ANÁLISE DAS MUDANÇAS NO USO E OCUPAÇÃO DO SOLO ATRAVÉS DE DADOS DE SATÉLITES E SUAS IMPLICAÇÕES NA ALTERAÇÃO DO CAMPO TÉRMICO DO BAIRRO KOBRASOL, SÃO JOSÉ/SC. Gabriel Pereira 1 RESUMO: Este estudo pretende apresentar os resultados da análise da evolução urbana do Bairro Kobrasol, São José/SC e suas implicações nos parâmetros ambientais que estão relacionados ao uso e ocupação do solo. Com o auxílio de técnicas de geoprocessamento de dados obtidos através do Satélite LANDSAT 5 sensor TM bandas 3, 4 e 5, pôde-se estimar o total de alteração na área de superfície impermeável no período que compreende 20 anos (1985 2005). Esta alteração na impermeabilização do solo contribui para a modificação do balanço de energia no interior da cidade e, conseqüentemente, com a criação de ilhas de calor, que foram estudas em 4 condições meteorológicas definidas. ABSTRACT: This study is intended to present the results of the urban evolution analysis of the Kobrasol Quarter, São José City in Santa Catarina State, and the impact of land use land cover changes due to urbanization on surface microclimate. By data s geoprocessing gotten through the LANDSAT 5 satellite, sensor TM bands 3, 4 and 5, it was esteem the total of changes in the Imperveous surface area (ISA) in the period of 20 years (1985-2005). This alteration in the waterproofing of the ground contributes for the modification of the energy balance in the interior of the city and, therefore, with the creation of heat islands, that had been study in four defined meteorological conditions. Palavras-Chave: Ilhas de Calor, Urbanização, Área de Superfície Impermeável. INTRODUÇÃO Com o atual processo de urbanização da sociedade brasileira, torna-se muito importante o estudo das alterações causadas pelas aglomerações urbanas no meio ambiente e no microclima da região. Uma das principais técnicas de obtenção de dados ambientais para posterior análise é a aquisição de imagens multiespectrais provenientes de sensores orbitais, que após o processamento dos dados, permite extrair informações importantes sobre a área de estudo, como por exemplo, o uso e ocupação do solo, área de superfície impermeável ou mesmo a temperatura da superfície. Com as mudanças no uso e ocupação do solo, causada principalmente pela urbanização, muda-se o balanço radiativo no interior da cidade, alterando o fluxo de calor latente, o fluxo de calor sensível e o balanço de ondas longas. Nos ambientes urbanos os materiais utilizados possuem características muito diferentes daquelas encontradas na natureza, entre essas características divergentes, pode-se citar a capacidade de calor, a condutividade térmica, a taxa de difusão térmica e o calor específico. Essa modificação no balanço de energia de ondas longas (LW) é um dos principais com- 1 Mestrando em Sensoriamento Remoto, Divisão de Sensoriamento Remoto (DSR), Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), Caixa Postal 515-12201-970 - São José dos Campos - SP, Brasil; Tel.: (12) 3945-6736; gabriel@dsr.inpe.br.
ponentes antrópicos para a geração de ilhas de calor nos ambientes urbanos, que acarretam à população em geral, um grande desconforto térmico (OKE, 1978). METODOLOGIA Neste estudo foi feita a análise dos dados climatológicos do INMET, estação Florianópolis nº. 83897, que se localiza na região do Bairro Kobrasol, São José, Santa Catarina, compreendendo um período de 31 anos (1973-2003). Foram feitas medições de temperatura com o sensor termohigrômetro, EMR899HGN, fabricação da Oregon Scientific, que possui o tempo de resposta de 40 segundos para a medição de temperatura em 10 pontos do Bairro Kobrasol, São José/SC, que eram interpolados para a geração do campo térmico. Enfatizou-se uma distribuição homogênea e que cobrisse toda a superfície do bairro, sendo os pontos selecionados de acordo com o grau de urbanização (pouco urbanizado, urbanizado, muito urbanizado), trânsito de veículos (pouco, médio e muito) e vegetação (ausência, pouca cobertura vegetal ou muita cobertura vegetal). Os dados foram coletados e agrupados de acordo com as condições meteorológicas presentes no momento da observação (pré-frontal, frontal, pós-frontal e tropicalização da massa polar atlântica). Após a coleta era utilizada uma estação automática localizada próxima ao local das medições para a correção das variações térmicas ocorridas naquele dado momento. Utilizou-se os dados provenientes do satélite LANDSAT 5 sensor Thematic Mapper bandas 3, 4 e 5, referentes a faixa do eletromagnético na região do vermelho, infravermelho-próximo e infravermelho médio, respectivamente, com resolução espacial nominal de 30x30 metros no NADIR e resolução espacial efetiva de 45x45m, nas datas de 14/11/1985 e 21/11/2005. Estes dados, integrados à ferramenta de geoprocessamento SPRING 4.3 desenvolvida pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), permitiu a criação de operações através da linguagem LEGAL (Linguagem Espacial para Geoprocessamento Algébrico), possibilitando as mais variadas inferenciações geográficas. MUDANÇAS NO USO E OCUPAÇÃO DO SOLO Pode-se definir área de superfície impermeável (ISA) como a superfície que não permite a infiltração de água no solo, estando altamente relacionada com o escoamento superficial. O total de área de superfície impermeável está relacionado ao balanço energético e efeitos de ilhas de calor, sendo um forte indicador para a qualidade ambiental nas cidades. Há diversas maneiras de se obter o percentual de área impermeável: através de fotointerpretação e fotogrametria aérea, pesquisas de campo e satélites ambientais (Bauer et al., 2004). Para o cálculo da área de superfície impermeável utilizou-se o método proposto por Carlson e Arthur (2000), que permite, através do cálculo do índice de vegetação por diferença normalizada
(NDVI) 2, a obtenção do total de área de superfície impermeável extraídos da imagem de satélite. Este método demonstra a relação entre o índice de vegetação por diferença normalizada e a fração de cobertura vegetal para se chegar à área de superfície impermeável e, conseqüentemente, ao índice de urbanização. Esta relação pode ser expressa por: NDVI NDVI ISA = 1 NDVI s NDVI 0 0 2 dev (2) Onde NDVI representa o índice de vegetação por diferença normalizada, S representa os valores para vegetação densa, O representa os valores para solo exposto e dev indica que a fórmula deve ser utilizada apenas para regiões classificadas como urbanas. Neste caso quanto mais próximo do número um, maior a impermeabilidade da superfície (Carlson e Arthur, 2000). Para a Região do Bairro Kobrasol, obteve-se uma grande evolução da área de superfície impermeável, como demonstra o mapa a seguir: FIGURA 1 Mapa da Evolução da Superfície Impermeável para o Bairro Kobrasol, SJ / SC. 2 O índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI) é utilizado para medir a quantidade de vegetação de uma superfície através de informações de satélites, obtendo-se uma avaliação do vigor da cobertura vegetal na área imageada. Obtemos o NDVI pela seguinte fórmula: NDVI = ( IVP Verm) /( IVP + Verm), onde IVP representa a banda 4 do LANDSAT 5 TM. e Verm representa a banda 3 do LANDSAT 5 TM.
Através da análise estatística presente no Software SPRING pode-se calcular a evolução da área de superfície impermeável. Pode-se perceber que no intervalo de 20 anos, que compreendem a aquisição das duas imagens, o total de área impermeável teve um acréscimo de 67% e a área com vegetação densa (que é apontada por muitos autores como uma das possíveis minimizações do efeito de ilhas de calor nos núcleos urbanos) teve um decréscimo de 59,98%. A FORMAÇÃO DAS ILHAS DE CALOR NO BAIRRO KOBRASOL Com a modificação no uso e ocupação do solo a estação Florianópolis nº. 83897, que se localiza no Bairro Kobrasol São José / SC, vem sofrendo ao longo do tempo a influência da urbanização desenfreada e sem planejamento que ocorre ao seu redor. Para a quantização dessa influência foram coletadas, em 20 dias (compreendendo os meses de agosto e setembro) as temperaturas no interior do bairro, esses resultados foram agrupados seguindo os critérios de circulação regional predominante no momento (característica pré-frontal, frontal, pós-frontal e tropicalização da massa polar atlântica). Após definir os grupos para a análise das ilhas de calor, calculou-se a média do campo térmico do Bairro Kobrasol referentes às 20 observações. A figura que demonstra a configuração média para as temperaturas (figura 2 abaixo) permite extrair algumas informações importantes, como por exemplo, a influência ocasionada pela urbanização na estação do INMET. FIGURA 2 Mapa do Campo térmico médio do Bairro Kobrasol, SJ / SC, gerados pelo método de interpolação linear.
CONSIDERAÇÕES FINAIS No decorrer do processo de urbanização, as cidades adquiriram um grande desenvolvimento horizontal e vertical, passando a atuar como grandes modificadoras do clima local. Percebe-se que as mudanças climáticas urbanas - geradas pelas atividades humanas - são muitas, variadas e modificam o balanço de radiação, a temperatura, a umidade, a pressão e também a aerodinâmica do meio. As mudanças climáticas que ocorrem em ambientes urbanos, como no caso do Bairro Kobrasol, derivam de vários processos transformadores do meio, entre eles, a substituição dos materiais naturais pelos materiais urbanos, a criação de um novo contexto topográfico (através dos prédios), a modificação da composição química e estrutural da atmosfera, a impermeabilização do solo (ISA) e o aumento das superfícies de absorção térmica. Pelo mapa das médias de temperatura coletadas no Bairro Kobrasol (caracterizado por apresentar uma urbanização de médio porte, com prédios de até 14 andares e poucas casas), percebe-se que os pontos que apresentaram o maior aquecimento são aqueles onde não existe vegetação, havendo um intenso tráfego de veículos e grande concentração de prédios. Neles a temperatura média varia de 2,25 ºC a 4,50ºC, configurando mais ao norte do bairro uma ilha de calor que predomina, praticamente, em todas as observações. Percebe-se ainda que a estação do INMET encontra-se numa região de aquecimento intermediário, onde a média das temperaturas variam entre 1,80ºC a 2,40ºC. Entretanto, em algumas observações obtiveram-se temperaturas superiores a 3,80ºC e, em condições atmosféricas distintas, temperaturas abaixo de -1,00ºC. Isto demonstra a grande relação entre a formação das ilhas de calor e as características sinóticas atuantes naquele dado momento. Para situações sinóticas pré-frontais, onde a frente fria localizava-se próximo ao Rio Grande do Sul, com predomínio de ventos do quadrante norte/noroeste e grande aquecimento local, percebeu-se que os maiores aquecimentos estão localizados em áreas de tráfego intenso e em locais onde os ventos têm sua velocidade reduzida pelos edifícios e construções, já os pontos que apresentam os menores aquecimentos são aqueles localizados onde existe a confluência do ar, aumentando a velocidade do vento, geralmente localizados em regiões orientadas no sentido N S. Nestas situações as temperaturas não excederam 3,5ºC de diferença para o perímetro urbano (caracterizado pela borda do bairro). Em situações de presença de frente fria na região, onde predominam grandes áreas de instabilidade atmosférica, temperaturas em declínio, céu encoberto e ventos do quadrante sul/sudeste, o campo térmico do bairro permaneceu estável e apresentou pouca variação, sem a formação de ilhas de calor. Nesses casos as temperaturas variaram entre -0,6ºC a 0,0ºC. Após a passagem da frente fria, é numa situação pós-frontal de grande estabilidade que as temperaturas no Bairro Kobrasol adquirem suas temperaturas mais contrastantes, estruturando-se
apenas uma ilha de calor, que dependendo do dia analisado e das condições do vento podia chegar até 5.5ºC de diferença para o perímetro urbano. Pode-se dizer que em situações após a passagem da frente fria, os ventos do quadrante sul geram uma circulação distinta no bairro, amenizando as temperaturas próximas ao oceano, e intensificando-as no interior do bairro. Com a tropicalização da massa polar atlântica (mpa), cuja condição sinótica é caracterizada pelo tempo estável sem nebulosidades, ventos do quadrante nordeste, variando de fraco a forte e temperaturas em gradual aquecimento, verificaram-se a existência de núcleos de aquecimento. Nestes núcleos as temperaturas chegavam a até 6ºC de diferença para regiões próximas no próprio bairro, nesta situação atmosférica obteve-se as maiores diferenças de temperatura no bairro, fato caracterizado pelo gradual aquecimento e a orientação das ruas no sentido oposto ao do vento. Por último ao comparar-se os resultados obtidos com as coletas em campo no Bairro Kobrasol - São José - Santa Catarina com os dados da estação do INMET, para avaliar o impacto que a urbanização das regiões próximas a estação meteorológica nº. 83897, pode-se visualizar (no gráfico a- baixo) que atualmente as temperaturas referentes à média mensal anual tiveram um acréscimo, em alguns meses, de até 1.50ºC em 30 anos, com destaques para os meses de março, abril, outubro e dezembro. ( ºC/ano) 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0-0,01-0,02 Inclinação da reta de Tendência para a Temperatura Média Anual na Estação INMET nº 83897 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Anu Série1 0,03 0,02 0,04 0,05 0,02 0,04-0,01 0 0,02 0,04 0,04 0,04 0,03 GRÁFICO 1 Inclinação da reta de tendência demonstrando o acréscimo na temperatura na estação do INMET nº. 83897 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Bauer, M. E., Heinert, N. J., Doyle, J. K., Yuan, f., Impervious surface mapping and change monitoring using LANDSAT remote sensing. ASPRS 2001 Annual Convention, Proceedings, St. Louis, Missouri (American Society for Photogrammetry and Remote Sensing, Bethesda, Maryland), unpaginated CD-ROM, May 2004. Carlson, T. N., Arthur, S. T., The impact of land use land cover changes due to urbanization on surface microclimate and hydrology: a satellite perspective. Global and Planetary Change, v. 25, Issues 1-2, pp. 49-65, July 2000. Oke, T. R. Boundary Layer Climates. London: Methuem & Ltd. A. Halsted Press Book, John Wiley & Sons, New York, 1978, 372p.