UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIS INSTITUTO DE ESTUDOS SOCIOAMBIENTAIS PROGRAMA DE PESQUISA E PS-GRADUAO EM GEOGRAFIA

Emprego de tcnicas de sensoriamento remoto e de geoprocessamento na anlise multitemporal do fenmeno de ilhas de calor no municpio de Goinia-GO (1986/2010)

Discente: Diego Tarley Ferreira Nascimento Orientador: Dr. Ivanilton Jos de Oliveira

Goinia, 2011.

Diego Tarley Ferreira Nascimento

Emprego de tcnicas de sensoriamento remoto e de geoprocessamento na anlise multitemporal do fenmeno de ilhas de calor no municpio de Goinia-GO (1986/2010)

Discente: Diego Tarley Ferreira Nascimento Orientador: Dr. Ivanilton Jos de Oliveira

Dissertao de mestrado apresentada ao Programa de Pesquisa e Ps-Graduao em Geografia do Instituto de Estudos Socioambientais da

Universidade Federal de Gois com vistas obteno do ttulo de Mestre em Geografia.

Dados Internacionais de Catalogao na Publicao na (CIP) GPT/BC/UFGNascimento, Diego Tarley Ferreira. N Emprego de tcnicas de sensoriamento remoto e de geoprocessamento na anlise multitemporal do fenmeno de ilhas de calor no municpio de Goinia-GO (1986/2010) [manuscrito] / Diego Tarley Ferreira Nascimento. - 2010. xv, 98 f. : il., figs, tabs. Orientador: Prof. Dr. Ivanilton Jos de Oliveira. Dissertao (Mestrado) Universidade Federal de Gois, Instituto de Estudos Scio-Ambientais, 2010. Bibliografia. Inclui lista de figuras, quadros e tabelas. 1. Sensoriamento Remoto. 2. Geoprocessamento. 3. Ilhas de Calor. I. Ttulo. CDU:528.8(817.3)

244e

TERMO DE CINCIA E DE AUTORIZAO PARA DISPONIBILIZAR AS TESES E DISSERTAES ELETRNICAS (TEDE) NA BIBLIOTECA DIGITAL DA UFG Na qualidade de titular dos direitos de autor, autorizo a Universidade Federal de Gois (UFG) a disponibilizar, gratuitamente, por meio da Biblioteca Digital de Teses e Dissertaes (BDTD/UFG), sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei n 9610/98, o documento conforme permisses assinaladas abaixo, para fins de leitura, impresso e/ou download, a ttulo de divulgao da produo cientfica brasileira, a partir desta data. 1. Identificao do material bibliogrfico: 2. Identificao da Tese ou Dissertao Autor (a): Diego Tarley Ferreira Nascimento E-mail: Diego.tarley@gmail.com Seu e-mail pode ser disponibilizado na pgina? Vnculo empregatcio do autor Agncia de fomento: Pas: Ttulo: Brasil [ x ] Dissertao [ ] Tese

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[ x ] No

Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de CAPES Sigla: Nvel Superior UF: GO CNPJ:

Emprego de tcnicas de sensoriamento remoto e de geoprocessamento na anlise multitempora do fenmeno de ilhas de calor no municpio de Goinia-GO (1986/2010)

Palavras-chave: Sensoriamento Remoto, Geoprocessamento, Ilhas de Calor Ttulo em outra lngua: Use of remote sensing techniques and geoprocessing in multitempora analysis of heat island phenomenon in the municipality of Goinia-G (1986/2010) Palavras-chave em outra lngua: Remote Sensing, Geoprocessing, Heat Island.

NATUREZA E PRODUO DO ESPAO rea de concentrao: Data defesa: (dd/mm/aaaa) 04/03/2010 Programa de Ps-Graduao: Programa de Pesquisa e Ps-Graduao em Geografia Orientador (a): Prof. Dr. Ivanilton Jos de Oliveira E-mail: Oliveira.ivanilton@gmail.com Co-orientador (a):* E-mail:*Necessita do CPF quando no constar no SisPG

3. Informaes de acesso ao documento: Liberao para disponibilizao?1

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Havendo concordncia com a disponibilizao eletrnica, torna-se imprescindvel o envio do(s) arquivo(s) em formato digital PDF ou DOC da tese ou dissertao. O Sistema da Biblioteca Digital de Teses e Dissertaes garante aos autores, que os arquivos contendo eletronicamente as teses e ou dissertaes, antes de sua disponibilizao, recebero procedimentos de segurana, criptografia (para no permitir cpia e extrao de contedo, permitindo apenas impresso fraca) usando o padro do Acrobat. ________________________________________ Assinatura do (a) autor (a)1

Data: 30 / 03 / 2011

Em caso de restrio, esta poder ser mantida por at um ano a partir da data de defesa. A extenso deste prazo suscita justificativa junto coordenao do curso. Todo resumo e metadados ficaro sempre disponibilizados.

Diego Tarley Ferreira Nascimento

Emprego de tcnicas de sensoriamento remoto e de geoprocessamento na anlise multitemporal do fenmeno de ilhas de calor no municpio de Goinia-GO (1986/2010).

Dissertao apresentada ao Programa de Pesquisa e Ps-Graduao em Geografia, do Instituto de Estudos Socioambientais da Universidade Federal de Gois, para a obteno do ttulo de Mestre em Geografia, aprovada em 04 de maro de 2011, pela Banca Examinadora constituda pelos seguintes professores:

_______________________________________________________ Prof. Dr. Ivanilton Jos de Oliveira Presidente da Banca

_______________________________________________________ Profa. Dra. Juliana Ramalho Barros Examinadora

_______________________________________________________ Profa. Dra. Zilda de Ftima Mariano Examinador Externo

Sinto na cincia o incio de uma batalha entre aqueles que vivem pela teoria e aqueles que saem em campo na Terra para observar e medir. Os observadores so as Cinderelas da cincia, e sempre foram - James Lovelock.Trecho retirado da obra Gaia: alerta final, publicada em 2010, pela editora Intrnseca. Este polmico e potico autor o criador da Teoria de Gaia, na qual v o planeta Terra como um organismo vivo, onde seus componentes interagem de forma a sustentar a vida em um processo autorregulador.

Dedicatria minha mame, o maior diamante de qualquer tesouro que algum sonharia ter. E eu o tenho.

AGRADECIMENTOS

Em primeiro devo agradecer minha famlia, por ter sido a base da minha vida: minha me, o maior amor que tenho, e ao meu pai, apesar dos conflitos, o reflexo do homem que sou hoje... ao meu irmo Jnior, o meu heri; e s minhas irms, Cristiane e Tatiane, distantes em outra cidade e em outro pas, mas que carrego no meu corao todo o dia... s minhas tias Juliana, Marcilene e Silcia, meus primos Joo Pedro, Geovana, Sara e Guilherme, meu av Nelson e minha av Terezinha, to necessrios em minha vida. Obviamente, no poderia faltar a honra dos grandes amigos, a causa da pouca sanidade que ainda me restou: queles grandiosos, seja pelo seu valor e importncia: Helayne, Joel; ou por possurem uma cabea enorme: Paulo Henrique, ou mesmo aqueles com baixa estatura: Luan... queles intensos: Valeska, Adalgiza, Tain, tais como aqueles imprescindveis em minha vida: Thiago Aires, Evelyn, Diele, Ana Claudia, Eliedna, Iuri, Lindamar, Eliz, Neto, Lorena, Welberg... queles irritantes, mas que da mesma forma me proporcionam tremenda diverso e tantas gargalhadas: Abimael, Carlos, Juliana Brando... queles apaixonantes: Elaine, Kenia, Joana, Juliana Ramalho, Mrcia, Maria Cristina, sobretudo aqueles com quem terei histria mais frente: Larissa (2012!) ... queles festejeiros, que seriam as companhias dos bares e das boates, mas que tornaram-se mais que isso: Marcus, Francisco, Rafael Vicente, Paulinho, Renatinho... E tantos outros que no constam aqui, mas tambm fazem parte da minha vida. Aos professores, funcionrios e colegas da Universidade Federal de Gois, principalmente ao Ivanilton e Juliana, por terem sido mais que simples professores e orientadores, mas, sobretudo, GRANDES e ETERNOS amigos... CAPES, por ter apoiado este trabalho com a concesso de bolsa de estudos.

RESUMO

O crescimento das atividades econmicas e ao desenvolvimento das tecnologias propiciou um forte processo de crescimento urbano que tem desencadeado uma gama de impactos ambientais. Dentre esses problemas ambientais, ressalta-se a alterao do clima local clima urbano. Nesse clima urbano possvel constatar diferenas nos elementos climticos conforme a influncia da cobertura do solo. Convm salientar que o comportamento espacial simultneo da temperatura se revela como o mais importante elemento nesse complexo sistema, tendo como principal produto o fenmeno das ilhas de calor. Nesse contexto, a presente dissertao de mestrado possui como objetivo geral realizar uma anlise comparativa da evoluo histrica das ilhas de calor no municpio de Goinia, capital do estado de Gois, em relao ao crescimento urbano e as consequentes mudanas na cobertura do solo, tendo como recorte temporal o perodo de 1986 a 2010, valendo-se de dados de sensoriamento remoto para estimar os valores de temperatura superficial terrestre e tcnicas de geoprocessamento. Para tanto, foram empregados as imagens do satlite Landsat 5 para os procedimentos de mapeamento de cobertura do solo de levantamento do campo trmico, sendo, no primeiro procedimento, realizado uma classificao automtica no software Envi 4.5, definindo-se as classes de cobertura do solo: Cobertura Vegetal, Corpos Hdricos, rea Urbanizada e Agropecuria, e no segundo procedimento, executada a converso das imagens do infravermelho termal em dados de temperatura superficial terrestre utilizando-se o software IDRISI verso Taiga, por meio do mdulo termal. Com base nos dados e nas anlises realizadas, pode-se constatar que as temperaturas superficiais terrestre apresentaram certo padro de variao espacial e, sobretudo, temporal, conforme as diferentes coberturas do solo. Enquanto as temperaturas mais elevadas alcanando 36C ocorrem em maior proporo sobre as reas urbanizadas, as temperaturas mais brandas partindo de 19C so mais registradas nas reas revestidas por cobertura vegetal e corpos hdricos. Na variao temporal, as reas urbanizadas apresentam maior variao positiva da participao de valores elevados de TST, acompanhada de diminuio da presena de valores baixos. Isso demonstra o quanto essas reas so as mais afetadas pela intensificao do fenmeno de ilhas de calor. Ao mesmo tempo em que constata-se o papel significativo das reas verdes e corpos dgua como elementos eficazes na atenuao desse problema.

Palavras-Chave: Sensoriamento Remoto, Geoprocessamento, Ilhas de Calor.

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1: Mapa de Localizao do Municpio de Goinia-GO Figura 2 Grfico do Crescimento Populacional de Goinia-GO Figura 3 - Mapa do relevo em faixas hipsomtricas de Goinia GO Figura 4: Mapa com o esquema de circulao atmosfrica no Brasil Figura 5: Esquematizao do Sistema Clima Urbano Figura 6: Sistema Clima Urbano Articulaes dos Subsistemas segundo os canais de percepo Figura 7: Subsistema Termodinmico Canal de percepo: conforto trmico Figura 8 Perfil da Ilha de calor urbana conforme os diferentes usos do solo Figura 9: Mapa com isolinhas de temperatura superficial da regio central dos Estados Unidos, registrada pelo TIROS II em 23 de novembro de 1960 Figura 10: Passagem do satlite HCMM sobre Nova Iorque mostrando as diferenas de temperatura superficial nas reas urbanas Figura 11: A ilha de calor da metrpole paulistana, obtida da imagem termal do satlite NOAA-7 do dia 16 de julho de 1981 (imagem gerada pelo INPE e tratada por meio do algoritmo desenvolvido pela autora) Figura 12: Balano de radiao na atmosfera e superfcie terrestre Figura 13: Janelas atmosfricas no espectro eletromagntico, com destaque para a janela compreendida na poro do infravermelho termal Figura 14: Intervalo do espectro eletromagntico, com destaque para as faixas do visvel e do infravermelho termal Figura 15 Mapa da Cobertura das cenas do satlite Landsat sobre o estado de Gois, com destaque ao municpio de Goinia. Figura 16: Composio colorida das bandas 5, 4 e 3 e banda 6 do satlite Landsat 5 Figura 17: O agrupamento de pixel como pertencentes determinada classe Figura 18: Pr-Processamento das imagens no software Envi 4.5 Registro (A), Mosaico (B) e Mscara (C) Figura 19: Procedimentos de seleo de amostras e classificao supervisionada utilizando-se o algoritmo Mahalanobis Distance Figura 20: Procedimento de inspeo e correo da classificao de Cobertura do Solo Figura 21: Importando os arquivos ao software IDRISI (A) e convertendoos ao seu formato padro (B) Figura 22: Mdulo Thermal existente no IDRISI para converso dos nveis de cinza da imagem orbital em valores de temperatura superficial

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Figura 23: Caixa de definies do Mdulo Thermal, com seleo da imagem a ser convertida e diretrio de sada (A), seleo do satlite (B), definio da unidade de temperatura (C) e correo de emissividade (D) Figura 24: Delimitao dos intervalos das classes de temperatura superficial terrestre Figura 25: Mapa de Cobertura do Solo do municpio de Goinia-GO em 1986 Figura 26: Mapa de Cobertura do Solo do municpio de Goinia-GO em 1996 Figura 27: Mapa de Cobertura do Solo do municpio de Goinia-GO em 2006 Figura 28: Mapa de Cobertura do Solo do municpio de Goinia-GO em 2010 Figura 29: Grficos de proporo da ocorrncia de cada classe de Cobertura do Solo em Goinia-GO 1986/1996/2006/2010 Figura 30: Crescimento da rea Urbanizada do municpio de Goinia-GO entre 1986 e 2010 Figura 31: Supresso da Cobertura Vegetal no municpio de Goinia-GO entre 1986 e 2010 Figura 32: Mapa de Temperatura Superficial Terrestre do municpio de Goinia-GO 1986. Figura 33: Mapa de Temperatura Superficial Terrestre do municpio de Goinia-GO 1996. Figura 34: Mapa de Temperatura Superficial Terrestre do municpio de Goinia-GO 2006. Figura 35: Mapa de Temperatura Superficial Terrestre do municpio de Goinia-GO 2010. Figura 36: Detalhes de amplitude na Temperatura Superficial de GoiniaGO em 1986 Figura 37: Detalhes de amplitude na Temperatura Superficial de GoiniaGO em 1996. Figura 38: Detalhes de amplitude na Temperatura Superficial de GoiniaGO em 2006. Figura 39: Detalhes de amplitude na Temperatura Superficial de GoiniaGO em 2010 Figura 40: Grficos de proporo da ocorrncia de cada classe de Temperatura Superficial Terrestre em Goinia-GO 1986/1996/2006/2010 Figura 41: Grfico da evoluo da proporo (%) de cada classe de TST Figura 42: Grficos da proporo de cada classe de TST por classe de cobertura do solo, por ano Figura 43: Mapa da Temperatura Superficial Terrestre na classe de cobertura do solo Corpos Hdricos - Goinia-GO/2010 Figura 44: Barragem do Ribeiro Joo Leite Figura 45: Crrego Botafogo

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p. 49 p. 53 p. 54 p. 55 p. 56 p. 57 p. 59 p. 61 p. 63 p. 64 p. 65 p. 66 p. 67 p. 68 p. 68 p. 69 p. 71 p. 73 p. 75 p. 80 p. 81 p. 81

Figura 46: Mapa da Temperatura Superficial Terrestre na classe de cobertura do solo Cobertura Vegetal - Goinia-GO/2010 Figura 47: Jardim Botnico Figura 48: Bosque dos Buritis Figura 49: Mapa da Temperatura Superficial Terrestre na classe de cobertura do solo rea Urbanizada - Goinia-GO/2010 Figura 50: Centro de Goinia Figura 51: Mapa da Temperatura Superficial Terrestre na classe de cobertura do solo Agropecuria - Goinia-GO/2010. Figura 52: Telhas de cermica frescas e seus valores de refletncia solar Figura 53: Revestimentos metlicos frescos e seus valores de refletncia solar Figura 54: Asfalto poroso desenvolvido pela pesquisa da Escola Politcnica (Poli) da USP

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Quantificao das classes de cobertura do solo de Goinia-GO 1986/2010 Tabela 2: Valores de Temperatura Superficial Terrestre registrados em Goinia-GO Tabela 3: rea e proporo (%) de cada classe de TST por ano Tabela 4: Tabulao Cruzada das Classes de Cobertura do Solo e de Temperatura Superficial Terrestre, para cada ano

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LISTA DE QUADROS

Quadro 01: Subdivises da Climatologia Quadro 2: Caractersticas dos Satlites LANDSAT Quadro 3: Caractersticas dos sensores TM e ETM+ do satlite Landsat Quadro 4: Principais caractersticas e aplicaes das bandas do satlite LANDSAT 5 Quadro 5: Data das imagens selecionadas para o mapeamento do campo trmico e classificao da cobertura do solo do municpio de Goinia Quadro 6: Classes de temperatura definidas nos mapeamento da TST

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SUMRIO

INTRODUO Caracterizao da rea de estudo Estrutura da dissertao CAPTULO 1 FUNDAMENTAO TERICO-METODOLGICA 1.1 Uma breve discusso sobre paradigmas em Climatologia 1.1.1 As correntes terico-metodolgicas da Climatologia 1.1.2 Os ramos da cincia climatolgica 1.2 O Clima urbano 1.2.1 O Sistema de Clima Urbano S.C.U. 1.3 O fenmeno de ilhas de calor 1.4 O Sensoriamento Remoto nos estudos de ilhas de calor 1.4.1 O histrico dos estudos que utilizaram dados orbitais na anlise do fenmeno de ilhas de calor 1.4.2 Os princpios fsicos que norteiam o emprego do Sensoriamento Remoto nos estudos de Ilhas de calor 1.4.2.1A Temperatura Superficial Terrestre TST 1.4.2.2 Empecilhos do emprego do SR nos estudos de ilhas de calor 1.4.3 Os satlites empregados nos estudos de ilhas de calor. 1.4.3.1 A srie de satlites Landsat (Land Remote Sensing Satellite) CAPITULO 2 - PROCEDIMENTOS METODOLGICOS 2.1 Operacionalizao metodolgica 2.2 Mapeamento da Cobertura do Solo e Levantamento do Campo Trmico 2.2.1 Procedimentos metodolgicos empregados no mapeamento da Cobertura do Solo 2.2.2 Procedimentos metodolgicos empregados no levantamento do campo trmico 2.3 Mtodo CAPITULO 3 O FENMENO DE ILHAS DE CALOR, SUA EVOLUO E SUA CORRELAO COM O PROCESSO DE CRESCIMENTO URBANO DE GOINIA-GO 3.1 O processo de Crescimento Urbano de Goinia-GO 3.1.1 Breve histrico do crescimento urbano de Goinia at a dcada de 1980 3.1.2 Mapeamento do crescimento urbano de Goinia-GO entre 1986 e 2010 3.2 O Fenmeno de ilhas de calor em Goinia-GO

p. 1 p. 2 p. 10 p. 11 p. 11 p. 12 p. 14 p. 14 p. 16 p. 20 p. 22 p. 24 p. 27 p. 27 p. 29 p. 33 p. 35 p. 39 p. 39 p. 41 p. 42 p. 45 p. 50

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3.2.1 A evoluo do fenmeno de Ilhas de Calor em Goinia-GO entre 1986 e 2010 3.3 O papel do crescimento urbano no desenvolvimento da Ilha de Calor CONSIDERAES FINAIS REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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INTRODUO

A intensa expanso demogrfica ocorrida nos ltimos 200 anos, devido ao crescimento das atividades econmicas e ao desenvolvimento das tecnologias (os quais melhoram a expectativa de vida da populao), propiciou um forte processo de crescimento urbano que tem desencadeado uma gama de impactos ambientais, oriundos da ocupao e transformao do meio natural sem um planejamento adequado e sustentvel. Dentre esses problemas ambientais, ressalta-se a alterao do clima local clima urbano , como um importante reflexo do impacto da ocupao e da atividade antrpica sobre o meio ambiente. O clima urbano, considerado como a alterao do clima local decorrente do processo de urbanizao, produto da ao do homem sobre o meio ambiente, principalmente no que diz respeito alterao na superfcie, no tocante impermeabilizao do solo e retirada da cobertura vegetal; concentrao de construes e atividades antrpicas, as quais armazenam e geram mais calor; alterao na composio da atmosfera, por conta da poluio atmosfrica; e alterao da velocidade e fluxo dos ventos, desencadeada pela rugosidade e verticalizao das construes antrpicas. Nesse clima urbano possvel constatar diferenas nos elementos climticos conforme a influncia da cobertura do solo (essencialmente pelos materiais que a compem), no que diz respeito alterao no fluxo de matria e energia sobre a atmosfera local. Convm salientar que o comportamento espacial simultneo da temperatura se revela como o mais importante elemento nesse complexo sistema, tendo como principal produto o fenmeno das ilhas de calor. Neste contexto, quando as diferenas simultneas de temperatura ocorrem entre centro/rea urbana (valores mais altos de temperatura) e periferia/rea rural (valores mais baixos), denomina-se de ilha de calor a delimitao dessa(s) rea(s) mais quente(s). Os trabalhos pioneiros sobre clima urbano foram realizados por John Evelyn, em 1661, e Luke Howard, em 1833, ambos sobre a cidade de Londres. Desde ento,~1~

diversos trabalhos foram realizados, objetivando analisar e mensurar a influncia do processo de urbanizao s vezes conjuntamente com outro(s) elemento(s) no clima urbano. Destaca-se ento, a necessidade de um trabalho que aborde mais

sistematicamente a influncia da cobertura do solo, em meios urbanos, nos valores de temperatura superficial terrestre1 com base na anlise de sries histricas, haja vista a possibilidade de se verificar, por exemplo, o verdadeiro peso da ao antrpica na alterao do campo trmico superficial, independentemente da influncia de outros elementos, como o topogrfico. Soma-se a isso o fato da expanso das cidades resultar no aumento da intensidade das ilhas de calor. Essa a temtica da presente dissertao de mestrado, que possui como objetivo geral realizar uma anlise comparativa da evoluo histrica das ilhas de calor no municpio de Goinia, capital do estado de Gois, com relao ao crescimento urbano e as consequentes mudanas na cobertura do solo, tendo como recorte temporal o perodo de 1986 a 2010. Em particular, tm-se como objetivos especficos: 1) empregar dados de sensoriamento remoto para estimar os valores de temperatura superficial terrestre (TST) para o levantamento do desenho do campo trmico da cidade; 2) demonstrar detalhadamente os procedimentos metodolgicos empregados para o levantamento dos valores de temperatura superficial terrestre (TST) com vistas identificao das ilhas de calor; e 3) por meio de tcnicas de geoprocessamento, mensurar e interpretar a correlao entre as temperaturas e as diferentes formas de cobertura do solo, nos perodos indicados para a pesquisa.

Caracterizao da rea de estudo Este trabalho tem como rea de estudo o municpio de Goinia (Figura 1), cujo stio urbano foi fundado em 24 de outubro de 1933, como uma cidade planejada para ser

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A temperatura superficial terrestre um parmetro fsico que diz respeito ao fluxo de calor, dado em funo do balano de radiao que chega e que sai da superfcie terrestre. ~2~

a capital do estado de Gois, em substituio antiga Vila Boa (atual Cidade de Gois), atendendo aos anseios polticos, econmicos, sociais e ambientais2 da poca. A mudana da capital ocorreu num perodo de transio poltica, social e ideolgica, num esforo do pas de enterrar o passado colonial e inserir-se no contexto capitalista mundial (CHAUL, 1999; RIBEIRO, 2004), sendo fruto da atuao poltica local e nacional, sendo a primeira sob perspectiva do interventor federal no estado de Gois, Pedro Ludovico Teixeira, em seu interesse de desvincular a capital do domnio local da oligarquia dos Caiado, e a segunda, obra do presidente Getlio Vargas, enquanto este pretendia efetivar o processo de acumulao capitalista nacional, seguindo sua poltica da Marcha para o Oeste. Portanto, a mudana da capital:(...) extrapolava os interesses locais e regionais, onde a criao de um novo plo urbano no centro do pas, ao mesmo tempo o dinamizador da regio e o ponto de ligao da economia de base urbano-industrial em expanso (RIBEIRO, 2004, p. 25).

Com uma populao de 1.301.892 habitantes, segundo o censo demogrfico de 2010, realizado pelo IBGE, Goinia considerada uma metrpole regional3. Destaca-se no comrcio, na oferta de ensino superior, na prestao de servios pblicos (principalmente os de sade), na agropecuria e na indstria, que geram um Produto Interno Bruto (PIB) anual de R$ 17.867.338.000,00, o que perfaz uma renda per capita anual de R$ 14.355,00, segundo dados do IBGE para o ano de 2007. Por Goinia apresentar tais caractersticas socioeconmicas, atraiu (e ainda atrai) um considervel fluxo de migrantes, oriundos principalmente dos estados de Minas Gerais, Bahia, Maranho, Par e Piau (RIBEIRO, 2004). A esse processo, soma-se ainda o xodo rural promovido pela mudana no modo de produo no campo, a busca por emprego e melhores oportunidades (idem, p. 22), responsvel por uma forte atrao de pessoas vindas do interior do estado, tanto das cidades quanto das zonas rurais.

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No tocante s caractersticas do stio, Vila Boa apresentava-se inserida em meio a uma bacia hidrogrfica com relevo acidentado, cercada por morros; apresentava fraca circulao dos ventos e elevados valores de temperatura do ar; e possua, ainda, restries de ordem sanitria, como o difcil abastecimento de gua e a inexistncia de uma rede de esgoto. 3 Conforme os trabalhos Regio de Influncia das Cidades (IBGE, 1993) e Caracterizao e Tendncias da Rede Urbana no Brasil (IPEA/UNICAMP/IBGE, 1999). ~3~

Figura 1: Mapa de Localizao do Municpio de Goinia-GO

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Esse intenso fluxo migratrio rumo capital, juntamente com o crescimento vegetativo de 1,9%4 ao ano, condicionou (e condiciona) um vertiginoso processo de crescimento populacional (Figura 2) e tambm do espao urbano, que j ocasionou inclusive a conurbao na regio sul da rea urbana de Goinia com Aparecida de Goinia e vem consolidando o mesmo fenmeno na regio noroeste, com Goianira, na regio oeste, com Trindade, e na regio leste, com o municpio de Senador Canedo.

Fonte: Censos Demogrficos, IBGE (1940, 1950, 1960, 1970, 1980, 1991, 2000, 2007 e 2010).

Figura 2: Grfico do Crescimento Populacional de Goinia-GO

Esse intenso processo de expanso demogrfica e crescimento urbano, especialmente a partir da dcada de 1950, resultou numa gama de problemas socioambientais, entre os quais vale destacar a consolidao de um clima local (clima urbano) com repercusso, sobretudo, no campo trmico algo j constatado por Casseti (1991), com a identificao de diferenas na temperatura do ar em dois pontos localizados no municpio, e por Nascimento e Barros (2009), com o mapeamento das temperaturas superficiais terrestres levantadas por sensoriamento remoto. O stio do municpio est inserido na rea da Bacia do Rio Paran, com a presena de duas sub-bacias, a do Ribeiro Anicuns, a sudoeste, e a do Ribeiro Joo Leite, a nordeste, ambos tributrios do rio Meia Ponte. Tambm esto presentes no territrio goianiense algumas nascentes do Rio dos Bois, do Corumb e do Caldas.

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Porcentagem de incremento mdio anual da populao, no perodo de 1991 a 2000, segundo dados do IBGE/Contagem Populacional e Projees Demogrficas Preliminares. ~5~

Segundo Nascimento (1991), o municpio possui cursos dgua volumosos, encaixados e controlados pela estrutura subjacente, o que pode ser verificado na Figura 3. Conforme tambm ilustrado pela Figura 3, o relevo local, inserido nos extensos chapades tabulares do planalto brasileiro, apresenta altitudes que variam entre 853 e 1.037m, na poro nordeste, correspondente ao Planalto Dissecado de Goinia; de 853 a 902m na poro sudoeste, correspondente aos Chapades de Goinia; e entre 661 e 756m, nos terraos e plancies do Rio Meia Ponte (CASSETI, 1991). Originalmente, o setor setentrional do municpio apresentava vegetao arbrea densa, classificada como Floresta Estacional Semidecdua e Decdua, enquanto a poro meridional apresentava vegetao tpica de Cerrado, com alguns encraves de Floresta Estacional (LOPES; ROMO, 2006). Tal diviso setentrional/meridional da vegetao guarda estreita relao com a ocorrncia geolgica, no norte, do Complexo Granultico Anpolis-Itau (com ocorrncias de para e ortogranulitos, metagranitides e rochas metabsicas e metavulcanosedimentares), e, no sul, do Grupo Arax (composto por micaxistos e quartzitos). De acordo com Lopes; Romo (2006, p. 18), aos distintos grupos geolgicos associam-se distintos padres de relevo, solos e vegetao que [...] determinam o uso e ocupao da terra. A localizao geogrfica (entre as coordenadas 16 27 30 e 16 50 de latitude Sul e 49 4 30 e 49 26 14 de longitude Oeste) confere ao municpio de Goinia o tipo climtico identificado como Cwa, na classificao de Kppen (KPPEN; GEIGER, 1928). Isso indica que Goinia apresenta um clima subtropical quente, com inverno seco, temperatura mdia do ms mais frio menor que 18C e do ms mais quente maior que 22C. Segundo Monteiro (1951), em um estudo sobre o clima da regio Centro-Oeste, o total pluviomtrico para a regio na qual se insere Goinia de, aproximadamente, 1.570mm, a mdia anual da temperatura do ar de 21,2C, com uma mdia de 22,3C na estao mais quente (vero, entre dezembro e fevereiro), e de 19C na estao mais fria (inverno, entre junho e agosto).

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Figura 3: Mapa do relevo em faixas hipsomtricas de Goinia - GO

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Com relao ao clima regional, observa-se, na Figura 4, a ocorrncia, durante o ano, de centros de ao negativos de origem continental massas Equatorial Continental e Tropical continental , e centros de ao positivos individualizando-se sob a forma de massas de ar de origem martima massas Tropical Atlntica e Polar Atlntico. Essas massas de ar se deslocam sobre o continente, ora avanando, ora recuando (MONTEIRO, 1951; CAMPOS et al., 2002). Alm das massas de ar destacadas anteriormente, o municpio de Goinia sofre influncia de outro sistema atmosfrico considervel: a Zona de Convergncia do Atlntico Sul (ZCAS) o que Nimer (1976) considera como sendo as Linhas de Instabilidade Tropical (ITs). Esse sistema atmosfrico resulta da intensificao do calor e da umidade provenientes do encontro de massas de ar quente e mida da Amaznia e do Atlntico Sul (mEc e mTa) na poro central do Brasil, sendo verificada desde o sul da regio Amaznica at a poro central do Atlntico Sul, em uma alongada distribuio de nebulosidade de orientao NW/SE (vide Figura 3), que intensifica as chuvas em toda a regio centro-oeste e sudeste do Brasil (NIMER, 1976). Os ventos em Goinia foram estudados por Casseti (1999), que reconheceu o domnio, de maio a outubro (outono e inverno), de fluxos de leste e sudeste, associados dinmica atmosfrica comandada principalmente pela massa Tropical Atlntica, o que acarreta certa estabilidade atmosfrica5. De novembro a maro (vero e primavera) ocorre o predomnio de fluxos de noroeste e norte, condicionados pela expanso da Depresso do Chaco6, e que se traduzem na massa Equatorial Continental, o que resulta em um perodo de instabilidade atmosfrica, responsvel pelo perodo chuvoso. Portanto, considera-se que o clima de Goinia justificado pelos sistemas regionais de circulao atmosfrica que atuam na regio Centro-Oeste e pelas caractersticas geogrficas do municpio, sobretudo a altitude, posio latitudinal e ausncia de corpos hdricos considerveis. Isso faz com que apresente um vero quente e chuvoso, uma primavera com as temperaturas mais elevadas do ano e um inverno seco com elevada amplitude trmica (NASCIMENTO; et. al. 2006).

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Alm de haver um aumento da velocidade dos ventos, algo visto principalmente nos meses de agosto e setembro no municpio 6 A qual funciona como uma zona de depresso baromtrica, que se expande no vero e primavera por conta do maior ganho de insolao e, por conseguinte, do aquecimento do continente. ~8~

Figura 4: Mapa com o esquema de circulao atmosfrica no Brasil

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Em um estudo sobre o comportamento das mximas e mnimas temperaturas do ar em Goinia, Nascimento e Luiz (2007) indicam que as temperaturas mais elevadas durante o ano ocorrem no ms de outubro (primavera), com mdia mensal de 28,7C. Os meses mais frios, por sua vez, correspondem a junho e julho (inverno), com mdia das mnimas variando entre 20,4C e 21,8C e mdia mensal de 25,1C.

Estrutura da dissertao A presente dissertao foi estruturada na forma de trs captulos. O primeiro deles apresenta o referencial terico-metodolgico que norteou a pesquisa, essencialmente sobre os pressupostos tericos dos principais autores acerca das temticas inerentes ao clima urbano e ao fenmeno de ilhas de calor. Tambm abarca as discusses metodolgicas relativas ao emprego do sensoriamento remoto em estudos de ilhas de calor, abordando as possibilidades e as limitaes de tal metodologia. No segundo captulo so transcritos detalhadamente os procedimentos metodolgicos empregados no levantamento da temperatura superficial terrestre assim como na classificao da cobertura do solo , com vistas a contribuir com outros trabalhos que porventura venham a empregar tais procedimentos na anlise das ilhas de calor. O terceiro e ltimo captulo inclui a anlise comparativa da evoluo histrica das ilhas de calor no municpio de Goinia, em relao ao crescimento urbano, no recorte temporal estipulado para a pesquisa (entre 1986 e 2010), com a mensurao e interpretao das possveis correlaes existentes entre as temperaturas e as diferentes formas de cobertura do solo. Por fim, o trabalho encerrado com consideraes acerca dos resultados encontrados, das vantagens, potencialidades e deficincias encontradas num estudo dessa natureza, bem como a apresentao de sugestes de procedimentos tericometodolgicos para futuros trabalhos sobre essa temtica.

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CAPTULO 1: FUNDAMENTAO TERICO-METODOLGICA

1.1 Uma breve discusso sobre paradigmas em Climatologia Perante qualquer trabalho que verse sobre a cincia climatolgica bastante oportuno discutir a diferena existente entre a Climatologia e a Meteorologia, pois ambas as cincias possuem o mesmo objeto de estudo a atmosfera , mas com noes, escalas e naturezas distintas. A cincia climatolgica se fundamenta como um ramo da Geografia Fsica, preocupada com o entendimento dos processos e mecanismos atmosfricos e dos elementos climticos e a interao desses com a superfcie terrestre, verificados durante um longo perodo de tempo (normalmente 30 anos), sempre considerando sua distribuio espacial. Em contrapartida, a Meteorologia fruto da Fsica, sendo responsvel pelo entendimento dos fenmenos fsicos que ocorrem sobre a atmosfera, sempre atentando para a [...] medida desses fenmenos, as condies fsicas em que so produzidos, a natureza das relaes que existem entre eles e os fatores que os condicionam (SORRE, 2006, p. 89). Todavia, ao mesmo tempo em que possuem tamanhas diferenas, uma cincia entremeia a outra. Isso porque o profissional meteorologista, ao estudar os meteoros, est tambm preocupado com o registro e a medio destes fenmenos atmosfricos (ZAVATTINI, 2000, p. 28), ao passo que o climatlogo no pode dar um passo sem utilizar os resultados gerais e particulares da meteorologia (SORRE, 2006, p. 89). Esse jogo de diferenas e semelhanas chega ao ponto em que a climatologia considerada por muitos como sendo uma meteorologia projetada a mdio e longo prazo em escala zonal ou muito amplamente regional (GEORGE, 1978, p. 66 apud ZAVATTINI, 2000, p. 27). Talvez mais importante do que discutir a essencial distino entre as duas cincias, seja analisar a noo fundamental do que venha a ser o clima.

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O conceito de clima possui uma peculiar divergncia perante as leituras dos textos clssicos de autores como Julius Hann, Max Sorre e Carlos Augusto de Figueiredo Monteiro. Hann (apud BARROS; ZAVATTINI, 2010, p. 256) considera o clima como sendo o conjunto de fenmenos meteorolgicos que caracterizam o estado mdio da atmosfera em um ponto da superfcie terrestre, conceito este, segundo Barros e Zavattini (2010), que encara o clima como sendo uma mdia, uma abstrao, sendo incapaz de revelar a realidade de forma concreta. Em Sorre (2006, p. 91), o clima compreendido como o ambiente atmosfrico constitudo pela srie de estados atmosfricos acima de um dado lugar em sua sucesso habitual dos tipos de tempo, conceito este que considera os estados da atmosfera em sua totalidade. Monteiro, nas palavras de Barros (2003, p. 24), inconformado com a natureza dos estudos de climatologia realizados at ento, (...) inaugura, na dcada de 1960, uma nova abordagem para as anlises climticas. O autor insere a noo de ritmo, a qual fundamenta que, para qualquer anlise climtica, necessrio recorrer dinmica atmosfrica, por meio da anlise da circulao atmosfrica regional. Monteiro defende o conceito de clima como sendo a sucesso dos fenmenos climticos, considerando que a abordagem alcana o nvel geogrfico quando colocamos a anlise dos tipos de tempo em sequncia contnua (MONTEIRO, 1969, p. 13 apud BARROS, 2003, p. 25-26).

1.1.1 As correntes terico-metodolgicas da Climatologia. O desenvolvimento da abordagem do pensamento climatolgico tem como primrdio a introduo da climatologia como cincia, respaldada na tendncia de uma climatologia separatista (tradicional), apresentando no decorrer do tempo uma mudana: passa, inicialmente, a uma climatologia considerada como dinmica, e, em seguida, a uma climatologia retratada como geogrfica. A Climatologia Tradicional, comumente chamada de Analtico-Separatista, por Monteiro, e Separativa, por Pdelaborde, consistia no estudo separado dos elementos do clima, com base nas observaes meteorolgicas realizadas, empregando-se exageradamente de mdias, possuindo, por isso, um carter essencialmente quantitativo~ 12 ~

(BARROS; ZAVATTINI, 2010). Seus principais representantes foram o meteorologista austraco Julius Von Hann e o climatologista e meteorologista russo Wladimir Peter Kppen. Com a restrio ao mtodo analtico e os primrdios do entendimento da circulao geral, surge uma Climatologia Dinmica tambm conhecida como Sinttica. Tal corrente faz uma anlise do complexo atmosfrico em pores individualizadas (massas de ar) e seus conflitos (frontologia) (MONTEIRO, 1962 apud BARROS, 2003, p. 23). Como principais seguidores dessa corrente, tm-se os nomes dos gegrafos franceses Maximilian Sorre e Pierre Pedelaborde e do gegrafo brasileiro Carlos Augusto de Figueiredo Monteiro. Diante do exposto, bastante oportuno ressaltar que ambas as correntes podem (e devem) caminhar juntas, como bem salientam as seguintes passagens:O mtodo tradicional apenas quantifica e generaliza, enquanto o mtodo dinmico busca a gnese dos fenmenos, explicando e desvendando os processos (BARROS, 2003, p. 28). [...] A abordagem dinmica no pretende invalidar ou substituir aquela analtico-separatista tradicional, de carter eminentemente esttico. um complemento necessrio ao aprimoramento dos conhecimentos climatolgicos do globo. As duas tcnicas de anlise, que devem andar juntas, assumem atitudes diferentes em suas projees no tempo e no espao (MONTEIRO, 1969, p. 14 apud BARROS, 2003, p. 28). [...] Acreditamos que a verdadeira compreenso da sntese climtica de um lugar advir do equilbrio entre os dois tratamentos (BARROS, 2003, p. 29).

perante a Climatologia Dinmica que SantAnna Neto (2001, p. 55) considera a abordagem de uma mais recente corrente da cincia, identificada como Climatologia Geogrfica, embasada pela anlise geogrfica e fundamentada numa perspectiva que se sustenta no trip: ritmo climtico/ao antrpica/impacto ambiental. O mesmo autor atribui a concepo de tal corrente a Carlos Augusto de Figueiredo Monteiro, por todo seu arcabouo terico e metodolgico.

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1.1.2 Os ramos da cincia climatolgica O campo da climatologia bastante amplo e se ramifica em diversas divises, com base em seus tpicos/temas e escalas. Algumas dessas subdivises so descritas no Quadro 1, a seguir.Quadro 01: Subdivises da ClimatologiaClimatologia regional Climatologia sintica Climatologia fsica Climatologia dinmica Climatologia aplicada Climatologia histrica Climatologia agrcola Bioclimatologia Climatologia urbana Ocupa-se da descrio dos climas em reas selecionadas da Terra. Preocupa-se com a anlise do tempo e do clima em uma rea com relao ao padro de circulao atmosfrica predominante. Investiga o comportamento dos elementos do tempo ou dos processos atmosfricos em termos de princpios fsicos. Analisa os movimentos atmosfricos em vrias escalas, particularmente a circulao geral da atmosfera. Enfatiza a aplicao do conhecimento climatolgico e dos princpios nas solues de problemas prticos. Ocupa-se do estudo do desenvolvimento dos climas atravs do tempo histrico. Estuda os recursos hidroclimticos visando a regionalizao, mapeamento e zoneamento climtico-agrcola. Investiga as interaes entre a biosfera e a atmosfera. Ocupa-se da investigao do impacto da urbanizao no clima local.

Fonte: Adaptado de Ayoade (2003).

Diante do exposto, ressalta-se a ltima subdiviso listada na Tabela 1, a climatologia urbana, por ser aquela empregada no presente estudo, sendo mais bem explanada no tpico que segue.

1.2 O Clima urbano O estudo do clima urbano se baseia numa linha de pesquisa da climatologia responsvel pela compreenso do clima da cidade, enfocando inicialmente uma anlise espacial local (clima local) que se estende a nveis regionais (clima regional) e globais (clima zonal/global), destacando-se, em cada escala, a influncia urbana (COLTRI, 2006). Considerando-se que na organizao geogrfica do clima tm-se diferentes ordens de grandeza ou graus de organizao, como climas zonais, regionais e~ 14 ~

locais (MONTEIRO, 1976), Landsberg (2006) considera como clima urbano a perspectiva de escala do clima local, haja vista que nessa escala que a ao antrpica age como fator de organizao (integrando as caractersticas geoecolgicas) e onde se processam as maiores alteraes na atmosfera. A literatura sobre trabalhos que versem sobre o clima urbano bastante vasta, principalmente a internacional, sendo pioneiros os trabalhos de John Evelyn, em 1661, que analisou o impacto da contaminao da atmosfera de Londres por conta da combusto do carvo das indstrias, e Luke Howard, em 1833, sobre a mesma cidade, cujos registros meteorolgicos apontavam diferenas entre a cidade e o campo7 .1

Todavia, os trabalhos de Landsberg (1956) e Chandler (1965), realizados j no sculo XX, foram os primeiros a pautarem o fenmeno urbanizao como indutor do clima urbano (COX, 2008). No Brasil, so referncias os nomes de Tavares (1975), que estudou o clima local de Campinas - SP; Monteiro (1976), que desenvolveu todo um referencial terico para estudos de clima urbano; Sartore (1979), responsvel pelo primeiro estudo de clima urbano de cidades de mdio porte (Santa Maria - RS); e Lombardo (1985), que se utilizou do referencial terico elaborado por Monteiro para investigar o fenmeno de ilhas de calor na metrpole de So Paulo, desenvolvendo todo um arcabouo metodolgico inclusive com uso de dados levantados por sensores orbitais. Nesse sentido, o clima urbano pode ser definido como um sistema que abrange o clima de um dado espao terrestre e sua urbanizao (MONTEIRO, 1976, p. 95), sendo um sistema complexo, dinmico, adaptativo e aberto que, recebendo energia do ambiente maior no qual se insere, a transforma substancialmente (MONTEIRO, 1976; MONTEIRO; MENDONA, 2003). Monteiro (1976), em sua tese de livre docncia, desenvolveu a teoria do Sistema de Clima Urbano S.C.U., visando compreender a organizao climtica peculiar da cidade.

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O autor verificou 50,50 F (10,2 C) nas partes mais densas da metrpole em comparao com a

temperatura mdia de cerca de 48,50 F (9,16 C) portanto, uma diferena de 2 F, ou 1,1 C. ~ 15 ~

1.2.1 O Sistema de Clima Urbano S.C.U. Para o desenvolvimento da Teoria do Sistema Clima Urbano (S.C.U.), Monteiro (1976) embasou-se no referencial terico da Teoria Geral dos Sistemas de Bertalanffy (1977), por consider-la como capaz de revelar a essncia de um fenmeno to complexo como o clima urbano e por utilizar-se de uma perspectiva organstica em oposio ao esquema mecanicista das sries causais isolveis e do tratamento por partes (BERTALANFFY, 1977, p. 28). O autor tambm se espelhou na teoria dos Geossistemas, tratando-a como uma concepo terica de efetiva integrao nas diferentes esferas que compem o escopo geogrfico (MONTEIRO, 2001, p.11). O Sistema Clima Urbano importa energia do seu ambiente, desempenhando um processo continuo de transformao. Essa energia possui natureza trmica, advinda da transformao de energia primria de toda a Terra, o Sol, sendo alimentada pelo calor antropognico e retroalimentada na dinmica da superfcie, no tocante circulao atmosfrica regional, conforme representado pela Figura 5.

Fonte: Monteiro (1975). Figura 5: Esquematizao do Sistema Clima Urbano

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O espao urbanizado, produto do crescimento urbano, considerado como o ncleo do sistema do clima urbano, por manter relaes com o ambiente regional (meteorolgico e geoecolgico) em que se insere. Nesse contexto, a atmosfera considerada como agente operado ou alterado, no que concerne sua composio (poluio) e toda a ao ecolgica natural (topografia e sistemas atmosfricos atuantes) e as associaes do fenmeno do crescimento urbano so vistas como o operante (MONTEIRO, 1976). Inserido na teoria do Sistema Clima Urbano, encontram-se trs subsistemas (Figura 6) que se articulam e se integram, a saber: O termodinmico, no tocante ao conforto trmico; o hidrodinmico, no que tange ao impacto meterico (chuvas intensas); e o fsico-qumico, que diz respeito qualidade do ar.

Fonte: Monteiro (1975) Figura 6: Sistema Clima Urbano Articulaes dos Subsistemas segundo os canais de percepo~ 17 ~

Dentre estes subsistemas, destaca-se aqui o termodinmico, que, segundo Monteiro (1976, p. 126), caracteriza-se como o nvel fundamental de resoluo climtica para onde convergem e se associam todas as outras componentes. Este subsistema apresenta um desenvolvimento contnuo e possui, como principal produto, as ilhas de calor fenmeno em anlise nesta pesquisa. Conforme representado na Figura 7, considera-se como causa essencial para as mudanas climticas locais essencialmente as ilhas de calor o processo de crescimento urbano, no que diz respeito alterao na superfcie e no material que a compem, ao calor gerado pelas construes e atividades antrpicas, s alteraes na composio da atmosfera e na velocidade e fluxo dos ventos. Associado s caractersticas do sistema ecolgico e meteorolgico local, o processo de crescimento urbano gera uma modificao do balano de energia da atmosfera urbana (MONTEIRO, 1975; LANDSBERG, 2006; GARCIA-CUETO, 2007).

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Fonte: Monteiro (1975). Figura 7: Subsistema Termodinmico Canal de percepo: conforto trmico.

Bias, Baptista e Lombardo (2003. p. 1742) afirmam que,[...] dependendo do albedo, mais radiao ser absorvida e mais calor ser emitido pela superfcie. Esses padres diferenciados de emisso de calor acabam determinando uma temperatura mais elevada no centro e, medida que se afasta deste, em direo aos subrbios, as temperaturas tendem a diminuir.

Portanto, as ilhas de calor se originam essencialmente na diferena do balano de radiao existente entre a superfcie urbana central e a perifrica. A energia que~ 19 ~

provm da radiao solar divida entre calor latente e calor sensvel, sendo o primeiro utilizado nas transformaes fsicas (principalmente na evapotranspirao) e o segundo empregado no aquecimento do ar. Quando h uma menor proporo de superfcies hdricas e cobertura vegetal, uma menor quantidade de energia gasta na evapotranspirao calor latente , resultando em uma maior quantidade de energia para aquecer a temperatura do ar calor sensvel (VOOGT; OKE, 1997; SOUCH; GRIMMOND, 2006).

1.3 O fenmeno de ilhas de calor O fenmeno de ilhas de calor a mais bem conhecida modificao climtica de ordem antropognica. As ilhas de calor so consideradas como uma anomalia trmica resultada do processo de crescimento urbano, no tocante a alterao da superfcie (essencialmente no que se refere aos materiais que a compem) e da atmosfera local, que favorecem a absoro do fluxo de radiao solar (CAMARGO et al., 2007). Isso propicia um aumento significativo da irradiao de calor para a atmosfera [nas regies centrais] em comparao com as zonas perifricas ou rurais, onde no se processa uma ocupao to intensa do solo (TEZA; BAPTISTA, 2005, p. 3911) Vide Figura 8.

Fonte: Environmental Protection Agency, 2005. Figura 8 Perfil das ilhas de calor urbana conforme os diferentes usos do solo

Decorrente desse aumento de temperatura nas reas centrais (mais ocupadas) se processa a formao de uma zona de baixa presso, modificando o sistema de ventos~ 20 ~

locais, essencialmente no que diz respeito velocidade e ao fluxo de ventos8 . Por sua2

vez, os ventos sopram para essa zona de baixa presso, haja vista que o movimento do ar se d pelos contrastes de presso atmosfrica, acrescentando mais poluentes aos j originados pelas atividades antrpicas ali desenvolvidas (BIAS; BAPTISTA; LOMBARDO, 2003; LOMBARDO, 1985; TEZA; BAPTISTA, 2005). Uma maior quantidade de material particulado no ar (poluentes), alm de favorecer uma maior absoro e emisso de calor, resulta num aumento de ncleos de condensao de umidade que gera, por conseguinte, um aumento de precipitao (inclusive de intensidade) nos centros urbanos. Ou seja, consolidando um fenmeno cclico e intensificador. Voogt e Oke (1997) consideram como causas para a existncia de ilhas de calor dois elementos: a condio da superfcie e os controladores atmosfricos. O primeiro elemento se traduz na cobertura do solo, na topografia, na estrutura urbana e nas funes e atividades antrpicas, enquanto o segundo diz respeito aos sistemas atmosfricos e aos ventos (direo e intensidade), ambos os elementos influenciando na condio da estrutura trmica da superfcie. Convm destacar a ressalva apresentada por Landsberg (2006), ao afirmar que muitos dos contrastes observados entre centro e periferia das cidades seriam resultados essencialmente da prpria topografia e provavelmente ocorreriam mesmo sem a influncia do crescimento da cidade, a qual simplesmente atuaria como

potencializadora. Um exemplo da maior influncia da topografia em oposio ao uso e ocupao do solo na variao espacial das temperaturas superficiais apresentado no trabalho de Nascimento, Sousa e Oliveira (2009), que analisa dados obtidos por sensores remotos, no municpio de Minau, no norte do estado de Gois. Os resultados apresentados nesse trabalho mostraram uma correlao negativa direta entre a variao das temperaturas superficiais e as faixas de altitudes, o que no ocorreu na comparao entre as temperaturas e os diferentes tipos de uso da terra. A anomalia trmica advinda das ilhas de calor possui diferentes escalas, primordialmente uma espacial, considerando que a variao espacial simultnea da temperatura pode ocorrer tanto na zona intraurbana quanto entre a zona urbana e a ruralIsso porque conforme varia a temperatura, varia a presso atmosfrica que, por conseguinte, determina a circulao dos ventos locais. ~ 21 ~2

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do municpio. Sem embargo, como todo fenmeno ambiental, apresenta ainda uma variao (evoluo) temporal (COLTRI et al., 2007) o qual ser o mtodo de investigao no presente trabalho, tendo por base a srie histrica de dados levantados por sensores remotos. Vrios so os mtodos de investigao de ilhas de calor. A utilizao de dados meteorolgicos provenientes de estaes meteorolgicas oficiais (a exemplo do Instituto Nacional de Meteorologia INMET) e a coleta local de dados de temperatura do ar em miniabrigos termomtricos ou em transectos mveis so os mais indicados, pela confiabilidade do valor real dos dados. Porm, sua espacializao no apresenta a adequao quanto compreenso do fenmeno, visto que a representao dos valores de temperatura do ar em isolinhas no informa a real extenso dos valores, mas sim a extenso da variao entre aqueles coletados, resultando, assim, numa forte generalizao (MONTEIRO; MENDONA, 2003). Uma imensa dificuldade neste mtodo a quantidade de pontos de coleta de dados, bem como a sua espacializao. A inexistncia de uma rede de estaes meteorolgicas que possam fornecer dados de reas relativamente extensas, associada grande dificuldade de acesso aos dados de temperatura do ar, fez com que o sensoriamento remoto passasse, especialmente a partir da dcada de 1970, a ser bastante empregado na identificao e anlise do fenmeno de ilhas de calor. Partiu-se do pontual, outrora com base em dados proveniente de estaes meteorolgicas, ao contnuo espacial e sinptico.

1.4 O Sensoriamento Remoto nos estudos de ilhas de calor O sensoriamento remoto pode ser compreendido como a forma de obter informaes de um objeto ou alvo, sem que haja contato fsico com o mesmo (ROSA, 2001, p.1), haja vista que diferentes objetos refletem/emitem diferentes quantidades de energia, em comprimentos de ondas distintos, que so registradas pelos sensores remotos na forma de valores radiomtricos associados a cada pixel da imagem, e traduzidos como variaes tonais de cinza. O sensoriamento remoto no infravermelho termal, compreendido entre o intervalo de 8 a 14m do espectro eletromagntico, fundamentado no princpio de que todo objeto e superfcie que possua temperatura acima do zero absoluto (0 K) emitem~ 22 ~

energia eletromagntica. Sem embargo, alguns sensores remotos tm a capacidade de detectar a radiao em ondas longas emitida na faixa do infravermelho termal, assim considerada por ser nesta faixa que detectada a radiao emitida pelos objetos, cujos valores variam em funo de sua temperatura (STEINKE; STEINKE; SAITO, 2004). Ao considerar tal caracterstica dos sensores, e o estipulado pela Lei de Plank, segundo a qual quanto maior a temperatura de um dado comportamento de onda, maior ser a quantidade de energia emitida por um corpo negro (BIAS; BAPTISTA; LOMBARDO, 2003, p. 1742), pode ser possvel levantar a temperatura de determinado local ou objeto por meio da transformao dos nveis de cinza das imagens termais em valores de temperatura aparente, baseando-se, para isso, na aplicao de um algoritmo. Jensen (2007) destaca os satlites pioneiros na aplicao de dados do infravermelho termal, apontando como pioneiro o satlite U.S. Television IR Operation Satellite (TIROS), desenvolvido na dcada de 1960, com resoluo grosseria, usado no monitoramento de padres regionais de nuvens e movimento de frentes. Ainda segundo este mesmo autor, os primeiros estudos dedicados especificamente ao levantamento de valores de temperatura da superfcie em escala regional e local valeram-se de satlites de baixa resoluo espacial, como os da famlia NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration (sensor AHVRR, com 1km de resoluo espacial), utilizados, por exemplo, nos trabalhos de Lombardo (1985), Paiva (2005) e Gusso, Fontana e Gonalves (2007). Contudo, as ltimas duas dcadas verificaram uma gigantesca evoluo do sensoriamento remoto, consubstanciado pela evoluo dos sistemas orbitais, essencialmente no que diz respeito resoluo espacial e/ou espectral, e tambm na disponibilidade de imagens. Essa evoluo tecnolgica possibilitou um maior emprego de dados obtidos em estudos sobre as caractersticas trmicas superficiais, por diferentes sensores remotos, como, por exemplo, os sensores MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), e ASTER (Advanced SpaceBorne Thermal Emission and Reflection Radiometer), ambos a bordo do satlite TERRA; o IRMSS, a bordo do CBERS; e os sensores TM e ETM+, ambos dos satlites da srie Landsat.

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1.4.1 O histrico dos estudos que utilizaram dados orbitais na anlise do fenmeno de ilhas de calor Um dos primeiros estudos que empregou dados orbitais de sensoriamento remoto na anlise de ilhas de calor foi realizado por Sigmund Fritz, em 1963, no qual foram utilizados dados do satlite TIROS II para anlise da variao diuturna da temperatura superficial da regio central dos Estados Unidos vide Figura 9. O autor chama a ateno para a relevncia dos instrumentos a bordo de satlites serem bastante teis em estimativas da variao temporal da temperatura superficial.

Fonte: FRITZ, 1963. Figura 9: Mapa com isolinhas de temperatura superficial da regio central dos Estados Unidos, registrada pelo TIROS II em 23 de novembro de 1960

Outro estudo de grande importncia foi aquele desenvolvido por Rao (1972), que utilizou mensuraes termais orbitais com resoluo espacial de 7,4 km obtidas por meio do Scaning Radiatiomer (SR), a bordo do satlite Improved TIROS (ITOS-1), para demonstrar que um corredor urbano entre New York, Philadelphia, Baltimore e Washington DC poderia ser delineado. Desde ento, outros estudos tm sido~ 24 ~

realizados por pesquisadores de todo o globo terrestre, utilizando-se de diferentes sensores orbitais. Logo em seguida, foi publicado no peridico Monthly Weather Review, em 1979, o artigo de autoria do fsico John C. Price, no qual destacado o crescente interesse nas pesquisas de meteorologia urbana por conta das implicaes da poluio na sade humana. Neste estudo, o autor empregou dados orbitais do HCMM (Heat Capacity Mapping Mission) lanado em 26 de abril de 1978 para obter dados de infravermelho termal na faixa de 10.5 a 12.5 m, com resoluo espacial de 500 m, para estudos de ilhas de calor em Nova Iorque e outras cidades em seus arredores. Com base nos registros das temperaturas verificadas nas reas central e perifrica das cidades analisadas (Figura 10), o autor registrou contrastes de at 17C em Nova Iorque (NY), e 15C em Hartford (CT).

Fonte: Price, 1979. Figura 10: Passagem do satlite HCMM sobre Nova Iorque mostrando as diferenas de temperatura superficial nas reas urbanas 93

93

As tonalidades mais claras dizem respeito aos maiores valores de temperatura superficial ~ 25 ~

Voogt e Oke (2003) listam uma srie de outros estudos que utilizaram o sensoriamento remoto termal para examinar o clima urbano, essencialmente no tocante anlise da estrutura e das caractersticas espaciais da temperatura superficial terrestre, estudos estes que utilizaram de diversas plataformas orbitais (a exemplo dos satlites NOAA, Landsat e SPOT), com distintas. Em geral, tais estudos se valeram de dados obtidos pelos sensores remotos para examinar a estrutura termal da superfcie urbana, comparando-a ao uso e cobertura do solo. Os autores ressaltam que, mais recentemente, tm sido empregadas tcnicas multiespectrais para levantar as caractersticas do uso e cobertura do solo da data em que as imagens termais foram obtidas, bem como imagens de alta resoluo espacial para o levantamento do comportamento termal da superfcie urbana (VOOGT; OKE, 2003). No Brasil, o marco foi o trabalho pioneiro de Lombardo (1985), no qual a autora identificou ilhas de calor na regio metropolitana de So Paulo, valendo-se do uso de imagens da banda termal (banda 6) do sensor TM a bordo do satlite Landsat 5, com resoluo espacial de 120 metros, e do sensor AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) do satlite NOAA, com 1 km de resoluo. A Figura 11 representa a imagem termal de 16 de julho de 1981 das ilhas de calor da grande metrpole paulista. Nela possvel perceber, no centro da cidade, nas zonas leste e sudeste, na marginal do Tiet e em Santo Amaro, as maiores temperaturas (33C); em contrapartida, as menores temperaturas so verificadas na serra da Cantareira e no Parque do Estado, com 23 e 24C, respectivamente. A autora ainda destaca a cidade de Cubato, na parte inferior da imagem, onde, devido alta concentrao de poluentes, registraram-se temperaturas elevadas de 30C, coincidindo com as reas centrais da cidade de So Paulo.

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Fonte: Lombardo, 1985. Figura 11: As ilhas de calor da metrpole paulistana, obtida da imagem termal do satlite NOAA-7 do dia 16 de julho de 1981 (imagem gerada pelo INPE e tratada por meio do algoritmo desenvolvido pela autora)

Steinke, Steinke e Saito (2004) destacam que, a partir desse trabalho, a utilizao de dados de satlite em trabalhos de climatologia desenvolvidos no Brasil se tornou comum, possibilitando a realizao de diversos estudos empregando diferentes sensores orbitais, com distintas caractersticas espectrais, radiomtricas e, principalmente, de diferentes resolues espaciais.

1.4.2 Os princpios fsicos que norteiam o emprego do Sensoriamento Remoto nos estudos de Ilhas de calor 1.4.2.1 A Temperatura Superficial Terrestre - TST A temperatura da superfcie terrestre (TST), como j dito anteriormente, um parmetro fsico que diz respeito ao fluxo de calor dado em funo do balano de radiao que chega e que sai de um corpo, sendo, conforme destacado por Sobrino e Kharraz (2003), de suma importncia para o entendimento das interaes entre a superfcie e a atmosfera, por modelar a temperatura do ar nas camadas inferiores da~ 27 ~

atmosfera urbana, ser o elemento central no balano de energia da superfcie e determinar o clima interno das construes e os efeitos da liberao da energia que afeta o conforto trmico nas cidades (VOOGT; OKE, 2003). A temperatura superficial terrestre dada em funo do albedo, da emissividade, da propriedade termal do material usado nas construes urbanas e da estrutura da cobertura urbana (GOWARD, 1981) e, assim como a temperatura do ar, ela possui uma variao espacial, influenciada pela quantidade de insolao recebida, pela natureza da superfcie, pela distncia a partir dos corpos hdricos, pelo relevo e pela natureza dos ventos predominantes, e uma variao temporal, condicionada principalmente pelas variaes sazonais no volume de radiao recebida, que varia conforme a latitude e com o grau de continentalidade (AYOADE, 2003). Conforme ilustrado pela Figura 12, dos 100% de radiao solar que o planeta recebe, os 50% que ultrapassam a atmosfera tm na superfcie terrestre o estabelecimento da proporo entre a radiao que ser absorvida e aquela que ser refletida, estabelecimento este definido pela capacidade da superfcie terrestre em absorver calor, caracterizada essencialmente pela cobertura existente, mas tambm pelo relevo e pelo tipo de solo (GEIGER, 1961).

Fonte: GLOBAL CLIMATE CHANGE: IMAGES, disponvel , acessado em 03 de dezembro de 2010. Figura 12: Balano de radiao na atmosfera e superfcie terrestre.

em

Logo, considerando que o aquecimento do ar se d basicamente por conveco, a elevao da temperatura superficial provoca um aumento da conveco, que por sua~ 28 ~

vez, tem um efeito regulador na temperatura do ar (Ibidem, p. 163), haja vista que o ar aquecido pela superfcie terrestre, em funo da radiao solar absorvida, convertida em calor e, logo, transferida (SILINGOVSCHI JUNIOR; BARBOSA, 2006). Portanto, atenta-se que, mesmo tendo relao ntima, a temperatura do ar (Tar) e a temperatura da superfcie terrestre (TST) so elementos distintos. Todavia, oportuno frisar que elas possuem estreita afinidade, haja vista o conhecimento das relaes que possam ser estabelecidas entre elas, conceitualmente ou por meio de parametrizaes (COLTRI et al., 2007). Convm ressaltar que a maioria dos trabalhos a respeito de ilhas de calor, realizados com base no uso de dados orbitais, no pretende levantar o valor absoluto da temperatura urbana, mas sim a diferena que h entre a rea urbana e a rural, valendo-se mais de um carter qualitativo e no quantitativo. Alm do fato dos dados obtidos por sensores remotos no dizerem respeito temperatura do ar, convm destacar outras importantes caractersticas do emprego do sensoriamento remoto em estudos de ilhas de calor.

1.4.2.2 Empecilhos do emprego do SR nos estudos de ilhas de calor Embora o sensoriamento remoto possa fornecer um imenso arcabouo tcnicometodolgico, seu emprego nos estudos de climatologia, em particular sobre ilhas de calor, no to intenso em funo de algumas limitaes. Primeiramente, convm destacar que os sensores remotos armazenam a imagem em fraes de unidade de rea definida por pixels9 , dizendo respeito mdia dos4

valores de reflectncia dos alvos localizados na rea daquele pixel (que varia conforme sua resoluo espacial), refletindo, portanto, a temperatura do elemento mais representativo que o compe. Isso implica dizer que se trata de uma generalizao. Alguns autores ainda contestam a utilizao de dados obtidos por sensores remotos no estudo de ilhas de calor, a exemplo de Steinke (2004), que em sua tese de doutorado, ao avaliar a aplicabilidade de uma tcnica de estimativa de temperatura por meio de satlites, afirma que as imagens orbitais

4

9

Pixel por ser definido como a menor unidade grfica de uma imagem. ~ 29 ~

[...] no podem proporcionar a expresso pronta do campo trmico [...]. As temperaturas derivadas do sensor no so idnticas temperatura do ar medida na camada prxima superfcie (STEINKE, 2004, p. 68).

Segundo a autora, conforme j abordado, as imagens termais detectam a energia emitida (irradiada) pela superfcie, dizendo respeito no temperatura do ar, mas sim temperatura aparente da superfcie terrestre, servindo apenas como uma estimativa para o real valor da temperatura do ar. Isso muitas vezes no destacado pelos autores nos estudos de ilhas de calor. Alguns autores (FRITZ, 1963; PRICE, 1979) ainda ressaltam que as variaes (tanto espacial quanto temporal, seja diuturna) da temperatura superficial terrestre podem ser substancialmente maiores do que aquelas verificadas na temperatura do ar, podendo haver uma superestimativa da intensidade das ilhas de calor. Outros problemas so ainda relevantes, como a necessidade de se efetuar correes atmosfricas, de emissividade e de rugosidade do relevo. Assim como a necessidade de considerar a atmosfera como um ambiente dinmico no tempo, e que pode apresentar influncias distintas em imagens histricas, alm da possibilidade do prprio tratamento digital das imagens poder alterar os valores de temperatura a serem levantados. Correes atmosfricas e de emissividade O emprego do sensoriamento remoto exige que sejam realizadas correes atmosfricas, ao considerar que a atmosfera interage com a radiao emitida pela superfcie pela capacidade do vapor d gua (H2O), do dixido de carbono (CO2) e do oznio (O3) em absorver a energia eletromagntica ; e tambm de emissividade, j que diferentes materiais e usos emitem diferentes quantidades de energia termal. No caso da aplicao de dados orbitais em estudos de ilhas de calor, caso tais correes no sejam realizadas, pode haver uma contestao dos valores de incremento de temperatura encontrados (STEINKE, 2004, p. 56). De acordo com Voogt e Oke (1998), citados por Ummus et al. (2008), a falta da correo atmosfrica, por exemplo, pode introduzir um erro de 4 a 7 C na temperatura obtida por um sensor. Todavia, mesmo considerando que jamais a atmosfera apresentar nvel de transparncia o suficiente para ser desconsiderada (KERR et al., 1999 apud GUSSO;

~ 30 ~

FONTANA; GONALVES, 2007), conforme representado na Figura 13, necessrio salientar queNa regio do infravermelho termal (de 8 a 14 m) do espectro eletromagntico, est situada uma janela atmosfrica que definida como a regio onde ocorrem as menores interaes da atmosfera com a radiao emitida ou refletida pela superfcie da Terra (GUSSO; FONTANA; GONALVES, 2007, p. 2).

Fonte: Jensen (2007, p. 256). Figura 13: Janelas atmosfricas no espectro eletromagntico, com destaque para a janela compreendida na poro do infravermelho termal.

Talvez esse fato explique a constatao do trabalho de Souza e Silva (2005) em que a diferena da temperatura de superfcie com aquela obtida com correo da atmosfera, resultou em diferenas inferiores a 1C. Isso indica que a correo atmosfrica no necessariamente fundamental em estudos que se valem de mensuraes registradas no espectro do infravermelho termal.

Rugosidade da topografia e a anisotropia do sensor orbital A rugosidade da topografia, no tocante exposio das vertentes, tambm deve ser considerada como capaz de induzir erro nos valores de temperatura levantados pelos sensores orbitais, haja vista possibilitar diferentes respostas espectrais dos alvos devido exposio da vertente ao azimute solar ou ao prprio sensor orbital, onde so registradas distintas irradincias (ROSA, 1987; 1990). Isso mais bem explanado nas passagens que seguem.A superfcie inclinada na direo do sensor ou no sentido oposto causa efeitos semelhantes ao movimento do sensor desde a vertical. Contudo, quando a superfcie inclinada estiver voltada para o Sol, receber maior irradincia, consequentemente ter maior radincia. Da mesma forma, a superfcie inclinada no sentido oposto iluminao~ 31 ~

solar receber menor irradincia tendo consequentemente menor radincia (ROSA, 1987, p. 49). Se uma determinada feio topogrfica orienta-se na direo do azimute solar, ambos os seus lados sero uniformemente iluminados, no aparecendo, assim, efeitos acentuados de sombreamento. Se, ao contrrio, ela apresentar ngulos distintos de azimute, os seus lados sero diferencialmente iluminados, sendo os efeitos de iluminao to mais intensos quanto mais frontal a vertente em relao direo de iluminao (Ibidem, p. 41).

Acredita-se que, devido anisotropia da superfcie e posio do sensor, pode haver uma diferena de at 6 C ou mais na temperatura da superfcie (VOOGT; OKE, 1997).

A atmosfera como um meio dinmico no tempo e o tratamento digital incorreto das imagens Um fator pouco mencionado pela bibliografia, e bem salientado por Latorre e colaboradores (2001), diz respeito ao fato que entre o sensor e a superfcie h um meio extremamente dinmico: a atmosfera. Ao frisar que ela (a atmosfera) interage com a radiao eletromagntica no percurso atmosfera/superfcie/sensor, e possui uma variao no tempo na sua composio, espessura, temperatura, presso etc. , preciso considerar que imagens obtidas em datas distintas apresentam-se sob diferentes condies atmosfricas (SILVA et al. 2003). Por isso, ressalta-se que as imagens temporais apresentam certa predisposio a apresentar erros em seus dados quando no so observadas as diferenas nas condies atmosfricas entre elas. Outra questo que no foi tratada em nenhum dos trabalhos consultados diz respeito capacidade do pr-tratamento digital das imagens em alterar os valores digitais, a exemplo da aplicao de filtros, de realces e mesmo do processo de registro das imagens. Este ltimo (registro de imagens), em particular, altera os valores da imagem por meio de operaes matemticas, essencialmente por conta do emprego de um algoritmo de interpolao (vizinho mais prximo, convoluo cbica, entre outros). O interpolador Convoluo Cbica gera imagens com melhor qualidade visual (importante para atividades de inspees visuais), ao passo que h uma degradao da qualidade radioeltrica dos dados, pois os valores de nvel de cinza so definidos como a combinao linear dos nveis dos 16 pixels envolvidos. No obstante, no interpolador de Alocao de Vizinho Mais Prximo (nearest neighbor) h a preservao dos valores~ 32 ~

de nvel de cinza, isto porque todo pixel na imagem registrada recebe o valor de nvel de cinza do pixel mais prximo na imagem original. Da o fato deste ltimo interpolador (nearest neighbor) ser o mais recomendado para o registro das imagens termais; enquanto o primeiro (Convoluo Cbica) o mais indicado para o registro das imagens empregadas no mapeamento de cobertura da terra. Todavia, ainda que as imagens orbitais ofeream dados referentes temperatura da superfcie (e no a temperatura do ar), e que se considerem as ressalvas acerca da necessidade de tais correes e consideraes, o emprego de imagens orbitais em estudos de ilhas de calor se apresenta como satisfatrio, haja vista que possvel levantar o desenho trmico da rea em estudo, apresentando a real extenso da discrepncia entre as temperaturas partindo-se do pontual, com base em dados provenientes de estaes meteorolgicas, para o contnuo espacial. H ainda a possibilidade de se analisar a variao espacial simultnea da temperatura considerando a rugosidade, as construes e os usos existentes. Alm disso, o sensoriamento remoto se justifica pela melhor distribuio temporal dos dados, possibilitando o monitoramento da dinmica da superfcie terrestre algo necessrio para a compreenso de um fenmeno como as ilhas de calor.

1.4.3 Os satlites empregados nos estudos de ilhas de calor. Os primeiros estudos dedicados especificamente ao levantamento de valores de temperatura da superfcie para estudos de ilhas de calor valeram-se de satlites de baixa resoluo espacial, como os da famlia NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration (sensor AHVRR, com 1km de resoluo espacial), utilizados, por exemplo, nos trabalhos de Lombardo (1985), Streutker (2003), Paiva (2005), Gusso, Fontana e Gonalves (2007) e Garcia-Cuetro et al. (2007). Nas ltimas dcadas houve uma significativa evoluo dos sistemas orbitais, essencialmente no que diz respeito s caractersticas das resolues espacial e espectral, como ainda na disponibilidade de imagens, inclusive com a possibilidade de aquisio gratuita, como ocorre com as imagens dos satlites CBERS Chinese-Brazilian Earth Resources Satellite (Satlite Sino-Brasileiro de Recursos Terrestres) e Landsat Land Remote Sensing Satellite (Satlite de Sensoriamento Remoto Terrestre), disponveis no acervo do INPE Instituto de Pesquisas Espaciais. A evoluo tecnolgica possibilitou~ 33 ~

um maior emprego de dados obtidos por diferentes sensores remotos em estudos de ilhas de calor, como, por exemplo, os sensores MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) e ASTER (Advanced SpaceBorne Thermal Emission and Reflection Radiometer), ambos a bordo do satlite TERRA; o IRMSS, a bordo do CBERS; e os sensores TM e ETM+, ambos dos satlites da srie Landsat. Os diferentes sensores orbitais apresentam distintas caractersticas espectrais, radiomtricas e, principalmente, resolues espaciais, que resultam em diferentes aplicabilidades. Embasada na caracterstica da resoluo espacial, a definio do sensor determinar a escala de anlise que poder ser realizada, partindo de escalas pequenas (pelo uso de sensores de baixa resoluo espacial, como os dos satlites NOAA e MODIS), que propiciam anlises continentais/regionais; passando por escalas mdias, que subsidiam anlises regionais/locais; chegando a escalas grandes, que possibilitam anlises locais (espaos urbanos), a exemplo do sensor ASTER, com 90 metros de resoluo10 .5

Considerando o maior emprego de imagens de mdia resoluo espacial em estudos de ilhas de calor, por possibilitarem anlises de semi-detalhe (escala empregada em estudos de clima urbano), destaca-se o uso de dados orbitais provenientes dos sensores TM e ETM+, a bordo dos satlites Landsat 5 e 7, respectivamente, cujas imagens registradas na faixa do infravermelho termal apresentam resoluo de 120m para o sensor TM e 60m para o ETM+. Por possurem acurada resoluo radiomtrica e espectral (SANO; FERREIRA JUNIOR, 2005), esses sensores geram imagens de muito boa qualidade, com a vantagem de apresentar ampla disponibilidade de acesso (so disponveis gratuitamente no acervo de imagens do INPE), grande amplitude espacial e registro temporal constante. Esses fatores tm justificado o emprego majoritrio das imagens Landsat em estudos de ilhas de calor.

O baixo emprego de imagens de alta resoluo espacial em estudos de ilhas de calor, como por exemplo, propiciado pelo sensor ASTER justifica-se pelo elevado preo na aquisio de tais imagens.5

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~ 34 ~

1.4.3.1 A srie de satlites Landsat (Land Remote Sensing Satellite) Desenvolvido nos Estados Unidos, sob responsabilidade da National Aeronautics and Space Administration (NASA) e da United States Geological Survey (USGS), o primeiro satlite da srie Landsat foi lanado em 1972 e o ltimo em 1999 (Landsat 7), sendo considerado como padro de referncia para sensores pticos at os dias atuais (FERREIRA; FERREIRA; FERREIRA, 2008). A continuidade do programa est sob responsabilidade do Landsat Data Continuity Mission (LDCM), que tem por objetivo lanar, em julho de 2011, o Landsat 8. Sobre isso, Ferreira, Ferreira e Ferreira (2008, p. 382) comentam que o sensor a bordo desse satlite, o OLI (Operational Land Imager), trar apenas duas inovaes em relao ao ETM+:uma banda azul adicional (433 a 453 nm), para monitoramento costeiro e de aerossis, e uma banda entre 1.360 e 1.390 nm para deteco de nuvens Cirrus (que, por serem de difcil percepo, comprometem em muito a qualidade das imagens).

Deslocando-se do norte para o sul em rbita geocntrica, circular, quase polar e heliossncrona, os satlites Landsat imageiam uma faixa de 185 km num intervalo de tempo de 16 dias, operando numa altitude de 705 km (Quadro 2). O Landsat 5, lanado em 1994, e operando atualmente, possui a bordo o sistema de sensor TM (Thematic Mapper) com resoluo espacial mdia (~30 m), bandas distribudas nas regies do visvel, infravermelho prximo e infravermelho de ondas curtas e imagens de 8 bits. J o Landsat 7, desativado em 2003, utiliza o sensor ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus), cujas diferenas em relao ao TM so a existncia de uma banda pancromtica (0.52 a 0.90 m), com resoluo de 15m, e a banda referente ao infravermelho termal com resoluo de 60m, ao invs de 120m, como no TM (Quadro 3).Quadro 2: Caractersticas dos Satlites LANDSATSatlite Lanament o Situao Atual rbita LANDSAT 1 23/07/1972 Inativo (06/01/1978 ) LANDSAT 2 22/01/1975 Inativo (25/02/1982 ) LANDSAT 3 05/03/1978 LANDSAT 4 16/07/1982 LANDSAT 5 01/03/1984 LANDSAT 6 05/10/1993 Inativo (05/10/1993 ) LANDSAT 7 15/04/1999 Ativo

Inativo Inativo ativo (31/03/1983 (1993) ) Polar, heliossncrona ~ 35 ~

Altitude Horrio de Passagem no equador Perodo de Revisita Tempo de Vida Projetado Sensores

917 km 9:30 AM 18 dias 1 ano RBV e MSS

917 km 9:30 AM 18 dias 1 ano RBV e MSS

917 km 9:30 AM 18 dias 1 ano RBV e MSS

705 km 9:45 AM 16 dias 3 anos MSS e TM

705 km 9:45 AM 16 dias 3 anos MSS e TM

705 km 10:00 AM 16 dias s.d. ETM

705 km 10:00 AM 16 dias 5 anos ETM+

Fonte: adaptado de EMBRAPA Monitoramento por satlites, 2010.

Quadro 3: Caractersticas dos sensores TM e ETM+ do satlite Landsat.Sensor Bandas Espectrais (B1) AZUL (B2) VERDE (B3) VERMELHO TM (Thematic Mapper) (B4) INFRAVERMELHO PRXIMO (B5) INFRAVERMELHO MDIO (B6) INFRAVERMELHO TERMAL (B7) INFRAVERMELHO MDIO (B1) AZUL (B2) VERDE (B3) VERMELHO ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus) (B4) INFRAVERMELHO PRXIMO (B5) INFRAVERMELHO MDIO (B6) INFRAVERMELHO TERMAL (B7) INFRAVERMELHO MDIO (B8) PANCROMTICO Resoluo Espectral 0.45 - 0.52 m 0.50 - 0.60 m 0.63 - 069 m 0.76 - 0.90 m 1.55 - 1.75 m 10.4 - 12.5 m 2.08 - 2.35 m 0.45 - 0.52 m 0.50 - 0.60 m 0.63 - 069 m 0.76 - 0.90 m 1.55 - 1.75 m 10.4 - 12.5 m 2.09 - 2.35 m 0.52 - 0.90 m Resolu Resolu Resoluo rea o o Radiomt Imageada Espacial Temporal rica

30 m 16 dias 185 km 8 bits

120 m 30 m

30 m

16 dias

183km

8 bits

60 m 30 m

15 m

Fonte: adaptado de EMBRAPA Monitoramento por satlites, 2010.

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Considerando que os dois sistemas de sensores possuem os mesmos intervalos espectrais, convm a ressalva de que o perodo de registro de imagens do Landsat 7 bem curto, visto que o satlite foi ativado em 1999 e j em 2003 encerrou a disponibilizao de suas imagens (devido a problemas tcnicos), o que inviabiliza o seu emprego em estudos que carecem de dados de um longo recorte temporal. Por essa razo, os dados orbitais a serem empregados neste trabalho dizem respeito ao satlite Landsat 5, cujas caractersticas e aplicaes de suas bandas so apresentadas no Quadro 4.Quadro 4: Principais caractersticas e aplicaes das bandas do satlite LANDSAT 5 Principais caractersticas e aplicaes das bandas TM do satlite LANDSAT Banda 1Apresenta grande penetrao em corpos de gua, com elevada transparncia, permitindo estudos batimtricos. Sofre absoro pela clorofila e pigmentos fotossintticos auxiliares (carotenides). Apresenta sensibilidade a plumas de fumaa oriundas de queimadas ou atividade industrial. Pode apresentar atenuao pela atmosfera. Apresenta grande sensibilidade presena de sedimentos em suspenso, possibilitando sua anlise em termos de quantidade e qualidade. Boa penetrao em corpos de gua A vegetao verde, densa e uniforme, apresenta grande absoro, ficando escura, permitindo bom contraste entre as reas ocupadas com vegetao (ex.: solo exposto, estradas e reas urbanas). Apresenta bom contraste entre diferentes tipos de cobertura vegetal (ex.: campo, cerrado e floresta). Permite anlise da variao litolgica em regies com pouca cobertura vegetal. Permite o mapeamento da drenagem atravs da visualizao da mata galeria e entalhe dos cursos dos rios em regies com pouca cobertura vegetal. a banda mais utilizada para delimitar a mancha urbana, incluindo identificao de novos loteamentos. Permite a identificao de reas agrcolas. Os corpos de gua absorvem muita energia nesta banda e ficam escuros, permitindo o mapeamento da rede de drenagem e delineamento de corpos de gua. A vegetao verde, densa e uniforme, reflete muita energia nesta banda, aparecendo bem clara nas imagens. Apresenta sensibilidade rugosidade da copa das florestas (dossel florestal). Apresenta sensibilidade morfologia do terreno, permitindo a obteno de informaes sobre Geomorfologia, Solos e Geologia. Serve para anlise e mapeamento de feies geolgicas e estruturais. Serve para separar e mapear reas ocupadas com pinus e eucalipto. Serve para mapear reas ocupadas com vegetao que foram queimadas. Permite a visualizao de reas ocupadas com macrfitas aquticas (ex.: aguap). Permite a identificao de reas agrcolas. Apresenta sensibilidade ao teor de umidade das plantas, servindo para observar estresse na vegetao, causado por desequilbrio hdrico. Esta banda sofre perturbaes em caso de ocorrer excesso de chuva antes da obteno da cena pelo satlite.

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5 6

Apresenta sensibilidade aos fenmenos relativos aos contrastes trmicos, servindo para detectar propriedades termais de rochas, solos, vegetao e gua. Apresenta sensibilidade morfologia do terreno, permitindo obter informaes sobre Geomorfologia, Solos e Geologia. Esta banda serve para identificar minerais com ons 7 hidroxilas. Potencialmente favorvel discriminao de produtos de alterao hidrotermal. Fonte: Diviso de Processamento de Imagens INPE.

~ 37 ~

Tendo em vista as caractersticas descritas no quadro anterior, ressalta-se a aplicao conjunta das bandas 3, 4 e 5, no intervalo espectral do visvel (Figura 14), para estudos de uso e cobertura do solo, apresentarem intervalos bem diferenciados do espectro eletromagntico e, por isso, apresentar o melhor contraste visual entre as feies da superfcie, considerando as combinaes possveis entre as trs bandas, em composies coloridas11 , e da banda 6, correspondente ao intervalo espectral do6

infravermelho termal (10.4 - 12.5 m), devido a sua sensibilidade aos contrastes trmicos verificados na superfcie.

Figura 14: Intervalo do espectro eletromagntico, com destaque para as faixas do visvel e do infravermelho termal

Conforme destacado por Lobo et al. (2003), ao calcular a melhor combinao entre as trs bandas a ser usada em uma composio colorida do Landsat 5, quando comparando a anlise visual das melhores combinaes entre as bandas obtidas com o OIF - Opitimum Index Factor, desenvolvido por Chavez Jr. et al. (1982) ~ 38 ~6

11

CAPITULO 2: PROCEDIMENTOS METODOLGICOS2.1 Operacionalizao metodolgica O trabalho se baseou, inicialmente, no inventrio e anlise de dados secundrios, informaes e resultados de pesquisas sobre clima urbano e ilhas de calor, com enfoque principalmente no emprego do sensoriamento remoto. A pesquisa documental foi realizada em referenciais bibliogrficos contidos em artigos, livros, monografias, dissertaes e teses. A segunda etapa do trabalho consistiu na coleta de dados primrios, neste caso, das imagens do satlite Landsat 5, de rbita/pontos 221-71 e 72, que recobrem a rea do municpio de Goinia (Figura 15). As imagens foram acessadas no catlogo de imagens da Diviso de Gerao de Imagens (DGI) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), em sua homepage (http://www.dgi.inpe.br/CDSR/), especificamente para as bandas 3, 4, 5 e 6 (banda termal).

Figura 15 Mapa da Cobertura das cenas do satlite Landsat sobre o estado de Gois, com destaque ao municpio de Goinia~ 39 ~

Para garantir a possibilidade de anlise comparativa das situaes encontradas ao longo dos anos, a seleo das imagens respeitou a necessidade de condies homogneas no tempo atmosfrico e, para tanto, se pautou no exame das condies meteorolgicas e sinticas da data de aquisio pelo sensor12 conforme discriminado no Quadro 5. Para tanto, foram analisados os dados dirios de temperatura do ar, umidade relativa do ar, precipitao atmosfrica e direo e velocidade dos ventos, adquiridos junto ao Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), registrados pela Estao Climatolgica Principal de Goinia, localizada no Setor Central, entre as coordenadas 1640S e 4915O. Tambm foram considerados os sistemas atmosfricos atuantes no perodo de aquisio das imagens, com base nas informaes da revista CLIMANLISE, do Centro de Previso do Tempo e Estudos Climticos (CPTEC/INPE), na qual no foi identificada a atuao de sistemas atmosfricos nas datas de registros das imagens selecionadas.Quadro 5: Data das imagens selecionadas para o mapeamento do campo trmico e classificao da cobertura do solo do municpio de Goinia 132

Data das imagens

Dia da semana sexta quinta tera tera

23 de maio de 1986 02 de maio de 1996 30 de maio de 2006 23 de maro de 2010

Condies meteorolgicas s 18 h UTC equivalente s 15 h do horrio de Braslia. Temperatura do Umidade Precipitao Velocidade (m/s) / ar (C) (%) (mm) Direo dos ventos (s 12 horas) 29,6 45 0,2 0 / Calmo 29 31,1 30,2 42 34 42 0 0 0 0 / Calmo 1,1 / Leste 0 / Calmo

As imagens selecionadas se referem preferencialmente a um dos meses representativos da estao outono, por apresentarem maior estabilidade atmosfrica, com cu limpo e menor fluxo e velocidade dos ventos, o que ocasiona maior desenvolvimento do fenmeno de ilhas de calor. Preferencialmente as imagens relativas ao ms de maio, final da estao, ou outro ms, quando da falta de imagens compatveis com os padres pr-estabelecidos. Justifica-se, ainda, tal escolha, por serem meses com melhor acuidade e preciso nas discriminaes das classes de cobertura do solo, haja vista a cobertura vegetal apresentar uma resposta espectral bastante distinta em relao12

Alm de ser observado o dia da semana em que foram registradas as imagens orbitais, com vistas a no haver a comparao de uma imagem registrada em uma plena sexta-feira com outra registrada em um domingo (com proporo de atividade e fluxo antrpico to distinto). 13 O horrio de passagem do satlite sobre o municpio de Goinia aproximadamente s 13 horas. ~ 40 ~2

s outras classes, principalmente quanto pastagem um dos principais problemas nos mapeamentos de uso e cobertura do solo elaborados para o bioma Cerrado (SANO; FERREIRA JUNIOR, 2005; SANO et al., 2007; SANO et al., 2008). Nas datas selecionadas as condies atmosfricas apresentaram temperaturas variando entre 29,6 e 31,1, isto , com pouca amplitude trmica entre os dados registrados. A umidade relativa do ar oscilou entre 34 e 45%, valores relativamente baixos, indicadores de uma atmosfera mais limpa, sem presena de vapor dgua e outros aerossis que podem ser considerados como prejudiciais s imagens de satlite. Os ventos, por sua vez, foram predominantemente calmos, no ultrapassando a velocidade de 1,1 m/s, o que proporciona uma maior intensificao do fenmeno de ilhas de calor. E, por fim, no houve ocorrncia de precipitao apenas o ano de 1986 registrou 0,2 mm, valor considerado irrisrio. As etapas seguintes do trabalho consistiram nos procedimentos de prtratamento (georreferenciamento, mosaico e mscara) e tratamento digital das imagens, executadas em ordens diferentes conforme se tratava do mapeamento de cobertura do solo ou do levantamento do campo trmico. Com vistas a uma melhor compreenso do processo, o item a seguir apresenta uma descrio detalhada dos procedimentos metodolgicos realizados nessas etapas.

2.2 Mapeamento da Cobertura do Solo e Levantamento do Campo Trmico Conforme j destacado, na classificao da cobertura do solo foram utilizadas as bandas 3, 4 e 5, empregando-se a composio colorida1 4 RGB/5-4-3, ou seja,1

atribuindo-se banda 5, o vermelho, banda 4, o verde, e banda 3, o azul (Figura 16, display A). J no levantamento do campo trmico utilizou-se a banda 6, conforme exemplificado na Figura 16, display B.

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Figura 16: Composio colorida das bandas 5, 4 e 3 e banda 6 do satlite Landsat 5

2.2.1 Procedimentos metodolgicos empregados no mapeamento da Cobertura do Solo A classificao de imagens envolve o processo de considerar determinado grupo de pixels como pertencentes determinada classe, conforme ilustrado pela Figura 17.

Figura 17: O agrupamento de pixel como pertencentes determinada classe

Cabe salientar a diferena entre os termos uso e cobertura do solo, sendo o primeiro (uso) referente utilizao cultural da terra, enquanto o termo cobertura do solo se refere ao seu revestimento. Por exemplo: reas florestadas que, embora sejam~ 42 ~

um s tipo sob o ponto de vista de cobertura, podem ter diferentes usos: lazer, explorao de madeira, reservas etc. Sendo assim, ao se adotar um sistema de classificao de uso da terra, deve-se levar em conta um nvel alto de detalhamento. Isso no foi necessrio nesta pesquisa, em especfico, uma vez que o objetivo foi identificar os principais revestimentos da superfcie, e no seus usos caractersticos. Para o mapeamento da cobertura do solo, inicialmente se procedeu ao prtratamento das bandas 5, 4 e 3 do satlite Landsat 5, que consistiu no procedimento de registro, que implica em atribuir parmetros de localizao geogrfica (georreferenciamento), sendo empregado o interpolador de Convoluo Cbica, que gera imagens com melhor qualidade visual (importante para atividades de inspees visuais). Essa fase foi seguida do mosaico das cenas que compem a rea de estudo. Concomitante a isso, foi elaborada a mscara com o recorte da rea do municpio de Goinia. Toda essa etapa foi realizada no software Envi 4.5 (Figura 18).

Figura 18: Pr-Processamento das imagens no software Envi 4.5 Registro (A), Mosaico (B) e Mscara (C)

Em seguida, partiu-se para o procedimento de tratamento digital das imagens. A classificao automtica das imagens foi realizada tambm no software Envi 4.5, conforme representado na Figura 19. Foram coletadas amostras para as seguintes classes de cobertura do solo: Cobertura Vegetal, Corpos Hdricos, rea Urbanizada e~ 43 ~

Agropecuria, empregando-se o algoritmo mahalanobis para a classificao, se