Análise da temperatura de superfície e da ocupação urbana no município de Porto Alegre

Abstract

A urbanização modifica a superfície, promovendo a troca da cobertura natural por materiais de construção. As áreas urbanas, além do solo impermeável, têm a presença de edifícios, que alteram a rugosidade da superfície, a velocidade e a direção dos ventos e provocam o sombreamento da superfície, bloqueando a incidência da energia solar. Assim, analisar a geometria de ocupação da cidade é importante para o entendimento do clima urbano e para o planejamento da cidade. O sensoriamento remoto é uma importante forma de obtenção de informações das áreas urbanas, contudo é preciso considerar a heterogeneidade deste ambiente e a mistura espectral existente nos dados satelitais. Dessa forma, o modelo linear de mistura espectral apresenta-se como importante método de extração de informações dos ambientes urbanos. O objetivo deste trabalho é identificar áreas com padrão horizontal e com padrão vertical de ocupação urbana, em Porto Alegre, e relacionar essa característica geométrica com valores de temperatura de superfície. Para tanto, imagens do sensor TM do satélite Landsat 5, adquiridas entre 1984 e 2009 foram utilizadas, bem como dados censitários, dados meteorológicos e modelos gerados por varredura laser. A partir das imagens TM foram geradas três imagens fração: solo, sombra e vegetação. A fração solo foi utilizada na identificação de áreas de ocupação horizontal e de expansão urbana, e a fração sombra foi utilizada na identificação de áreas verticalizadas. Utilizando as mesmas imagens, obtiveram-se os valores de temperatura de superfície. As áreas com ocupação horizontal, caracterizadas por moradias em casas, apresentaram baixos valores de sombra e altos valores de solo. As áreas verticalizadas apresentaram altos valores de sombra e baixos valores de solo. Os resultados extraídos das imagens fração têm similaridade com dados de artigos científicos e com os dados da varredura laser. A temperatura de superfície, em Porto Alegre, mostrou forte correlação com dados meteorológicos, e se caracteriza por valores mais altos nas áreas urbanizadas e mais baixos onde a ocupação é rarefeita. Nas áreas urbanizadas, maiores valores de temperatura de superfície são encontrados nas regiões com padrão de ocupação horizontal, enquanto os menores valores são encontrados nas regiões verticalizadas. A metodologia escolhida gerou resultados compatíveis com outros dados de uso e ocupação do solo, provenientes de diferentes fontes, e contribui com características da área urbana e do clima urbano da cidade de Porto Alegre, informações essas escassas nos principais bancos de dados acadêmicos.

The urbanization modifies the landscape, promoting changes from natural to man-made environment. Besides the impermeable soil, the urban areas have a lot of buildings, that changes the surface roughness, the wind speed and direction and also are responsible for shading the surface, blocking the incidence of solar energy. Analysing the city occupation geometry is important to understanding of the urban climate behaviour, and naturally the city planning. Remote sensing is a very important tool to get information about the urban areas, but is necessary to consider the heterogeneity of this environment and the existing spectral mixing in satellite data. Based on this, the linear model of spectral mixing can be classified as an important method of information extraction from urban environments. The goal of this research is to identify areas with horizontal and vertical patterns of urban occupation in the city of Porto Alegre – Brazil and relate this geometric characteristic with values of surface temperature. Therefore, images of the TM sensor of the Landsat 5 satellite were used (during the 1984-2009 period) and also the census data, meteorological data and models generated by laser scanning. Three fraction images were generated based on TM images: soil, shade and vegetation. The soil fraction was used for the identification of the areas with horizontal occupation and urban expansion, and the shadow fraction was used to identify verticalized areas. Based on the same images the surface temperature was obtained. Areas with horizontal occupation, mostly represented by houses, presented low shading values and high soil values. On the other hand, verticalized areas presented high shading values and low soil values. These results, obtained from the images fraction, are similar with the results from scientific papers and data from laser scanning. In Porto Alegre, the surface temperature indicated strong correlation with meteorological data, and was characterized by higher values in urbanized areas and lower values where the occupation is least intense. In urban areas, higher values of temperature are found in areas with horizontal occupation pattern, while the lowest values are found in verticalized regions. Furthermore, it is possible to suggest that the chosen methodology lead to conclusions that are consistent with other data of land use and occupation from different sources. Contributing with some information about characteristics of the urban area and urban climate of the city of Porto Alegre, which are usually not well documented in academic databases.