Zonas climáticas e ilhas de calor urbanas da superfície em Porto Alegre (RS - Brasil) entre 2002 e 2023

Abstract

A dissertação tem como foco a aplicação de uma metodologia usada globalmente, mas ainda pouco explorada no Brasil: o uso das Zonas Climáticas Locais (LCZ) para identificar as Ilhas de Calor na Superfície (SUHI) urbana. O objetivo é preencher essa lacuna no contexto brasileiro. O estudo é dividido em dois artigos. No primeiro é conduzida uma revisão sistemática que explora o uso das LCZs para estudar as temperaturas de superfície e o fenômeno SUHI. Nesse artigo, o método PRISMA é empregado, resultando em 51 artigos para análise aprofundada, quando são avaliados aspectos como relevância científica, contribuições, satélites e sensores predominantes, métodos de obtenção e cálculos mais utilizados nos estudos. Foi constatado que não existem publicações sobre o tema no Brasil até a data da pesquisa, evidenciando a necessidade de sua aplicação. No segundo artigo, é realizada uma aplicação em Porto Alegre, utilizando o sistema de classificação LCZ. Imagens de alta resolução da Planet, com dados de Modelagem Digital de Elevação, declividade e orientação de vertente, são usados para segmentação com a técnica GEOBIA. Além disso, imagens térmicas Landsat são integradas. A segmentação é realizada com o software EcoGnition e análises subsequentes são realizadas com algoritmos disponíveis em Sistema de Informação Geográfica (SIG) e linguagem R. O mapa LCZ de 2023 é gerado com acurácia global de 85,7%. A análise revela mudanças nas classes LCZ ao longo dos anos, destacando o crescimento da classe LCZ 6 de 5,1% no período de 2002 a 2010 e ocorrendo estabilidade de 2010 a 2023. As temperaturas da superfície são analisadas sazonalmente, com grandes variações nas LCZs ao longo dos anos entre as estações, quando a LCZ 2 no verão apresentou alta temperatura, de 38 ºC, em 2002 e 2010, embora em 2023 a LCZ 3 tenha alcançado a temperatura de 40 ºC. O inverno foi a estação com as menores médias de temperatura e amplitudes térmicas, com variações 2 ºC. Testes estatísticos como Análise de variância e o Kruskal-Wallis, com nível de significância de 5%, validam diferenças significativas nas médias da temperatura da superfície (LST). A dissertação cumpre o seu objetivo, introduzindo uma metodologia no Brasil. A pesquisa procura estimular estudos adicionais sobre o clima urbano, especialmente diante das mudanças climáticas e do aquecimento global.

The dissertation focuses on the application of a widely used methodology globally, yet still relatively unexplored in Brazil: the use of Local Climate Zones (LCZs) to identify Urban Heat Islands (UHI) on the urban surface (SUHI). The objective is to fill this gap in the Brazilian context. The study is divided into two articles. The first article conducts a systematic review exploring the use of LCZs to study surface temperatures and the SUHI phenomenon. In this article, the PRISMA method is employed, resulting in 51 articles for in-depth analysis. Aspects such as scientific relevance, contributions, predominant satellites and sensors, and commonly used methods of data acquisition and calculation are evaluated. Remarkably, it was observed that there were no publications on the topic in Brazil up until the research date, highlighting the need for its application. In the second article, a methodological application is carried out in Porto Alegre, utilizing the LCZ classification system. High- resolution images from Planet, with Digital Elevation Modeling data, slope, and aspect information, are used for segmentation using the GEOBIA technique. Additionally, Landsat thermal images are integrated. Segmentation is conducted using the EcoGnition software, followed by subsequent analyses using GIS tools and R programming. The 2023 LCZ map is generated with an overall accuracy of 85.7%. The analysis reveals changes in LCZ classes over the years, highlighting a growth of 5.1% in LCZ class 6 from 2002 to 2010, followed by stability from 2010 to 2023. Surface temperatures are analyzed seasonally, with notable variations in LCZs across years and seasons. LCZ 2, during summer, exhibited highs of 38°C in 2002 and 2010, whereas for 2023, LCZ 3 reached 40°C. Winter had the lowest averages and thermal amplitudes, registering a 2°C difference. Statistical tests such as Analysis of Variance and Kruskal-Wallis, at a 5% significance level, validate significant differences in LST means. The dissertation successfully achieves its objective by introducing the methodology to Brazilian territory. The research aims to stimulate further studies on the Brazilian urban climate, especially in the face of climate change and global warming, which directly impact urban populations