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Title: O campo térmico urbano : ilhas de calor em Brasília - DF
Authors: Vianna, Ellen Oliveira
Orientador(es):: Romero, Marta Adriana Bustos
Assunto:: Ilhas de calor urbanas
Climatologia urbana
Climatologia - Distrito Federal (Brasil)
Campo térmico urbano
Solo urbano - uso
Sensoriamento remoto
Geoprocessamento
Issue Date: 9-Nov-2018
Citation: VIANNA, Ellen Oliveira. O campo térmico urbano: ilhas de calor em Brasília - DF. 2018. 267 f., il. Tese (Doutorado em Arquitetura e Urbanismo)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.
Abstract: A ação do homem no meio urbano, com a impermeabilização do solo, a retirada da cobertura vegetal e com os adensamentos das áreas centrais de forma indevida, influencia o campo térmico urbano e causa o fenômeno ilhas de calor urbanas – ICU. A questão ambiental urbana tem ênfase neste trabalho, que diferente dos estudos tradicionais de ICU, compara entre si áreas urbanas de configurações diferentes. A intenção é identificar as relações entre os tipos de materiais de superfície, as temperaturas e a morfologia urbana no processo de formação das ilhas de calor. Para isto, as áreas amostrais de Brasília DF, objeto do presente estudo, foram analisadas e comparadas considerando-as cenários urbanos provenientes de atividades antrópicas capazes de produzir alterações climáticas. Plano Piloto e Regiões Administrativas são uma rede de cidades, cuja peculiar inter-relação configura um processo de urbanização. Interessa-nos interpretar e mensurar as relações existentes entre os fatores determinantes do processo de formação das ICU em Brasília/DF, que está amplamente exposta, segundo os aspectos históricos, geográficos (com destaque ao clima e a vegetação) e morfológicos. O estudo do clima urbano compreende uma análise das temperaturas, das trocas térmicas, da presença de vegetação em áreas urbanas, da evapotranspiração e da morfologia urbana, levando também em consideração o fator W/H/L, os cânions urbanos, o Fator Visão do Céu, a ventilação urbana e os materiais de superfície. Em última instância, tal análise culmina no conceito ilhas de calor. Dentre as formas de monitoramento do fenômeno ilhas de calor, definiu-se pela utilização de imagens termais provenientes de sensoriamento remoto, o que demanda ferramentas de geotecnologia para o desenvolvimento da pesquisa. Assim, para análise quantitativa, foram definidas doze áreas amostrais do DF, segundo a diversidade de traçados e formas de ocupação do solo, além da observação de variáveis, geográficas, ambientais, urbanísticas e morfológicas. Após o geoprocessamento dos dados das áreas amostrais definidas, a análise do campo térmico urbano no DF compõe-se em três frentes: as classificações supervisionadas dos materiais de superfície (software Quantum Gis); o fator W/H (largura da caixa da rua / altura dos edifícios), segundo uma base teórico numérica; e imagens termais obtidas por satélite, transectos (software ENVI) e imagens da câmera termográfica. A primeira frente de análise corresponde à análise dos materiais de revestimentos das superfícies, a segunda considera de que maneira as formas construídas afetam o clima local, modificam os fluxos de ar, o transporte do calor atmosférico e os saldos de radiação de ondas curtas e longas e a terceira trata da análise sazonal do campo térmico urbano. Finalmente, os resultados das três frentes são contrastados, bem como as correlações estatísticas entre materiais de superfície, temperaturas e fator W/H. Entre os resultados preliminares, da etapa teórica, temos cerca de 2ºC de aumento da temperatura, em Brasília – DF, de 1990 aos dias atuais, sendo que cerca de 1ºC ocorreu do ano de 2012 em diante, além da consequente diminuição da umidade e alterações dos índices pluviométricos (Instituto Nacional de Meteorologia - INMET). As áreas mais aquecidas incluem não só as regiões mais adensadas, mas também áreas de solo exposto ou vegetação rasteira seca, em áreas pouco adensadas ou mesmo não ocupadas. Observamos que a presença ou ausência de vegetação diferencia a temperatura de áreas do Plano Piloto em 1ºC e nas áreas das Regiões Administrativas vizinhas de 1 a 3ºC. As correlações entre materiais de superfície e temperaturas são fortes e ascendentes: no Plano Piloto foram em média de 0,94 em agosto e de 0,90 em fevereiro e nas áreas das Regiões Administrativas em média de 0,89 em agosto e de 0,80 em fevereiro. Já para as correlações entre temperaturas e fator W/H, os resultados são: 0,94 em agosto e 0,65 em fevereiro. Concluímos que o clima urbano pode ser influenciado segundo boas práticas de ocupação do solo, e refletimos que em relação ao campo térmico, a legislação que disciplina o uso e ocupação do solo deve ser revisada sob novos paradigmas.
Abstract: Human action on the urban environment, such as soil waterproofing, removal of the vegetation coverage and densification of the central areas in an inappropriate manner, influences the urban thermal environment and causes the urban heat islands (UHI) phenomenon. The urban environmental issue is emphasized in this work that, unlike traditional UHI studies, compares urban areas with diverse configurations. The purpose is to identify the relations among the types of surface material, the temperatures and the urban morphology in the process of heat islands formation. For this purpose, the sample areas of Brasilia- DF, object of the present study, were compared and analyzed, considering them as urban scenario deriving from anthropic activities that are likely to generate climate changes. The Pilot Plan and the Administrative Regions are a network of cities, whose unique interrelation constitute an urbanization process. Our focus is to interpret and measure the relationships that exist among the prevailing factors in the UHI formation process in Brasilia/DF, that is widely exposed, according to the historical, geographical (predominantly climate and vegetation) and morphological aspects. The study of urban climate entails an analysis of temperatures, heat exchange, the presence of vegetation in urban areas, evapotranspiration, urban morphology, taking into consideration the W/H/L factor, the urban canyons, the Sky View Factor, the urban ventilation and surface material. Finally, this analysis culminates in the heat island concept. Among the ways of monitoring the heat islands phenomenon, thermal images from remote sensing were the chosen method, which demands technological tools to carry out the research. Therefore, for the quantitative analysis, twelve sample areas in the DF were defined, according to the diversity of layouts and land occupation, by means of the observation of the geographical, environmental, urban and morphological variables. After the geoprocessing of the data of the defined sample areas, the analysis of the DF urban thermal environment is carried out in three phases: the supervised classification of the surface material (Quantum Gis software); the W/H factor (width of the streets / height of the buildings), according to a numerical theoretical basis; and thermal satellite images, transects (ENVI software) and thermographic camera images. The first phase corresponds to the analyses of the surface material, the second considers the way the built environment affects the local climate, through the modification of the air flow, of atmospheric heat exchange and of short and long waves radiation and the third concerns the seasonal analysis of the urban thermal environment. Finally, the results of the three phases are compared and the statistical correlations among surface materials are factored in, along with temperatures and W/H factor. Among the preliminary results of the theoretical phase, we could observe an increase in the temperature of 2º C in Brasília - DF, between the decades of 1990 and 2010, and an increase of 1ºC from the year 2012 onwards, with a decrease in humidity and rainfall alterations as a direct consequence (Instituto Nacional de Metereologia- INMET). The warmer areas include not only the more densely populated regions but also areas with exposed soil or dry undergrowth vegetation, in less densely populated areas or even in nonoccupied ones. We have observed that the presence or absence of vegetation differentiates the temperature in the Pilot Plan areas in 1ºC and in the surrounding Administrative Regions, ranging from 1º to 3ºC. The correlations between the surface materials and the temperatures are strong and upward: in the Pilot Plan, they showed an average of 0,94 in August and 0,90 in February, in the Administrative Regions the average was of 0,89 in August and 0,80 in February. As for the correlations between temperatures and the W/H factor, the results are: 0,94 in August and 0,65 in February. We concluded that the urban climate may be influenced by good land occupation practices and we suggest that, with regards to the thermal environment, the legislation that regulates land use and the occupation must be revised according to new paradigms.
Resumen: La acción del hombre en el medio urbano, con la impermeabilización del suelo, la retirada de la cobertura vegetal y con los adensamientos de las áreas centrales de forma indebida, influye en el campo térmico urbano y causa el fenómeno islas de calor urbanas - ICU. La cuestión ambiental urbana tiene énfasis en este trabajo, que diferente de los estudios tradicionales de ICU, compara entre sí áreas urbanas de configuraciones diferentes. La intención es identificar las relaciones entre los tipos de materiales de superficie, las temperaturas y la morfología urbana en el proceso de formación de las islas de calor. Para ello, las áreas muestrales de Brasilia DF, objeto del presente estudio, fueron analizadas y comparadas considerando las escenarios urbanos provenientes de actividades antrópicas capaces de producir cambios climáticos. Plan Piloto y Regiones Administrativas son una red de ciudades, cuya peculiar interrelación configura un proceso de urbanización. Se interesa interpretar y medir las relaciones existentes entre los factores determinantes del proceso de formación de las ICU en Brasilia / DF, que está ampliamente expuesta, según los aspectos históricos, geográficos (con destaque al clima y la vegetación) y morfológicos. El estudio del clima urbano comprende un análisis de las temperaturas, de los cambios térmicos, de la presencia de vegetación en áreas urbanas, de la evapotranspiración y de la morfología urbana, teniendo en cuenta el factor W / H / L, los cañones urbanos, el Factor Visión Cielo, la ventilación urbana y los materiales de superficie. En última instancia, tal análisis culmina en el concepto islas de calor. Entre las formas de monitoreo del fenómeno islas de calor, se definió por la utilización de imágenes termales provenientes de detección remota, lo que demanda herramientas de geotecnología para el desarrollo de la investigación. Por lo tanto, para análisis cuantitativo, se definieron doce áreas muestrales del DF, según la diversidad de trazados y formas de ocupaciones del suelo, además de la observación de variables, geográficas, ambientales, urbanísticas y morfológicas. Después del geoprocesamiento de los datos de las áreas muestrales definidas, el análisis del campo térmico urbano en el DF se compone en tres frentes: las clasificaciones supervisadas de los materiales de superficie (software Quantum Gis); el factor W / H (ancho de la caja de la calle / altura de los edificios), según una base teórica numérica; e imágenes termales obtenidas por satélite, transectos (software ENVI) e imágenes de la cámara termográfica. El primer frente de análisis corresponde al análisis de los materiales de revestimientos de las superficies, la segunda considera de qué manera las formas construidas afectan el clima local, a través de la modificación de los flujos de aire, del transporte del calor atmosférico y de saldos de radiación de ondas cortas y largas y la tercera trata del análisis estacional del campo térmico urbano. Finalmente, los resultados de los tres frentes se contrastan, así como las correlaciones estadísticas entre los materiales de superficie, las temperaturas y el factor W / H. Entre los resultados preliminares, de la etapa teórica, tenemos cerca de 2ºC de aumento de la temperatura, en Brasilia - DF, de 1990 a los días actuales, siendo que cerca de 1ºC ocurrió del año 2012 en adelante, además de la consiguiente disminución de la humedad y alteraciones de la humedad de los índices pluviométricos (Instituto Nacional de Meteorología - INMET). Las áreas más calientes incluyen no sólo las regiones más densas, sino también las áreas de suelo expuesto o vegetación rastrera seca, en áreas poco densas o incluso no ocupadas. Observamos que la presencia o ausencia de vegetación diferencia la temperatura de áreas del Plan Piloto en 1ºC y en las áreas de las Regiones Administrativas vecinas de 1 a 3ºC. Las correlaciones entre materiales de superficie y temperaturas son fuertes y ascendentes: en el Plan Piloto fueron en promedio de 0,94 en agosto y de 0,90 en febrero y en las áreas de las Regiones Administrativas en promedio de 0,89 en agosto y de 0, 80 en febrero. Para las correlaciones entre temperaturas y factor W / H, los resultados son: 0,94 en agosto y 0,65 en febrero. Concluimos que el clima urbano puede ser influenciado según buenas prácticas de ocupación del suelo, y reflejamos que en relación al campo térmico, la legislación que disciplina el uso y ocupación del suelo debe ser revisada bajo nuevos paradigmas.
Résumé: L’action de l'homme dans le milieu urbain, avec l'imperméabilisation du sol, au retrait de la couverture végétale et avec les épaississement des secteurs centraux de forme indue, porte influence sur le champ thermique urbain et entraine le phénomène des îlots de chaleur urbaine – ICU. L’accent de la question environnementale urbaine fait l’objet de ce travail de recherche, qui contrairement aux études traditionnelles de l’ICU, compare des secteurs urbains avec d’autres secteurs urbains de configurations différentes. L'objectif est d'identifier les relations entre les types de matériaux de surface, les températures et la morphologie urbaine dans le processus de formation des îlots thermiques. Pour ce faire, comparer les zones échantillonnées de Brasília DF, c’est objet de cette étude, en tenant compte les scénarios urbains issus des activités anthropiques qui poussent le changement climatique. Le Plan Pilote et les Régions Administratives constituent un réseau de villes, dont l'interrelation particulière met en place un processus d'urbanisation. L’objet de notre interêt c’est l’interprétation et la mesure des relations existantes entre les facteurs déterminant du processus de formation de l'ICU à Brasilia/DF, qui est largement exposée, selon les aspects historiques, géographiques (en mettant l'accent sur le climat et la végétation) et morphologiques. Le climat urbain implique l'approche des températures, des échanges thermiques, la présence de végétation dans les zones urbaines, de l'évapotranspiration, de la morphologie urbaine, impliquant le facteur W/H/L, canyons urbains, le facteur de Vision du Ciel, ventilation urbaine, les matériaux de surface. En fin de compte, une telle analyse aboutit au concept des îlots de chaleur. Parmi les moyens de surveillance du phénomène des îlots de chaleur, il a été défini par l'utilisation d'images thermiques issues de la télédétection, qui demande des outils de géotechnologie pour le développement de la recherche. Ainsi, pour l'analyse quantitative, douze zones échantillonnées du DF ont été définies, en fonction de la diversité des tracés et des formes d'occupation des sols en observant des variables, géographiques, environnementales, urbaines et morphologiques. Après le géotraitement des données des zones échantillonnées définies, l'analyse du champ thermique urbain dans le DF est composée de trois fronts: les classifications supervisées des matériaux de surface (logiciel QGis), le facteur W/H (largeur de la boîte de rue/hauteur des bâtiments), selon une base théorique numérique et l’imagerie satellitaire thermique, les transects (logiciel ENVI) et les images de la caméra thermographique. Le première correspond à l'analyse des matériaux de revêtement de surfasse, le second examine comment les formes construites affectent le climat local en modifiant les flux d'air, le transport de chaleur atmosphérique et les bilans de radiation à ondes courtes et longues et le troisième porte sur de l'analyse saisonnière du champ thermique urbain. Enfin, les résultats des trois fronts sont contrastés, ainsi que les corrélations statistiques entre les matériaux de surface, les températures et le facteur W / H. Parmi les résultats préliminaires, de l'étape théorique, nous avons environ 2º C de l'augmentation de la température, à Brasília – DF, de 1990 à nos jours, et environ 1º C à partir de 2012, en outre la diminution conséquente de l'humidité et les changements des indices pluviométriques (Institut National de Météorologie-INMET). Les zones les plus chauffées comprennent non seulement les régions les plus densément peuplées, mais aussi les zones de sol exposé ou sous-bois sec, dans des zones peu densément ou même inoccupées. Nous avons remarqué que la présence de végétation, ou non, différencie la température des zones du Plan Pilote en 1ºC et des zones des Régions Administratives avoisinantes de 1 à 3º C. Les corrélations entre les matériaux de surface et les températures sont fortes et à la hausse, dans le Plan Pilote, elles étaient en moyenne de 0,94 en août et 0,90 en février Et dans les régions administratives en moyenne 0,89 en août et 0,80 en février. En ce qui concerne les corrélations entre les températures et le facteur W/H, les résultats sont: 0,94 en août et 0,65 en février. Nous concluons que le climat urbain peut être influencé en fonction des bonnes pratiques d'occupation du sol, nous réfléchissons que par rapport au champ thermal, la législation qui règle l'utilisation et l'occupation du sol doit être révisée sous de nouveaux paradigmes.
Description: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, 2018.
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