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MENDONA, F.; DUBREUIL, V. Termografia de superfcie e temperatura do ar...

R. RAE GA, Curitiba, n. 9, p. 25-35, 2005. Editora UFPR 25

TERMOGRAFIA DE SUPERFCIE E TEMPERATURA DO AR NA RMC(REGIO METROPOLITANA DE CURITIBA/PR)

Surface thermography and air temperature on the RMC

(Curitibas Metropolitan Region)

Francisco MENDONA1

Vincent DUBREUIL2

1 Departamento de Geografia da UFPR, doutor em Geografia e professor titular da UFPR 2 Departement de Geographie Laoratoire Costel Climat et Occupation du Sol par Tldtection Universit Rennes II Haute

Bretagne France

RESUMO

Este estudo coloca em evidncia a anlise da relao entrea termografia de superfcie e a temperatura do ar no invernode 2002 na Regio Metropolitana de Curitiba PR. Para suaelaborao foram utilizados dados provenientes de imagemde satlite (Landsat TM Canal 6) e dados meteorolgicos,

bem como empregada a anlise rtmica para a interpretaodos tipos de tempo na abordagem espao-temporal. Aimagem evidenciou a formao de uma ilha de calor nasuperfcie e os dados meteorolgicos uma ilha de frescor a1,5 m, simultneas, sobre a mancha urbana. Os resultadosrevelaram as diferenas teoricamente conhecidas entre osprocessos de aquecimento das superfcies naturais e dasartificializadas (balano de radiao).

Palavras-chave:Termografia, temperatura do ar, clima urbano, ilha de calor,Regio Metropolitana de Curitiba.

ABSTRACT

This study shows the analysis of the relation between thesurface thermography and the air temperature in Winter 2002at Curitibas Metropolitan Region (Brazil). It was used datafrom the satellite image (Landsat TM Channel 6) and themeteorological data. Also it was applied the rhythmic analysis

of the weather. The image shows the formation of a heatedisland on the urban surface and the meteorological datashow the configuration of a cold island at 1,5 m,simultaneously, above urban agglomeration. The resultsshow the theoretically known differences between thewarming process of the natural and antropogenical surfaces(radiation balance).

Key-words:Thermography, air temperature, urban climate, heated island,Curitibas Metropolitan Region.


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R. RAE GA, Curitiba, n. 9, p. 25-35, 2005. Editora UFPR26

INTRODUO

Curitiba, situada na regio Sul do Brasil (figura1), tornou-se uma das mais importantes cidades dopas nos ltimos trinta anos. A aplicao de umplanejamento urbano apos a dcada de 1960, seumonitoramento, e a criao de imagens muito positivassobre a cidade (citymarketing) atraram muitasempresas e imigrantes que ali se instalaram nesseperodo (MENDONA, 2001). Este fluxo de migrantestornou-se cada vez mais importante, o que dinamizoude maneira considervel o processo de urbanizao-regionalizao regional.

A populao da cidade de Curitiba, que contavaaproximadamente 609.000 habitantes em 1970, atingiu1.024.000 em 1980, 1.313.000 em 1990, e atualmenteultrapassa 1.700.000. A regio metropolitana da qual ela o plo (RMC - Regio Metropolitana de Curitiba) conta

cerca de 2.600.000 habitantes, enquanto a populaoda aglomerao urbana (sede de seis municpios) decerca de 2.300.000 habitantes. Este rpido crescimentourbano, que reproduz de perto o processo deurbanizao corporativa brasileiro (SANTOS, 1993),introduz importantes alteraes nas condiesclimticas locais (clima tropical de altitude Cfa e Cfb,segundo W. Keppen dominado por massas de artropicais e extratropicais) e cria um clima urbano-regionalparticular.

O clima urbano coloca em evidncia as alteraesdo ambiente precedente decorrentes das atividadeshumanas, sendo ele o resultado da interao entre a

sociedade e a natureza na cidade. Para seu estudo acincia ocidental dispe de uma considervel quantidadede referncias, das quais podem ser destacadas ascontribuies de Oke (1978), Henderson-Sellers eRobinson (1989), Escourou (1991), Monteiro e Mendona(2003), dentre outras.

Regies metropolitanas de grandes dimenses ede considervel diversificao espacial, como oexemplificam as brasileiras, apresentam desafios tericose tcnicos ao estudo do clima que sobre elas se forma.Esta escala de abordagem exige uma articulao entremetodologias e tcnicas inovadoras, sendo a identificaode paisagens intra-urbanas (MENDONA, 1995)

associada ao emprego de imagens de satlites um bomrecurso para o desenvolvimento da investigao cientficarelativa s condies climticas dessa dimenso urbana(COLLISHON, 1998).

No presente texto volta-se a ateno anlise doclima urbano-regional da RMC, particularmente para aconfigurao de seu campo trmico em situao de invernoa partir da temperatura da superfcie do solo (termografia)e da temperatura do ar (a 1,5 m). O documento explicita

os resultados de um exerccio do emprego de tcnicasclssicas e de tecnologia contempornea na anlise docampo trmico urbano-metropolitano, na perspectiva deinfluenciar um maior emprego do uso das novas tecnologiasem estudos de geografia.

MTODOS E TCNICAS DO ESTUDO

Para a anlise aqui elaborada, foram utilizadosdados de quatro estaes meteorolgicas (urbanas erurais da RMC tabela 1) e uma imagem Landsat 7 ETMdo ms de setembro de 2002. As estaesmeteorolgicas foram escolhidas em funo de suadistribuio na RMC, da disponibilidade de dados e dadiversidade de seus stios geogrficos (urbano, periurbanoe rural).

Os dados meteorolgicos foram tratados com a

utilizao do software Excel, a partir do qual foramconstrudos os grficos de tipos de tempos (figuras emanexo) que precederam a data de tomada da imagemnas quatro localidades urbanas e rurais em estudo(tabela 1). Assim, efetuou-se a anlise rtmica dos tiposde tempo, conforme Monteiro (1971), o que evidencioutanto a variabilidade diria dos parmetros meteorolgicos(a 1,5 m) quanto a atuao dos sistemas atmosfricosresponsveis pelas condies climticas regionais.

A imagem empregada neste estudo uma cenaLandsat ETM+ do dia 2 de setembro de 2002 (WRS 220/078) tomada por volta de 10h30min local, adquirida juntoao servio Global Land Cover Facility (http://glcfapp.umiacs.umd.edu:8080/esdi/index.jsp). Para estaimagem o conjunto dos canais Landsat esto disponveisem uma resoluo de 30 metros. Entretanto, para esteestudo optou-se por utilizar o canal 6 (infra-vermelhotrmico 60 metros de resoluo espacial) a fim demostrar a repartio das superfcies quentes e frias naaglomerao. Os valores indicadores foram convertidos(com uso do software IDRISI) em temperaturas de brilhocom o uso dos coeficientes de repartio (coefficientsdtalonnage) fornecidos com a imagem. Nenhumacorreo atmosfrica foi aplicada sobre esta imagem.

Uso e ocupao do solo da RMC foram analisados

a partir de uma composio colorida de trs canais (4, 5,3) da imagem Landsat, a partir da qual foi possvelidentificar as diferentes paisagens intra-urbanas(MENDONA, 1995) da aglomerao urbana estudada.

A anlise comparativa de todos estes documentos(dados, tabelas, grficos, mapas e imagens), comple-mentarizada por um suporte terico relativo abordagemgeogrfica do estudo do clima urbano em cidadestropicais, permitiu a elaborao do presente texto.


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FIGURA 1 - RMC E ESTAES METEOROLGICAS LOCALIZAO GEOGRFICA


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rio d continuidade ao aludido caminho natural, pois que,ao possuir suas nascentes na altura de Curitiba, temseu leito traado em direo NE-W na divisa dos Estadosdo Paran e Santa Catarina. Os sistemas continentais,por sua vez, utilizam deste caminho para atingir a cidadeprovenientes do quadrante W-SO.

Na estao de vero, sob a ao dos sistemastropicais, as temperaturas absolutas na regio podem

aproximar-se dos 40 C, sobretudo na sua poro Norte,embora a temperatura mdia das mximas esteja emtorno dos 20 C (tabela 2) em toda a regio metropolitana.No inverno, ao contrrio e devido importante atuaodo sistema extratropical, as temperaturas atingeminmeras vezes valores negativos, com maior evidnciana poro Sul da regio, sendo que a mdia dastemperaturas mnimas situa-se em torno dos 13 C. Area apresenta-se com boa umidade o ano todo, sendo apluviosidade ali geralmente superior aos 1.300 mm. Julho considerado o ms mais frio e agosto um dos menosmidos, mas as temperaturas permaneem reduzidasat meados da primavera, como se ver no incio

dessa estao do ano de 2002 no exemplo analisadoa seguir.Danni-Oliveira (2000) apresentou importantes

consideraes acerca da formao de condiesclimticas particulares relativas ao ambiente urbano dacidade de Curitiba, e constatou a formao do climaurbano desta cidade. Em detalhados experimentos decampo, comprovou que a cidade apresenta, em geral,temperaturas do ar mais elevadas do que a zona ruralcircunvizinha; assim, destacou a importncia do fluxo deveculos na interferncia do comportamento datemperatura do ar da cidade, dentre outros fatores.

Segundo Mendona (2001, p.106) a atmosfera

curitibana registra comumente, todavia, e esta uma desuas mais expressivas particularidades, a ocorrncia devariados tipos de tempo num s dia ou estao, dando aimpresso de se vivenciar as quatro estaes do anonum mesmo dia ou ms. Esta variabilidade que, de acordocom Danni-Oliveira (indito), apresenta contrastesgritantes de um ano para outro, pode ser compreendidanuma oportuna aplicao do pensamento de Perard(1997), como reflexo da variabilidade de tipos de tempo

TABELA 1 - REGIO METROPOLITANA DE CURITIBA PR. LOCALIZAO GEOGRFICA DAS ESTAESMETEOROLGICAS

O CLIMA DA RMC E DE CURITIBA CARACTERSTICAS PRINCIPAIS

Trs sistemas atmosfricos principais, ou massasde ar, dominam e controlam a dinmica da atmosfrica naporo Leste do Paran, portanto na RMC e na cidade deCuritiba. Dois deles so de origem tropical (MTa MassaTropical Atlntica e MTc Massa Tropical Pacfica, e

esporadicamente a MEc Massa Equatorial Continental),que reforam ali o efeito da latitude e garantem a formaode tipos de tempo quente, e um extra-tropical (Mpa Massa Polar Atlntica) responsvel, em associao coma altitude (Curitiba est a aproximadamente 900m dealtitude em relao ao nvel do mar), pelas baixastemperaturas regionais e locais. A maritimidade injeta aliuma considervel umidade na atmosfera.

O tipo climtico predominante na RMC omesotrmico dominado por sistemas tropicais e polares.Na maior parte da rea aparece o tipo mesotrmico comvero fresco (Cfb da classificao de Keppen), sendo quena parte Norte observa-se uma pequena rea onde o tipo

mesotrmico com vero quente (Cfa) predomina.Mendona e Oliveira (1998, p. 15), ao compararemo clima da cidade de Curitiba com seu entorno regional,observaram sua individualizao, evidenciada nota-damente nos padres trmicos. Concluram eles que acapital do Estado do Paran pode ser considerada, emtermos gerais, como formadora de uma ilha de frescorem relao s cidades vizinhas, pois no vero (outubroa maro), ocorrem a formao de ilhas de frio em Curitiba,efeito orogrfico associado dinmica atmosfrica, comtemperaturas, em geral, entre 17 C e 20 C. As outrascidades apresentam temperaturas entre 21 C e 25 C.

Segundo Mendona (2001, p.103), situada sobre

a Serra do Mar, no divisor de guas das baciashidrogrficas do rio Iguau (ao Sul) e do rio Ribeira doIguape (ao Norte), a cidade de Curitiba registra a entradados dois principais sistemas atmosfricos da regio comoprovenientes do quadrante Norte. Este direcionamento propiciado pelo encaixe dos ventos no vale do segundorio que, ao desaguar no oceano Atlntico, no Sul do estadode So Paulo, talhou o caminho natural para a penetraodos referidos sistemas no continente. O vale do segundo


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tropical sob condies de montanha e em sua interaocom a circulao atmosfrica e ocenica.

O uso de imagens de satlite no estudo do climaurbano , entretanto, um recurso ainda muito poucoutilizado quando se observam os estudos de climatologiabrasileiros (MONTEIRO e MENDONCA, 2003). Os trabalhos

de Lombardo (1985), Mendona (1995) e Colhishon (1998)so alguns dos poucos exemplos brasileiros queempregaram imagens de satlite na anlise do campotrmico das cidades. O exerccio apresentado neste textoconstitui-se num experimento voltado explorao destatcnica no estudo do clima da cidade.

TERMOGRAFIA DE SUPERFCIE E TEMPERATURADO AR NA RMC

A anlise da evoluo das condies climticasmostra que, na cidade de Curitiba, a temperatura mdiae o total de precipitaes anuais tm aumentadoprogressivamente apos a dcada de 1950 (cerca de 1,5C). Esta intensificao do aquecimento-pluviosidade foitambm observada na cidade de Iguape, localizada emuma rea de proteo ambiental e situada cerca de 150quilmetros a Nordeste de Curitiba, e na qual a

urbanizao no apresentou importantes alteraes nomesmo perodo. A abordagem comparativa entre as duascidades permite concluir, particularmente quando seobservam suas diferenciaes geogrficas ao longo dahistria recente, que a intensificao do aquecimentoregional e local reflete o processo observado na escalaglobal (NOGAROLLI, 2000).

Observando-se, de maneira mais detalhada, ocontexto geogrfico atual da RMC e de sua aglomeraourbana, objetivo do presente estudo, torna-se possvelconstatar os efeitos da urbanizao, da industrializao,da densidade da cobertura vegetal e da topografia sobreo campo trmico local.

A mancha urbana aparece (figuras 1 e 2), em geral,mais quente que a zona rural vizinha (a superfcie urbanaaparece como uma ilha de calor dentro da regio) e, demaneira mais detalhada, uma clara diferenciao detemperaturas no interior da aglomerao urbana aparecede maneira mais evidente. Esta diferenciao depaisagens intra-urbanas reflete a diversidade daorganizao do espao e do uso do solo local-regional e,uma vez associados ao processo radiativo, evidenciam a

TABELA 2 - REGIO METROPOLITANA DE CURITIBA - PR. NORMAIS CLIMATOLGICAS

formao de ilhas de calor alternadas com ilhas de frescor(arquiplagos de ilhas de calor e de frescor) tanto intra-aglomerao quanto nos espaos periurbanos.

As temperaturas da superfcie mineralizada pelaurbanizao-industrializao apresentam uma variaoda ordem de 12 C a 20 C, donde uma amplitude trmicade cerca de 8 C no mesmo espao e no mesmomomento. A anlise revela um complexo mosaico datermografia da superfcie que corresponde utilizaodo solo e ao planejamento urbano aplicado cidade deCuritiba, pois os eixos de transportes urbanos que

estruturam a espacializao da massa edificada sofacilmente distinguveis na imagem relativa composiocolorida (figura 3) e ao canal 6 (figura 2).

Como superfcies mais aquecidas destacam-seaquelas correspondentes s lminas de guas dasrepresas do Ira e da Sanepar a Leste, e do ParquePassana a Oeste. No espao intra-urbano daaglomerao, os lagos dos parques urbanos do Barigi eSo Loureno so bastante proeminentes, ou seja,apresentam-se j bastante aquecidos no perodo damanh, pois que a gua desempenha um importantepapel na reteno de calor, sendo um dos melhoresreguladores trmicos da natureza. Destacam-se ainda,intra-aglomerao urbana, a CIC (Cidade Industrial deCuritiba), os eixos de transporte urbano e as reas deforte adensamento de edificaes, mais aquecidas queo entorno devido ao acmulo de calor em suas superfciesmineralizadas (de menor albedo que aquelas vegetadas,umidas e escuras).

Na zona rural circunvizinha, a termografia desuperfcie varia de 4 C a 20 C, donde uma maioramplitude trmica (16 C, aproximadamente) que aquela


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observada intra-aglomerao urbana, aspecto reveladorda heterogeneidade da cobertura vegetal da rea rural.Nesta, as mais baixas temperaturas correspondem aoslugares de melhor cobertura de biomassa, portanto commelhor e mais densa cobertura vegetal, assim como asmais expressivas elevaes do relevo, estas com maiordestaque na poro leste-sudeste e Noroeste da imagem.Poucos pontos com elevada temperatura (cerca de 15C a 20C) aparecem de maneira isolada na rea agrcola-rural da imagem, sendo que ali predominam temperaturasque vo dos 12 C aos 5 C, o que resulta no fato de area rural apresentar-se menos aquecida em suasuperfcie que a poro urbanizada. No que concerne area urbana, ela evidencia, diferentemente, uma maiorhomogeneidade trmica, resultado direto da fracacobertura vegetal e da predominncia de materiaisantropognicos na concretude urbana.

As diferenas quanto heterogeneidade ehomogeneidade dos espaos urbanos e rurais observadasnas imagens (termografia e uso do solo) refletem

diferenciaes concernentes s escalas de produo dosdocumentos-bases do estudo. Numa escala maisdetalhada, ou maior, estas diferenas apresentar-se-iam,ao contrrio, mais ricas no espao intra-urbano, o queevidenciaria uma maior heterogeneidade sobre estequando comparado quele. Assim, a superfcie urbanaforma um continuum trmico bem mais compacto euniforme que a superfcie rural do entorno.

Os dados provenientes da imagem de satlitemostram a formao, no momento da tomada da imagem,de um expressivo contraste entre a temperatura dasuperfcie e a temperatura do ar (a 1,5 m). A observaoda imagem deixa clara a formao de uma ilha de calorurbana, na qual a termografia evidencia uma variao decerca de 10 C relativa massa edificada da cidade,enquanto que o ar sobre esta ainda , no final da manh,mais fresco que a superfcie. Sobre a aglomerao urbanapode ser observada a formao de uma ilha de frescor a1,5 m, na qual a temperatura apresenta-se, em geral,cerca de 3 C inferior da zona rural vizinha.

FIGURA 2 - RMC REGIO METROPOLITANA DE CURITIBA. TERMOGRAFIA DE SUPERFCIE

IMAGEM LANDSAT ETM 02/09/2002 - APROX.: 10H40MIN.NOTA: TEMPERATURA (LEGENDA) EM C.


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Uma vez tratados e analisados, os dados revelamque na poro Norte da RMC predominava um bolso dear mais quente que a poro Centro-Sul, embora toda aregio estivesse sob o domnio do ar frio de origem polar(MPa Massa Polar Atlntica). Esta condio atmosfricasugere a compreenso de que o ar polar estivessetendendo a uma tropicalizao na poro Norte da regio,pois a ocorrncia de frontognese (31, 29 e 26/08) nosdias anteriores tomada da imagem (02/09) coloca emevidncia a disputa entre o ar frio de origem polar e o arquente de origem tropical, sobre a regio. As figuras 4 e5 relativas cidade de Curitiba ilustram, a ttulo deexemplo, a anlise rtmica dos tipos de tempo elaboradapara as quatro localidades envolvidas na presenteabordagem, documento a partir do qual as caractersticasacima foram inferidas.

De toda maneira a estao de Cerro Azul, aquiutilizada como representante das condies climticas

da poro Norte da RMC est, devido sua localizaoe situao (bacia hidrogrfica do Capivari-Ribeira doIguape), muito mais submetida ao dos sistemasatmosfricos tropicais que as demais estaes, o queconduz compreenso do fato de suas mdias trmicase das temperaturas do perodo em anlise apresentarem-se mais elevadas que as outras estaes. A porocentro-Sul da RMC apresentou temperaturas inferioresque aquela ao Norte, pois que estava mais diretamentedominada pelo ar menos quente proveniente do sistemaextra-tropical (MPa), donde se observar um gradientetrmico negativo de direo Norte-Sul (tabela 3).

Analisando-se, comparativamente, os dadosprovenientes de sensores e fontes diferentes (imagemde satlite e postos de medio de superfcie), nota-seque o processo de aquecimento foi bem mais rpido eimportante sobre a superfcie do que no ar. O solo e o arestando relativamente secos, pois que as ltimas

FIGURA 3 - RMC REGIO METROPOLITANA DE CURITIBA. USO DO SOLO

IMAGEM LANDSAT ETM 02/09/2002 - APROX.: 10H40MIN.NOTA: COMPOSIO DOS CANAIS 4, 5, 3.

ETM+ : 2 sept. 2002; 220/078 Curitiba, Brsil, CC 4, 5, 3


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FIGURA 4 - CURITIBA/PR TIPOS DE TEMPO 20/08 A 02/09/2002


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FIGURA 5 - CURITIBA/PR TIPOS DE TEMPO 02/09/2002


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TABELA 3 - REGIO METROPOLITANA DE CURITIBA - PR. ASPECTOS METEOROLGICOS - 02/SETEMBRO/2002

precipitaes pluviais teriam sido insuficientes paraproduzir uma profunda e duradoura umidade da superfcie(menos de 6 mm), tanto no meio urbano quanto no meiorural, resultaram numa importante variao espacial datemperatura e numa expressiva amplitude trmica no dia2 de setembro de 2002 (tabela 3).

O maior aquecimento de algumas reas rurais(figuras 2 e 3) pode estar relacionado tanto baixaumidade de determinadas superfcies agrcolas quanto maior radiao que se processou sobre as mesmasquando comparadas ao meio urbano e periurbano (tabela3). A formao de uma ilha de menor umidade relativasobre a aglomerao urbana tambm pode, por outrolado, ter derivado numa maior temperatura sobre esta,pois o fluxo de calor sensvel teria ali se desenvolvido demaneira mais rpida e intensa que sobre a superfcierural contgua.

CONCLUSES

A temperatura do ar de uma determinada localidade resultante de uma combinao momentnea dedeterminados fatores. No ambiente urbano, a escalaespacial e temporal dos fatores intervenientes naconfigurao climtica apresenta particularidadesderivadas tanto da maior heterogeneidade relativa ao usoe ocupao do solo, quanto da maior velocidade e

diversidade das atividades humanas em relao ao meioagrcola e rural. A anlise elaborada sobre a RMC, nadata especfica de 2 de setembro de 2002 e final do msde agosto daquele mesmo ano, utilizando-se de tcnicasconvencionais e inovadoras, revelou a formao decampos trmicos e higromtricos diferenciados e

superpostos no nvel da superfcie e a 1,5 m.Na imagem de satlite empregada no presente

estudo, particularmente o canal 6 do Landsat TM, apaisagem rural da RMC apresentou uma heterogenei-dade trmica mais importante que aquela daaglomerao urbana. Este fato resultou na formao deuma mancha trmica urbana mais homognea quandocomparada zona rural contgua, embora suatermografia de superfcie tenha se mostrado maishomognea que a rural. Todavia, a heterogeneidade daspaisagens intra-urbanas mais rica que aquela relativas paisagens rurais, mas a diferenciao de resoluoentre o canal termal (canal 6) e os demais canais resulta

em resultados diferentes quanto termografia desuperfcie e o uso e ocupao do solo da rea, como sepde observar.

A termografia de superfcie revelou a formao deum campo trmico bem homogneo constitudo peloaglomerado urbano da RMC em comparao superficierural circunvizinha. Na rea urbanizada, ainda que aamplitude trmica tenha sido menos expressiva que arural, observou-se a formao de ilhas de calor e ilhas de

FONTE DE DADOS: SIMEPAR.TMI: TEMPERATURA MNIMA EM C; TM: TEMPERATURA MDIA EM C; TMX: TEMPERATURA MXIMA EM C; UR: UMIDADERELATIVA EM %; PA: PRESSO ATMOSFRICA HPA; RAD: RADIAO EM W/M2; VV: VELOCIDADE DO VENTO; PL:PLUVIOSIDADE EM MM.


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frescor, donde se falar num arquiplago de ilhas trmicassobre a cidade. A aglomerao urbana, como um todo,destacou-se na paisagem regional formando uma manchacontnua mais quente que o entorno rural, este apresen-tando um diversificado mosaico de temperaturas quevariavam de 0 C a 20 C.

Numa situao tipicamente invernal, sob o domnioda Mpa, o ar sobre a RMC apresentou-se mais frescoque a superfcie. Este fato revelou que sobre as partesmineralizadas da aglomerao urbana o balano de

radiao processou-se com maior rapidez e resultou nomais rpido aquecimento da superfcie quando comparadaao ar subjacente. A umidade relativa do ar da cidadetambm apresentou-se menor que aquela do entorno,embora nas reas rurais a radiao tenha se processadode maneira mais intensa; estes dois fatores, associados termografia de superfcie e aos sistemas atmosfricosatuantes, foram de fundamental importncia para acompreenso da formao do campo trmico da RMCno perodo em anlise.

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