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Estudo de caso do fenômeno ilha de calor no centro de

Taguatinga

(Case study of the heat island phenomenon in the center of Taguatinga)

Cíntia Rocha da Trindade ¹, Cláusio Tavares Viana Teza ², Edson

Benício de Carvalho Junior ³

¹ Curso de Física- Universidade Católica de Brasília

² Curso de Engenharia Ambiental- Universidade Católica de Brasília ³ Curso de Física- Universidade Católica de Brasília

Em cidades como São Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte, as transformações econômicas e espaciais ocorreram de forma acelerada, com consequente redução da cobertura vegetal, contribuindo para incidência de fenômenos de ilhas de calor e regiões de baixa umidade. Assim, o presente trabalho pretende investigar a existência de ilha de calor no centro de Taguatinga, região administrativa do Distrito Federal, por meio de técnicas de sensoriamento remoto. Escolheu-se o sensor Aster para captar imagens, por possibilitar uma análise quantitativa das temperaturas da cidade e com esse resultado conclui-se que não há o fenômeno de ilha de calor em Taguatinga. Palavras-chave: Fenômeno de ilha de calor, sensoriamento remoto, cidade de Taguatinga. In cities like Sao Paulo, Rio de Janeiro and Belo Horizonte, spatial and economic changes occurred rapidly, with consequent reduction of vegetation, contributing to the incidence of phenomena of heat islands and regions of low humidity. Thus, this study aims to investigate the existence of heat island in the center of Wansbeck, administrative region of Federal District, through remote sensing techniques. We chose the Aster sensor to capture images, enabling a quantitative analysis of the temperatures of the city and with this result we conclude that there is the heat island phenomenon in Wansbeck. Keywords: Heat island phenomenon, remote sensing, Taguatinga.

1. Introdução

Os avanços tecnológicos e a necessidade de melhorar a economia

fazem com que países invistam, fortemente, no crescimento econômico. Assim,

aumentam os setores fabris, a oferta e a procura de empregos,

consequentemente, o número de construções e meios de transportes, muitas

vezes sem considerar, adequadamente, as questões ambientais e a

necessidade de conforto térmico, como garantia de qualidade de vida.

O Brasil está incluso na lista dos países emergentes que estão sofrendo

mudanças significativas no espaço urbano. Mudanças essas que fomentam o

aumento de fenômenos climáticos característicos de centros urbanos. Assim,

locais com grandes edificações, pouca vegetação e muita concentração de

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concreto tendem causar desconforto devido ao fenômeno ilha de calor. (TEZA,

2005).

O fenômeno de ilha de calor está presente em muitas cidades, sendo

que não é um fenômeno exclusivo das metrópoles (TEZA,2005) e para verificar

a existência do fenômeno é preciso comparar as temperaturas da região do

centro em relação a da periferia da região em estudo, ou seja, quando a

temperatura do centro está alta em relação a periferia há o fenômeno.

Para obter a diferença de temperatura entre o centro e a periferia, pode-

se utilizar termômetros, mas, atualmente, pode-se obter excelentes resultados,

por meio de técnica de sensoriamento remoto que permite obter imagens do

local de estudo utilizando sensores instalados na órbita da Terra.

Após a aquisição das imagens, emprega-se ferramentas de

programação, que possibilitam transformar as imagens espaciais obtidas em

termais.

Teoricamente, a cidade de Taguatinga, região administrativa, do Distrito

Federal, pode apresentar ilha de calor urbano, devido à presença de concreto,

asfalto, prédios, trânsito intenso. Com o passar do tempo essa situação pode

ser agravada, sendo preciso verificar a existência de fenômenos característicos

de centros urbanos, como por exemplo, efeito estufa, chuva ácida e etc, com o

intuito de se buscar soluções mitigadoras.

Este trabalho pretende investigar a existência do fenômeno de Ilha

Urbana de calor, por meio de técnicas de sensoriamento remoto, no centro de

Taguatinga, que de acordo com dados do governo é o maior pólo econômico

do Distrito Federal. Porém, o centro de Taguatinga não está localizado,

exatamente, na parte central da cidade, mas é o nome dado a parte da cidade

em que se desenvolveu rapidamente.

2 Referencial Teórico

2.1 Caracterizações do Fenômeno Ilha Urbana de Calor

Para Oke (1972) o fenômeno é a modificação dos parâmetros da

superfície e da atmosfera pela urbanização. Após a mudança espacial que os

centros urbanos vem sofrendo, com o surgimento de indústrias, casas e maior

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concentração de asfalto verificou-se o aumento da temperatura do centro em

relação às regiões circunvizinhas.

Segundo Lombardo (1985) a distribuição das isotermas1 nas cidades

mostra uma tendência para o aumento da temperatura da periferia em direção

ao centro. Essa diferença de temperatura do centro em relação à periferia é a

caracterização do fenômeno Ilha urbana de calor.

A ação urbanizadora do homem modifica, rapidamente, o espaço

causando a diminuição da vegetação e o fim de regiões aquosas

umidificadoras, colaborando para o aumento da temperatura. O mais

preocupante é que fenômenos climáticos como a Ilha Urbana de Calor não são

particularidade exclusiva das metrópoles podendo existir em qualquer núcleo

urbano (PAZERA JR, 1976).

Como, atualmente, núcleos urbanos estão substituindo a vegetação, que

auxilia na regulação da temperatura do ar e gera sombra (LECHNER, 1991),

por materiais como asfalto, que tem os maiores coeficientes de absorção para

radiação solar, além de ter alto grau de aquecimento.

A figura 1 mostra um exemplo da diferença entre a temperatura do ar

próximo da vegetação e do asfalto.

Figura 1 - Temperaturas do ar sobre a grama e sobre o asfalto – Fonte: Conforto Térmico

e Projeto Arquitetônico – Adaptado de Lechner (1991) p.238

Outro fator que acentua o fenômeno de Ilha Urbana de Calor é o

aumento na construção de edificações, que além de impedirem a circulação de

ar, são feitos de materiais condutores de energia térmica. A partir, da estrutura

1 Termo usado em mapas e diagramas meteorológicos especificando superfície de mesma

temperatura atmosférica.

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da edificação é possível analisar sua interação com o meio ambiente e

determinar sua contribuição para o fenômeno. Cada material apresenta um

comportamento ao receber radiação solar, os opacos, transparentes e

translúcidos absorvem,refletem e transportam radiação (KOENIGSBERGER et

al ,1977).

Os materiais utilizados na construção civil, como o concreto, refletem

para a atmosfera a radiação solar de forma que o contato dessas superfícies

aquecidas com o ar é capaz de aquecer grande quantidade de ar (CHVATAL,

1999).

Não só o desenvolvimento estrutural gera o fenômeno, mas a emissão

de poluentes tem grande participação no agravamento da Ilha de Calor Urbana.

O ar tende a direcionar-se para as regiões mais quentes, assim partículas de

poluentes, como, monóxido de carbono, dióxido de carbono,

clorofluorcarboneto e outros mais, vão para os centros urbanos (LOWRY,

1967). A poluição emitida por meios de transportes e indústrias formam uma

camada, geralmente, cinza devido a oxidação dos gases poluentes com vapor

d´água que aumenta a reemissão e absorção de radiação.

2.2 Sensoriamento Remoto

O surgimento do Sensoriamento Remoto se deu devido à necessidade

militar de conhecer a região, na qual está ocorrendo a batalha. A primeira foto

aérea foi tirada de um balão em 1856, após esta data a técnica expandiu-se e

passou a ser bastante utilizada em guerras civis. Na Primeira Guerra Mundial a

prática era frequente e já utilizavam aviões para obtenção de imagens. Mais

tarde, na Segunda Guerra Mundial criou-se o filme infravermelho, que

possibilitava diferenciar vegetação de roupas de camuflagem, aumentado a

precisão da comunicação para vencer a guerra. (FLORENZANO, 2002).

Com o desenvolvimento da ciência foram sendo criados radares e

sensores de alta resolução para fins de espionagem, porém até o período da

Guerra Fria os dados coletados eram sigilosos e exclusivos do serviço militar.

Em 1960, obtiveram a primeira fotografia tirada por satélites. A partir, desse

acontecimento percebeu-se o potencial e as vantagens da conquista de

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imagens orbitais, pois através dessas fotografias poderiam obter informações

sobre recursos terrestres e dados meteorológicos (FLORENZANO, 2002)

A definição de sensoriamento remoto é muito abrangente, devido as

várias formas de se adquirir as informações. Para Elachi, (1987),

sensoriamento remoto é “a aquisição de informações sobre um objeto sem que

se entre em contato físico com ele”. Os autores Novo (2008),Florenzano (2002)

e Baptista(2006), definem de forma semelhante a Elachi (1987), e enfatizam

que a radiação eletromagnética é de suma importância para a detecção da

informação.

A informação pode ser detectada e mensurada a partir das mudanças

que o objeto impõe aos campos eletromagnéticos, acústicos ou potenciais.

Segundo Novo (2008) “o termo sensoriamento remoto se tornou restrito ao uso

de sensores de radiação eletromagnética”, devido não necessitar de um meio

para se propagar. De forma, que sensores possam ficar em satélites e cada

vez mais distantes do alvo de estudo.

Os sensores captam a radiação emitida e transformam em sinais

elétricos, que são recebidos na Terra e logo após são transformados em

imagens orbitais. Conforme mostra o esquema abaixo.

Figura 2: Obtenção de imagens por sensoriamento remoto via satélite. Fonte: Imagens

de satélite para estudos ambientais. Florenzano(2002)

Para obter as imagens os satélites não são exclusivos, pode-se utilizar

também câmeras fotográficas e de vídeo, sistemas de varredura, radiômetros,

etc. Porém, para analisar o fenômeno de ilha de calor o uso de satélite/sensor

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é bem eficaz, por utilizar radiação eletromagnética, que não necessita está

próxima do alvo para chegar até o sensor.

2.2 O uso da Radiação Eletromagnética no Sensoriamento Remoto

As ondas eletromagnéticas tornaram-se fundamentais para o

sensoriamento remoto, pois é por meio delas que a informação é transferida

até os sensores. Este tipo de onda não necessita de um meio material para se

propagar, por isso propaga-se no vácuo. Sua independência em relação ao

meio de propagação é de extrema importância para o processo de

transferência de energia, e pode ser explicada pelo movimento do campo

elétrico oscilando gerando o campo magnético e o campo magnético gerando

um elétrico, sendo que os dois são perpendiculares em relação à propagação

da onda, como mostra a figura abaixo.

Figura 3: Onda eletromagnética. Fonte: HALLIDAY, 2009.

Da figura tem-se que E é campo elétrico, B é o campo magnético, λ é

comprimento de onda.

Para os sensores operarem é necessário energia, que pode ser

proveniente da luz solar, de fontes artificiais, etc. Essa energia é a radiação

eletromagnética, “que se propaga em forma de onda eletromagnética”

(FLORENZANO, 2002). A radiação eletromagnética é constituída de várias

características físicas (energia, frequência, comprimento de onda, intensidade,

polarização, etc...). Essas ondas podem ser caracterizadas pela equação,

c=λ (1)

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sendo, V a velocidade da onda, é a frequência e λ é o comprimento de onda.

Para conhecer a distribuição de ondas eletromagnéticas que formam o

campo da radiação eletromagnética, basta analisar o espectro magnético, o

qual representa os tipos de onda, de acordo com sua freqüência e

comprimento de onda. (NOVO, 2008). A figura 4 mostra um espectro

eletromagnético divido em faixas de frequência e comprimento de onda.

Figura 4- Espectro eletromagnético. Fonte: (HALLIDAY, 1993).

Os sensores detectam a energia que é refletida pelos objetos da

superfície quando a luz solar incide sobre eles, essa energia está representada

no espectro entre as faixas 0,38 e 3,00 µm.

Entre 0,38 e 0,72 µm é a região do visível e nessa faixa a radiação é

capaz de produzir sensação de visão para o olho humano normal. É importante

para o sensoriamento, pois o olho capta esse tipo de radiação podendo

interpretar as imagens.

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Entre 0,72 e 1,3 µm a região é conhecida como infravermelho próximo e

a região que compreendida entre 1,3 e 3 µm é a infravermelho de ondas curtas.

Entre 7 e 15 µm tem-se a infravermelho distante, em que sensores termais

operam. Sendo que todas as faixas são importantes para o sensoriamento e

que esses valores são flexíveis.

Para o sensoriamento remoto a utilização das ondas representadas no

espectro depende da energia da onda eletromagnética ao atingir a matéria.

(FLORENZANO, 2002). Quando a radiação eletromagnética interage a matéria

ocorre transferência de energia de forma descontínua. Conhecer a energia

envolvida no processo é importante, pois cada sensor detecta uma faixa de

freqüência. Sendo a função do sensor converter energia emitida pela matéria,

em informações, imagem ou gráfico. O sensor Aster capta dados em diferentes

faixas do espectro, a do visível e regiões do infravermelho (próximo, médio e

distante).

2.4 Reflexão, Transmissão e Espalhamento

Quando há incidência de luz sobre a face de materiais, parte da energia

é refletida, parte é transmitida pela face do material, e o restante é espalhada

em todas as direções.

Se a face for lisa, ou seja, o comprimento de onda muito maior do que a

rugosidade da face, a radiação é refletida especularmente (NOVO,2008).

Porém, a maior parte dos objetos tem sua rugosidade constituída de partículas,

o que modifica o comportamento da radiação. O esquema abaixo demonstra o

espalhamento relacionado ao tamanho das partículas.

Figura 5: Interação da radiação eletromagnética em uma superfície. Fonte: Novo,

2008.

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A quantidade de energia envolvida nos processos acima citados, não

depende, exclusivamente, da rugosidade, as características bio-físico-químicas

do corpo também influenciam na quantização da energia (FLORENZANO,

2002). A partir, da variação da energia é possível determinar e distinguir os

objetos da superfície.

O gráfico abaixo explica a relação entre a energia refletida e o

comprimento de onda, mostrando a importância de se conhecer a energia do

sistema para a interpretação das imagens obtidas por sensoriamento.

Figura 6: Curva espectral da vegetação, da água e do solo. Fonte: Florenzano, 2002.

Analisando o gráfico, é possível perceber que na faixa do visível a

vegetação reflete maior energia na faixa que corresponde ao verde. Como na

faixa do infravermelho ela reflete maior energia, pode-se diferenciá-la dos

demais materiais. Já a região do solo a curva de energia é mais acentuada, a

água limpa reflete pouco, diferente da poluída (FLORENZANO, 2002).

2.5 História do uso e ocupação de Taguatinga

A cidade foi fundada em 1958 para desfazer invasões em Brasília. “Com

isso, a cidade de hoje, polinucleada,[...] não mais podendo ser apontada como

o modelo brasileiro de “planejamento urbano”. ”(PAVIANI,2003). Houve uma

má distribuição de terras, fazendo com que a população habite, juntamente,

com o comércio, que é o que sustenta a economia da cidade

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Segundo o Censo(2000), a população de Taguatinga é 243.575

ocupando uma área total de 121,34Km². Sendo que 146.720 m² é de

pavimentação asfáltica, 6.717 m de drenagem, 20.355 m de meios-fios, 1.084

m² de área de passeio e plantio em grama uma área de 7.710 m². Sendo maior

parte da área asfaltada, a possibilidade da temperatura ser mais alta em

Taguatinga é bem maior.

O centro de Taguatinga é umas das partes mais antigas da cidade, por

isso em sua urbanização ainda é possível ver presença de vegetação. Como

mostra a figura abaixo 7. Porém, possui um trânsito intenso e regiões que ficam

próximos, como a Comercial Norte, que tem muitas edificações. Contribuindo

para a existência do fenômeno.

Figura 7: Imagem do centro de Taguatinga. Fonte: Regional de Taguatinga.

3 Metodologia

Escolheu-se o Sensor Aster, do Serviço Geológico Americano

(glovis.usgs.gov), devido a maior facilidade para transformar imagens espaciais

em termais. Procurando obter imagens sem interferência de nuvens e que

abrangesse, principalmente, o centro e parte das regiões vizinhas do centro de

Taguatinga.

Para obtenção das imagens realizou-se um cadastro no site do sensor

Aster e em seguida escolheu-se as imagens solicitando informações referentes

ao produto Aster ondemand 08 – Kinetic Temperature. A seguir utilizou-se o

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software ENVI 4.4, no laboratório da Universidade Católica de Brasília devido a

licença do programa, para colorir as imagens e traçar todo o perfil térmico.

Porém, as temperaturas fornecidas pelo programa não foram em escala usual,

para isso utilizou-se a ferramenta Band Math do software ENVI 4.4, para

transformar a temperatura para a escala Kelvin, essa ferramenta também

possibilitou a transformação da temperatura de Kelvin para Celsius.

Para conhecer as faixas de temperatura existentes na imagem, utilizou-

se a ferramenta Density Slice do ENVI, que separa a imagem em classes de

temperatura, a partir desses dados pode-se observar os locais, onde possuíam

maiores temperaturas permitido a análise e caracterização do fenômeno Ilha de

Calor Urbana.

Após o processo de identificação, gerou-se um gráfico permitindo

visualizar a variação da temperatura em relação ao espaço, em pixels. Para

isso empregou-se a ferramenta Arbitrary Profile, do programa ENVI, que traça

um transector pela mancha urbana. A partir do gráfico possibilitou-se conhecer

as áreas de maior temperatura de superfície.

4 Resultados e Discussões

A imagem do centro cidade de Taguatinga representada pela figura 8 foi

obtida no dia 23 de outubro de 2005. Foi escolhida devido à ausência de

nuvens que permitem melhor interpretação e visibilidade da imagem, podendo

diferenciar a distribuição urbanística e a presença de vegetação em algumas

partes. Utilizou-se a imagem do ano de 2005 para demonstrar apenas o espaço

físico.

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Figura 8: Composição colorida RGB 231. Imagem ASTER obtida em 23/10/2005.

Pode-se perceber que a cidade de Taguatinga tem grande parte de sua

área ocupada urbanizada (área representada por tons de roxo), mas é possível

encontrar próximo a cidade áreas como a Floresta Nacional de

Brasília(FLONA) e o parque Saburo Onoyama representados por 1 e 2 na

figura 8, respectivamente, que apresentam solo coberto por vegetação.Apesar,

da distribuição urbanística, foi encontrado região de solo exposto na respectiva

data, apontada por 3 na imagem.

Para verificar a existência do fenômeno analisou-se a figura 9, do dia 02

de fevereiro de 2002. Essa imagem foi colorida de forma que cada cor

caracterize uma dada faixa de temperatura. Tons alaranjados e avermelhados

representam temperaturas mais altas e tons mais claros temperaturas mais

baixas.

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Figura 9: Distribuição da temperatura de superfície.

Da figura 9, percebeu-se que há distribuição de alta temperatura de

superfície por grande parte da cidade,já que toda cidade é urbanizada, mas em

alguns locais como a Floresta Nacional de Brasília(FLORA) e o parque Saburo

Onoyama, identificados na figura 8, a temperatura foi mais baixa.

A região de solo exposto, representado por 3 na figura 8, apresentou

tons mais avermelhados, isto é, o local de Taguatinga com maior temperatura.

Devido à ausência de vegetação, que auxilia na regulação da temperatura.

A linha traçada de A até B na figura 9, é conhecida por transector e

através dessa ferramenta do Envi 4.4 traçou-se o perfil térmico da região do

centro de Taguatinga, foi traçada a partir do centro cortando o Pistão sul.

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Figura 10: Perfil Térmico

O perfil térmico está representado graficamente, em que o eixo x

representa a temperatura em escala arbitrária e o eixo y a localização em pixel.

Para normalizar os dados do eixo y de temperatura de superfície apresentado

na figura 10, multiplicou-se os valores por 0,1 para correção da banda espectral

do Aster. Após a correção dos valores foi encontrado temperaturas na escala

Kelvin, para transformá-las para Celsius subtraiu 273,15. Assim, torna-se mais

acessível às informações contidas no gráfico.

Por meio do gráfico percebe-se que o centro de Taguatinga não

apresenta maiores temperaturas em relação às regiões compreendidas pelo

transector. Cabendo ressaltar que na época da obtenção das imagens existia

uma área de solo exposto mais ao sul de Cidade, explicando o porquê dos

picos de temperatura de superfícies detectados.

Baseando-se nas imagens captadas pelo Aster, pode-se perceber que a

temperatura de superfície no centro não é tão alta em relação as outras regiões

que não foram compreendidas pelo transector, por ter maior arborização, que

auxilia na manutenção da temperatura.

5 Conclusão

Conclui-se, da análise da imagem termal, que não existe o fenômeno de

ilha de calor no centro de Taguatinga. Pois, a temperatura da região sem

cobertura vegetal é maior do que a do centro.

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Para que existisse o fenômeno no centro de Taguatinga era necessário

que o perfil térmico apresentasse na região de estudo um pico de temperatura,

ou seja, temperatura maior do que as outras regiões abrangidas pelo

transector.

Porém, é preciso mais observância em relação a situação climática e o

crescimento desordenado, pois a cidade já tem falta de vegetação e sistema

umidificador, apresenta muitas edificações, que dificultam a dispersão de gases

poluentes e excesso de asfalto e concreto em sua estrutura. Sendo que todos

os fatores citados influenciam na incidência de fenômenos característicos de

centros urbanos, como o de ilha de calor.

Verificar a existência ou não do fenômeno foi de extrema importância,

porque permite buscar soluções, incentivar a organização de cidades já

existentes e a construção de cidades que proporcione conforto térmico para a

população se adaptando ao ambiente em que está sendo construída.

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