ANÁLISE DA INTENSIDADE DA ILHA DE CALOR URBANO EM EPISÓDIO CLIMÁTICO DE VERÃO: ESTUDO DE CASO EM SÃO CARLOS-SP - BRASIL. R. V. R. - PDF
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Rodrigo Lagos Belém
1 ANÁLISE DA INTENSIDADE DA ILHA DE CALOR URBANO EM EPISÓDIO CLIMÁTICO DE VERÃO: ESTUDO DE CASO EM SÃO CARLOS-SP - BRASIL R. V. R. Barbosa RESUMO A pesquisa estudou a configuração do campo térmico da cidade de São Carlos (São Paulo, Brasil), nas suas dimensões espaços-temporais, com vistas a conhecer a intensidade da ilha de calor urbano no período de verão. A análise foi feita a partir de dados climáticos contínuos tomados em quatro diferentes regiões da cidade. A maior intensidade da ilha de calor urbano observada ocorreu na atuação da massa Tropical Atlântica sobre a região, cujo tipo de tempo habitual foi caracterizado pela predominância de céu claro, alta incidência de radiação solar direta e elevada temperatura do ar, com máxima diária acima da média das máximas indicadas pelas Normais Climatológicas. Sob essas condições, observou-se que as características do entorno construído exerceram maior influência no comportamento térmico urbano, na qual as diferenças térmicas entre as regiões analisadas foram superiores a 5ºC. Observou-se, ainda, que a maior expressão da ilha de calor urbano ocorreu após o pôr-do-sol, entre 21:30h e 22:00h. 1 INTRODUÇÃO A rápida expansão das cidades tem modificado o espaço geográfico, sobretudo quando se trata de qualidade ambiental. O grande aumento demográfico e a concentração das atividades comercial, financeira, institucional e industrial, têm gerado uma valorização do espaço urbano que contribui para o crescimento e o adensamento das áreas edificadas. Segundo estimativas da Organização das Nações Unidas ONU, seis bilhões de pessoas habitavam o planeta no ano 2000, dentre as quais aproximadamente 50% do total habitavam em áreas urbanas. Nos países considerados desenvolvidos, esse percentual subia para 75%. Essas estimativas evidenciam que caminhamos para um mundo cada vez mais urbano. Assim, a importância dos estudos sobre as cidades e os impactos provenientes da expansão urbana nas modificações dos ecossistemas existentes deve ser reconhecida e efetivamente incorporada no planejamento das cidades. Essa concepção visa à preservação das condições de sustentabilidade ambiental devido aos impactos das estruturas urbanas sobre as diferentes esferas do sistema natural que a sustentam hidrosfera, litosfera, pedosfera, biosfera e atmosfera. Dentre eles, vem assumindo cada dia mais importância àqueles relativos ao sistema atmosférico, destacando-se, nesta investigação, as modificações nas condições iniciais do clima pelo processo de urbanização. A modificação das condições iniciais do clima é conseqüência inerente da substituição da cobertura natural do solo pelo ambiente construído. A cidade modifica o clima por meio de alterações complexas na superfície, podendo alterar a ventilação, umidade e precipitações, resultando, na maioria das vezes, em condições adversas.
2 O clima urbano é uma modificação substancial de um clima local, resultado das condições particulares do meio ambiente urbano, seja pela sua rugosidade, ocupação do solo, orientação, permeabilidade e propriedades dos materiais constituintes, entre outros fatores (OKE, 1996). Nesse processo, um dos mecanismos do sistema cidade-atmosfera mais afetado pela mudança do uso e cobertura do solo é o balanço de energia (PEREZ et al., 2001; ARAÚJO e SANT ANNA NETO, 2002; KALNAY e CAI, 2003; MONTEIRO e MENDONÇA, 2003). A partir desse cenário, a presente investigação abordou a temática clima urbano sob o enfoque da influência das características geoambientais e geourbanas na configuração do campo térmico urbano, por meio do estudo da intensidade da ilha de calor. A abordagem foi feita por meio de estudo de caso, tomando como ecossistema de estudo a cidade de São Carlos, localizada na região central do estado de São Paulo (21º35 45 e 22º09 30 de latitude Sul e 47º43 04 e 48º05 26 de longitude Oeste), na região Sudeste do Brasil. 2 ASPECTOS CLIMÁTICOS DA CIDADE DE SÃO CARLOS A cidade de São Carlos está localizada em uma região influenciada por entradas de massas de ar equatoriais e tropicais, caracterizando-se por climas tropicais alternadamente secos e úmidos (Vb), segundo esquema de Monteiro (1973). Sobre ela podem atuar as massas de ar Tropical Atlântica e Equatorial Continental. Pode, também, ocorrer invasões de massa Polar Atlântica que provocam mudanças bruscas no tempo meteorológico da cidade (SERRA, 1942). Nesse sentido, Vecchia (1997) relata a entrada em torno de 60 massas de ar polar por ano na região de São Carlos e salienta que a região Centro-Norte, onde está situada a cidade, é individualizada pelo ritmo da circulação atmosférica regional, que se justapõe às diversificações do relevo. O clima de São Carlos é caracterizado pela existência de duas estações bem distintas: uma seca e outra chuvosa. A estação seca (maio a setembro) caracteriza-se por precipitações escassas, baixa nebulosidade e umidade e temperaturas menores, com predomínio das massas Tropical Atlântica e Polar Atlântica sobre a região. Na estação chuvosa há o predomínio da massa Equatorial Continental, com temperaturas elevadas, umidade relativa alta e excesso de chuvas. 2.1 Características e tipos de tempo habituais do período de verão Os meses correspondentes ao período de verão coincidem com a estação chuvosa, caracterizando-se por elevados índices pluviométricos (na ordem de 707,3 mm, nos meses de dezembro a fevereiro, o que corresponde a 47,3% do total anual). De acordo com Monteiro (1973), a evolução dos tipos de tempo no período de verão na região de São Carlos, assim como em todo território paulista, é influenciada, basicamente, por três fatores dinâmicos da circulação atmosférica regional: (a) domínio da massa Tropical Atlântica, (b) individualização e domínio da massa Tropical Continental e (c) incursões da massa Equatorial Continental. O período analisado tratou-se de episódio com domínio da massa Tropical Atlântica. Sob essas condições atmosféricas, as chuvas mantêm íntima conexão com os fenômenos da frente Polar Atlântica, especificamente pelo cenário de instabilidade atmosférica na préfrontal. Monteiro (1973) ressalvou que o dinamismo da frente Polar Atlântica afeta a massa
3 Tropical Atlântica por meio de fenômenos superiores. Essa dinâmica responde, na maioria das vezes, pela gênese das chuvas que se produzem durante a sua atuação. Os tipos de tempo habituais do período de verão são caracterizados pela sucessão de avanços periódicos de sistemas frontais sobre a região. Dessa forma, podemos distinguir períodos pré-frontais, períodos de avanço dos sistemas frontais e períodos pós-frontais. O período pré-frontal apresenta cenário atmosférico estável, com bom tempo e céu claro. A temperatura máxima do ar é, freqüentemente, superior à média das máximas das Normais Climatológicas, devido à intensa insolação nesse período do ano aliado à ausência de nebulosidade característica da fase de domínio de massas Tropicais. A umidade relativa do ar é reduzida devido ao aumento da temperatura do ar, o que favorece maior amplitude térmica diária. Os ventos sopram predominantemente do quadrante NE, proveniente do anticiclone Tropical. O período pré-frontal encerra-se com a fase a qual Monteiro (1973) denominou prenúncio, que antecede a passagem de uma frente fria sobre a região. O período de avanço corresponde à passagem da frente Polar Atlântica sobre a região. Esse período é caracterizado pelas chuvas produzidas por perturbações pré-frontais resultantes da dinâmica da circulação regional. O momento do avanço do sistema frontal sobre a região é marcado por queda acentuada nos valores da temperatura do ar e conseqüente incremento nos índices de umidade relativa do ar. Há, ainda, o surgimento dos ventos de O, SO e NO, responsáveis por elevadas velocidades do ar, devido ao processo de instabilidade atmosférica, ao aparecimento de calhas induzidas, entre outros (VECCHIA, 1997). O período pós-frontal é caracterizado, inicialmente, pelo domínio absoluto da massa Polar Atlântica, que ocorre logo após a passagem da frente fria sobre a região. No verão, o domínio na pós-frontal é caracterizado, freqüentemente, por leve declínio da temperatura do ar, visto que a massa Polar Atlântica chega sobre a região em estudo sensivelmente modificada devido ao maior aquecimento do continente. Nesse sentido, deve-se considerar que a massa Polar Atlântica, após o solstício de verão, atravessa o continente em processo de aquecimento bem mais intenso, além do enfraquecimento do abastecimento de ar polar, o que implica no fato de que suas propriedades sejam consideravelmente diferentes daquelas observadas no decorrer do inverno (MONTEIRO, 1973). A fase de domínio é marcada, ainda, por forte nebulosidade, reduzida amplitude térmica e ventos predominantes do quadrante SE, oriundos do anticiclone Polar. A massa de ar polar que dominou o tempo sobre a região começa a se modificar em virtude de seu avanço para latitudes mais baixas e pelo tempo de permanência em contato com a superfície do continente que favorece o aquecimento basal, entrando em processo de tropicalização (Massa Polar Velha ou Tropicalizada). Essa fase é marcada pela dissipação da nebulosidade, aumento gradativo da temperatura do ar e da amplitude térmica diária. A fase de tropicalização marca o fim do domínio da massa Polar Atlântica e a retomada do domínio da massa Tropical no cenário atmosférico na região, dando início a um novo ciclo. Assim, a seqüência dessas fases traduz os tipos de tempo habituais do período de verão na região de São Carlos, podendo variar de acordo com a freqüência, a intensidade e a duração dos sistemas atmosféricos dominantes na região.
4 3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS Os procedimentos metodológicos adotados compreenderam três etapas distintas, desenvolvidas de forma seqüencial. A primeira etapa consistiu na aquisição de registros climáticos contínuos, tomados em superfície, por meio de estações automáticas instaladas em diferentes áreas da malha urbana de São Carlos. As estações climáticas foram instaladas em regiões da cidade com diferentes características do sítio urbano e do entorno construído. A segunda etapa consistiu na definição do período de análise, com vistas a identificar episódios representativos do fato climático de verão, de forma a alcançar melhor precisão e representatividade dos resultados obtidos por meio de investigação experimental. Por fim, a terceira consistiu na análise e discussão dos resultados obtidos, com vistas a conhecer o comportamento do campo térmico da cidade de São Carlos em sua dimensão temporal. Essa etapa buscou identificar diferenças térmicas entre as regiões monitoradas, de modo a identificar indícios de formação de ilhas de calor urbano nos diferentes tipos de tempo de um episódio climático de verão. 3.1 Aquisição de registros climáticos em superfície Os registros climáticos em superfície foram provenientes de quatro estações automáticas instaladas na malha urbana de São Carlos, com registros de dados climáticos contínuos e ininterruptos totalizados em média aritméticas a cada 30 minutos. As estações usadas como parâmetros do comportamento climático em área urbana foram instaladas no Campus I e no Campus II da Escola de Engenharia de São Carlos, da Universidade de São Paulo; na Faculdade de Direito de São Carlos Fadisc; e no conjunto residencial Samambaia. As estações localizam-se em bairros distintos, em diferentes altitudes e com distintos padrões de uso e ocupação do solo, constituindo-se, desta forma, em registro de dados representativos para análise espacial que considere a topografia do sítio e a ocupação do solo urbano. A figura 1 mostra a localização das quatro estações automáticas na malha urbana de São Carlos sobre modelo digital de terreno, evidenciando a conformação do revelo na cidade com indicação das diferentes altitudes em cada estação climática. Fig. 1 Localização das quatro estações automáticas na malha urbana de São Carlos sobre modelo digital de terreno, mostrando a conformação do revelo na cidade com indicação das diferentes altitudes em cada estação climática.
5 3.2 Definição de episódio climático representativo para o período de verão Para definição do episódio climático representativo para o período de verão, optou-se por delimitar episódio climático que atendesse a dois critérios básicos: (a) contivesse dentro do período de observação um dia de extremo rigor térmico, com temperatura do ar acima da média das máximas indicada pelas Normais Climatológicas (BRASIL, 1992) para o período de verão; e (b) apresentasse encadeamento habitual de tipos de tempo. Dessa forma, foi feito estudo do ritmo climático para os meses de dezembro de 2004, janeiro e fevereiro de 2005 (período com dados climáticos ininterruptos nas quatro estações automáticas), tendo como base os dados climáticos registrados na estação localizada no Campus I. A escolha pelos dados climáticos dessa estação para subsidiar a análise rítmica deu-se pelo fato de ser a única estação automática entre as quatro adotadas que dispunha de registros concomitantes de temperatura do ar, umidade relativa do ar, radiação solar global, pressão atmosférica, pluviosidade e direção e velocidade dos ventos. Esses dados foram fundamentais para a análise do ritmo climático na região, baseados na análise rítmica em Climatologia. A análise rítmica é um método de análise diária dos elementos climáticos de um determinado local. Esse método foi desenvolvido pelo geógrafo Carlos Augusto de Figueiredo Monteiro, publicado em sua obra Análise ritmica em Climatologia, em Consiste na análise de variáveis meteorológicas por meio de gráfico em escala diária. A análise ritmica é útil para comparação entre diferentes períodos, por meio dos quais é possível identificar anomalias climáticas e situações que podem ser classificadas como habituais para a área estudada. Por meio da análise rítmica, observou-se que o mês de fevereiro de 2005 apresentou-se mais adequado para a presente investigação, sobretudo por apresentar maior quantidade de dias com predominância de céu claro, menor total pluviométrico mensal e maior quantidade de dias com temperatura do ar próxima ou acima da média das máximas indicada pelas Normais Climatológicas (BRASIL, 1992). A partir da identificação e do delineamento dos cinco episódios climáticos ocorridos no mês de fevereiro, optou-se por definir o quinto episódio, cujo avanço do sistema frontal sobre a região de São Carlos ocorreu no dia 25/02/2005, como representativo para a análise do campo térmico urbano. Os fatores que levaram à escolha desse episódio climático pautaram-se nos dois critérios deliberados anteriormente. Nesse sentido, o episódio climático compreendido entre os dias 20/02/2005 e 01/03/2005 continha, em seu período de observação, dias de forte rigor térmico, com temperatura do ar acima da média das máximas indicada pelas Normais Climatológicas, conforme se observa na figura 2. Destaca-se, ainda, que o dia 24/02/2005 foi o dia mais quente do verão analisado, considerando os dados da estação tomada como referência para a presente investigação (máxima absoluta de 34ºC) e o comportamento das variáveis meteorológicas entre os dias 20/02/2005 e 01/03/2005 corresponderem ao encadeamento habitual de tipos de tempo no período de verão, conforme mencionado anteriormente; caracterizando-o, assim, como um episódio representativo e, portanto, válido como instrumento de análise para a investigação em tela.
6 Temperatura do ar (ºC) 35,00 32,00 29, , ,00 14,00 20/02 21/02 22/02 23/02 24/02 25/02 26/02 27/02 28/02 01/03 Média das Máximas (Normais Clim.) Média das Mínimas (Normais Clim.) Temperatura do ar Fig. 2 Comportamento da temperatura do ar na cidade de São Carlos entre os dias 20/02/2005 e 01/03/2005, com indicação da média das máximas e da média das mínimas para o mês de fevereiro fornecidas pelas Normais Climatológicas de ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Após a definição do episódio representativo do fato climático de verão para São Carlos, foi feita a análise da intensidade do campo térmico urbano e das diferenças térmicas que sugerem a formação de ilhas de calor na cidade. O estudo do comportamento térmico diário foi feito ao longo de todo episódio climático nas quatro estações urbanas, com dados observados em intervalos de 30 minutos, o que permitiu maior precisão na análise e na discussão dos resultados obtidos. A análise dos resultados foi precedida pela caracterização diária do cenário atmosférico em cada fase do episódio climático, expresso por meio da combinação dos diferentes elementos climáticos entre si, com fito de compreender a seqüência que conduz ao ritmo, como preconizado por Monteiro (1973). Nesse sentido, a análise e a discussão dos resultados foram apresentadas acompanhando o encadeamento habitual dos tipos de tempo expressos nas diferentes fases do episódio climático compreendido entre os dias 20/02/2005 e 01/03/ Fase de Tropicalização A fase de tropicalização compreendeu os dias 20 e 21/02/2005. O dia 20/02/2005 apresentou amplitude térmica diária de 11,2ºC, com máxima de 30,6ºC, às 15:00h, e mínima de 19,4ºC, às 7:00h. Os índices de umidade relativa do ar foram elevados ao longo do dia, com registros superiores a 50% durante a madrugada até o início da tarde, apresentando-se abaixo dos 50% no período vespertino, com mínima de 42%, às 15:00h (horário em que foi registrada a temperatura máxima), voltando a elevar-se acima de 50% após o pôr-do-sol. No dia 21/02/2005, as características higrotérmicas seguiram a tendência do dia anterior, com atmosfera estável, indicando continuidade da fase de tropicalização iniciada no dia precedente. Nesse dia, a amplitude térmica diária registrada foi de 12,3ºC, com máxima de 30,2ºC, às 16:30h, e mínima de 17,9ºC, às 6:30h. Os índices de umidade relativa do ar permaneceram em decréscimo, com registros abaixo dos 50% a partir das 11:00h, com mínima de 32% às 13:30h. A figura 3 apresenta as diferenças de temperatura do ar observada entre as estações automáticas nos dias 20 e 21/02/2005. A partir da análise dos gráficos, observou-se que na fase de tropicalização, a presença de nebulosidade e a elevada disponibilidade de vapor d água na atmosfera, traduzida pelos elevados índices de umidade relativa do ar, favoreceram a conformação de um campo térmico homogêneo nos dias 20 e 21/02/2005. O
7 comportamento térmico entre as estações foram semelhantes entre si, com pequenas variações de temperatura do ar ao longo do dia entre as regiões monitoradas. Sob essas condições atmosféricas, a estação no Campus I apresentou-se um pouco mais aquecida em relação às demais estações, sobretudo no horário de maior aquecimento do ar (15:00h), apresentando diferenças térmicas até 2,3ºC com relação à estação na Fadisc. Durante o período noturno, a diferença de temperatura do ar entre essas duas estações foi mais acentuada, chegando a 3,2ºC, no dia 20/02/2005, às 20:30h, o que denotou a formação de ilha de calor urbano na região do Campus I. (a) 20/02/2005 (b) 21/02/ ,0 29,0 27,0 25,0 23,0 21,0 19,0 17,0 30,0 18,0 16,0 Fig. 3 Comportamento da temperatura do ar registrada nos dias 20/02/2005 e 21/02/2005 nas quatro estações urbanas. 4.2 Fase de Domínio da massa Tropical Atlântica A fase de domínio da massa Tropical Atlântica compreendeu os dias 22 e 23/02/2005. No dia 22/02/2005 observou-se a tendência de elevação da amplitude térmica diária. Nesse dia, a amplitude foi da ordem de 16,3ºC. A temperatura máxima do ar foi registrada às 16:00h 32,3ºC e a temperatura mínima pouco após o nascer do Sol, às 7:00h 16,0ºC. Apesar do maior aquecimento do ar, os índices de umidade relativa do ar sofreram pequena alteração com relação aos índices registrados nos dias precedentes, apresentando mínima de 33%, às 16:00h, e máxima de 86%, às 7:00h, coincidindo com os horários de maior e menor temperatura do ar, respectivamente. A figura 4 apresenta as diferenças de temperatura do ar observada entre as estações automáticas nos dias 22 e 23/02/2005. A partir da análise dos gráficos observou-se que na fase de domínio da massa Tropical Atlântica, a combinação de condições atmosféricas com baixa umidade do ar e permanência de céu claro ao longo do dia, favoreceu à conformação de um campo térmico homogêneo durante o período diurno, devido à forte incidência de radiação solar direta e conseqüente aquecimento das superfícies urbanas; e à conformação de um campo térmico heterogêneo durante a madrugada e à noite, com indícios de ilhas de calor urbano. A conformação homogênea do campo térmico durante o período diurno foi observada por meio das reduzidas diferenças térmicas entre as quatro estações urbanas analisadas. Nos dias 22 e 23/02/2005 as diferenças térmicas entre as estações foram inferiores a 1,5ºC, registrada entre as estações no Campus I e na Fadisc, no dia 22/02/2005, às 15:00h. Em vários horários no período da tarde as diferenças térmicas chegaram a ser nula, evidenciando o elevado aquecimento do ar e o acúmulo de energia calorífica em todas as estações.
8 (a) 22/02/2005 (b) 23/02/ ,0 30,0 18,0 16,0 14,0 34,0 32,0 30,0 18,0 16,0 Fig. 4 Comportamento da temperatura do ar registrada nos dias 22/02/2005 e 23/02/2005 nas quatro estações urbanas. Após o pôr-do-sol e durante a madrugada, o comportamento térmico nas estações apresentaram-se diferentes devido às características do entorno que favoreceram a maior ou a menor perda de energia calorífica armazenada para a abóbada celeste. Assim, observou-se aumento significativo nas diferenças de temperatura do ar entre as quatro áreas analisadas, indicando a conformação de um campo térmico heterogêneo, com indícios de formação de ilhas de calor urbano em algumas áreas da cidade. Nesse sentido, observou-se que, apesar das condições atmosféricas favoráveis a perda de calor armazenado pelas superfícies urbanas, as estações na Fadisc e no Samambaia apresentaram reduzida perda de radiação calorífica após o pôr-do-sol, permanecendo com temperaturas do ar próxima aos 25ºC, ao tempo que a estação no Campus II apresentou acentuado resfriamento após o pôr-do-sol. A estação no Campus I também apresentou resfriamento significativo, porém menos acentuado do que o observado no Campus II. O comportamento térmico diferenciado nas quatro estações resultou em diferenças térmicas próximas aos 5ºC entre as estações no Campus II e no Samambaia e próximas aos 4ºC entre as estações no Campus II e na Fadisc, poucas horas após o pôr-do-sol e durante a madrugada, sobretudo próximo ao nascer do Sol, quando ocorre a menor temperatura do ar. Observou-se, ainda, que as diferenças térmicas entre as estações observadas durante a madrugada e após o pôr-do-sol foram favorecidas pela ocorrência de calmaria, além da permanência de céu claro, propiciando a formação de ilhas de calor urbano com maior intensidade entre às 20:00h e 22:00h e no início da manhã, porém com temperaturas mais amenas. Por fim, observou-se que o período de maior aquecimento do ar ocorreu entre as 7:00h e às 9:00h, quando há maior elevação solar e conseqüente aquecimento das superfícies urbanas. As estações no Campus I e no Campus II apresentaram acentuado aquecimento nesses horários, com variação térmica superior a 9ºC, enquanto as estações na Fadisc e no Samambaia apresentaram aquecimento mais lento, possivelmente devido à massa arbórea e à baixa densidade de construções. 4.3 Fase de Prenúncio A fase de prenúncio compreendeu o dia 24 de fevereiro de No dia 25 o domínio da Tropical Atlântica foi interrompido pelo avanço de um sistema frontal de fraca intensidade. No dia 24/02/2005 permaneceu a tendência de elevada amplitude térmica diária observada nos dias de domínio da massa Tropical Atlântica, da ordem de 14,9ºC, seguido do aumento
9 da média dos valores de temperatura do ar diária, proporcionado pela permanência de céu claro. Nesse dia foi registrada a maior máxima da temperatura do ar do verão em ,0ºC, às 14:00h, e os índices de umidade relativa do ar seguiram a tendência do dia anterior, registrando-se abaixo dos 50% a partir das 9:00h, com mínima de 29% ocorrendo próximo ao horário de maior aquecimento do ar, às 13:30h. A figura 5 apresenta as diferenças de temperatura do ar observada entre as estações automáticas no dia 24/02/2005. A partir da análise dos gráficos observou-se que durante o período de aquecimento matinal, observado entre 7:00 e 9:00h, as estações no Campus I e no Campus II apresentaram intenso aquecimento do ar, chegando a apresentar variação de temperatura de 9ºC, em duas horas. O maior aquecimento deveu-se às características de ocupação do solo mais adensado nessas duas áreas em relação às estações da Fadisc e do Samambaia que apresentam maior massa arbórea e menor índice de solo pavimentado, resultado em um aquecimento do ar mais lento. (a) 24/02/ ,0 33,0 31,0 29,0 27,0 25,0 23,0 21,0 19,0 17,0 Fig. 5 Comportamento da temperatura do ar registrada no dia 24/02/2005 nas quatro estações urbanas. As condições atmosféricas de baixa umidade do ar, permanência de céu claro ao longo do dia e elevada incidência de radiação solar direta continuaram durante a manhã e o início da tarde. A combinação dessas condições atmosféricas com o aquecimento pré-frontal característico da fase de prenúncio propiciaram à conformação de um campo térmico menos homogêneo do que ao observado na fase de domínio de massa Tropical Atlântica. As diferenças térmicas entre as estações chegaram a 2,4ºC, às 15:30h, com as estações no Campus I e no Campus II apresentando as maiores temperaturas do ar. Entretanto, as diferenças térmicas se anularam com a formação de forte nebulosidade sobre a região, às 15:00h, contribuindo para a formação de um campo térmico homogêneo, sem indícios de ilhas de calor urbana, como observado nos dias precedentes. 4.4 Fase de Avanço do Sistema Frontal No dia 25/02/2005 houve o avanço do quinto sistema frontal sobre a região, conforme atestado pelo Boletim Climanálise (CLIMANÁLISE, 2005). Neste sentido, pode-se dividir a análise deste dia em dois momentos: antes e após o avanço da frente Polar Atlântica sobre a região de estudo. Antes do avanço do sistema frontal, o campo térmico urbano comportou-se análogo ao dia precedente, uma vez que o cenário atmosférico apresentava condições de tipo de tempo imposto pela massa Tropical Atlântica, porém com a nebulosidade característica da fase de prenúncio. No momento de entrada da Frente Polar Atlântica sobre a região, todas as
10 estações apresentaram resposta térmica imediata, com queda acentuada de temperatura do ar. Após o avanço do sistema frontal, observou-se a configuração de um campo térmico homogêneo, mesmo após o pôr-do-sol, favorecido pela forte nebulosidade, pelo incremento na umidade do ar e pela ocorrência de precipitação. Dessa forma, observou-se que o cenário atmosférico característico da fase de avanço favoreceu, de forma significativa, à homogeneidade do campo térmico urbano ao longo do dia. As quatro estações urbanas analisadas apresentaram comportamento térmico semelhantes, apresentando pequenas diferenças térmicas, como mostra a figura 6. (a) 25/02/ ,0 31,0 29,0 27,0 25,0 23,0 21,0 19,0 Fig. 6 Comportamento da temperatura do ar registrada no dia 25/02/2005 nas quatro estações urbanas. 4.5 Fase de Domínio da Massa Polar Atlântica O sistema frontal que avançou sobre a região de São Carlos no dia 25/02/2005 foi de fraca intensidade. Dessa forma, o domínio da massa Polar Atlântica por dois dias: 26 e 27/02/2005, imprimindo com menos rigor suas características no cenário atmosférico na região. O dia 26/02/2005 permaneceu sobre o domínio da massa Polar Atlântica, que avançou sobre a região no dia anterior. A amplitude térmica diária foi reduzida, na ordem de 6,2ºC, com máxima de 25,9ºC, às 13:00h, e mínima de 19,7 ºC, pouco após o nascer do Sol, às 7:00h. A mínima diária próxima aos 20ºC indicou que a massa Polar Atlântica que avançou sobre a região foi de fraca intensidade. A figura 7 apresenta as diferenças de temperatura do ar observada entre as estações automáticas nos dias 26 e 27/02/2005. A análise dos gráficos revelou que na fase de domínio da massa Polar Atlântica há conformação de campo térmico homogêneo ao longo de todo o dia, favorecido pela forte nebulosidade e aumento de vapor d água na atmosfera, traduzido pelo índice de umidade relativa do ar acima dos 70%. Nos dias 26 e 27/02/2005, o comportamento da temperatura do ar entre as quatro estações foi bastante semelhante, com aquecimento matinal mais lento, independente das características do entorno construído. Durante o período diurno, observou-se pequenas diferenças térmicas entre as estações proporcionado pelo reduzido aquecimento do ar devido à baixa incidência de radiação solar direta em conseqüência da nebulosidade. As diferenças térmicas continuaram pequenas após o pôr-do-sol, o que configurou maior homogeneidade do campo térmico urbano, com ausência de ilhas de calor. As diferenças térmicas observadas sob as condições de domínio da massa Polar Atlântica foram inferiores a 3ºC, registrado entre as estações no Campus II e na Fadisc, no dia 27/02/2005, às 15:00h., momentos antes de ocorrência de precipitação.
11 (a) 26/02/2005 (b) 27/02/ ,0 25,0 23,0 21,0 19,0 18,0 27,0 25,0 23,0 21,0 19,0 Fig. 7 Comportamento da temperatura do ar registrada nos dias 26/02/2005 e 27/02/2005 nas quatro estações urbanas. 4.6 Fase de Tropicalização A partir do dia 28/02/2005 iniciou o processo de tropicalização da massa Polar Atlântica, indicando a transição entre o domínio da Polar Atlântica e o retorno às condições atmosféricas características do domínio da Tropical Atlântica. A figura 8 apresenta as diferenças de temperatura do ar observada entre as estações automáticas no dia 28/02/2005 e 01/03/2005. (a) 28/02/2005 (b) 01/03/ ,0 18,0 30,0 18,0 Fig. 8 Comportamento da temperatura do ar registrada nos dias 28/02/2005 e 01/03/2005 nas quatro estações urbanas. 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS A investigação constatou o comportamento térmico diferenciado em diferentes regiões da cidade de São Carlos, no período de verão, evidenciando a influência das características do entorno construído nas condições térmicas locais. O aporte da abordagem dinâmica do clima permitiu identificar e caracterizar os tipos de tempo habituais do período de verão compreendidos em episódios representativos do fato climático e os resultados obtidos forneceram maior compreensão da configuração do campo térmico urbano nas suas dimensões espaços-temporais, por meio da intensidade da ilha de calor urbana em quatro regiões da cidade dentro de suas variações diurnas e das diferentes condições impostas pelos tipos de tempo habituais do período de verão. A partir dos resultados obtidos, observou-se que a variação na intensidade das ilhas de calor urbano, identificadas pelas diferenças térmicas entre as regiões monitoradas, apresentou estreita relação com o cenário atmosférico imposto pelos diferentes tipos de tempo. Essa constatação conduziu a considerar que, antes das características do entorno construído, as condições atmosféricas características dos diferentes tipos de tempo favorecem às diferentes conformações do campo térmico urbano.
12 Após a análise do comportamento térmico ao longo de todo episódio, constatou-se que a maior intensidade da ilha de calor urbano no período de verão, em São Carlos, ocorre na atuação da massa Tropical Atlântica sobre a região. Nessa fase, o tipo de tempo habitual é caracterizado por cenário atmosférico com predominância de céu claro, alta incidência de radiação solar direta e valores de temperatura do ar elevados com máxima diária acima da média das máximas indicadas pelas Normais Climatológicas. Sob essas condições, observou-se que as características do entorno construído exercem maior influência no comportamento térmico urbano. Nesse caso, as diferenças térmicas entre diferentes regiões dentro da malha urbana de São Carlos podem ser superiores a 5ºC. Observou-se, ainda, que as maiores diferenças térmicas ocorreram próximo ao nascer do Sol, no momento de menor aquecimento do ar, e após o pôr-do-sol, das 21:30h às 22:00h. Contudo, as elevadas diferenças térmicas registradas próximo ao nascer do Sol não podem ser consideradas indícios de ilhas de calor, uma vez que os valores de temperatura do ar nesses horários são reduzidos, não implicando necessariamente em bolsões de ar aquecidos. Em contrapartida, as diferenças térmicas observadas após o pôr-do-sol foram indícios de troca de energia térmica por radiação entre as superfícies urbanas e a abóbada celeste, em decorrência do armazenamento de calor pela massa edificada, caracterizando, assim, ilhas de calor urbano. 6 REFERÊNCIAS Araújo, R.R.; Sant Anna Neto, J.L. (2002) O processo de urbanização na produção do clima urbano de São Luiz-MA. In: SANT ANNA NETO, J.L. O clima das cidades brasileiras. João Lima Sant anna Neto (org). Presidente Prudente: [s/n]. Barbosa, R.V.R. (2009) Estudo do campo térmico urbano de São Carlos (SP): análise da intensidade da ilha de calor urbano em episódio climático de verão p. Tese (Doutorado em Ciências da Eng. Ambiental) Universidade de São Paulo, São Paulo. Climanálise: boletim de monitoramento e análise climática (2005) Cachoeira Paulista, SP: CPTEC/INPE, v. 20, n. 2. Kalnay, E.; Cai, M. (2003) Impact of urbanization and land-use change on climate. Nature, Londres, v.432, n.6939, p Lombardo, M.A. (1985) Ilha de calor nas metrópolis. São Paulo: Hucitec. Monteiro, C.A.F. (1973) A dinâmica climática e as chuvas no Estado de São Paulo: estudo geográfico sob forma de atlas. São Paulo. Instituto de Geografia, Laboratório de Climatologia, Universidade de São Paulo. Monteiro, C.A.F.; Mendonça, F. (Org.) (2003) Clima urbano. São Paulo: Contexto. Perez, J.C; Sánchez, M.A.V.; Barradas, V.L. (2001) Clima, urbanización y uso del suelo en ciudades tropicales de Mexico. Red Nacional de Investigación Urbana, Puebla, México, Ciudades 51. Oke, T.R. (1996) Boundary layer climates, 2. ed., New York: Routledge. Vecchia, F. A. S. (1997) Clima e ambiente construído: a abordagem dinâmica aplicada ao conforto humano p. Tese (Doutorado em Ciências com ênfase em Geografia) Universidade de São Paulo, São Paulo.
5 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA As variações no clima de um local para outro, determinadas por uma série de combinações ambientais, tanto bióticas como abióticas, produzem, correspondentemente, uma variedade