identificação do fenômeno de ilhas de calor para a região

Anais – III Simpósio Regional de Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto
Aracaju/SE, 25 a 27 de outubro de 2006
IDENTIFICAÇÃO DO FENÔMENO DE ILHAS DE CALOR PARA A REGIÃO
METROPOLITANA DE SÃO PAULO ATRAVÉS DE DADOS PROVENIENTES DO
SATÉLITE LANDSAT 7 ETM+
PEREIRA, G.1; CAMARGO, F. F. 2; OLIVEIRA, L. G. L de3; GUERRA, J. B.4
RESUMO: Dados provenientes de satélites ambientais são eficazes na obtenção da temperatura da
superfície através da emissividade dos corpos terrestres. Com os dados da banda 6, correspondente à
faixa do infravermelho termal (10,4 - 12,5 µm), do satélite LANDSAT 7 ETM+ e com o auxílio de
técnicas de geoprocessamento, detectou-se a modificação do balanço de energia e, conseqüentemente,
a formação de ilhas de calor na região metropolitana de São Paulo, permitindo uma análise do campo
térmico da região. Com a espacialização da temperatura pode-se observar a variação de temperatura
entre os vários pontos da região em estudo.
Palavras-chave: Ilhas de calor, Clima Urbano, Urbanização.
IDENTIFICATION OF URBAN HEAT ISLANDS (UHI) PHENOMENON FOR THE
SÃO PAULO METROPOLITAN REGION THROUGH THE LANDSAT 7 ETM+
DATA
ABSTRACT: With the use of new techniques for the environment satellite’s data, the study of the
surface’s temperature through the emissivity of terrestrial bodies becomes very efficient. With the data
proceeding from band six, correspondent to the thermal infra-red band (10,4 - 12,5 µm), of the
LANDSAT 7 ETM+ satellite and with the aid of geoprocessing techniques, we can also detect the
energy balance modification and, consequently, the urban heat islands formation in the São Paulo
metropolitan region, allowing an analysis of the thermal field of the region.
Key-Words: Urban heat Islands, Urban Climate, Urbanization.
INTRODUÇÃO: Os ambientes urbanos são compostos por diversos materiais, que possuem
características específicas de condutividade térmica, calor específico, densidade, taxa de difusão
térmica e capacidade de calor. Esses parâmetros físicos irão influenciar de maneira direta a radiância
obtida pelo sensor, seja pela reflexão da radiação eletromagnética ou pela emissão dos corpos
terrestres.
Com a falta de planejamento urbano adequado e com a ausência de grandes áreas verdes no interior
das cidades, modifica-se o balanço de energia havendo uma maior emissão de ondas longas pelas
superfícies urbanas e, consequentemente, a formação de ilhas de calor. A emissão de radiação de
ondas longas ocorre na faixa do infravermelho termal, onde o comprimento de onda de máxima
exitância radiante de um corpo, a uma dada temperatura, pode ser descrita pela lei de Wien. É nesta
faixa do espectro eletromagnético, correspondente a 10,4 e 12,5 µm, que os sensores captam a
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radiância dos corpos terrestres e que permitem ao usuário de dados provenientes de satélites a
obtenção da temperatura da superfície.
MATERIAL E MÉTODOS: O software de geoprocessamento utilizado neste trabalho foi o Sistema
de Processamento de Informações Georeferenciadas (SPRING, 1996) desenvolvido pelo Instituto
Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). A etapa de processamento de dados se utilizou do LEGAL
(Linguagem Espacial para Geoprocessamento Algébrico) implementadas no SPRING. Posteriormente,
realizou-se uma classificação supervisionada para a distinção de uso e ocupação do solo, agrupados
em 5 categorias: Urbano, Hidrografia, Floresta Densa, Vegetação arbórea-herbáceo-arbustivagramíneas e solo exposto.
As imagens utilizadas neste trabalho são provenientes do satélite LANDSAT 7 sensor Enhanced
Thematic Mapper Plus (ETM+) que possui 8 bandas, sendo 1 banda pancromática (banda 8), 6 bandas
multiespectrais (bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7) e 1 banda no termal (banda 6). Com resoluções espaciais
nominais de 15m, 30m e 60m respectivamente. Essas imagens foram georeferenciadas e corrigidas
atmosfericamente (com exceção da banda no termal) pelo Second Simulation of the satellite signal in
the solar spectrum – 6S (Vermote, 1997).
Para a obtenção da temperatura da superfície foi necessária a transformação do sinal digital
proveniente do satélite em radiância a qual foi convertida em temperatura como descrito no Landsat 7
User's Handbook pelas fórmulas a seguir:
L = {[(Lmax − Lmin ) / ( NC max − NC min )]* ( NC − NC min )} + Lmin
Temp(º C ) = {(1282.71) / ln[(666.09 / L) + 1]} − 273.15
(1)
(2)
Onde Lmax e LMin representa o valor de máxima e mínima radiância escalonados pelo sensor
(encontrado geralmente no arquivo descritor das imagens), NCmax representa o nível de cinza máximo,
NCmin representa o nível de cinza mínimo, NC representa o nível de cinza de cada pixel da imagem,
1282.71 (K1) e 666.09 (K2) são constantes de calibração para a banda referente ao termal encontradas
no Landsat 7 User's Handbook.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Com base nessas informações, procedeu-se com a distinção do uso
e ocupação do solo na região metropolitana de São Paulo, classificados supervisionadamente e
aplicado o método MAXVER (Máxima Verossimilhança), obtendo-se total de área para cada classe
de: Floresta (3381.10 km²), Herbáceos (2093.11 km²), Hidrografia (174.03 km²), Solo Exposto (14.46
km²) e Urbano (1899.32 km²). Como demonstra a figura a seguir:
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Figura 1 – Mapa do uso e ocupação do solo da Região Metropolitana de São Paulo (25/05/2003)
Nota-se que grande parte da região metropolitana pertence à classe urbana (25,11% do total da área),
sendo que atualmente a região metropolitana de São Paulo conta com mais de 17 milhões de
habitantes. Na área urbana criam-se condições específicas na atmosfera, responsáveis pela mudança no
clima Essas especificidades como, por exemplo, as construções, a orientação das ruas, a circulação de
veículos, os tipos de materiais urbanos e as atividades humanas, alteram o balanço de radiação,
interferindo na absorção, reflexão e emissão da radiação.
O efeito “ilha de calor” pode ser considerado como um dos atributos básicos do clima urbano
(MONTEIRO, 1990). Caracterizado como uma anomalia térmica, que possui dimensões horizontais
(extensão), verticais e temporais, este efeito está intimamente relacionado com o tamanho da cidade, a
quantidade de construções, uso do solo, com o clima e com as condições meteorológicas daquele dado
lugar (OKE, 1982). Sendo assim, a ilha de calor configura-se como um “fenômeno que associa os
condicionantes derivados das ações antrópicas sobre o meio ambiente urbano, em termos de uso do
solo e os condicionantes do meio físico e seus atributos geoecológicos” (LOMBARDO, 1985).
No dia da passagem do satélite LANDSAT 7 (25/05/2003) as condições meteorológicas
demonstravam grande estabilidade atmosférica, céu sem nebulosidade e a circulação atmosférica em
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mesoescala dominada pela massa de ar polar atlântica (mPa), que ocasiona à superfície uma
temperatura amena.
Figura 2 – Mapa do Campo Térmico para a Região Metropolitana de São Paulo para o dia 25/05/2004 às
09hrs e 53 min
Na figura acima fica caracterizado o acentuado contraste de temperatura entre áreas de vegetação e
áreas urbanas. Em alguns casos enquanto que a temperatura na vegetação mais densa (no caso das
florestas) chegava a 16ºC a temperatura no centro de São Paulo atingia até 28ºC. Isto acarreta aos
moradores certo desconforto térmico, interferindo na qualidade do ar e prejudicando a qualidade de
vida da população.
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Gráfico 1 – Perfil traçado em linha reta pela região central de São Paulo
O perfil acima indica que ao percorrer aproximadamente 53 km em linha reta pela região central de
São Paulo a temperatura pode variar significativamente (de 13 ºC a quase 26 ºC). Isto se deve ao fato
de que os materiais urbanos normalmente absorvem muito a radiação eletromagnética (em
determinadas faixas). Tal radiação é, posteriormente, emitida na forma de ondas longas, possibilitando
a formação de “ilhas de calor”
CONCLUSÕES: Conclui-se então, que os ambientes urbanos apesar de ocuparem parcelas territoriais
pequenas, constituem-se na maior vetor transformação da paisagem natural e do clima da região onde
se encontram localizados. Esta modificação depende principalmente de uma série de fatores estáticos
(fisionomia da cidade) e dinâmicos (condições meteorológicas), que irão impor aos habitantes das
cidades, o resultado das interferências humanas na dinâmica dos sistemas ambientais.
Estes processos, que modificam as estruturas urbanas, favorecem a criação de áreas onde a falta de
qualidade ambiental alcança índices alarmantes, principalmente no que diz respeito ao conforto
térmico. Neste estudo, comprovou-se um aquecimento de até 10ºC nas áreas densamente urbanizadas,
indicando a formação de ilhas de calor que poderiam ser amenizadas com a implantação de áreas
verdes no interior da cidade, algo que poderia ser alcançado com um bom planejamento urbano.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Landsat 7 User's Handbook. Disponível em http://landsat.usgs.gov/index.php. Acesso em
12/08/2006.
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LOMBARDO, M. A. Ilha de calor nas metrópoles: o exemplo de São Paulo. São Paulo: HUCITEC,
1985, 244 p.
MONTEIRO, C. A. A cidade como processo derivador ambiental e estrutura geradora de um ´´clima
urbano´´. Geosul, Florianópolis, v. 5, n. 9, p. 80-114, 1990c.
OKE, T. R. Boundary Layer Climates. London: Methuem & Ltd. A. Halsted Press Book, John Wiley
& Sons, New York, 1978, 372p.
_______________. The energetic basis of the urban heat island. Quart. Journ. Roy. Met. Soc., 1982,
108, 1 – 24.
SPRING: Integrating remote sensing and GIS by object-oriented data modelling. Souza RCM, Freitas
UM, Garrido J Computers & Graphics, 20: (3) 395-403, May-Jun 1996.
Vermote, E. F; Tanre, D.; Deuze, J. L.; Herman, M.; Morcrette J. J. Second Simulation of the satellite
signal in the solar spectrum, 6S: An overview. IEEE Trans. Geosc. And Remote Sens. 35 <3>: 675686, 1997.