Dinâmicas da temperatura de superfície no município de Porto Alegre : diagnósticos e prognósticos a partir de sensoriamento remoto

Abstract

No Brasil em 2015 a população urbana era de 85,7%, com a projeção de aumento para 91% em 2050. Entre os impactos causados pelo rápido processo de urbanização estão as mudanças drásticas no uso e cobertura da terra (LULC), alterações meteorológicas e principalmente o aumento da Temperatura de Superfície Terrestre (LST). Sendo assim, a presente pesquisa tem como objetivo o estudo da dinâmica de crescimento urbano no município de Porto Alegre-RS, a partir da recuperação da LST e técnicas de redução de dados de sensoriamento remoto proximal a orbital. A primeira etapa constituiu a análise da evolução da LST entre áreas vegetadas e urbanizadas a partir da correlação de 30 anos de dados calculados de LST e o Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI), em três bairros do município de Porto Alegre-RS. A sengunda etapa foi a expansão da área de estudo da primeira etapa, para o limite territorial do município. Nesta etapa, imagens da primavera de 1995, 2006 e 2017 foram utilizadas na caracterização histórica, previsão e relação do crescimento urbano e LST. A terceira etapa compõs uma análise da LST a partir de agrupamentos (k-médias) de NDVI obtidos em 1989 e 2018 especificamente sobre a área urbana dos bairros citados na primeira etapa. Na análise espaço-temporal do LULC e LST da primeira etapa foi possível observar que a retirada de 98% e 79% das áreas de floresta e campo, respectivamente, e o crescimento da mancha urbana de 31% em 1989 para 75% em 2018 contribuiram para o aumento de 4,18°C na LST média entre a primeira e ultima década. Entre os mesmos períodos, a influência sazonal pode ser observada no aumento de 6,36°C no outono, 4,40°C na primavera, 4,09°C no verão e 2,41°C no inverno. Além disso, a relação entre NDVI e LST em áreas urbanizadas mostrou um aumento associado ao coeficiente de correlação de - 0,55 em 1989 para -0,76 em 2018. Na segunda discussão, observou-se o aumento da área urbana de Porto Alegre em 10,16% e aumento 2,03 das áreas com LST entre 35 e 40°C, no período de 1995 a 2017. A previsão para 2028 caracterizou o aumento de 1,41% e 2,33% até 2039 na área urbana e previsão de aumento de 2,39% e 2,64% nas áreas com LST entre 35 e 40°C, respectivamente. Na terceira discussão, a retirada de ~89% da vegetação da área de estudo para ocupação urbana aliada ao aumento de aproximadamente 21% para ~43% das áreas urbanas classificadas como baixo índice de vegetação, ocasionou o aumento da amplitude térmica (diferença de LST média das áreas de baixo e alto NDVI em 1989 e 2018) de 1,12°C. As informações acerca da evolução e previsão da LST frente as mudanças no LULC contribuem para tomada de decisões e mitigação do fenômeno de Ilhas de Calor Urbanas (ICUs) por parte de adminstradores responsáveis pelo planejamento urbano e pela manutenção dos serviços públicos no município de Porto Alegre- RS.

In Brazil, in 2015, the urban population was 85.7%, with a projected increase to 91% in 2050. Among the impacts caused by the rapid urbanization process are drastic changes in land use and land cover (LULC), meteorological changes and mainly the increase in the Land Surface Temperature (LST). Thus, this research aims to study the dynamics of urban growth in the city of Porto Alegre-RS, based on the recovery of LST and data reduction techniques from proximal to orbital remote sensing. The first stage consisted of analyzing the evolution of LST between vegetated and urbanized areas based on the correlation of 30 years of data calculated from LST and the Vegetation Index by Normalized Difference (NDVI), in three districts of the city of Porto Alegre-RS. The second stage was the expansion of the study area of the first stage, to the territorial limit of the municipality. In this step, images from the spring of 1995, 2006 and 2017 were used in the historical characterization, forecast and relationship of urban growth and LST. The third stage comprises an analysis of the LST based on groupings (k-means) of NDVI obtained in 1989 and 2018 specifically on the urban area of the neighborhoods mentioned in the first stage. In the spatiotemporal analysis of the LULC and LST of the first stage, it was possible to observe that the removal of 98% and 79% of the forest and field areas, respectively, and the growth of the urban area from 31% in 1989 to 75% in 2018 contributed for the 4.18°C increase in mean LST between the first and last decade. Between the same periods, the seasonal influence can be observed in the increase of 6.36°C in autumn, 4.40°C in spring, 4.09°C in summer and 2.41°C in winter. Furthermore, the relationship between NDVI and LST in urbanized areas showed an increase associated with the correlation coefficient from - 0.55 in 1989 to -0.76 in 2018. In the second discussion, the increase in the urban area of Porto Alegre was observed by 10.16% and a 2.03 increase in areas with LST between 35 and 40°C, in the period from 1995 to 2017. The forecast for 2028 characterized an increase of 1.41% and 2.33% by 2039 in the urban area and a forecast increase of 2.39% and 2.64% in areas with LST between 35 and 40°C, respectively. In the third discussion, the removal of ~89% of the vegetation in the study area for urban occupation, together with the increase from approximately 21% to ~43% of urban areas classified as low vegetation index, caused an increase in the thermal amplitude (difference of LST average of low and high NDVI areas in 1989 and 2018) of 1.12°C. Information about the evolution and prediction of LST in the face of LULC changes contribute to decision-making and mitigation of the phenomenon of ICUs by administrators responsible for urban planning and maintenance of public services in Porto Alegre city.