MESTRADO EM ENGENHARIA AMBIENTAL

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Caracterização e Modelagem Microclimática da Ilha de Calor Urbana Utilizando Parâmetros Biofísicos em Campos dos Goytacazes - RJ

por Renata Silva Barreto Sales publicado 06/10/2020 17h41, última modificação 06/10/2020 17h41

Orientador: DSc. Luíz de Pinedo Quinto Junior.

Coorientador: DSc. Hélio Gomes Filho.

Os diferentes materiais que constituem o solo urbano modificam o balanço energético concentrando a energia térmica e elevando a temperatura do clima urbano, sendo esse efeito denominado de Ilha de Calor Urbana (ICU). O estudo do microclima fornece parâmetros importantes para a gestão e o planejamento do espaço urbano, porém, na cidade de Campos dos Goytacazes - RJ há poucos trabalhos sobre essa temática o que limita a ação do planejamento urbano. O objetivo do presente trabalho é identificar o comportamento da Ilha de Calor Urbana (ICU) de Campos dos Goytacazes – RJ e investigar seu comportamento considerando o dia mais quente de 2019, visando observar o comportamento térmico durante o ciclo diário solar, com o intuito de fornecer subsídios para o planejamento urbano da cidade. Para isso, foram utilizadas imagens dos satélites Landsat-8 e Sentinel2 para zonear a temperatura de superfície de acordo com a cobertura do solo. Uma vez diagnosticada a dispersão da temperatura por meio de dados orbitais, foram propostas simulações com o modelo WRF (Weather Research and Forecasting) para obtenção do comportamento da temperatura e a umidade, durante no dia mais quente do ano de 2019, com os quais foram analisados a ICU e o Índice de Desconforto Térmico (IDT) da cidade em três diferentes cenários. Os dias que antecederam a passagem dos satélites ocorreram precipitações acima das normais climatológicas, o que resultou em abundância de vegetação e baixas temperaturas. As temperaturas mais altas da cena foram correlacionadas com o solo urbano e exposto. Em contrapartida as temperaturas mais amenas foram encontradas sobre a vegetação e os corpos d’água. Ao simular a temperatura e umidade relativa do ar na cidade, com o WRF, observou-se que o calor antropogênico sutilmente intensifica a ICU, o que por consequência, aumenta o desconforto térmico ambiental, sendo as temperaturas e o IDT mais elevados, atingidos no horário das 13 h. Os resultados demonstram que a intervenção antrópica foi a que mais contribuiu para a formação da ICU de Campos diurna sendo considerada como medida mitigadora o aumento da densidade de vegetação nas praças e nas ruas para reduzir os efeitos da ICU, fato este demonstrado no comportamento térmico obtido das simulações realizadas. O modelo WRF mostrouse eficiente para a análise do comportamento térmico diário urbano, onde foi possível observar que a cidade, na data analisada, apresentou ambientalmente desfavorável para a maioria dos seus habitantes na maior parte do dia e que há uma ICU noturna de fraca intensidade. 

Palavras-chave: Zoneamento Térmico. Simulação atmosférica. Modelagem computacional. Conforto Ambiental.

The different materials that make up the urban soil modify the energy balance by concentrating thermal energy and raising the temperature of the urban climate, this effect being called the Urban Heat Island (ICU). The study of the microclimate provides important parameters for the management and planning of urban space, however, in the city of Campos dos Goytacazes - RJ there are few studies on this theme, which limits the action of urban planning. The objective of the present work is to identify the behavior of the Urban Heat Island (ICU) of Campos dos Goytacazes - RJ and to investigate its behavior considering the hottest day of 2019, aiming to observe the thermal behavior during the daily solar cycle, in order to provide subsidies for urban city planning. For this, images from the Landsat-8 and Sentinel-2 satellites were used to zone the surface temperature according to the ground cover. Once the temperature dispersion was diagnosed by means of orbital data, simulations were proposed with the WRF (Weather Research and Forecasting) model to obtain the behavior of temperature and humidity, during the hottest day of the year 2019, with which they were the ICU and the Thermal Discomfort Index (RTD) of the city were analyzed in three different scenarios. The days preceding the passage of the satellites occurred precipitations above the climatological normals, which resulted in abundance of vegetation and low temperatures. The highest temperatures in the scene were correlated with urban and exposed soil. In contrast, the milder temperatures were found over the vegetation and bodies of water. When simulating the temperature and humidity in the city, with the WRF, it was observed that the anthropogenic heat subtly intensifies the ICU, which consequently increases the environmental thermal discomfort, with the highest temperatures and IDT being reached at 1 pm. The results demonstrate that the anthropic intervention was the one that most contributed to the formation of the daytime ICU of Campos being considered as mitigating measure the increase of the density of vegetation in the squares and in the streets to reduce the effects of the ICU, a fact demonstrated in the thermal behavior obtained simulations performed. The WRF model proved to be efficient for the analysis of the daily urban thermal behavior, where it was possible to observe that the city, on the analyzed date, presented an environmentally unfavorable situation for most of its inhabitants most of the day and that there is a weak night ICU intensity.

Keywords: Thermal Zoning. Atmospheric simulation. Computational modeling. Environmental comfort

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