amenas nessas localidades. O processo mais intenso de urbanização ocorreu na direção leste-oeste, nas proximidades do Maciço Mararicu-Gericinó-Mendanha, como pode ser observado no mapa de cobertura e uso da terra, no mesmo eixo onde também pode ser observado que os índices de temperatura da superfície terrestre são os mais elevados, ultrapassando os 40 C em alguns pontos. Com relação à ocupação do solo, Lombardo (1985) constatou uma estreita correlação entre uso do solo e a distribuição das temperaturas dentro das estruturas urbanas. A localização de atividades, tais como indústrias, comércio e serviços, contribui

7 para a concentração de edificações e pessoas e elevação dos níveis de poluição da atmosfera em Nova Iguaçu, influenciando no aumento significativo na temperatura da superfície. Além do aumento de temperatura no contexto do clima urbano, entre os problemas causados pelas modificações na cobertura e no uso da terrra sem um planejamento urbano e ambiental efetivos ressaltam-se as interferências nas dinâmicas dos processos hidrogeomorfológicos que a cada ano impactam e vitimizam a população do município, especialmente com a ocorrência de eventos extremos que podem ser intensificados em áreas densamente urbanizadas, devido às condições geradas para concentração de massas úmidas e ocorrência de precipitações, inundações e desabamentos sobre essas áreas, com os consequentes prejuízos sociais, como destacado por Lombardo (1985). 4. Considerações finais As variações na temperatura da superfície terrestre (TST) estão diretamente correlacionadas com a heterogeneidade da paisagem e mudanças na cobertura e uso da terra, com temperaturas mais elevadas nas áreas mais urbanizadas e mais baixas nas áreas onde ocorre densa cobertura vegetal. Observa-se também que a rugosidade do relevo, em área urbana descontínua, combinada à fragmentos florestais esparsos, pareceu representar um fator limitante à ocupação e garantidor de condições mais amenas nesse contexto do clima urbano. Os resultados ressaltam as possibilidades da utilização de técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto a partir de geotecnologias eficientes, de fácil acesso e gratuitas que podem servir de base para o planejamento ambiental e urbano. A melhor resolução da imagem Landsat-8 disponibilizada atualmente se refletiu no alto índice de acurácia obtido na classificação semiautomática com o uso do QGIS. Porém, ressaltamos a necessidade de mais levantamentos de campo para refinamento maior da classificação de cobertura e uso da terra e obtenção de dados de emissividade de forma direta para maior precisão de dados de temperatura de superfície.

8 Referências Brandão, A. M. P. M. As alterações climáticas na área metropolitana do Rio de Janeiro: uma provável influência do crescimento urbano. In: Abreu, M. (org.): Natureza e sociedade no Rio de Janeiro. Rio de Janeiro: Secretaria Municipal de Cultura, Turismo e Esporte, p Brandão, A. M. P. M. O Clima Urbano na Cidade do Rio de Janeiro p. (Departamento de Geografia, FFLCH, USP). Tese (Doutorado em Geografia Física) Universidade de São Paulo, São Paulo IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Banco de dados do IBGE. Disponível em: < Acesso em: 12. jan Köppen, W. Climatologia. México: Fondo de Cultura Económica, Lombardo, M. A. Ilha de Calor nas Metrópoles: o exemplo de São Paulo. São Paulo: HUCITEC, p. Lucena, A. J. A ilha de calor na região metropolitana do Rio de Janeiro. Tese (Doutorado em Geografia) - Programa de Engenharia Civil, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro Mendonça, F. Danni-Oliveira, I. M. Climatologia: noções básicas e climas do Brasil. São Paulo: Oficina de Texto, p. Monteiro, C.A. de F; Mendonça, F. Clima Urbano. São Paulo: Contexto, p. Rossetti, L. A. F. G.; Pinto, S. A. F; Almeida, C. M. Geotecnologias aplicadas à caracterização das alterações da cobertura vegetal intraurbana e da expansão urbana da cidade de Rio Claro (SP). In: XIII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Florianópolis, Brasil. Anais. Florianópolis: INPE, 2007, p Steinke, V. A; Steinke, E. T; Saito, C. H. Estimativa da temperatura de superfície em áreas urbanas em processo de consolidação: reflexões e experimento em Planaltina-DF. Revista Brasileira de Climatologia, v. 6, p , USGS. United States Geological Survey Earth Explorer. Disponível em: < Acesso em 24. out