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Estudo de Ilhas de Calor na cidade de São José dos C ampos utilizando o canal Infravermelho Termal do Landsat-5 e do Aero transportado HSS.
Leidiane do Livramento Andrade 1,2, Leticia Helena de Souza 1, Jojhy Sakuragi 1, Ruy Morgado de Castro 2
1Universidade do Vale do Paraíba – UNIVAP/FE, Rua Dr. Tertuliano Delphim Júnior, 181 – CEP 12246-080 – São José dos Campos – SP2 Instituto de Estudos Avançados - IEAv/CTA, Caixa Postal 6044 - CEP 12.231-970, São José dos Campos - SP, Brasil
The objective of the present work is to identify the Urban Heat Island in São José dos Campos city by the use of the visible and thermal channels of Landsat-5 satellite and the Hyperspectral Scanner System (HSS) sensor onboard an aircraft. The Landsat-5 measurements are employed to identity the urban and hot areas, since there is a high correlation with the thermal channel, which can indicate the presence of the heat island effect. Moreover the HSS sensor that has 6 thermal infrared bands and verified the channel 48 presents the best correlation with surface measurements/image done with the infrared thermometer. Afterwards, the intra-urban heat island analysis was initiated to study details of the diurnal and nocturnal behavior of the targets thermal emission in high spatial resolution (2.7 and 8.3m, depending on the flight characteristics) during day and night. The results show that many points over the city have 20ºC higher temperatures than neighborhood points and this is a function of metallic roof and industrial furnaces. At night, the lakes behavior is like a heat island.
Abstract
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Na fábrica da General Motors do Brasil (GM), com seu complexo de galpões e bolsões de estacionamento, a temperatura das coberturas foram muito mais quentes, variando entre 30 e 45ºC, que a sua vizinhança, 16 e 26ºC, apresentando uma diferença de até 20ºC às 11 horas da manhã. Com isto, pode-se verificar a importância do material utilizado nas construções, com relação a absorção e emissão da radiação.
As áreas de reflorestamento apresentaram temperaturas baixas variando de 14 a 18ºC, ver Figura 7. No caso da vegetação densa, esta representa uma ilha de frescor se comparada com seu entorno.
Agradecimentos
Ao INPE pela cessão da imagem do sensor Landsat 5, ao Esquadrão Carcará 1º/6ºGav, pelo imageamento da cidade com HSS e ao Instituto de Estudos Avançados pela cessão destas imagens. Agradecemos também ao Instituto de Aeronáutica e Espaço pela disponibilidade de tempo para a realização desta pesquisa.
Bibliografia
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Figura 3: Comparação entre os canais do HSS e as medidas no solo com o termômetro infravermelho. Figura 7 – Área sobre a General Motors do Brasil para o dia 31/05/06 às 11h local: (a) visível e (b) termal.
Introdução
São José dos Campos, ver Figura 1, é um pólo de grandes indústrias com tecnologia de vanguarda. A cidade experimenta continuamente um grande crescimento urbano saturando a expansão horizontal e, conseqüentemente, verticalizando o espaço. Portanto, no rastro da expansão urbana, há a necessidade de se avaliar se de uma maneira quantitativa o fenômeno ilhas de calor já atua em determinados bairros (Sousa, 2005; Lombardo, 1985).
Apoiada em referenciais teórico-metodológicos e em trabalhos de campo, esta pesquisa teve por objetivo localizar as ilhas de calor na cidade de São José dos Campos em macro escala (rural-urbana) utilizando imagens do Landsat-5 (120m) e em micro escala (intra-urbana) utilizando imagens do HSS (2,7m e 8,3m). Por último, a comparação do comportamento do fenômeno no período diurno e noturno.
Figura 1 – Localização do município de São José dos Campos no estado de São Paulo.
Materiais e Métodos
� Uso dos canais do visível para a identificação dos alvos, e o canal do infravermelho termal, para a espacialização da temperatura.
� Divisão da cidade em setores homogêneos;
� Estudo do fenômeno Ilha de Calor utilizando diferentes resoluções espaciais visando àpossibilidade de duas análises:
1 - em macro escala (rural-urbana) utilizando as imagens do Landsat-5 (com resolução espacial de 120m) na banda do infravermelho termal;
2 - em micro escala (intra-urbana) utilizando as imagens do HSS (com resolução espacial de 2,7 e/ou 8,3 m, dependendo das características dos vôos) nos canais do infravermelho termal.
� Comparação do comportamento do fenômeno no período diurno e noturno.
Características da Imagem Landsat-5 de SJC do dia 1 0/06/06 (INPE)
Os dados de calibração utilizados foram de 2003 (U.S.Geological Survey). Foi utilizado o Software ENVI 4.2 para conversão dos níveis digitais, ND, da imagem em classes de temperaturas, ºC, por faixas de cores.
Características do HSS: sensor hiperespectral com 6 bandas no Infravermelho Termal.
Imageamento por faixas: os recortes foram definidos de acordo com os alvos urbanos mais homogêneos e/ou alvos mais representativos.
A definição do canal mais adequado para caracterização da ilha de calor teve como parâmetro as medições de campo, temperatura da superfície utilizando um termômetro infravermelho, simultaneamente aos vôos. Os alvos selecionados para estes estudo poder ser observados na Figura 2.
Figura 2 - Localização dos alvos do Trabalho de Campo: (a) gramado, (b) concreto, (c) asfalto e (d) metal. Para todos as alvos, a emissividade foi considerada igual a 1.
Com o cruzamento das informações, o Canal 48 da faixa do Infravermelho Termal do HSS foi o que apresentou valores de temperatura mais próximos aos medidos em campo, ver Figura 3.
Comparação das Bandas do Infravermelho Termal do HSS e o Trabalho de Campo
19
21
23
25
27
29
31
33
35
Concre
to
Asfalto
Gramad
oM
etal
Alvo
Tem
pera
tura
ºC
T rabalho de CampoBanda 45Banda 46Banda 47Banda 48Banda 49Banda 50
Resultados e Discussões
Na Figura 4 pode ser observado o comportamento da Ilha de Calor, onde as áreas urbanas apresentaram temperaturas entre 20 e 24ºC devido à mudança do albedo pela substituição da vegetação por materiais da superfície urbana. Nas áreas com cobertura vegetal (áreas de cultura, pastagens, mata ou capoeira e proximidades dos corpos d’água) as temperaturas foram mais baixas variando entre 16 a 18ºC.
Já nas áreas predominantemente industriais ocorreram picos de temperatura até4oC maior que a temperatura do sítio urbano em geral, devido, principalmente, aos fornos industriais e aos telhados metalizados.
(a)
(a)
(b)(a)
Figura 4 – Imagem: (a) dos canais do visível do sensor TM/Landsat 5 da cidade de São José dos Campos no dia 10/06/06 às 10:00h local e (b) espacialização da temperatura; área demarcada em vermelho: REVAP/Petrobrás.
(a) (b)
Figura 5 – Área sobre o Jardim Morumbi para o dia 31/05/06 às 11:00h local: (a) visível e (b) termal.
O bairro Jardim Aquárius possui forte verticalização para atender à classe média e alta. Apesar disto, a elevação da temperatura ficou aquém do esperado, provavelmente por se localizar em um local mais elevado (onde as correntes de ar são mais freqüentes), além do espaçamento entre os prédios, permitindo a ventilação e renovação do ar na região.
A área demarcada com círculo na Figura 6, corresponde ao telhado e ao estacionamento do hipermercado Carrefour, apresentou temperaturas entre 32 e 40ºC e 16 e 26ºC, respectivamente. Embora o estacionamento seja asfaltado, algumas fileiras possuem coberturas compostas por “tendas” resultando numa temperatura mais baixa.
Na área de “pastagem”, a frente do Jardim Aquárius, dois bolsões de temperatura ficaram evidentes: um entre 16 e 20ºC e o outro entre 20 a 24ºC, onde este último apresentava pastagem com maior estresse hídrico.
(a) (b)
Carrefour
Figura 6 – Área sobre o Jardim Aquárius para o dia 31/05/06 às 11h local: (a) visível e (b) termal.
(a) (b)
Os lagos e as matas atuaram como ilhas de frescor de dia e estes, de forma oposta, se comportaram como ilhas de calor à noite como pode ser observado na Figura 8. Isto se deve ao tempo necessário para que ocorra o máximo da temperatura, durante o período de iluminação solar, e durante a noite, para que esses alvos dissipem o calor armazenado.
Na Figura 8, o Galpão A apresentou características de ilha de frescor em ambos os períodos, ao contrário do Galpão B, que durante o período diurno caracterizou-se como uma ilha de calor e no noturno por ilha de frescor. Apesar de não se conhecer o tipo de material utilizado em cada galpão, certamente os mesmo devem proporcionar diferentes confortos térmicos aos funcionários, ou mesmo um consumo de energia diferenciado para se estabelecer um clima artificial no interior desses galpões.
(a) (b)
Figura 8 – Espacialização da temperatura na região do Aeroporto de São José dos Campos no dia 30/05/2006 às 14:00h local para a (a) imagem diurna e às 21:00h local para a (b) imagem noturna. Os Galpões A e B estãolocalizados dentro da área da Empresa Brasileira de Aeronáutica (EMBRAER).
Conclusões
� Amplitude térmica do sítio urbano medida pelo Landsat-5 foi de 6 a 8ºC, às 10:00h local, caracterizando o fenômeno Ilha de Calor.
� Essa diferença deve se ampliar no horário de maior emissão pela superfície, entre o período das 14:00 às 15:00h, local.
� A resolução espacial de 120m do Landsat-5 permitiu uma espacialização mais homogênea da temperatura.
� As imagens de alta resolução espacial do HSS, de 2,7 e/ou 8,3m, revelaram a heterogeneidade desses mesmos espaços.
� Adensamento horizontal x adensamento vertical:Pq. Res. Aquárius (área verticalizada) ⇒ amplitude de 7ºC Jd. Morumbi (adensamento horizontal) ⇒ amplitude de 10ºC
� A análise dos dados permite concluir que as temperaturas mais elevadas estão associadas ao tipo de uso da terra, o que comprova a necessidade de um melhor planejamento deste uso com a inserção de áreas verdes, espaços livres e corpos d’água dentro da mancha urbana.
No bairro Jardim Morumbi, ver Figura 5, a ocupação é densa, porém horizontal, o que resultou em temperaturas relativamente elevadas, entre 20 e 26ºC. Provavelmente relacionados pela alta densidade de ocupação e a utilização do material cerâmico na cobertura das casas.
A Linha de Transmissão de Energia, estreita faixa vertical (na imagem) em tonalidade verde, apresentou parte do solo exposto e parte com cobertura vegetal e temperatura em torno de 22 a 24ºC e de 16 a 20ºC, respectivamente.
Também foram identificados pontos isolados de temperatura altas, entre 30 e 40ºC, devido a fornos industriais e telhados metálicos.
Adensamento Horizontal x Vertical
Área Industrial
Diurno x Noturno
Comparação dos Canais do Infravermelho Termal do HSS e o Trabalho de Campo
Florianópolis, 21 a 26 de abril de 2007
