CLICURB - Universidade de Aveiroarquivo-gemac.web.ua.pt/arquivo-clicurb/CLICURB_livro.pdfSusana Cardoso Pereira, Dora Fonseca, Daniel Lopes, Martinho Marta-Almeida, José Castanheira,

CLICURB QUALIDADE DA ATMOSFERA URBANA, ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS E RESILIÊNCIACarlos Borrego Helena Martins Casimiro Pio

Alfredo Rocha Myriam Lopes Ana Isabel Miranda

Depósito legal 401905/15

ISBN 978-989-98673-5-2

Impressão e Acabamento Grafigamelas, Indústria Gráfica, Lda

Design JI&Gu - Design e consultoria criativa · www.jiandgu.com

Editores Carlos Borrego, Helena Martins, Casimiro Pio, Alfredo Rocha, Myriam Lopes e Ana Isabel Miranda

Publicado por: Universidade de Aveiro

Como citar: C. Borrego et al. (Eds), 2015. CLICURB - Qualidade da Atmosfera Urbana, Alterações Climáticas e Resiliência.

Departamento de Ambiente e Ordenamento, Centro de Estudos do Ambiente e Mar, Universidade de Aveiro 52 pp.

Todos os autores são responsáveis pelo conteúdo dos seus artigos. A universidade de Aveiro não pode ser responsabilizada

por qualquer opinião ou declaração dos autores.

01 INTRODUÇÃOHelena Martins e Carlos Borrego

02 ÁREA DE ESTUDOJoana Valente e Maria João Matos

03 MONITORIZAÇÃO DE FLUXOS E DA QUALIDADE DO ARMário Cerqueira, Teresa Nunes, Maria João Matos, Vasco Nogueira, Célia Alves, Casimiro Pio

04 MODELAÇÃO DA ALTERAÇÃO CLIMÁTICASusana Cardoso Pereira, Dora Fonseca, Daniel Lopes, Martinho Marta-Almeida, José Castanheira, Alfredo Rocha

05 MODELAÇÃO DA QUALIDADE DO AR EM 2050Elisa Sá, Ana Patrícia Fernandes, Joana Ferreira, Ana Isabel Miranda, Helena Martins

06 MODELAÇÃO DE FLUXOSSandra Rafael, Helena Martins, Myriam Lopes

07 FATORES DE RESILIÊNCIA David Carvalho, Martinho Marta-Almeida, Elisa Sá, Ana Patrícia Fernandes, Sandra Rafael, Sylvio Freitas, Joana Valente, Vera Rodrigues, Sandra Sorte, Alexandra Monteiro, Helena Martins

08 CONCLUSÕESMyriam Lopes, Ana Isabel Miranda e Carlos Borrego

Índice

É crescente o reconhecimento de que a natureza pode

fornecer alternativas sustentáveis, custo-eficazes,

polivalentes e flexíveis face aos desafios colocados

pelas alterações climáticas às áreas urbanas. Trabalhar

com a natureza em vez de contra ela é o caminho. COMISSÃO EUROPEIA – European Commission Stakeholder Workshop “Nature-Based Solutions

and Re-Naturing Cities”, 8 de Dezembro de 2014, Bruxelas, 30 p.

6 CLICURB - Qualidade da atmosfera urbana, alterações climáticas e resiliência

Estamos perante uma ampla gama de desafios, tais como a urbanização insustentável e a sua relação com a saúde humana, a degradação e perda do capital natural e dos servi-ços ecossistémicos que fornece (ar limpo, água de qualidade e solo fecundo), as alterações climáticas e o aumento alarmante do risco de desastres naturais. Atualmente mais de 70% da população europeia vive em cidades e deverá aumentar para mais de 80% até meados do século. Isto traduz-se, até 2050, em 36 milhões de novos cidadãos urba-nos, que precisarão de habitação, emprego e cuidados vários, com a saúde a deter a parte mais significativa. Em Portugal, a população urbana atual é de 61% (6 milhões de pessoas) e espera-se que cresça para 75% em 2050, o que representa 1,4 milhões de novos habitantes nas cidades portuguesas, com Lisboa e Porto e áreas urbanas vizinhas a concentrarem mais moradores.

Há também um crescente reconhecimento e a consciência de que a natureza pode ajudar a fornecer soluções viáveis que usam as propriedades dos ecossistemas naturais e os serviços que eles oferecem, de uma forma inteligente, “de engenharia”. Estas, as chamadas soluções baseadas na natu-reza, fornecem respostas sustentáveis, de baixo custo, poliva-lentes e alternativas flexíveis para vários objetivos. Trabalhar com a natureza, e não contra ela, pode abrir ainda mais o caminho para uma economia eficiente no uso dos recursos, competitiva e mais verde. Também pode ajudar a criar novos postos de trabalho e progressos económico, através da produção e fornecimento de novos produtos e serviços, que aumentam o capital natural, em vez de esgotá-lo.

Neste contexto, o último relatório do IPCC (International Panel for Climate Change ou Painel International para as Alterações Climáticas) publicado em março de 2014 confir-ma o papel negativo das emissões antropogénicas nas Al-terações Climáticas (AC), com consequências na vida do dia--a-dia dos cidadãos. Torna-se necessária uma rápida redução das emissões de gases com efeito estufa (GEE) para limitar a amplitude dessa mudança, objetivo da mitigação das AC.

As principais fontes de GEE (produção de energia, agricultu-ra, indústria incluindo o processamento de alimentos, trans-portes, edifícios de serviços e residenciais, ...) são a causa de muitos problemas ambientais, sociais e económicos e, por isso, as medidas de mitigação (tomadas para reduzir essas emissões) podem tornar-se oportunidades para melhorar a qualidade de vida e a saúde pública. Destacam-se alguns desafios, repartidos pela comunidade científica e pelos decisores:• a premência de partilhar ferramentas, melhores práticas e informações;• a necessidade de fortalecer os sistemas de vigilância para aquisição de dados ambientais e de saúde, indispensáveis à realização de estudos de desenvolvimento sustentável;• a importância de se levar em conta o planeamento urbano na gestão dos eventos extremos;• o uso de ferramentas como a avaliação ambiental para estimar e quantificar potenciais co-benefícios das políticas de redução das emissões poluentes;• a relevância de abordagens interdisciplinares e multissectoriais.

Também a Organização Mundial de Saúde (OMS) concluiu que as AC são um risco significativo para a saúde pública da população urbana, em especial devido a: • eventos climáticos extremos (tempestades, inundações, secas, ondas de calor ou frio);• efeitos colaterais desses eventos climáticos extremos (a poluição atmosférica, em particular);• consequências a longo prazo em zonas urbanas, devido a doenças transmitidas por vários vetores, infeções e algas tóxicas em zonas costeiras, lagunares e estuarinas, migração de populações, dificuldade de acesso a recursos alimentares, perturbações sociais;• mudanças de longo prazo no ambiente, nos comportamen-tos e nos usos e costumes.

Esta abordagem dos problemas societais leva à questão essencial da outra vertente das mudanças climáticas: a adaptação às alterações climáticas, entendida como a capa-cidade que um sistema (por exemplo, a cidade) tem para se ajustar às AC, moderar os potenciais danos, tirar partido das oportunidades ou lidar com as consequências.

01Introdução

7CLICURB - Qualidade da atmosfera urbana, alterações climáticas e resiliência

Associados a esta noção de adaptação às AC estão dois outros conceitos: (i) a vulnerabilidade da zona urbana, en-tendida como a propensão ou predisposição que essa área tem para ser impactada negativamente; (ii) o risco em zona urbana, habitualmente apresentado como a probabilidade de ocorrência de um evento, multiplicado pelo impacto causado por esse evento.

Nos últimos anos, devido à necessidade de adaptação às AC, surgiu ainda o conceito de resiliência entendido como a capacidade social ou ecológica de absorver perturbações, continuando a manter as mesmas estruturas básicas ou mo-dos de funcionar, a capacidade de se auto-organizar e de se adaptar ao stress e às modificações impostas pelo exterior.

A resiliência está associada à vulnerabilidade, realçando a ideia que as áreas urbanas têm de ser capazes de recuperar rapidamente face a perturbações relacionadas com o clima.

O aumento da resiliência urbana é amplamente citado na Política Europeia do Clima como um objetivo-chave nas estratégias de adaptação e mitigação. Também se refere que a investigação e inovação sobre soluções baseadas na natureza e em renaturalização das cidades devem ter como objetivo desenvolver metodologias sobre “Inovar com a Natureza”, criando condições para se terem sociedades mais sustentáveis e resilientes.

O projeto CLICURB – Qualidade da Atmosfera Urbana, Alterações Climáticas e Resiliência pretendeu dar resposta aos riscos e equacionar soluções para os desafios das AC em cidades, desenvolvendo a análise integrada das AC, da qualidade do ar e do desenvolvimento urbano, consideran-do a inclusão de estratégias de adaptação no planeamento

das cidades e no processo de tomada de decisão, e tendo como caso de estudo a área urbana do Porto. Neste contexto, definiram-se soluções baseadas na natureza para desafios societais como soluções que são inspiradas ou apoiadas pela natureza e simultaneamente eficazes em termos de custos, proporcionando benefícios ambientais, sociais e económicos e contribuindo para mais resiliência. A análise e compilação dos resultados permitiram a elaboração de um Atlas digital para a área urbana do Porto, na situação atual e em meados do século XXI, constituído por vários mapas (clima, qualidade do ar e fatores de resiliência).

Nos próximos capítulos faz-se uma breve descrição da área de estudo e a apresentação dos resultados obtidos durante a execução do projeto CLICURB. Mostram-se os principais dados das campanhas de monitorização de fluxos e de quali-dade do ar realizadas no Porto, conduzidas com objetivo de melhor caracterizar a situação atual.

Seguidamente são descritos os esforços de modelação que permitiram estimar com elevado detalhe espacial o clima, a qualidade do ar e os fluxos de energia na área urbana do Porto para um cenário futuro do tipo business-as-usual, isto é, um cenário futuro em que não há inclusão de esforços de adaptação nem de aumento da resiliência urbana às AC.

Finalmente, propõe-se um conjunto de medidas de resili-ência urbana, e são modelados os seus efeitos, de modo a atenuar as consequências adversas das AC na área urbana do Porto, fundamentando soluções de renaturalização urba-na como suporte a decisões estratégicas de adaptação às AC no planeamento da cidade. Partindo dos resultados obtidos produziu-se o «ATLAS CLICURB – Clima e qualidade do ar no Porto», também apresentado neste livro.

Porto

- cidade de luz de granito.

Tristeza de luz viril

com punhos de grito.José Gomes Ferreira, in Ao Porto, Colectânea de Poesia sobre o Porto


Com a concentração das populações nas zonas urbanas, as cidades apresentam-se hoje em dia como um grande desafio ao desenvolvimento sustentável. As estimativas apontam para uma pressão populacional crescente nas áreas urbanas, a nível mundial, e também em Portugal. A grande extensão das áreas urbanas e a concentração de património edificado nestas zonas tem impactes significativos no seu balanço energético, com efeitos na meteorologia, clima e na qualida-de ambiental, como, por exemplo, efeitos na qualidade do ar (REVI et al., 2014).

A área urbana do Porto é identificada como uma das cidades Europeias em que a periferia urbana tem crescido com maior rapidez (EEA, 2006). Este crescimento resulta numa urbanização do território à custa de terrenos agrícolas e florestas. Nas últimas décadas, a área do Porto experienciou uma urbanização do solo a uma velocidade elevada, tendo a área urbana crescido a um ritmo claramente superior ao da população (EEA-JRC, 2002).

O Porto e a Área Metropolitana do Porto (AMP) constituem o núcleo estrutural da Região Norte, o qual apresenta uma área de 21 278 km² (24% do Continente) e uma população de, aproximadamente, 3 700 000 habitantes (INE, 2013), sen-do, portanto, a região mais populosa do país. O Porto, junta-mente com os concelhos vizinhos de Vila Nova de Gaia e de Matosinhos, constitui o núcleo populacional mais urbanizado da Área Metropolitana, delimitado pelo Oceano Atlântico e com a influência estrutural do Rio Douro.

A indústria tem um peso importante na estrutura económica da AMP, com 27% da população neste sector, com predomi-nância das indústrias de baixa e média-baixa intensidade tecnológica. O sector terciário tem vindo a crescer, destacan-do-se a evolução das atividades de turismo que têm vindo a dinamizar o emprego. A Região Norte é a região NUTS II com maior orientação exportadora representando a AMP cerca de 21% das exportações nacionais (2011).

A AMP conta ainda com algumas estruturas universitárias de prestígio nacional e internacional ao nível do ensino e investigação, sendo um espaço privilegiado para a incuba-ção de empresas de base tecnológica.

Em termos climáticos, o Porto encontra-se localizado na zona de transição entre as perturbações associadas à corrente de jacto e ao anticiclone dos Açores, o que confere um clima do tipo mediterrânico à região: verões quentes e secos e invernos temperados no litoral e frios no interior, combinado com uma distribuição espacial da precipitação mais inten-sa a norte do que a sul. Para além da forte sazonalidade, a temperatura e a precipitação exibem forte variabilidade inter-anual.

No que diz respeito à qualidade do ar, na zona norte, per-sistem os casos de ultrapassagem dos parâmetros legais fixados para proteção da saúde humana, nomeadamente ao valor limite anual de dióxido de azoto (NO2), ao valor alvo de ozono (O3) e ao valor limite diário de matéria particulada (PM10) (BORREGO et al., 2014; FIGUEIREDO, 2013).

Na região do Grande Porto identificam-se algumas grandes fontes pontuais de poluentes atmosféricos de origem indus-trial, nomeadamente na área da refinação, siderurgia e produção elétrica. Existem outras fontes pontuais significa-tivas na área da gestão de resíduos e valorização energética, além de diversas indústrias extrativas e transformadoras.

Para além destas fontes pontuais industriais, o tráfego auto-móvel é responsável por emitir uma quantidade significativa de poluentes nesta área (PEREIRA et al. 2005). Os movimen-tos pendulares durante os dias úteis na área metropolitana do Porto assumem uma importância particular. Funcionando como o principal centro polarizador de emprego, a cidade do Porto representa mais de um terço dos 3 milhões de viagens que se realizam diariamente nesta área (BARROS, 2009).

02Área de estudo


Apesar do esforço à escala mundial, do combate às altera-ções climáticas, é inevitável que se estejam já a sentir os seus efeitos, e que estes se agravem num futuro próximo. Um dos impactes negativos que tem merecido mais atenção é o agravamento da saúde provocado por vagas de frio ou ondas de calor (MONTEIRO et al., 2012). A título de exemplo, refira-se que MONTEIRO et al. (2013) identificaram excesso de mortalidade e morbilidade no Porto, fruto de uma onda de calor, em Julho de 2006.

Os municípios portugueses reconhecem como suas vulnera-bilidades climáticas as cheias e inundações, os ventos fortes, a temperatura elevada e ondas de calor, a formação de gelo/geada e o deslizamento de vertentes. O Município do Porto já iniciou uma série de iniciativas de adaptação às alterações climáticas entre as quais se destacam a maximização das zonas verdes e azuis, tendo em vista o combate ao efeito ilha de calor e a adaptação do sistema público de saneamento a eventos extremos de pluviosidade.

Foi sobre esta região que o Projeto CLICURB se debruçou, com o objetivo de analisar de forma integrada as alterações climáticas e o desenvolvimento urbano, considerando a in-clusão de estratégias de adaptação no planeamento urbano e no processo de tomada de decisão, atribuindo, nesta aná-lise, particular relevância ao binómio alterações climáticas/poluição atmosférica.

É essencial, por isso, que a mitigação e adaptação a uma alteração climática em curso, se faça com base em sólido conhecimento científico, com recurso a políticas e ferramen-tas desenvolvidas com base neste conhecimento.

Nas áreas urbanas as trocas de água e calor são

alteradas pela cobertura do solo e pelo comportamento

humano, resultando no aumento da escorrência superficial,

redução da evaporação e aumento das emissões de calor

para atmosfera. Estas alterações têm implicações: aumento

de inundações, desconforto humano e acumulação de

poluentes atmosféricos. JARVI, L.; GRIMMOND, C.S.B.; CHRISTEN, A. – The Surface

Urban Energy and Water Balance Scheme (SUEWS): Evaluation in Los Angeles and Vancouver. Journal

of Hydrology, ISSN 0022-1694. Vol. 411,

nº 3–4 (2011) p. 219-237.


Apesar da importância das áreas urbanas e sua climatologia, dado que mais de metade da população mundial vive em cidades, raramente são medidos ou conhecidos os fluxos urbanos de energia, CO2 e vapor de água. Esta informação é importante para que os decisores políticos possam tomar decisões acertadas relativamente à atenuação de condições extremas para o conforto humano, prevenção de episódios de poluição atmosférica e emissão de alertas de exposição a poluentes atmosféricos. Por outro lado, apesar da redução das emissões de poluentes atmosféricos resultantes de limites de emissão mais exigentes para o tráfego automóvel e para as indústrias, as áreas urbanas europeias e nacionais continuam a revelar problemas de poluição atmosférica.

Este facto pode em parte ser explicado pelo transporte transfronteiriço de poluentes atmosféricos com o aumento das concentrações de fundo, e no caso do ozono troposférico pela não linearidade das reações químicas que conduzem à formação deste poluente. Os compostos orgânicos voláteis (COV) assumem aqui particular relevo, quer pelo impacto na saúde humana, quer pela sua elevada reatividade e conse-quente contributo na produção de ozono à superfície.

Neste capítulo pretende caracterizar-se os fluxos de energia, CO2 e vapor de água na cidade do Porto e compará-los com os medidos numa zona rural. São também apresentados os resultados de campanhas de monitorização de COV condu-zidas com o objetivo de melhor conhecer a sua especiação e quantificação, quer ao nível das fontes emissoras, quer da sua distribuição no ambiente.

Medição de fluxos A medição de fluxos em áreas urbanas é uma atividade recente, estando agora a surgir a nível europeu as primeiras séries de dados de longo prazo. Em Portugal a medição de fluxos de energia, CO2 e vapor de água tem sido limitada a áreas rurais (AIRES et al., 2008), sendo a campanha de moni-torização do CLICURB a primeira realizada em áreas urbanas nacionais.

Locais de mediçãoAs medições de fluxos foram realizadas em dois locais com características distintas em termos de ocupação do território e de atividades humanas, ambos situados na região noroeste de Portugal Continental (Figura 3.1). O local urbano situa-se numa área de tipo residencial e comercial localizada a cerca de 3 km a Norte do centro da cidade do Porto. A envolvente do local, com uma superfície impermeável superior a 90%, é composta por prédios de volumetrias diversas, muitos dos quais com uma altura superior a seis andares, vias de tráfego automóvel e algumas áreas verdes de pequena dimensão.

O local suburbano situa-se na periferia da cidade de Aveiro, cerca de 75 km a Sul do Porto. A superfície impermeável na área envolvente é da ordem de 30%, sendo constituída maio-ritariamente por edifícios dispersos de um a dois andares e vias de tráfego automóvel. A superfície restante é ocupada por terrenos agrícolas, pastagens, parcelas florestais de redu-zida dimensão e terrenos incultos.

a) b)

Figura 3.1 Locais de medição na região noroeste de Portugal Continental: a) Porto e b) Aveiro.

03Monitorização de fluxos e da qualidade do ar


MetodologiaEm cada um dos locais selecionados procedeu-se à instala-ção de uma torre metálica de 12 m de altura (Figura 3.2). No Porto, a torre foi instalada no topo do edifício de treinos do Batalhão de Sapadores Bombeiros, o que permitiu colocar o equipamento de medição a 32 m acima da superfície do solo. Em Aveiro, a torre foi instalada numa pastagem, situada a cerca de 50 m da via de tráfego automóvel mais próxima.

a) b)

c)

As duas torres foram equipadas com um sistema de correla-ção turbulenta, consistindo num anemómetro ultrassónico tridimensional e um analisador de CO2/H2O de percurso aberto, permitindo medir de uma forma contínua os fluxos de CO2, H2O, calor sensível (H) e calor latente (LE). Os fluxos verticais F foram calculados pela covariância média entre a flutuação da velocidade do vento vertical w’ e a flutuação do escalar s’, de acordo com o método da correlação turbulenta:

F = w’s’

Para o cálculo dos fluxos usaram-se médias de 30 minutos dos parâmetros medidos com os sensores. Os dados recolhi-dos foram processados através de procedimentos normali-zados usando o software EddyPro Advanced (versão 5.2.1, LI-COR). A área provável de origem dos fluxos turbulentos foi estimada através do modelo de footprint (pegada) de HSIEH et al. (2000).

ResultadosA Tabela 3.1 resume os fluxos médios diários obtidos neste estudo enquanto a Figura 3.3 apresenta a variação média diária dos fluxos de CO2 e H2O. Os resultados mostram que o local urbano se caracteriza por emissões permanentes de CO2 para a atmosfera, com dois máximos ao longo do dia, os quais parecem estar relacionados com as variações diárias do tráfego automóvel, em particular as deslocações casa/trabalho/casa realizadas pela população ativa da cidade do Porto. O pico da manhã apresenta uma amplitude superior ao pico da tarde, o que se poderá explicar por uma não coincidência dos horários de saída do emprego. Ou seja, as pessoas tendem a entrar ao serviço à mesma hora, mas possuem horários de saída diferentes, o que se traduz numa maior dispersão do tráfego automóvel ao fim da tarde e, con-sequentemente, das emissões de CO2 para a atmosfera. Em termos globais, o fluxo médio diário de CO2 no Porto oscilou entre um mínimo de14,6 g.m-2.dia-1, nos meses de verão, e 34,89 g.m-

2.dia-1, nos meses de outono, o que se poderá ex-plicar com as variações sazonais na queima de combustíveis usados para aquecimento doméstico.

O local suburbano distingue-se por apresentar um padrão de variação diário idêntico ao longo do ano, com um mínimo durante o dia e um máximo durante a noite. A atividade fotossintética e o aumento da turbulência atmosférica explicam que o local funcione como um sumidouro de CO2 no período diurno. Por outro lado, a atividade respiratória ao nível das plantas e solos e, possivelmente, o aumento da queima de combustíveis durante o Inverno, é responsável pela inversão dos fluxos em período noturno, passando o local a funcionar como uma fonte de CO2 para a atmosfe-ra. Ou seja, no local suburbano a vegetação tem um papel determinante como agente modelador da variação diária dos fluxos de CO2, o que não acontece no Porto, onde as emissões antrópicas são superiores às emissões naturais. Globalmente, o fluxo médio diário de CO2 variou entre um mínimo de 0,31 g.m-2.dia-1, na primavera e um máximo de 3,27 g.m-2.dia-1 no outono.

Em ambos os locais os fluxos de vapor de água seguem um perfil de variação diário com um mínimo durante a noite e um máximo durante o dia, em linha com a variação diária da evapotranspiração. Na zona suburbana de Aveiro os fluxos de vapor de água são superiores aos do Porto, o que se explica pela menor taxa de impermeabilização da superfície nas áreas suburbanas, ou seja, numa maior capacidade de retenção de água nos solos, com o consequente aumento da evapotranspiração.

Tabela 3.1 Fluxos médios diários de CO2 e H2O no Porto e em Aveiro.

Figura 3.2 Torres de medição de fluxos: (a) local de características urbanas (Porto); (b) local de carac-terísticas suburbanas (Aveiro); (c) detalhes do sensor de medição de CO2/H20 (esquerda) e do anemóme-tro sónico (direita).

Aveiro Porto

Fluxo de CO2

Fluxo de H2O Fluxo de CO2

Fluxo de H2O

out-dez 2014

3,27 g.m-2.d-1 1,14 kg.m-2.d-1 34,89 g.m-2.d-1 915,44 g.m-2.d-1

jan-mar 2015

0,86 g.m-2.d-1 972,02 g.m-2.d-1 26,00 g.m-2.d-1 625,65 g.m-2.d-1

abr-jun 2015

0,31 g.m-2.d-1 1,89 kg.m-2.d-1 21,14 g.m-2.d-1 1,39 kg.m-2.d-1

jul-set 2015

1,61 g.m-2.d-1 1,39 kg.m-2.d-1 14,60 g.m-2.d-1 1,15 kg.m-2.d-1


-20

-10

0

10

20

30

00:00 06:00 12:00 18:00 00:00

Flux

o de

CO

2 (µ

mol

s-1m

-2)

Tempo (h)

CO2

Porto Aveiro-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

00:00 06:00 12:00 18:00 00:00

Flux

o de

H2O

(mm

ols-

1m-2

)

Tempo (h)

H2O

Porto Aveiro

-20

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0

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20

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Flux

o de

CO

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Tempo (h)

CO2

Porto Aveiro-3

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Flux

o de

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1m-2

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Porto Aveiro

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Flux

o de

CO

2 (µ

mol

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Tempo (h)

CO2

Porto Aveiro

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Flux

o de

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Porto Aveiro

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Flux

o de

CO

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Tempo (h)

CO2

Porto Aveiro

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Flux

o de

H2O

(mm

ols-

1m-2

)

Tempo (h)

H2O

Porto Aveiro

Figura 3.3 Variação média diária dos fluxos de CO2 e H2O, no Porto e em Aveiro, nos períodos (a) outubro, novembro e dezembro de 2014, (b) janeiro, fevereiro e março de 2015, (c) abril, maio e junho de 2015, e (d) julho, agosto e setembro de 2015.

a)

b)

c)

d)


O footprint é um parâmetro usado para descrever a área onde foram gerados os fluxos que originaram as medições fornecidas pelos instrumentos de medida. Os gráficos da Fi-gura 3.4 mostram os resultados do cálculo do footprint para os meses de janeiro e julho de 2015 no Porto. Estes gráficos revelam que, no verão, a área que contribui para os fluxos está limitada a um círculo com um raio de 2000 m centrado no local de monitorização. No inverno, a área de influência é muito superior, estendendo-se até 6000 m para noroeste do local de monitorização. A diferença observada deve-se à variação sazonal da direção e velocidade do vento. Em janeiro, os ventos sopraram maioritariamente de noroeste, com uma velocidade média de 3,8 m.s-1, enquanto em julho os ventos tiveram uma origem maioritária a este/sudeste do local, soprando a uma velocidade média de 2,9 m.s-1.

Medição de compostos orgânicos voláteisOs compostos orgânicos voláteis incluem uma miríade de compostos orgânicos que ocorrem na fase gasosa com particular relevo na química da atmosfera e qualidade do ar, saúde e ecossistemas. Dada a dificuldade de se proceder à monitorização individual de todos os potenciais compostos orgânicos presentes na atmosfera, é comum monitorizar-se apenas alguns COV. Em relação aos compostos orgânicos com efeitos adversos na saúde e com um papel relevante sobre a produção de ozono à superfície, principalmente em ambiente urbano e suburbano, incluem-se o benzeno e os seus congéneres aromáticos, tolueno, xilenos e etilbenzeno, um grupo de compostos denominado por BTEX. Em Portugal, os primeiros registos de BTEX na rede de monitorização da qualidade do ar (RMQA) verificam-se a partir de 2003, mas de uma forma irregular e envolvendo um número reduzido de estações de monitorização. Na área urbana do Porto, o BTEX é medido em duas estações da RMQA (Matosinhos e Perafita).

A entrada em vigor da Diretiva 2008/50/CE veio impor o cumprimento do valor limite anual de 5 μg.m-3 (1,52 ppb) para o benzeno. Por sua vez, a Organização Mundial de Saúde (OMS) estipula como valor guia para o benzeno a concentra-ção de 1,7 μg.m-3 (0,54 ppb), a atingir no espaço europeu a longo prazo, para proteção da saúde humana.

Atualmente o tráfego rodoviário, a combustão industrial, a produção de energia a partir de combustíveis fósseis, a indústria de solventes e processamento de petróleo são reconhecidas como as principais fontes de benzeno. Estudos recentes reportam ainda que a combustão residencial de biomassa representa uma fonte destes compostos que não deve ser desprezada (EVTYUGINA et al., 2014).

Apesar dos avanços observados na avaliação da qualidade do ar e mitigação dos seus efeitos, os COV ainda apresentam uma grande incerteza ao nível da sua especiação e quanti-ficação, quer ao nível das fontes emissoras, quer da sua dis-tribuição no ambiente. Face ao exposto, o Projeto CLICURB incluiu a realização de campanhas de medição de BTEX na região do Porto de modo a complementar e consolidar a informação disponível. Por conseguinte, foram planificadas campanhas de amostragem recorrendo a amostradores pas-sivos, e campanhas com amostragem ativa.

MetodologiaCampanhas de amostragem passivaO estudo contemplou uma área de aproximadamente 400km2 onde foram assinalados 20 locais de amostragem, numa distribuição mais ou menos regular, privilegiando-se a incorporação dos locais que já correspondem às estações de QA da zona do Porto. Deste modo, os locais de amostra-gem integraram 10 estações da rede e 10 outros pontos que pertenciam a células da malha original sem cobertura.

(a) (b)

Figura 3.4 Valores de footprint calculados para o Porto em (a) janeiro e (b) julho de 2015.


Os COV foram colhidos em tubos de difusão da GRADKO com enchimento Tenax-TA, adsorvente recomendado para o propósito do trabalho. Atendendo a potenciais interferências durante a amostragem e análise, as datas das campanhas fo-ram condicionadas pelas condições meteorológicas, evitando a exposição em períodos com previsão de precipitação signi-ficativa. Na Figura 3.5 estão assinalados os 20 locais onde foram colocados os amostradores, assim como a localização das principais fontes pontuais de COV na área em estudo. Na mesma figura é também possível observar algumas imagens dos locais com os respetivos amostradores.

Campanhas “amostragem ativa”Estas campanhas envolveram a amostragem de COV com recurso a um sistema de sucção e concentração dos compos-tos por adsorção em TENAX-TA. Os períodos de amostragem usados foram de 60 e 90 minutos. Os dois locais seleciona-dos para o estudo foram a estação de QA urbana com influ-ência de tráfego, localizada na Praça Francisco Sá Carneiro no Porto, e um local suburbano que, por razões logísticas e operacionais, se situou em zona rural próximo de Aveiro, na área onde decorreu também a medição de fluxos, já refe-rida. No primeiro local foram usados tubos de adsorção da GRADKO, enquanto no segundo foi usado um sistema de amostragem automático (Thermal Desorption Injector - Mas-ter TD DANI) acoplado a um cromatógrafo gasoso (Thermo Scientific – Trace GC ULTRA) que permite a amostragem e a análise sequencial no próprio local.

Análise de COVApós separação e concentração dos COV no tubo adsorvente, estes são transferidos por desadsorção térmica para um sis-tema cromatográfico que permite a sua identificação e quan-tificação com recurso a detetores apropriados. No presente estudo, as amostragens realizadas com tubos comerciais da GRADKO foram analisadas no laboratório da empresa que forneceu os tubos através de cromatografia com detetor de massa, enquanto as realizadas com o sistema automático foram analisadas por cromatografia gasosa com detetor de ionização de chama.

Resultados Na Figura 3.6 apresenta-se a distribuição das concentrações de benzeno, tolueno e xilenos nas duas campanhas, extra-poladas por interpolação krigging com o software Surfer a partir das concentrações dos diferentes compostos medidos em cada um dos 20 locais. Na primeira campanha, realizada de 20 a 27 de março de 2015, os ventos dominantes foram de Este e Sudeste enquanto na segunda, realizada de 17 de junho a 2 de julho, dominaram ventos de Noroeste. A tem-peratura na primeira campanha variou entre 6 e 22˚C e na segunda entre 15 e 35˚C. A precipitação foi pouco abundante ou praticamente inexistente em ambas as campanhas. Nas duas campanhas de passivos, envolvendo 20 locais na região do Porto, apenas foi observada uma concentração de benzeno superior ao valor limite de 5 μgm-3 (1,52 ppb) durante a primeira campanha, a Norte da refinaria em que prevaleceram ventos de Este-Sudeste durante o período de exposição dos amostradores. Em ambas as campanhas, o tolueno foi o composto que apresentou maior amplitude de concentrações na área em estudo.

As condições meteorológicas prevalecentes em cada uma das campanhas, com ventos dominantes a atuarem em senti-dos opostos explicam em grande parte a diferente distribui-ção da concentração dos compostos nas duas campanhas. Na primeira campanha, as elevadas concentrações de benzeno a Norte (junto ao mar) dever-se-ão a emissões com origem na refinaria, enquanto as maiores concentrações de benzeno na segunda campanha ocorrem na proximidade das principais vias de acesso à cidade. Os xilenos apresentam concentra-ções mais baixas e com menor variabilidade no espaço, o que pode ser explicado pela sua maior reatividade.

Os gráficos “caixa de bigodes” (síntese estatística) apresen-tados na Figura 3.7 permitem uma caracterização mais detalhada sobre a variabilidade das concentrações de BTEX na região do Porto. Mais de 50% dos locais apresentaram uma concentração em benzeno acima do valor guia da OMS 1,7 μg m-3 (0,54 ppb), durante a primeira campanha, enquan-to na segunda campanha apenas três locais apresentaram concentrações ligeiramente superiores a este valor.

Figura 3.5 Distribuição dos pontos de amos-tragem de COV na área do Porto, imagens dos amostradores passivos e diferentes materiais usados para a sua fixação.


Durante a primeira campanha, o o-xileno apenas apresentou concentração quantificável num reduzido número de locais.

No grupo BTEX, o etilbenzeno foi o composto que apresen-tou concentrações mais reduzidas, encontrando-se frequen-temente abaixo do nível de quantificação. Os xilenos apesar de ocorrerem em concentrações inferiores ao benzeno e tolueno na atmosfera, tendo em atenção a sua elevada reac-tividade apresentam um potencial para a produção de ozono superior aos dois últimos compostos.

As medições realizadas com amostragem activa permiti-ram avaliar a variação da concentração ao longo do dia em dois locais distintos, suburbano e urbano com influência de tráfego. De modo análogo ao tratamento de dados das cam-panhas passivas, são apresentados na Figura 3.8 os gráficos “caixa de bigodes” para as campanhas activas realizadas no Porto e em Aveiro.

As concentrações de BTEX na estação urbana com influência de tráfego foram, durante o dia, cinco ou mais vezes supe-riores às observadas na atmosfera suburbana, denotando o elevado impacto que as emissões rodoviárias representam. No local com forte influência de tráfego apenas 25% das concentrações horárias medidas ficaram abaixo do valor guia da OMS e o valor limite foi excedido em 30% das medições.

b) Figura 3.6 Distribuição das concentrações (ppb) de benzeno (esquerda), tolueno (centro) e xilenos (direita) na região do Porto durante a) a 1ª campanha, 20 a 27 de março de 2015 e b) a 2ª campanha, 17 de junho a 2 de julho.

a)

Por sua vez, no local de fundo urbano as concentrações de benzeno ficaram abaixo do valor guia. As concentrações mais elevadas foram observadas durante o pico de tráfego da ma-nhã em ambos os locais. Uma análise ao potencial impacto destes compostos para a formação de ozono destaca nova-mente os xilenos, embora na atmosfera de fundo urbano a presença de compostos de origem biogénica da família dos monoterpenos (também medidos, mas não apresentados) revelam concentrações com um potencial equivalente ou mesmo superior aos de origem antrópica.

A análise dos dados de benzeno da estação de QA de Perafi-ta de 2012 mostrou que a média de benzeno para o período de inverno foi de 3,3 μg m-3 (1ppb), enquanto a média anual foi de 2,2 μg m-3 (0,7 ppb). Uma possível explicação para a diferença observada nos dois períodos poderá residir na combustão de biomassa residencial, a qual é bastante comum na região do Porto para aquecimento doméstico no inverno.


Síntese conclusivaAs medições de fluxos realizadas revelam que o local urbano (Porto) se caracteriza por emissões permanentes de CO2 para a atmosfera, com dois máximos ao longo do dia relacionados com o tráfego automóvel. No local suburbano a vegetação tem um papel determinante como agente modelador da va-riação diária dos fluxos de CO2, funcionando como sumidou-ro de CO2 no período diurno e como uma fonte de CO2 para a atmosfera em período noturno. Na zona urbana os fluxos de vapor de água são inferiores aos da zona suburbana dada a sua menor taxa de impermeabilização da superfície, maior capacidade de retenção de água nos solos, e consequente aumento da evapotranspiração.

Embora as concentrações de benzeno medidas na cidade do Porto tenham estado na generalidade abaixo do valor limite, existem no espaço urbano zonas que excedem o valor guia

1ª Campanha

benzenotolueno

m,p-xileno

Conc

entr

ação

(ppb

)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

2ª Campanha

benzenotolueno

m,p-xilenoo-xileno

Conc

entr

ação

(ppb

)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Figura 3.7 Concentração (ppb) de BTEX nas duas campanhas de amostragem passiva realizadas

Porto

benzenotolueno

m,p-xileno

Conc

entr

ação

(ppb

)

0

1

2

3

4

5

6

7

Aveiro

benzenotolueno

m,p-xilenoo-xileno

Conc

entr

ação

(ppb

)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Figura 3.8 Concentração (ppb) de BTEX nas campanhas de amostragem activas realizadas no Porto e em Aveiro.

da OMS. A evolução futura dos níveis de BTEX deverá ser vista com preocupação e em estreita ligação com as opções de fontes de energia de baixo carbono, principalmente as associadas ao uso de biomassa, face ao que tem vindo a ser revelado sobre a composição e intensidade das suas emissões.

Em termos de futuro, face às medidas preconizadas a nível europeu, a evolução prevista das concentrações de BTEX tenderá a diminuir, mas o mesmo não se poderá afirmar em relação aos COV totais, dado o peso que as emissões de ori-gem biogénica têm à escala regional e aumento de tempera-tura prevista com implicações no aumento dos fluxos desta natureza.

As projeções apontam para um aumento da temperatura

ao longo do século XXI independentemente do cenário

de emissões considerado. É muito provável que as ondas

de calor ocorram com maior frequência e duração, e que

eventos de precipitação extrema se tornem mais inten-

sos e frequentes em muitas regiões. O oceano continuará

a aquecer e acidificar, e o nível médio do mar continuará

a subir. IPCC - Climate Change 2014: Synthesis Report. Ed. R.K. Pachauri and L.A. Meyer.

Genebra: IPCC, 2014. ISBN 978-92-9169-143-2.


É clara a influência humana sobre o sistema climático devido ao aumento de emissões de gases com efeito estufa. O aquecimento do sistema climático é inequívoco, e desde a década de 1950, muitas das mudanças observadas não têm precedentes: a atmosfera e o oceano aqueceram, a quantidade de neve e gelo diminuiu, e o nível médio do mar aumentou (IPCC, 2014). Em particular, é referido na literatura o aumento da frequência e intensidade de eventos extremos incluindo chuva intensa, tempestades, ciclones tropicais e tornados, secas, inundações e enxurradas, e ondas de frio e calor (SANTOS e CORTE-REAL, 2006).

Desde o início do século XX, verificou-se, tanto, empiricamen-te como através de simulações numéricas que a temperatura média à superfície da terra aumentou. O aumento observado é de 0,6˚C ± 0,2˚C, atingindo na Europa Continental os 0,95˚C (MIRANDA et al., 2006). De acordo com o mesmo autor a projeção do aumento da temperatura média à superfície da terra até ao ano 2100 está compreendida entre 1,4˚C e 5,8˚C; na Europa, esta projeção agrava-se, estando previsto um aumento entre 2˚C e 6˚C. Alguns estudos apon-tam para alterações significativas nos extremos da tem-peratura durante o século XXI e preveem um aumento na frequência de ondas de calor no final do século (IPCC, 2013).

Em Portugal, RAMOS et al. (2011) conclui que, desde meados dos anos 70, o aumento médio por década da temperatura do ar é de 0,5˚C. Sendo Portugal um país com grande varia-bilidade intersazonal, intercalando estações secas e quentes com estações frias e húmidas, há preocupação em antecipar cenários de clima futuro para mitigar o impacto que a altera-ção climática poderá ter, em especial, os eventos extremos do género onda de calor, uma vez que é esperado um agra-vamento e uma mudança significativa nas características das ondas de calor (MIRANDA et al., 2006).

Os modelos climáticos globais têm sido usados para estudar o impacto das emissões antropogénicas de gases com efeito de estufa em cenários de alteração climática global. Embora importantes na compreensão das tendências globais e no comportamento da alteração climática, a sua baixa resolução não permite aferir, com detalhe, os fenómenos que ocorrem à mesoescala ou à escala local. Uma das possibilidades é re-correr ao uso de modelos climáticos regionais onde, ao invés

de se simular as condições atmosféricas globais, procura--se incidir sobre uma região de interesse, confinada a uma área particular. Os modelos regionais precisam de condições iniciais e de condições de fronteira lateral provenientes dos modelos globais para produzirem resultado; estes modelos não modificam a circulação atmosférica de larga escala, adicionado antes detalhe como resposta ao forçamento (GIORGI, 2006).

Neste capítulo pretende caracterizar-se a alteração climá-tica em Portugal e na região urbana do Porto. O cenário de emissões de gases com efeito de estufa selecionado, o RCP8.5, tem sido extensivamente considerado internacional-mente. As simulações, de clima atual e de clima futuro, foram obtidas usando um modelo climático regional – o modelo numérico Weather Research and Forecasting (WRF) – força-do por um modelo climático global – o modelo global do Instituto Max-Planck (MPI-ESM) .

Métodos e dados

Modelos de ClimaO WRF v3.5 (SKAMAROCK et al., 2008), com as modifica-ções sugeridas por FITA et al. (2010) foi o selecionado para simulações regionais. Trata-se de um modelo regional considerado o estado da arte em simulação numérica do tempo e clima, sendo utilizado mundialmente por inúmeros grupos de investigação e institutos de meteorologia. O WRF é forçado pelo modelo MPI-ESM (GIORGETTA et al., 2013), considerado um dos melhores modelos a simular o clima da Europa (BRANDS et al. 2013). Neste estudo, realizou-se uma simulação para o clima passado recente (REF) (1986-2005) que constitui a simulação de referência, relativamente à qual as simulações de clima futuro serão comparadas para avaliar a alteração climática. As simulações de clima futuro foram conduzidas para dois horizontes temporais: clima futuro a médio prazo (2046-2065) e clima futuro a longo prazo (2081-2100). As três simulações foram então reali-zadas pelo sistema de modelos WRF-MPI que se encontra descrito e validado detalhadamente em MARTA-ALMEIDA et al. (submetido).

04Modelação da alteração climática


Cenário de emissões de gases com efeito de estufa

O cenário de emissões de gases com efeito de estufa usado nas simulações de clima futuro foi o RCP8.5 (RIAHI et al., 2007). Neste cenário, as emissões de gases com efeito de estufa de origem antropogénica são estimadas de forma que o forçamento radiativo total (antropogénico mais natural) aumente ao longo do século XXI, até atingir um valor de forçamento radiativo de 8,5 W.m-2 no ano 2100 (IPCC, 2013). Este cenário tem sido, entre outros mais otimistas, o mais considerado pela comunidade científica, porque, eventual-mente, traduz as expectativas futuras. A Figura 4.1 mostra os vários cenários RCPs e o forcing radiativo associado.

Avaliação da alteração climática Para a avaliação da alteração climática foram consideradas as variáveis: temperatura máxima (Tmax) e mínima (Tmin) diárias, precipitação e intensidade do vento.

Para a temperatura foram calculados alguns índices de extremos que caracterizam o número de dias quentes (per-centagem de dias com temperatura máxima diária superior ao percentil 90), noites quentes (percentagem de dias com temperatura mínima diária superior ao percentil 90) (FONSE-CA et al., 2015), e ondas de calor (índice HWMI - Heat Wave Magnitude Index, definido como a magnitude máxima das ondas de calor num ano, em que onda de calor é o período com 3 ou mais dias consecutivos com temperatura máxima superior ao percentil 90 das máximas diárias para um perí-odo de 31 dias (RUSSO et al., 2014). Para a área urbana do Porto foi conduzida uma análise mais detalhada das ondas de calor que incluíu o cálculo da frequência, duração e in-tensidade seguindo as definições e a metodologia proposta por RUSSO et al. (2014). A alteração climática é avaliada por comparação dos resultados obtidos para os climas futuro de médio e de longo prazo com os resultados para o clima de referência. A comparação é feita para cada uma das quatro estações do ano. A significância estatística, das diferenças encontradas foram avaliadas com métodos estatísticos.

Resultados e DiscussãoAlteração Climática na Península IbéricaTemperaturaPor questões de limitação de espaço, os resultados para o clima futuro a médio prazo (2046-2065) não são aqui apresentados. No entanto, de um modo geral, estes são semelhantes àqueles obtidos para o clima de futuro a longo prazo (2081-2100) mas de menor magnitude. Na Figura 4.2 apresentam-se as diferenças entre o clima futuro a longo prazo e o clima de referência para as Tmax a Tmin médias anuais. Prevê-se um aumento da Tmax entre 2,8˚C e 4˚C e um aumento da Tmin entre 2,8˚C (litoral) e 5˚C (terras altas). Estas diferenças representam uma alteração climática signi-ficativa, sendo concordantes com os apresentados pelo IPCC (2013) para o cenário de emissões usado.

Na Figura 4.3 é apresentado o índice HWMI para o Verão para o clima de referência e a diferença entre os climas futuro a longo prazo e de referência. O índice é escalar, assim, atribuíram-se escalas de magnitude de acordo com o seguinte critério: normal ([1;2]), moderado (]2;3]); severo (]3;4]), extremo (]4;8]), muito extremo (]8;16]), super-extremo (]16;32]) e ultra-extremo para valores acima de 32. No Verão, as ondas de calor passam de normais a moderadas, durante o clima de referência, para muito extremas no clima FLP, sugerindo um aumento do número de ondas de calor com temperaturas mais elevadas. Mostra-se um contraste acen-tuado na duração e magnitude das ondas de calor, entre a região litoral e interior da PI. Este padrão espacial é simula-do para as restantes estações do ano (não mostrado) apesar de magnitude inferior. O aumento na duração e magnitude das ondas de calor e o seu padrão espacial é idêntico, para todas as estações do ano, ao simulado para o número de dias quentes (não mostrado).

Na Figura 4.4 apresentam-se as diferenças percentuais entre o clima futuro a longo prazo e o clima de referência para o número de dias quentes no Verão. A Peninsula Ibérica verifi-cará um aumento entre 20% (no litoral oeste e norte) e 80% (nas restantes regiões) no número de dias quentes.

Figura 4.2 Diferença (˚C) entre os climas futuro a longo prazo e de referência das Tmax e Tmin médias anuais (a significância estatística é apresentada como pontos negros).

Figura 4.1 Forçamento radiativo total (natural e antropogénico) para os cená-rios RCPs (adaptado de MEINHAUSEN et al., 2011).


PrecipitaçãoA simulação para o clima futuro a longo prazo não mostra alterações significativas na precipitação média de Inver-no e Verão mas são registadas ligeiras diminuições para a Primavera e sobretudo Outono. Verifica-se também uma diminuição de precipitação total (acumulada na estação do ano) extrema (percentil 90) de Primavera, Verão e Outono e um aumento para o Inverno; no entanto, estas variações têm um carácter localizado.

Na Figura 4.5 mostra-se um aumento significativo e genera-lizado (com exceção da região Este da Península Ibérica), na ordem dos 20%, no número de dias sem ocorrência de preci-pitação para o Outono. Padrões semelhantes são simulados para a Primavera (não mostrado). Nas restantes estações do ano não se simulam alterações significativas com exceção de uma ligeira diminuição de 5% em Portugal no Verão. Intensidade do ventoPara o Outono estima-se uma diminuição generalizada da intensidade do vento na Península Ibérica. Para as restantes estações do ano não se simulam diferenças significativas mas regista-se uma tendência de diminuição o que poderá

ter impactos no recurso eólico, sobretudo nas regiões do norte/noroeste da PI onde a capacidade instalada de gera-ção de energia eólica é maior.

Ondas de calor na área urbana do PortoPara o Porto os resultados mostram um aumento médio de 1,9˚C no cenário de clima futuro a médio prazo podendo chegar aos 3,7˚C a longo prazo. O número anual de ondas de calor projectado, para o Porto, aumenta substancialmente. A Figura 4.6 mostra a variação do número médio anual de ondas de calor no Porto. É simulado um aumento de 2,2 vezes superior para o cenário de clima futuro de médio prazo e de 3,6 vezes superior para o cenário de clima futuro a longo pazo, acompanhado por um aumento anual médio na duração das ondas de calor (não mostrado).A Figura 4.6 mostra ainda o número médio e a duração mé-dia anual das ondas de calor para cada estação do ano. Actualmente verifica-se que o maior número de ondas de ca-lor ocorre para as estações da Primavera e Verão. No futuro, as ondas de calor mais frequentes passarão a ocorrer no Ve-rão e no Outono mantendo-se esse aumento a longo prazo. A estação do ano em que as ondas de calor têm uma duração média mais elevada, é a Primavera. Contudo, as simulações apontam o Outono como a estação do ano onde as ondas de calor passarão a ser mais duradouras.

Síntese conclusivaPara a região urbana do Porto, as simulações conduzidas indicam um aumento da temperatura média de 1,9˚C para o clima futuro a médio prazo (2046-2065) e de 3,7˚C para o clima futuro a longo prazo (2081-2100). O aumento previsto nas três propriedades que caracterizam as ondas de calor, nomeadamente, o seu número, a sua duração e a sua intensi-dade, é preocupante sobretudo em termos de saúde pública e durante o Verão.

Figura 4.3 a) Índice HWMI para o Verão do clima de referência, b) Diferença entre os climas futuro a longo prazo e de referência do índice HWMI no Verão (a significância estatística é apresentada como pontos negros).

Figura 4.5 Diferença (%) no número de dias secos (precipitação inferior a 1 mm/dia) no Outono entre os climas futuro a longo prazo e de referência (o ponteado significa que não há diferenças significativas).

Figura 4.6 Número médio anual e duração média anual das ondas de calor para o Porto para cada estação do ano (o valor no topo das barras representa a soma anual).

Figura 4.4 Diferença (%) entre os climas futuro a longo prazo e de referência do número de dias quentes no Verão (a significância estatística é apresentada como pontos negros).

A poluição atmosférica resulta da combinação de emis-

sões elevadas com condições climáticas desfavoráveis.

À medida que entramos numa era de rápidas alterações

do clima, as implicações para a qualidade do ar têm

de ser bem compreendidas, quer para efeitos de gestão

da qualidade do ar quer como uma das consequências

societais das alterações climáticas. JACOB, D.; WINNER, A. - Effect of

climate change on air quality. Atmospheric Environment. ISSN 1352-2310. 43:1 (2009) 51-63.


As alterações climáticas (AC) e os seus efeitos são atualmen-te uma prioridade tanto a nível internacional como a nível nacional. Estas mudanças no clima irão afetar a concentra-ção e dispersão dos poluentes atmosféricos e consequente-mente a qualidade do ar. De acordo com o último relatório do Painel Internacional para as Alterações Climáticas para a Europa (KOVATS et al., 2014), as AC irão ter efeitos comple-xos e locais na química, transporte, emissão e deposição de poluentes atmosféricos, merecendo especial preocupação o aumento previsto tanto nas concentrações de fundo como nos valores de pico de ozono (O3) troposférico.

As projeções para a qualidade do ar futura deverão ter em conta as alterações do clima e das emissões de poluentes atmosféricos. Assim, além dos cenários de concentração de gases com efeito de estufa (GEE), definidos pelo IPCC, é também necessário definir cenários de emissão de poluen-tes atmosféricos (CO, NOx, SOx, NMVOC, NH3 e PM), uma vez que variações da concentração dos poluentes atmosféricos primários e dos precursores dos poluentes atmosféricos secundários influenciarão a qualidade do ar futura.

Sendo a modelação da qualidade do ar uma ferramenta importante para estimar os efeitos e consequências das AC na qualidade do ar, ela é insubstituível na análise de cenários futuros. Assim, neste capítulo pretende-se avaliar os impactos das AC na qualidade do ar em 2050 para Portugal e para a área urbana do Porto, recorrendo à aplicação de um modelo de qualidade do ar.

MetodologiaNo capítulo anterior foi apresentada a avaliação da AC futura para a Península Ibérica e para a região do Porto usando o cenário de emissões de GEE identificado como RCP8.5, recorrendo a simulações climáticas com o modelo numérico regional WRF. Os campos meteorológicos calculados são usados neste capítulo como dados de entrada do modelo de qualidade do ar CAMx - Comprehensive Air quality Model with extensions (MORRIS et al., 2004), através de três simu-lações de 5 anos que diferem entre si em termos climáticos e de emissões de poluentes atmosféricos, de modo a avaliar:• a qualidade do ar atual , simulação conduzida com os dados climáticos respeitantes ao período 2001- 2005, dora-vante denominado CLIMA_ATUAL;

• o impacto das AC na qualidade do ar sem alteração das emissões de poluentes atmosféricos, simulação conduzida com os dados climáticos para 2046 a 2050 e com as emis-sões atuais, doravante denominado CLIMA_2050; • o impacto conjunto de clima e emissões de poluentes atmosféricos, conduzida com os dados climáticos para 2046 a 2050 e com as emissões futuras, doravante denominado CLIMA+EMISSÕES_2050.

Nas simulações foram definidos três domínios de aplicação de modo a avaliar a qualidade do ar em Portugal e obter um maior detalhe para a área urbana do Porto (Figura 5.1). Assim, a simulação para Portugal Continental foi conduzida com uma resolução espacial de 9 km por 9 km, a região Norte foi simulada com 3 km x 3 km e o Porto com 1 km x 1 km, recorrendo à técnica de downscalling dinâmico (diminuição sucessiva do domínio de simulação).

Figura 5.1 Domínios de aplicação do modelo CAMx: Portugal (D1), Norte (D2), Porto (D3) (imagens Google Earth).

Para além dos dados climáticos calculados pelo modelo WRF, o modelo de qualidade do ar CAMx necessita ainda dos seguintes dados de entrada: concentrações de poluentes iniciais e fronteira, dados geográficos, valores da coluna de ozono, e emissões de poluentes atmosféricos (Figura 5.2).

Para a situação atual tanto as condições iniciais e fronteira como os dados da coluna de ozono estão já disponíveis para serem usados no modelo CAMx, no entanto, para o período de 2050, esses mesmos dados têm de ser estimados. De acordo com a informação proveniente de outras aplicações de modelos globais, as condições iniciais e fronteira e os dados de coluna de ozono foram estimados para 2050 tendo em conta o cenário RCP8.5 já referido no capítulo anterior.

05Modelação da qualidade do ar em 2050

D1

D2

D3


As emissões de poluentes atmosféricos para 2001-2005 foram preparadas tendo como base o inventário nacional de emissões atmosféricas (INERPA). Os valores de emissão totais nacionais foram desagregados espacialmente, apli-cando uma metodologia top-down para todos os sectores de atividade presentes no inventário nacional, à exceção do sector do tráfego para o qual foi seguida uma abordagem mista (combinação de bottom-up e top-down) que permite obter uma melhor caracterização destas emissões, dada a sua importância em áreas urbanas.

Na preparação das emissões de poluentes atmosféricos para 2046-2050 aplicou-se o modelo de emissões EmiPro-RCP (SÁ et al., 2015), para o cenário RCP8.5 do IPCC. O EmiPro--RCP, baseado em linguagem Python, foi desenvolvido no âmbito do projeto CLICURB para a estimativa de emissões futuras de poluentes atmosféricos pelos diferentes sectores de atividade (Figura 5.3).

ResultadosEmissõesO modelo EmiPro-RCP calcula o fator de emissão para cada poluente com base no sector de emissão, na região de estu-do, no cenário climático e no ano escolhido. Esta informação, combinada com as emissões do ano base, permite o cálculo das emissões futuras. A Tabela 5.1 apresenta os resulta-dos obtidos em termos de totais anuais para os poluentes presentes no inventário. Verifica-se que mesmo no cenário climático RCP8.5 (o mais gravoso dos cenários IPCC), as emissões de todos os poluentes atmosféricos, à exceção do NH3, apresentam valores significativamente inferiores aos atuais. Esta diminuição resulta de fatores de emissão mais baixos devido a melhorias tecnológicas e aumento da efici-ência da combustão.

Tabela 5.1 Emissões totais anuais para 2001-2005 e para 2046-2050 pela aplicação do modelo de emissões EmiPro-RCP.

Qualidade do arApresenta-se a avaliação da qualidade do ar recorrendo aos resultados obtidos para os três principais poluentes, ou seja aqueles que são atualmente identificados em Portugal com valores preocupantes no contexto da legislação europeia: NO2, PM10 e O3. De seguida analisam-se os resultados de qualidade do ar em termos espaciais para Portugal (D1) e para a área urbana do Porto (D3).

A Figura 5.4 apresenta para Portugal Continental os diferen-ciais de concentração de poluentes obtidos entre as duas simulações conduzidas para clima futuro e a simulação conduzida para clima atual. Para Portugal Continental, e considerando apenas o efeito das alterações no clima (Figura 4.4a), os resultados indicam que a concentração média anual de NO2 irá aumentar entre os 5 e os 15% em algumas regiões do país (Norte e Centro Litoral, Douro e Alentejo), apresentando o resto do território diminuições inferiores a 5%. No entanto, quando se acres-centa aos efeitos do clima a redução prevista nas emissões de poluentes atmosféricos (Figura 4.4b), a concentração média anual de NO2 irá diminuir significativamente (entre 15% e 65%) em todo o território. Assim, pode concluir-se que a redução das emissões de NOx consegue anular o aumento das concentrações provocado pela alteração dos padrões climáticos.

CAMx

emissões

WRF

condições iniciais e fronteira

dados geográficos

meteorologia

Figura 5.2 Dados de entrada para o modelo de qualidade do ar CAMx: me-teorologia (modelo WRF), dados geográficos, emissões, e condições iniciais e fronteira.

Dados de entrada

Emissões da base de dados RCP

(dentro do modelo)

Emissões atuais:· Opção 1: emissões totais· Opção 2: por SNAP em grelha e emissões pontuais

(inserida pelo utilizador)

Questionário

Estimativa das emissõesEmissões Futuras - Emissões atuais x

Emissões futuras RCPEmissões atuais RCP

Dados de saída Emissões futuras:

· Opção 1: emissões totais· Opção 2: por SNAP em grelha e emissões pontuais

EmiPro-RCP

Figura 5.3 – Esquema representativo do modelo de emissões EmiPro-RCP.

2001-2005 2046-2050

NH3 47,47 59,71

SO2 43,37 10,99

NOx 161,22 80,11

VOC 168,50 95,73

CO 305,51 140,35

PM10 73,53 43,03

PM2.5 55,98 32,76


Figura 4.4 Diferenciais relativos (%) nas concentrações médias anuais de NO2 e PM10 e na concentração octo-horária máxima anual de O3, entre as simulações a) CLIMA_2050 e CLIMA_ATUAL, e b) CLIMA+EMISSÕES_2050 e CLIMA-ATUAL.

b) Δ CLIMA+EMISSÕES_2050 – CLIMA_ATUALa) Δ CLIMA_2050 – CLIMA_ATUAL


Analisando agora as concentrações de ozono, as máximas octo-horárias apresentam um aumento de cerca de 3% na costa portuguesa e uma diminuição na ordem dos 5% no interior do país para a simulação CLIMA_2050 (Figura 4.4a). Quando se avaliam também as alterações nas emissões em 2050, os resultados são similares apresentando no entanto valores mais elevados, com aumentos na ordem dos 5% na costa portuguesa e reduções de 7% no interior do país (Figu-ra 4.4b). Assim, dada a não linearidade das reações químicas que conduzem à formação de ozono e também o aumento do transporte transfronteiriço de ozono, a redução nas emis-sões dos precursores de ozono não conduz a uma redução das concentrações deste gás nas zonas mais urbanizadas.Em 2050, a concentração média anual de PM10 irá aumentar entre 8 e 11% se apenas se considerar os efeitos das alte-rações no clima (Figura 4.4a), com as percentagens maiores a verificarem-se na região Norte e Centro Litoral do país. Na simulação em que se acrescentam os efeitos da redução das emissões de PM10 aos efeitos das alterações no clima, verifica-se um aumento significativo da concentração média anual de PM10, atingindo valores superiores a 50% no interior

a) Δ CLIMA_2050 – CLIMA_ATUAL

Figura 4.5 Diferenciais relativos (%) nas concentrações médias anuais de NO2 e PM10 e na concentração octo-horária máxima anual de O3, entre as simulações a) CLIMA_2050 e CLIMA_ATUAL, e b) CLIMA+EMISSÕES_2050 e CLIMA-ATUAL., para a zona urbana do Porto.

b) Δ CLIMA+EMISSÕES_2050 – CLIMA_ATUAL

de Portugal (Figura 4.4b). Apesar de se estimar uma redução das emissões de PM10 em 2050, o sistema de modelos indica um grande aumento das concentrações de PM10 em Portu-gal. Estes resultados podem ser justificados pelas condições iniciais e fronteira estimadas pelo modelo MOZART-4 para 2050, que apresentam um aumento elevado dos valores de matéria particulada de origem transfronteiriça.

A Figura 4.5 apresenta os diferenciais de concentração de poluentes obtidos entre as duas simulações conduzidas para clima futuro e a simulação conduzida para clima atual agora para a zona urbana do Porto, com 1 km x 1 km de resolução horizontal.


Para o NO2 e o O3 os resultados obtidos para a área urbana do Porto são semelhantes aos obtidos para Portugal. No caso do NO2 verificam-se aumentos máximos da concen-tração média anual de 8,5% quando se avalia somente o efeito das alterações no clima (Figura 5.5a). Para a simulação conduzida com redução de emissões (Figura 4.5b) existe uma redução da concentração média anual de NO2 entre 50 e 60%, à semelhança do obtido para Portugal. Em cenário de alteração climática, as concentrações máximas octo-horárias de ozono aumentam cerca de 5% nos municípios a Norte da cidade do Porto e diminuem cerca de 3% nos municípios a Sul, com a cidade do Porto a não apresentar quaisquer alterações de concentração. A redução de emissões estimada para 2050, resulta no entanto num aumento de O3 de 6% no município do Porto, tal como concluído para Portugal.

Os resultados obtidos para a concentração média anual de PM10 na simulação CLIMA_2050 são cerca de 8% superiores aos valores obtidos para CLIMA_ATUAL; no entanto a redu-ção de emissões considerada em CLIMA+EMISSÕES_2050 conduz a uma diminuição da concentração média anual de PM10 na área urbana do Porto na ordem dos 13%. Feita a comparação relativa entre as três simulações, im-porta agora examinar os valores absolutos de concentração de poluentes, tendo como base os valores estabelecidos na legislação atual para os três poluentes em análise (Tabela 5.2). Este estudo foi conduzido fazendo a média dos valores horários obtidos para o concelho do Porto nos 5 anos de simulação e comparando o valor obtido com a legislação (Figura 5.6).

(1) a não exceder mais de 18 vezes num ano civil(2) a não exceder mais de 35 vezes num ano civil(3) a não exceder mais de 25 dias, em média, por ano civil, num período de três anos

Tabela 5.2. Valores legislados atualmente em vigor para O3, NO2 e PM10

Pela análise à Figura 5.6 verifica-se a inexistência de qual-quer ultrapassagem ao VL horário de NO2. No entanto, para PM10 e O3 é visível um aumento do n.º de excedências, que no caso de PM10 se reflete num agravamento da situação atual com o não cumprimento do VL diário nas duas simula-ções de clima futuro.

Síntese conclusivaA análise conduzida para a área urbana do Porto indica um agravamento na ocorrência, duração e intensidade de valores extremos de PM10 e de O3, com ultrapassagem dos valores estabelecidos na legislação atual para as PM10.

Conclui-se, portanto, que as reduções de emissões, quer de PM quer de poluentes precursores, não têm um efeito pro-porcional nas concentrações, tal como verificado na Europa durante a primeira década deste século (COLETTE et al. , 2011). As razões para esta discrepância incluem o au-mento do transporte intercontinental de precursores de poluentes que se traduz num aumento das concentrações de fundo. Nas simulações conduzidas a redução de emissões revela-se insuficiente face ao aumento das concentrações de fundo, revelando a necessidade da adoção de outro tipo de medidas que não apenas as tecnológicas, tais como sociais e económicas, que conduzam à redução das emissões (por exemplo, através da mudança de comportamentos no uso do automóvel), para fazer face aos desafios colocados pelas alterações climáticas nas áreas urbanas.

Figura 5.6 Número de ultrapassagens aos VL diários de NO2 e PM10, e de ultrapassagens aos valores-alvo e objetivo de longo prazo de O3.

Base Valor-Limite (μg.m-3)

NO2 Horária 200(1)

PM10 Diária 50(2)

Valor-Alvo (μg.m-3)

Objetivo a longo prazo

(μg.m-3)

O3 Máximo diário da

média octo-

-horária

120(3) 120

O conhecimento da distribuição de fluxos de energia

na cidade é vital para enfrentar o desafio da sustenta-

bilidade urbana em cenário de alteração climática. LITZKE, B.; VOGT, R.; YOUNG, D.T.; GRIMMOND, C.S.B. – Physical Fluxes in the Urban Environ-

ment. Em: Understanding Urban Metabolism: A Tool for Urban Planning. Ed. Chrysoulakis, N.,

Castro, E. A. and Moors, E. J. Taylor & Francis: London, 2015. ISBN 978-0415835114.


Sendo um dos objetivos do projeto CLICURB a caracteriza-ção dos fluxos urbanos na área urbana do Porto, para clima atual e futuro, revelou-se essencial a aplicação de um mode-lo de balanço energético que permitisse estimar a distribui-ção espacial dos fluxos. A escolha recaiu no modelo SUEWS – The Surface Urban Energy Water Balance Scheme, desen-volvido pela Universidade de Reading (UK), que permite simular a radiação urbana e balanços de energia e de água. Neste capítulo é apresentada a avaliação do modelo SUEWS por comparação com os dados monitorizados já apresenta-dos no capítulo 3. São depois apresentados os fluxos obtidos por aplicação do SUEWS em clima actual e futuro na área urbana do Porto.

O modelo SUEWSO SUEWS considera o balanço de energia completo num volume de ar em meior urbano, que é formulado matemati-camente do seguinte modo (OKE, 1987):

Q*+QF=Q_E+Q_H+ΔQS

Onde:Q*- balanço total de energia (o balanço entre a radiação incidente e refletida)QF - fluxo de calor antropogénico (energia libertada pelas atividades antrópicas)QE - fluxo de calor latente (energia libertada ou absorvida para que ocorra mudança de fase da água)QH - fluxo de calor sensível (energia que aquece o ar)ΔQS - fluxo de calor do solo (energia absorvida ou libertada pela superfície).

O balanço de energia pode ainda ser determinado segundo as componentes de radiação de pequeno (K) e grande (L) comprimento de onda, no sentido ascendente (↑) ou descen-dente (↓):

Q*=K↓-K↑+L↓-L↑

Onde:K↓ - a radiação solar globalK↑ - radiação solar reflectidaL↓ - radiação atmosférica L↑ - radiação terrestre.

Como dados de entrada o modelo SUEWS necessita de variáveis meteorológicas comumente medidas (temperatura, precipitação, radiação solar incidente, humidade relativa, pressão atmosférica e velocidade do vento), informação sobre o uso do solo (percentagem de edifícos, pavimentos, vegetação e solo nu), densidade populacional e informação sobre o movimento da água na canópia urbana.

O SUEWS é um modelo que pode ser aplicado a diferentes escalas, desde 1 km de resolução espacial às dezenas de me-tros, uma vez que o modelo é aplicado individualmente para cada célula do domínio. Uma descrição detalhada do modelo SUEWS pode ser encontrada em JARVI et al. (2011).

06Modelação de fluxos

Figura 6.1 Modelo SUEWS.


MetodologiaOs dados meteorológicos necessários à aplicação do SUEWS foram obtidos por aplicação do modelo meteorológico WRF, já apresentado no capítulo 4. A informação sobre o uso do solo obteve-se por recurso ao Urban Atlas do Porto com elevada resolução espacial, elaborado pela Agência Europeia do Ambiente, que apresenta a classificação do uso do solo em vinte classes. Os dados foram confirmados com recurso à análise de imagens de satélite, obtidas através da ferramen-ta Google Earth e tratadas com recurso às ferramentas do sistema de informação geográfica ArcGis (Esri ©, V10). Sem-pre que se revelou necessário ainda se realizaram visitias técnicas ao local. É de salientar que, como o SUEWS requer a modelação individual de cada célula, foi necessário desen-volver um pré-processador que criasse os inputs requeridos pelo modelo de forma automatizada, bem como um pós--processador que procedesse ao tratamento dos outputs.

ResultadosAvaliação do modelo SUEWSSendo esta a primeira vez que o modelo SUEWS é aplicado para Portugal revelou-se essencial proceder à sua avaliação por comparação dos resultados com dados medidos. Uma vez que a medição de fluxos foi realizada em duas áreas distin-tas, uma área urbana (Porto) e uma área suburbana (Aveiro), o SUEWS foi aplicado para ambas as áreas, para um período de 5 meses (agosto-dezembro 2014). De modo a obter os dados de entrada necessários para a aplicação do SUEWS, o WRF foi aplicado para as duas áreas de estudo, com 1 km de resolução espacial, para o período de 5 meses, sendo depois seleccionadas as células correspondentes à localização das torres de fluxos instaladas.

Realizou-se a avaliação da performance do SUEWS por aplicação do modelo BOOT - Statistical Model Evaluation Software Package, versão 2.0. É ainda de salientar que os parâmetros estatísticos obtidos (não apresentados) estão em concordância com os parâmetros obtidos em estudos semelhantes (JARVI et al., 2011; JARVI et al., 2014). Para além dos parâmetros estatísticos, ainda se realizou uma observa-ção qualitativa que consistiu na análise de séries temporais e de scatter plots. Pode-se encontrar a descrição detalhada da avaliação do modelo em RAFAEL et al. (submetido). Neste capítulo apenas se apresenta a análise das séries temporais para dois períodos distintos: um mês de verão (agosto) e um mês de inverno (dezembro) para as duas áreas de estudo (urbana e suburbana) (Figura 6.2).

Área suburbana (Aveiro)

Área urbana (Porto)

Figura 6.2 Perfil horário de fluxos de calor latente e sensível, medidos (linha preenchida a vermelho) e modelados (linha preenchida a preto), para a área suburbana e urbana, para dois períodos temporais distintos: um mês de Verão (agosto) e um mês de Inverno (dezembro).

A análise das séries temporais permite concluir que o SUEWS reproduz o perfil horário do fluxo de calor latente e sensível em ambas as áreas de estudo. Os dados da área suburbana revelam que QH é o fluxo turbulento dominante no Verão, quando as condições de elevada temperatura e reduzida precipitação resultam numa reduzida taxa evapo-rativa. Por outro lado, em resultado da redução da radiação solar global ao longo dos meses de Outono e de Inverno, e do aumento da precipitação, a magnitude de QH começa a reduzir consideravelmente neste período, enquanto que QE se apresenta como o fluxo de maior importância. Como re-sultado, em dezembro, as diferenças de magnitude entre QH e QE não são significativas. No período nocturno de Inverno os dados medidos apresentam valores negativos de QH como resultado das reduzidas temperaturas à superfície, fenómeno que não é reproduzido pelo SUEWS.


A dominância de QH na área urbana traduz a importância da vegetação na magnitude de QE, apresentando este valores reduzidos em resultado da pequena fracção de cobertura vegetal da área em estudo. A dominância de QH é parti-cularmente evidente em agosto, como resultdo do forte aquecimento da superfície. De uma maneira geral o SUEWS subestima QE durante o dia, quando apresenta magnitudes máximas, resultando numa sobrestimativa de QH. É reco-nhecido que as áreas com reduzida vegetação apresentam valores reduzidos de QE resultado das características da superfície (elevada percentagem de superfície impermeá-vel), combinada com um reduzido teor de humidade do solo. O período de Verão na área urbana foi caracterizado por condições secas com reduzidos períodos de precipitação, e consequentemente com uma taxa de evaporação reduzida.Comparando a magnitude de QH e QE, é evidente que o fluxo de calor sensível é, numericamente, o principal dissipador de calor dos fluxos turbulentos na área urbana.

Uma vez que se simularam duas áreas com diferentes características de uso do solo, realizou-se uma análise ao comportamento dos diferentes componentes que constituem o balanço energético. Para além de QH e QE anteriormente analisados, são também apresentados e discutidos os res-tantes componentes do balanço energético que não foram medidos nas campanhas de medição de fluxos: Q*, QF, e ΔQS. A figura 6.3 apresenta o perfil horário do balanço de energia para o período simulado.

Na área suburbana, a maioria da energia disponível (Q* e QF) é direcionada para QE representando em média 49% da energia disponível durante o dia (10:00-15:00). A restante energia é repartida por QH e por ΔQS. Como resultado, a razão de Bowen (β=QH/QE, a razão entre os fluxos de calor sensível e latente, uma forma de estudar a distribuição de energia disponível que depende das condições hídricas da superfície evaporante) é de 0,53, semelhante à taxa de evaporação (QE/Q*), cujo valor é 0,49, valores que estão de acordo com a relação esperada para áreas suburbanas (COUTTS et al., 2007). Por outro lado, na área urbana, a maior percentagem de energia é distribuída por QH (cerca de 50%), seguido por ΔQS (com cerca de 43%). A dominância de QH é consistente com as observações em áreas densamente povoadas (COUT-TS et al., 2007). Apenas 7,9% da energia é dissipada através

da evaporação, como resultado da natureza impermeável do uso do solo. A taxa de evaporação é mais baixa do que a obtida na área suburbana, resultando num valor superior da razão de Bowen (6,3). Estes valores estão dentro da gama observada em áreas com escassa percentagem de vegetação (GRIMMOND e OKE, 2002).

O maior contraste entre as duas áreas é obtido pelo QE, verificando-se claramente que a magnitude do fluxo é superior na área suburbana como resultado de uma maior cobertura vegetal e armazenamento de água no solo. Por outro lado, a área urbana é caracterizada por extensas su-perfícies impermeáveis, incluindo edifícios e pavimentos, por onde a água escoa rapidamente, reduzindo a água disponível para a evapotranspiração. Também se observam diferenças importantes ao nível do fluxo de calor do solo. As áreas urbanas apresentam, tipicamente, um albedo inferior ao das áreas suburbanas/rurais. Como resultado das características térmicas dos materiais de construção e de cobertura do solo, maior percentagem de energia solar é absorvida pela superfície urbana.

Além disso, face à morfologia urbana (prédios altos e ruas estreitas) a área urbana absorve mais radiação do que uma superfície plana com propriedades térmicas equivalentes, apresentando ainda um reduzido sky view factor (SVF) (fator de visão do céu, calculado como a fração de céu visível quando olhado de baixo para cima) que ocasiona a dimi-nuição da perda de radiação de grande comprimento de onda de sentido ascendente (L↑), contribuindo assim para o aquecimento da superfície.

Como resultados destes fatores, os valores de ΔQS (durante o dia) são quase duas vezes mais elevados na área urbana. A magnitude do fluxo de calor do solo (especialmente na área urbana) durante o dia é contrabalançada pela libertação de calor no período da noite. Como esperado, os valores mais elevados de QF são obtidos na área urbana, mas apresentam uma magnitude reduzida quando comparados com os res-tantes componentes do balanço de energia, razão pela qual este fluxo é muitas vezes desprezado neste tipo de análise.

Figura 6.3 Balanço de energia para o período de simulação para a a) área suburbana e b) e urbana (Q*: balanço total de energia, QF: fluxo de calor antropogénico, QE: fluxo de calor latente, QH: fluxo de calor sensível, ΔQS: fluxo de calor do solo).


Fluxos de energia em cenário de alteração climáticaTendo como objetivo analisar o efeito das AC nos diversos componentes que constituem o balanço de energia na re-gião urbana do Porto, o modelo SUEWS foi aplicado usando como dados de entradas as variáveis meteorológicas resul-tantes das simulações climáticas apresentadas no capítulo 4 para clima atual e clima futuro de médio prazo. Todos os restantes dados de entrada, nomeadamente o uso do solo, as características da superfície (albedo, emissividade, altura de rugosidade, entre outros), a densidade populacional e o movimento da água na canópia urbana, foram mantidos constantes pelo que as alterações no comportamento e magnitude dos fluxos decorrem exclusivamente da alteração das variáveis climáticas.

A figura 6.4 apresenta as diferenças percentuais entre o cli-ma futuro e o clima atual para QH, QE, ΔQS, K↓ e Q*. Os resulta-dos revelam um aumento em toda a região de estudo de QH e ΔQS em cerca de 40%. O aumento de ΔQS está diretamente relacionado com o aumento da radiação solar global (K↓) em clima futuro (aumento de cerca de 15% em todo o domínio). Por outro lado, verifica-se uma redução de QE em cerca de 20%, resultado da redução da precipitação em cenário de cli-ma futuro (cerca de -24%). É ainda de notar que as alterações nos diversos componentes do balanço de energia resultam numa alteração de Q*, que se caracteriza num aumento de cerca de 20% em cenário de clima futuro.

Não foram simuladas alterações de QF, no entanto, existindo uma alteração das variáveis meteorológicas em clima futuro, nomeadamente um aumento da temperatura, existirão impli-cações no consumo energético com aumento das necessida-des de arrefecimento, e consequente alteração da magnitude de QF.

Síntese conclusivaÉ notório que alterações nas variáveis meteorológicas resul-tam em alterações na magnitude dos fluxos de energia. O aumento da radiação solar global, do fluxo de calor do solo e do fluxo de calor sensível, ao contribuírem para o aqueci-mento das infraestruturas urbanas, propiciam o aumento da temperatura à superfície e, consequentemente, contribuem para a formação da ilha de calor urbana (ICU). No caso da área urbana do Porto, onde este fenómeno é já uma realidade, espera-se um aumento da magnitude e severidade da ICU.

Figure 6.4. Diferença percentual entre o cenário futuro e de referência para o fluxo de calor sensível (QH), fluxo de calor latente (QE), fluxo de calor do solo (ΔQS), radiação solar global (K↓) e o balanço total de energia (Q*).


Apesar de claramente vulneráveis aos efeitos das

alterações climáticas, as cidades estão numa posição

única para assumir um papel de liderança, incorporan-

do a resiliência no desenvolvimento de projetos que

melhor sirvam a sua população. RAFAEL, S.; MARTINS, H.; BORREGO, C.;

LOPES, M. – Urban vulnerability and resilience to climate change. Em: Air Pollution XXIII. WIT

Transactions on Ecology and The Environment: Southampton, 2015. ISBN 978-1-84564-964-7.


Nos últimos anos o conceito de resiliência tem sido associa-do à vulnerabilidade às alterações climáticas (AC), realçando a necessidade das áreas urbanas serem capazes de recuperar rapidamente face a perturbações relacionadas com o clima. O aumento da resiliência é, por isso, amplamente citado na Política Europeia do Clima como um objectivo-chave nas estratégias de adaptação e mitigação em cidades e regiões urbanas. Resiliência é então definida como a capacidade social ou ecológica de absorver perturbações, continuando a manter as mesmas estruturas básicas ou modos de funcionar, a capacidade de se auto-organizar e de se adaptar ao stress e às modificações impostas pelo exterior.

A resiliência pode ser vista como uma ferramenta para com-preender o clima local e responder aos desafios colocados pelas AC, uma vez que permite (NCCS, 2015):

• identificar vulnerabilidades climáticas atuais e futuras, nomeadamente através da reflecção sobre a forma como determinada área é afetada pelo clima e quais os efeitos e consequências dos diferentes tipos de eventos meteorológi-cos extremos; • selecionar um conjunto de opções que permitam responder às necessidades, objetivos, vulnerabilidades e riscos climáti-cos (atuais e futuros), priorizando as opções; • implementar medidas, definindo o que deve ser feito para traduzir opções em acções concretas, por exemplo através da elaboração de um documento estratégico, alocando os recursos humanos e económicos necessários; • monitorizar e avaliar a eficácia dessas medidas, identifican-do a necessidade de introdução de alterações ou melhorias;• rever a estratégia aprovada por forma a assegurar que esta continua a ser eficaz, uma vez que a resiliência é um processo iterativo.

O aumento previsto na ocorrência, intensidade e duração das ondas de calor, apresentado no capítulo 4, assumirá especial importância nos ambientes urbanos onde predominam ma-teriais com alta capacidade de absorção/retenção calorífica e pouca, ou nula, capacidade evapotranspirativa, tais como o cimento e o asfalto. A inclusão de espaços verdes, a aplica-ção de coberturas verdes e superfícies com altos índices de

reflexão solar (albedo) em edifícios são das medidas mais eficientes para a redução da temperatura em meios urbanos (SUSCA et al. 2011).

O aumento da área ocupada por vegetação nas áreas urba-nas é uma das principais medidas preconizadas tanto para a mitigação como para a adaptação às AC. Como estratégia de mitigação e em caso de manchas arbóreas considerá-veis, a vegetação contribui para a captação de CO2 e para a estabilização dos níveis de gases com efeito de estufa (GEE) na atmosfera. Como estratégia de adaptação, os espaços verdes contribuem para moderar as altas temperaturas e, consequentemente, a intensidade da ilha urbana de calor, incrementando o conforto bioclimático tanto no interior do espaço verde como na sua proximidade, reduzindo ainda o risco de cheias urbanas através do aumento da capacidade de infiltração do solo (EEA, 2011).

A vegetação urbana beneficia as cidades não só a nível biofísico (climático, bioclimático, biológico, hidrológico, nomeadamente através de melhoria da qualidade do ar, da redução de níveis de ruído e do aumento da biodiversidade), como também a nível cultural, social e estético (providen-ciando espaços de lazer e de socialização e promovendo a qualidade de vida nas cidades) (EC, 2015). A vegetação ur-bana beneficia as cidades não só a nível biofísico (climático, bioclimático, biológico, hidrológico, nomeadamente através de melhoria da qualidade do ar, da redução de níveis de ru-ído e do aumento da biodiversidade), como também a nível cultural, social e estético (providenciando espaços de lazer e de socialização e promovendo a qualidade de vida nas cidades) (EC, 2015). Também a nível económico as infraestru-turas verdes apresentam benefícios, sobretudo pela redução de custos com saúde, diminuição do consumo energético associado ao abaixamento da climatização e limitação de danos associados à ocorrência de cheias, podendo ainda es-tas infraestruturas serem desenhadas como atrativo turístico no caso de espaços verdes de particular interesse histórico, cultural e científico (EEA, 2011).

Dentro das infraestruturas verdes destacam-se dois tipos de medidas, telhados verdes e aumento de áreas verdes.

07Fatores de Resiliência


Este tipo de medidas têm o potencial de reduzir a absor-ção de energia solar, possibilitando a redução do consumo de energia utilizada para climatização e a atenuação dos efeitos de ilha de calor urbano (BELL et al., 2008a; OLI-VEIRA et al., 2011;). Por exemplo, estudos realizados em Madrid demonstraram que um telhado verde pode reduzir em 10 % as necessidades de arrefecimento de um edfício residencial de oito pisos, durante os períodos mais quentes (OBERNDORFER et al., 2007). Por outro lado, estas medidas permitem aumentar o número de espaços verdes numa área urbana, podendo funcionar como um fator de revitalização de áreas economicamente deprimidas, bem como um meio de melhoria da qualidade do ar visto que promovem a filtra-gem e fixação de poluentes (BAIK et al., 2012; GROMKE and RUCK, 2007).

Para além das infraestruturas verdes, um outro fator de resiliência amplamente citado na literatura, consiste nos telhados brancos, muitas vezes designados por cool roofs. O principal benefício associado a esta medida prende-se com a redução do consumo energético no uso de climatização, sendo espectável que a temperatura no interior dos edifícios seja reduzida até 30% (COSTANZO et al., 2015). Tal acontece uma vez que os telhados brancos apresentam um albedo próximo da unidade, o que implica que a radiação solar seja refletida, dispersando o calor, ao contrário do que acontece com os telhados convencionais que absorvem a radiação solar (CHIN et al., 2010).

Este tipo de medidas de resiliência assenta principalmente na redução dos fluxos de calor sensível entre a atmosfera inferior e a superfície do meio urbano (paredes e telhados dos edifícios, superfície de estradas/passeios, etc.). Enquanto a inclusão de parques urbanos e coberturas verdes (isto é, telhados com coberturas de vegetação) irá aumentar a eva-potranspiração e a humidade superficial disponível (redire-cionando assim a energia para a forma de calor latente em vez de calor sensível), a aplicação de superfícies com altos índices de reflexão solar (como telhados brancos) irá aumen-tar a reflexão da radiação solar incidente devido aos maiores albedos deste tipo de superfícies (LI et al. 2014).

Neste sentido selecionaram-se três fatores de resiliência que foram estudados na região urbana do Porto, usando as diferentes vertentes de modelação do CLICURB: telhados verdes, telhados brancos e duplicação de áreas verdes urba-nas existentes.

Modelação numéricaTendo em conta o anteriormente exposto, definiram-se, para simulação meteorológica e de qualidade do ar, os seguintes cenários na área de estudo:• Cenário 1: O aumento para o dobro das áreas verdes urba-nas atualmente existentes. • Cenário 2: A aplicação de coberturas (telhados) verdes em 75% das áreas urbanas. • Cenário 3: A aplicação de coberturas brancas em áreas de alta densidade residencial. • Cenário 4: O aumento para o dobro das áreas verdes urba-nas atualmente existentes combinado com a aplicação de coberturas verdes em 75% das áreas urbanas (combinação dos cenários 1 e 2).• Cenário 5: O aumento para o dobro das áreas verdes urba-nas atualmente existentes combinado com a aplicação de aplicação de coberturas brancas em áreas de alta densidade residencial (combinação dos cenários 1 e 3).

Para a caracterização do uso do solo na área de estudo utilizou-se o Urban Atlas do Porto com elevada resolução es-pacial (10 m), elaborado pela Agência Europeia do Ambiente, tendo-se considerado 3 categorias distintas para classificar ambientes urbanos: área residencial de elevada densidade, área residencial de baixa densidade, e áreas urbanas não residenciais (zonas comerciais e/ou industriais, estradas, portos, aeroportos, etc.).

Os cenários acima definidos, bem como um cenário-base sem inclusão de medidas de resiliência, foram testados para um conjunto de ondas de calor identificadas em clima futuro de médio prazo, no âmbito das simulações conduzidas para avaliação da alteração climática e apresentadas no capítulo 4. Aqui serão apresentados apenas os resultados obtidos para uma das ondas de calor simuladas, caracterizada por tempe-raturas elevadas (> 35⁰C) e pela ocorrência de concentrações de ozono superiores a 200 μg.m-3.


A onda de calor selecionada foi então simulada através das diferentes vertentes de modelação implementadas no projeto CLICURB, esquematizadas na Figura 7.1:i) modelação meteorológica, de fluxos energéticos e da qua-lidade do ar, para os 6 cenários definidos, na área urbana do Porto, com uma resolução espacial de 200 m por 200 m;ii) modelação meteorológica, para o cenário-base e cenários 2, para a zona da Rua da Constituição na cidade do Porto (onde foi instalada a torre de medição de fluxos), com uma resolu-ção espacial de 2 m por 2 m. A modelação meteorológica com o modelo WRF conduzida para a área urbana do Porto com uma resolução espacial de 200 m teve como condições iniciais e de fronteira os resul-tados das simulações de alteração climática para a onda de calor selecionada, descritas no Capítulo 4. A modelação da qualidade do ar com o modelo CAMx, e dos fluxos energé-ticos com o modelo SUEWS, foi conduzida para cada um dos cenários definidos, tendo como dados meteorológicos de entrada os resultados das simulações do modelo WRF, e seguindo a metodologia descrita nos Capítulos 5 e 6, respe-tivamente.

A modelação meteorológica para a Rua da Constituição foi realizada com o modelo VADIS (pollutant DISpersion in the atmosphere underVAriable wind conditions) modelo do tipo CFD (Computational Fluid Dynamics) desenvolvido pelo Departamento de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro. O modelo apresenta um esquema de funciona-mento modular, i.e. um sistema de modelação composto por dois módulos: o FLOW, que tem por base uma aproximação euleriana para resolução das equações de Navier-Stokes da Camada Limite Atmosférica para simular o escoamento, e o DISPER de cálculo lagrangeano da trajetória de partículas, para o cálculo da dispersão.

O VADIS foi avaliado desde as primeiras aplicações através de comparações com medições em túnel de vento e em sítio urbano real (BORREGO et al., 2003; AMORIM et al., 2013 a), b)) e por comparação com resultados de outros modelos CFD, como por exemplo o modelo Fluent (AMORIM et al., 2013a)).

De entre as diversas aplicações, o VADIS foi utilizado para a simulação do escoamento atmosférico e análise dos efeitos térmicos da radiação solar no escoamento atmosférico. Neste contexto, a performance do modelo foi avaliada através da comparação com medições em túnel de vento discutidas em RICHARDS et al. (2006) e e DIMITROVA et al. (2009).

A modelação meteorológica com o VADIS tem uma resolução espacial horizontal de 2 m e a resolução vertical de 1m no interior da canópia. O modelo teve como condições iniciais e de fronteira os resultados das simulações do modelo WRF para aquela zona.

Modelação física Em zonas urbanas as condições microclimáticas e as ca-racterísticas morfológicas regulam o conforto pedonal e a qualidade do ar local. O conforto pedonal está relacionado com o bem-estar das populações e pode ser definido como a capacidade para um indivíduo desempenhar atividades exte-riores, como passear na rua ou estar sentado numa esplana-da, sem que o vento influencie o seu conforto. Por sua vez, a qualidade do ar é fortemente influenciada pelos ventos, em particular a orientação relativa dos edifícios urbanos e a sua altura. Os escoamentos atmosféricos urbanos são extrema-mente complexos, consequência da sua elevada turbulência, sendo frequentes a formação de vórtices turbulentos e ace-lerações em ruas flanqueadas por edifícios altos. De modo a observar o comportamento dos ventos e seus efeitos sobre edifícios ou zonas urbanas, o recurso à modelação física em túnel de vento é muito frequente. No âmbito do projeto CLICURB analisou-se a influência da alteração do uso do solo sobre o conforto eólico e na quali-dade do ar em zona urbana criada com base na Rua da Cons-tituição, no Porto. Com esta finalidade, realizou-se um estudo de microescala em túnel de vento do efeito da substituição de uma zona edificada, por uma área verde. Os ensaios foram realizados no túnel de vento com maiores dimensões do Laboratório de Aerodinâmica da Atmosfera do Departamento de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro. Com um comprimento total de 12 m e secção de testes de 6,5 x

ALTERAÇÃO CLIMÁTICA ONDA DE CALOR - PORTO

res.200 mres.9 km

1 km3 km

ONDA DE CALOR - CONSTITUIÇÃO

Figura 7.1 Esquema da modelação conduzida para simulação das ondas de calor.


1,5 x 1 m, é um túnel de vento do tipo ambiental, tipicamen-te empregue em estudos de escoamentos em camada limite atmosférica à escala local (Figura 7.2a)). A área de estudo para os ensaios corresponde à zona urbana centrada na Rua da Constituição, destacada a amarelo na Figura 7.2b).

Para a realização dos trabalhos foi construíu-se uma maquete representativa da área de estudo, à escala 1:250, correspondente a uma extensão geográfica horizontal de aproximadamente 360 m, representada na Figura 7.3a). A forma circular da maquete, com diâmetro de 1,45 m, permite a simulação de ventos oriundos de qualquer direção. Foram criados 2 domínios de estudo: um domínio referência, base-ado na configuração atual da zona, e um domínio alternativo conceptual, no qual os maiores quarteirões de edifícios do domínio referência são substituídos por espaços verdes flanqueados por árvores. A simulação do domínio de estudo conceptual implicou a troca dos edifícios da maquete por espaços verdes. Na Figura 7.3b) apresenta-se uma perspetiva destas zonas da maquete, após a substituição.A modelação física do conforto eólico e da qualidade do ar para ambos os domínios de estudo, passou pela colocação da maquete na secção de testes do túnel de vento e sua correta orientação perante o vento incidente. Para cada um dos domínios de estudo, foram criados 15 cenários meteorológicos médios baseados nos resultados da simulação numérica realizada com modelo WRF. Estes correspondem a 3 velocidades mé-dias típicas (3,5 e 7 ou 9 m/s), para cada uma das 3 direções do vento incidente (em ângulo meteorológico, por ordem de frequência: 270°, 130°e 0°), correspondendo a aproximada-

mente 16% do tempo. Com vista a estabelecer comparações com o episódio da onda de calor, simulado numericamente com o modelo CFD VADIS, foi criado um cenário adicional com velocidade de entrada no domínio de estudo de 5,6 m/s e ângulo meteorológico de 279⁰. O efeito aerodinâmico das árvores dos domínios de estudo foi simulado através de anéis de malha metálica porosa dispostos com espaçamento uniforme entre si. Segundo esta metodologia cada anel, re-presenta um conjunto de árvores. Foram criadas 3 gamas de altura representativas de árvore presentes no domínio (entre 6 e 14m). As medições da velocidade do vento em 8 pontos distintos da maquete foram efetuadas com um anemómetro de fio quente. Os campos de velocidade do vento em torno da maquete foram medidos com a técnica de velocimetria por imagens de partículas (PIV, do inglês Particle Image Velocimetry). A medição da velocidade numa posição de referência a jusante da secção de testes foi efetuada com tubo de Pitot.

ResultadosÁrea urbana do PortoNesta secção são apresentados os resultados relativos à onda de calor selecionada na área urbana do Porto (24 a 26 de Julho de 2049). Analisou-se o efeito da aplicação das medidas de resiliência (cenários 1 a 5) na variação da tem-peratura à superfície (definida a 2 m de altura), qualidade do ar e fluxos de calor, considerando como referência uma simulação base que não inclui medidas de resiliência.

Figura 7.2 a) Túnel de vento do Departamento de Ambiente e Ordenamento e b) área de estudo utilizada para os ensaios experimentais.

Figura 7.3 Maquete representativa da área de estudo na configuração atual (a) e após a substituição de 2 quarteirões edificados por áreas verdes (b).


Figura 7.4 Temperatura média obtida para a onda de calor no cenário base (a) e diferenças na temperatura média à superfície entre cada cenário testado e o cenário base (b) a (f) (as linhas a verde indicam as principais áreas verdes simuladas).

a) Temperatura média para o cenário base

b) ΔT (Telhados verdes – base) c) ΔT (Telhados brancos – base)

d) ΔT (Áreas verdes – base) e) ΔT (Telhados verdes e áreas verdes – base)

f) ΔT (Telhados brancos e áreas verdes – base)

f) ΔT (Telhados brancos e áreas verdes – base)

a) Temperatura máxima para o cenário base

b) ΔT (Telhados verdes – base) c) ΔT (Telhados brancos – base)

d) ΔT (Áreas verdes – base) e) ΔT (Telhados verdes e áreas verdes – base)

Figura 7.5 Temperatura máxima obtida para a onda de calor no cenário base (a) e diferenças na temperatura média à superfície entre cada cenário testado e o cenário base (b) a (f) (as linhas a verde indicam as principais áreas verdes simuladas).


Em termos de temperatura, foram analisados os campos da temperatura média (média aritmética das temperaturas horárias da duração da onda de calor) e da temperatura máxima calculada como a média das temperaturas máximas (assumidas como ocorrendo entre as 13 e as 15 horas) de cada dia da onda de calor.

A Figura 7.4 apresenta os resultados obtidos para a tempera-tura média, sendo claro que todas as medidas de resiliência testadas promovem uma diminuição da temperatura média à superfície. No entanto, as medidas mais eficazes são a inclusão de telhados verdes e a combinação do aumento das áreas verdes urbanas com telhados verdes, ou com telhados brancos. É de realçar que as diferenças na temperatura mé-dia são relativamente modestas, não ultrapassando 0,5 ⁰C. A eficácia destas medidas de resiliência será mais notória, e mais relevante para o conforto térmico da população urbana, nos extremos máximos da temperatura. Assim, a Figura 7.5 apresenta o mesmo tipo de análise agora para a temperatu-ra máxima.

A Figura 7.5 revela que as medidas de resiliência testadas conseguem reduzir a temperatura máxima até 1ºC, sendo que a aplicação de telhados verdes é a medida com mais eficácia. Os efeitos da evapotranspiração e menores albedos deste tipo de cobertura produzem maiores impactos na re-dução da temperatura do que a simples redução do albedo, ainda que maior que no caso das coberturas verdes (telha-dos brancos). Tanto as coberturas verdes como as brancas foram distribuídas quase uniformemente pela malha urbana, pelo que a redução de temperatura daí resultante também se verifica praticamente uniforme na malha urbana. Ao con-trário, a inclusão de áreas verdes urbanas, mais localizadas, origina efeitos mais localizados do que as restantes medidas de resiliência. No entanto, realça-se que o aumento das zo-nas verdes urbanas irá afetar também as zonas envolventes:

o gradiente de pressão resultante da diferença de tempera-turas “zona verde-área envolvente” irá originar a adveção de ar frio (resultante da diminuição do calor sensível) da zona verde para as áreas envolventes, a chamada park breeze (OKE et al. 1989). Assim, a inclusão de zonas verdes em teci-do urbano irá não só amenizar as temperaturas extremas na própria zona verde mas também na área envolvente.

Estas características são visíveis nas figuras 7.4d) (tempe-ratura média) e 7.5d) (temperatura máxima), onde é notória a advecção de ar frio para Sudeste. Este efeito é conhecido como “park cool islands” (SPRONKEN-SMITH, OKE 1998).

Em termos da qualidade do ar, procedeu-se a uma análise das concentrações de ozono considerando o cenário sem a aplicação de medidas de resiliência (cenário base) e os cinco cenários de resiliência definidos. A Figura 7.6 apresenta as diferenças dos campos de concentração de ozono entre os cenários com medidas de resiliência e o cenário base para as concentrações máximas de ozono durante a onda de calor.

A Figura 7.6 demostra que todos os cenários apresentam uma redução de pelo menos 10 mg.m-3 na concentração ho-rária de ozono quando são aplicadas as medidas de resiliên-cia selecionadas. Os cenários 2 e 4 são os que apresentam uma maior redução, mas como este último é uma combi-nação dos cenários 1 e 2, percebe-se assim que a medida de resiliência com maior contribuição para a redução da concentração horária de O3 é a aplicação de telhados verdes, atingindo uma redução na concentração de quase 30 mg.m-3. Estes resultados são concordantes com os resultados obtidos anteriormente para a temperatura média e máxima.

e) Δ O3 (Telhados brancos e áreas verdes – base)

a) ΔO3 (Telhados verdes – base) b) Δ O3 (Telhados brancos – base) c) Δ O3 (Áreas verdes – base)

d) Δ O3 (Telhados verdes e áreas verdes – base)

Figura 7.6 Diferenças na concentração temperatura média à superfície entre cada cenário testado e o cenário base (b) a (f) (as linhas a verde indicam as principais áreas verdes simuladas).


c) ΔQE (Telhados brancos e Áreas verdes – base) a) ΔQE (Telhados brancos – base) b) ΔQE (Áreas verdes – base)

brancos, e o consequente aumento de albedo, é absorvida menor radiação solar pelas superfícies, o que promove a redução do fluxo de calor do solo (uma redução máxima de cerca de 200 W.m-2) (mapas não apresentados). A redução do fluxo de calor do solo irá contribuir para uma redução da temperatura à superfície. É ainda de salientar que não se verificaram quaisquer variações no fluxo de calor antropo-génico (mapas não apresentados) decorrentes das medidas aplicadas, uma vez que não foram introduzidas alterações no consumo energético dos sistemas de climatização associa-das à redução da temperatura média.

Por outro lado, a introdução de telhados brancos não produz qualquer variação no fluxo de calor latente, pelo que, quan-do combinadas as medidas (telhados brancos + duplicação de áreas verdes) o efeito observado resulta apenas da introdução de áreas verdes. No entanto, com a introdução de telhados brancos, e com o consequente aumento de albedo, menor radiação solar é absorvida pelas superfícies, o que promove a redução do fluxo de calor do solo (uma redução máxima de cerca de 200 W.m-2) (mapas não apresentados).

A redução do fluxo de calor do solo irá contribuir para uma redução da temperatura à superfície. É ainda de salientar que não se verificaram quaisquer variações no fluxo de calor antropogénico (mapas não apresentados) decorrentes das medidas aplicadas, uma vez que não foram introduzidas alte-rações no consumo energético dos sistemas de climatização associadas à redução da temperatura média.

Para além disso, a redução de temperatura vai induzir uma menor produção fotoquímica de ozono durante o transporte de precursores (que é feito na direção do escoamento), o que justifica a localização das maiores manchas de redução de O3 mais afastada e mais intensa na zona Este do domínio.

Relativamente à modelação dos fluxos de energia para a onda de calor seleccionada (24 a 26 de Julho de 2049), as medidas de resiliência foram avaliadas, considerando como referência uma simulação de base que não inclui nenhuma medida de resiliência, para todas as componentes do balanço de energia. Neste capítulo apresentam-se apenas os resulta-dos para o fluxo de calor latente (Figura 7.7).

Uma vez que o fluxo de calor latente está diretamente relacionado com o processo de evaporação, resultante da presença de água e temperaturas apropriadas bem como pela existência de vegetação, no cenário em que se conside-ra a duplicação de áreas verdes verifica-se um aumento na ordem de 250 W.m-2 do fluxo de calor latente. Este resultado significa que é utilizada uma maior proporção da radiação solar global no processo evaporativo, pelo que se podem tirar duas conclusões: i) face à relação existente entre o fluxo de calor sensível e o fluxo de calor latente (traduzida matematicamente pela razão de Bowen), o aumento da mag-nitude de QE implica uma redução de QH (redução máxima de -375 W.m-2 obtido na combinação de medidas telhados brancos e duplicação de áreas verdes), o que contribuirá para uma redução da energia libertada para a atmosfera e consequentemente para uma redução da temperatura; e ii) o aumento de QE promove um arrefecimento da superfície e um aumento da humidade superficial. Por outro lado, um aumento da taxa de evaporação significa maior quantidade de água a ser introduzida no sistema ficando disponível para precipitar, o que num cenário de alteração climática, em que é espectável uma redução da precipitação, poderá ser uma medida chave para mitigar os constrangimentos associados à reduzida disponibilidade de água.

No entanto, a introdução de telhados brancos não produz qualquer variação no fluxo de calor latente, pelo que, quan-do combinadas com as medidas (telhados brancos + dupli-cação de áreas verdes) o efeito observado resulta apenas da introdução de áreas verdes. Mas, a introdução de telhados

Figura 7.7. Diferenças no fluxo de calor latente entre cada cenário testado e o cenário base (a) a (c).


Rua da ConstituiçãoApresentam-se seguidamente os resultados relativos à onda de calor selecionada na zona da Rua da Constituição, Porto. A análise baseou-se no efeito, à microescala, da aplicação de uma medida de resiliência (cenário 2 – 75% de telha-dos verdes) na variação da temperatura à superfície (2 m), comparando com a simulação sem medida de resiliência. Analisaram-se os campos da temperatura média às 15 horas de um dia da onda de calor.

O campo de temperaturas foi inicializado com os resultados do WRF. Apresentam-se na tabela 7.1 os dados de entrada utilizados nas simulações (relativamente à temperatura).

Na Figura 7.8 mostram-se os resultados de simulação dos campos de temperatura com o modelo VADIS, apresentados como diferenças entre o cenário de resiliência e o cenário base. Os resultados da Figura 7.8 mostram que a medida de resiliência testada resulta em reduções de temperatura que atingem máximos de 6⁰C (em localizações pontuais, junto aos edifícios), mas variando entre 0 e 2⁰C na maior parte do domínio estudado. Os resultados obtidos permitem concluir que, perante os pressupostos assumidos no que diz respeito ao aquecimento/arrefecimento de telhados e edifícios, os te-lhados verdes são uma medida de resiliência eficiente, face à previsão de aumento das ondas de calor em clima futuro. De notar que os resultados obtidos são fortemente dependentes dos pressupostos iniciais no que diz respeito às temperatu-ras atingidas pelos telhados e edifícios nas diferentes situ-ações. O trabalho futuro nesta temática incidirá em vários testes de sensibilidade à alteração de temperaturas iniciais, para que se possam obter conclusões definitivas.

Atlas digital CLICURB – Clima e Qualidade do ar do PortoUm dos objetivos mais importantes do projeto CLICURB compreende a elaboração de um atlas digital onde se pretende apresentar e divulgar os principais resultados do projeto com recurso a uma plataforma on-line de modo a uma melhor e mais eficaz disseminação do projeto.

Este atlas digital – alojado em www.atlas-clicurb.pt – disponi-biliza uma estrutura em árvore, com 4 níveis possíveis de visualização. Os dois primeiros domínios - (i) domínio de Portugal (resolução 5x5 km2) e (ii) domínio do Porto (reso-lução 1x1 km2) - para avaliação do impacte de alterações climáticas, e os restantes dois - (iii) domínio urbano do Porto (200x200 m2) e (iv) zona da constituição - para o estudo de medidas de resiliência em situações de onda de calor (ver Figura 7.9).

Para cada um destes domínios, é possível visualizar os resultados encontrados para as principais variáveis simula-das, quer no que diz respeito ao clima (temperatura; precipi-tação; fluxos de calor), quer à qualidade do ar (concentrações dos principais poluentes), em condições de cenário climático atual e futuro (2050) e a aplicação de medidas de resiliência (estudo da onda de calor).

Na Figura 7.10 apresenta-se, a título de exemplo, os resul-tados encontrados para o impacto de uma das medidas de resiliência em situação de onda de calor (cenário 1 - Telha-dos verdes aplicados a 75% da área urbana). Este impacto é expresso em termos diferenciais (diferença entre cenário 1 e o cenário base (sem medidas de resiliência), neste caso particular para a temperatura máxima simulada.

A informação sobre as várias opções disponibilizadas está acessível através do cursor e a respetiva legenda através do icon “i”, podendo ser feito ajuste ao nível da transparência.

Conjuntamente a esta visualização, este atlas permite ainda o acesso a mais informação do projeto CLICURB.

Figura 7.8 Diferenças na temperatura média à superfície entre o cenário de resiliência testado e o cenário base.

Temperatura inicial (K)

Temperatura do telhado (K)

Temperatura do edifício (K)

Base 306,4 331,4 321,4

Telhadosverdes

305,4 290,2 297,2

Tabela 7.1: Temperaturas de inicialização utilizadas nas simulações à microes-cala. A temperatura inicial é dada pelo modelo WRF, enquanto as temperatu-ras dos telhados, edifícios e árvores são definidos com base na literatura.


Síntese ConclusivaOs resultados revelam que todos os cenários testados conduzem a um aumento da resiliência da cidade do Porto às AC, promovendo a redução da temperatura, da energia libertada para atmosfera (calor latente) e das concentrações de ozono. Das medidas testadas é a aplicação de telhados verdes que resulta em maiores benefícios, sendo o cenário com os melhores resultados aquele que combina esta medida com o aumento das zonas verdes urbanas.

O Atlas Digital desenvolvido no âmbito do Projeto CLICURB condensa, numa plataforma acessível a todos, o trabalho produzido ao longo do projeto, constituindo assim uma plataforma ampla de divulgação do projeto e seus principais resultados.

Figura 7.9 Página inicial de acesso ao “Atlas CLICURB”.

Figura 7.10 Exemplo de utilização do Atlas CLICURB: impacto de medidas de resiliência (cenário 1- telhados verdes) na temperatura máxima, em condições de onda de calor.

A procura pelo aumento da resiliência urbana e a adaptação

às alterações climáticas constitui uma oportunidade para

as socidades reduzirem a sua vulnerabilidade e melhora-

rem a sua qualidade de vida. As áreas urbanas são por isso

a chave para a inovação, para o desenvolvimento econó-

mico e ambiental, e para alcançar a sustentabilidade. RAFAEL,

S.; MARTINS, H.; BORREGO, C.; LOPES, M. – Urban vulnerability and resilience to climate change. Em: Air

Pollution XXIII. WIT Transactions on Ecology and The Environment: Southampton, 2015.

ISBN 978-1-84564-964-7.


O projeto CLICURB – Qualidade da Atmosfera Urbana, Altera-ções Climáticas e Resiliência foi delineado para equacionar soluções e propor respostas aos desafios inerentes às Altera-ções Climáticas (AC) em cidades. Numa perspetiva integrada das AC, da qualidade do ar e do desenvolvimento urbano, considera a inclusão de estratégias de adaptação no plane-amento das cidades e no processo de tomada de decisão. De entre as medidas de adaptação estudadas privilegiaram-se as soluções baseadas na natureza, tais como infraestruturas verdes.

A zona urbana do Porto foi selecionada como caso de estudo por reunir um conjunto de características e desafios, que permitem definir e avaliar medidas de adaptação e propor linhas de orientação para um planeamento mais adequado e um desenvolvimento mais sustentável da cidade. A par dos problemas relacionados com a qualidade do ar, em que persistem casos de ultrapassagem dos parâmetros legais fixados para o ozono, dióxido de azoto e matéria particulada, a Área Metropolitana do Porto é também identificada como uma das regiões Europeias com maior taxa de crescimento da periferia urbana.

Para uma melhor caracterização da qualidade do ar, foram realizadas, no âmbito do projeto CLICURB, campanhas de monitorização de compostos orgânicos voláteis potencial-mente nocivos ou cancerígenos, em particular benzeno, tolueno, etil-benzeno e xilenos (BTEX), que envolveram 20 pontos de amostragem na região. Os resultados permitiram detetar concentrações de benzeno superiores ao valor limite legislado a Norte da refinaria de Matosinhos e concentra-ções elevadas na proximidade das principais vias de acesso à cidade do Porto. As concentrações de BTEX monitorizadas numa estação urbana com influência de tráfego foram, durante o dia, cinco ou mais vezes superiores às medidas em atmosfera suburbana, denotando o elevado impacto que as emissões rodoviárias representam, em particular para a saúde pública.

Foi também efetuada a medição de fluxos urbanos de ener-gia, de dióxido de carbono (CO2) e de vapor de água, através de uma torre instalada no topo de um edifício numa área de tipo residencial e comercial localizada a cerca de 3 km a Norte do centro da cidade do Porto. Para comparação foi ins-talada uma torre de medição de fluxos num local suburbano situado na periferia da cidade de Aveiro, a cerca de 75 km a Sul do Porto, constituída maioritariamente por terrenos agrí-colas, pastagens, parcelas florestais de reduzida dimensão e terrenos incultos, pontuados por vivendas e algumas vias de tráfego automóvel. As medições de fluxos realizadas revelam que o local urbano (Porto) se caracteriza por emissões permanentes de CO2 para a atmosfera, com dois máximos ao longo do dia relacionados com o tráfego automóvel. No local suburbano a vegetação tem um papel determinante como agente modelador da variação diária dos fluxos de CO2, fun-cionando como sumidouro de CO2 no período diurno e como uma fonte de CO2 para a atmosfera em período noturno. Na zona suburbana os fluxos de vapor de água são superiores aos da zona urbana, devido à menor taxa de impermeabiliza-ção da superfície, maior capacidade de retenção de água nos solos, e consequente aumento da evapotranspiração.

Para além dos riscos associados à poluição do ar, a Área Metropolitana do Porto é vulnerável aos riscos climáticos associados a ondas de calor, cheias e inundações, desliza-mentos de terras ou ainda formação de gelo/geada. Estes fenómenos têm aumentado de frequência e intensidade nas últimas décadas.

Para fazer face a estes problemas as autoridades locais têm vindo a desenvolver e implementar planos e ações, nomea-damente os planos de melhoria da qualidade do ar e a ade-são, em 2008, ao Pacto dos Autarcas, com o desenvolvimento de um plano de ação para a energia sustentável.

A autarquia tem vindo ainda, em colaboração com diversos parceiros, a desenvolver estratégias e medidas de adaptação às alterações climáticas visando aumentar a resiliência dos vários subsistemas urbanos.

Para avaliar a alteração climática, a médio prazo (2046-2065) e a longo prazo (2081-2100), em Portugal e na região urbana do Porto, foram efetuadas simulações numéricas

08Conclusões


de clima atual e de clima futuro, recorrendo ao modelo climático regional Weather Research and Forecasting (WRF), forçado por um modelo climático global – o modelo global do Instituto Max-Planck (MPI-ESM). Foi selecionado o cenário de emissões de gases com efeito de estufa RCP8.5, um dos cenários usados no 5º Relatório de Avaliação do IPCC, considerado a nível internacional como o que melhor representa a tendência de evolução dos gases com efeito de estufa na atmosfera.

Para Portugal prevê-se um aumento da temperatura máxima entre 2,8˚C e 4˚C e um aumento da temperatura mínima entre 2,8˚C (litoral) e 5˚C (terras altas), o que constitui uma alteração climática significativa. No Verão, as ondas de calor passam de normais a moderadas, em clima atual, para muito extremas no clima futuro de longo prazo, sugerindo um aumento do número de ondas de calor, com temperaturas mais elevadas.

Para a região urbana do Porto, as simulações conduzidas indicam um aumento da temperatura média de 1,9˚C para o clima futuro a médio prazo e de 3,7˚C para o clima futuro a longo prazo. A simulação para o clima futuro a longo prazo não mostra alterações significativas na precipitação média de Inverno e Verão, mas são registadas ligeiras diminuições na Primavera e sobretudo no Outono. Verifica-se também uma diminuição de precipitação total extrema na Primavera, Verão e Outono e um aumento no Inverno; no entanto, estas variações têm um carácter localizado. Para o Outono estima--se uma diminuição generalizada da intensidade do vento na Península Ibérica.

O aumento previsto nas três propriedades que caracterizam as ondas de calor, nomeadamente, o seu número, a sua dura-ção e a sua intensidade, é preocupante sobretudo em termos de saúde pública. Atualmente o maior número de ondas de calor ocorre nas estações da Primavera e Verão. No futuro, a médio e longo prazo, as ondas de calor mais frequentes passarão a ocorrer no Verão e no Outono. A estação do ano com ondas de calor de maior duração média passará a ser o Outono em vez da Primavera.

O impacto das alterações climáticas nos fluxos urbanos de energia e vapor de água na cidade do Porto foi também avaliado, recorrendo à aplicação de um modelo de balanço energético que permite estimar a distribuição espacial dos fluxos – o modelo SUEWS (The Surface Urban Energy Water Balance Scheme), desenvolvido pela Universidade de Reading. O modelo SUEWS foi inicialmente calibrado e comparado com os valores de fluxos monitorizados, com um bom desempenho global. A análise das séries temporais permite concluir que o modelo SUEWS reproduz o perfil horário dos fluxos de calor latente e sensível em ambas as áreas de estudo (urbana e suburbana). A aplicação do mode-lo SUEWS, em clima futuro, indica alterações na magnitude dos fluxos de energia. O aumento esperado da radiação solar global, do fluxo de calor do solo e do fluxo de calor sensível, contribuirá para o aquecimento das infraestruturas urbanas, propiciando o aumento da temperatura do ar à superfície e, consequentemente, contribuindo para a formação da ilha de calor urbana (ICU). No caso da área urbana do Porto, onde este fenómeno é já uma realidade, é expectável um aumen-to da magnitude e severidade da ICU, com consequentes efeitos na ocorrência de episódios de poluição atmosférica e aumento do risco para a saúde humana.

Para avaliar o impacto das alterações climáticas na quali-dade do ar foram efetuadas simulações com o modelo de qualidade do ar CAMx - Comprehensive Air quality Model with extensions, usando como dados de entrada os campos meteorológicos calculados pelo modelo WRF. Foram efe-tuadas três simulações de 5 anos que diferem entre si em termos climáticos e de emissões de poluentes atmosféricos.

Os resultados destas simulações para a área urbana do Porto, apesar de se prever uma redução, no futuro, das emissões de poluentes, indicam um agravamento na ocorrência, duração e intensidade de valores extremos de PM10 e de O3, com ultrapassagem dos valores estabeleci-dos na legislação atualmente em vigor para as PM10. As reduções de emissões não se traduzem numa melhoria da qualidade do ar, tal como já verificado na Europa durante a primeira década deste século. O aumento do transporte intercontinental de precursores de poluentes, que se traduz num aumento das concentrações de fundo, pode justificar esta aparente discrepância. De facto, os resultados das


simulações em que se considerou o cenário de redução de emissões, revelam que não é suficiente a redução de emis-sões com base em medidas de carácter tecnológico, sendo necessária a adoção de outro tipo de medidas, para fazer face aos desafios colocados pelas alterações climáticas nas áreas urbanas.

Um dos objetivos centrais do projeto CLICURB é a avaliação de medidas de adaptação que aumentem a resiliência das cidades às alterações climáticas, em particular aos principais fatores de risco identificados, designadamente aumento de temperatura, ondas de calor, e deterioração da qualidade do ar. Em consonância com as áreas temáticas e objetivos da Estratégia Nacional de Adaptação às Alterações Climá-ticas (2013-2020) considerou-se de particular relevância a integração de medidas de adaptação no Ordenamento do Território, por exemplo através da expansão das áreas verdes (parques urbanos) e azuis (lagos e espelhos de água). Privilegiou-se ainda a integração da adaptação em políticas setoriais, designadamente na Energia (promover a eficiência energética de edifícios através de telhados verdes e telhados brancos), na segurança de pessoas e bens (aumentando as áreas verdes e por conseguinte a capacidade de infiltração, reduz-se o risco de inundação e a intensidade de ICU).

Finalmente, foram selecionados três fatores de resiliência a estudar na região urbana do Porto, tendo em atenção as diferentes vertentes de modelação do CLICURB: telhados verdes, telhados brancos e duplicação de áreas verdes urba-nas existentes. Os resultados obtidos revelam que todos os cenários testados conduzem a um aumento da resiliência da cidade do Porto às AC, com benefícios em termos meteoroló-gicos e de qualidade do ar. Conclui-se também que a aplica-ção de telhados verdes é a medida de resiliência que conduz a maiores benefícios: reduções da temperatura máxima até 1⁰C, diminuição das concentrações máximas de ozono em 30 μg.m-3. A expansão da área de telhados verdes contribui ain-da para a regulação climática dos edifícios, absorve os picos de precipitação intensa, reduzindo os riscos de cheias e inundações. Pode ter benefícios indiretos na remoção de poluentes do ar, a melhoria da paisagem urbana ou a promo-ção de hortas urbanas.

A definição de uma estratégia de comunicação adequada foi, desde o primeiro instante, uma preocupação da equipa do Projeto CLICURB. A divulgação do projeto e o envolvi-mento dos parceiros relevantes passou pela realização de reuniões diversas de apresentação do projeto e auscultação das expectativas dos agentes envolvidos, levando ainda ao estabelecimento de protocolos de colaboração. A divulgação dos resultados preliminares e finais foi realizada recorrendo a diferentes abordagens, incluindo a criação de uma página de internet (http://www.ua.pt/clicurb/), a difusão de uma newsletter, a divulgação em encontros científicos nacionais e internacionais, a publicação de artigos em revistas com arbitragem científica e a organização de seminários.

Mais do que divulgar os resultados, pretendeu-se a sua disseminação e utilização por outros investigadores e pelos diversos grupos de interesse, conjugando os resultados do projeto com outro tipo de informação relevante. Surgiu, assim, a ideia de reunir os principais resultados do projeto CLICURB numa plataforma de informação geográfica disponí-vel online: o Atlas Urbano do Porto. Pretende-se que o Atlas Urbano seja um instrumento de análise integrada e de apoio à decisão política na gestão territorial e de desenvolvimento urbano.

A maior ambição do projeto CLIURB é contribuir, através de novas abordagens e ferramentas de análise, para a promoção de cidades resilientes às alterações climáticas, mais susten-táveis, que promovam a qualidade de vida, a segurança e o bem-estar das populações.

REFERÊNCIAS


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Este livro resume o trabalho desenvolvido e os resultados alcançados no âmbito do Projeto CLICURB (EXCL/AAG-MAA/0383/2012-FCOMP-027379), financiado por Fundos FEDER através do Programa Operacional Fatores de Competitividade – COMPETE e por Fundos Nacionais através da FCT – Funda-ção para a Ciência e a Tecnologia.

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CLICURB - Universidade de Aveiroarquivo-gemac.web.ua.pt/arquivo-clicurb/CLICURB_livro.pdfSusana Cardoso Pereira, Dora Fonseca, Daniel Lopes, Martinho Marta-Almeida, José Castanheira,