Morfología urbana y modelos de predicción de fenómenos microclimáticos en contexto de atmósfera seca

Autores/as

  • Érico Masiero Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana/Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) https://orcid.org/0000-0001-8665-335X
  • André Luis Christoforo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana/Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) https://orcid.org/0000-0002-4066-080X
  • Luiz Fernando Universidade Federal de São Carlos - Programa de Pós Graduação em Engenharia Urbana https://orcid.org/0000-0003-2450-3561
  • Maria Eugênia Fernandes Universidade Federal de São Carlos - Programa de Pós Graduação em Engenharia Urbana

DOI:

https://doi.org/10.55761/abclima.v31i18.15707

Palabras clave:

Predicción Modelo Microclimático, Zonas Climáticas Locales, Isla de Calor Urbano

Resumen

La configuración morfológica de las ciudades tiene una influencia directa en la variación microclimática. La composición predominantemente edificada en ciertas áreas, los altos índices de superficies impermeabilizadas, la escasez de vegetación y superficies de agua pueden tener un impacto significativo en los valores de temperatura y humedad en las áreas habitadas, exponiendo a menudo a la población a ambientes insalubres. El objetivo de este trabajo es elaborar un modelo microclimático de predicción de la variación de cuatro diferentes Zonas Climáticas Locales (Local Climate Zones; LCZ) expuestas a una condición atmosférica seca en una región tropical de altitud. El método fue desarrollado en tres etapas, la primera, se refiere a una campaña de recolección de variación de temperatura y humedad en cuatro ambientes urbanos diferentes, es decir, LCZ D, LCZ1, LCZ5 y LCZ9 en São José do Rio Preto, Brasil. Se registró el comportamiento microclimático representativo de cada zona de la ciudad en relación al comportamiento de una masa de aire seco. La segunda etapa involucró los datos microclimáticos recolectados, los cuales fueron sometidos a un análisis estadístico con pruebas ANOVA, sirviendo como base para el desarrollo de modelos microclimáticos de predicción de variación para cada ZLC. Después de la validación de los modelos, se verificó, en la tercera etapa, la zona urbana que presentó características morfológicas que permiten la ocurrencia de ondas de alta temperatura e índices reducidos de humedad relativa. Los modelos producidos para la predicción del microclima urbano muestran una altísima capacidad de representación para estimar los valores de temperatura en diferentes zonas de la ciudad, ya que en todos los casos los valores de R superan el 80%. Los resultados mostraron que el área con LCZ5 presenta los períodos más largos de exposición al calor, lo que debería recibir más atención por parte de los planificadores en relación con las inversiones en infraestructura verde urbana.

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Biografía del autor/a

Érico Masiero, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana/Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de São Carlos (UFSCar)

Graduado em Arquitetura e Urbanismo pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho em 1996, Mestre em Ciências da Engenharia Ambiental pela Universidade de São Paulo em 2006 e Doutor em Engenharia Urbana pela Universidade Federal de São Carlos em 2014. É Professor do Departamento de Engenharia Civil e Coordenador do Programa de Pós Graduação em Engenharia Urbana da Universidade Federal de São Carlos. Líder do Grupo de Pesquisa NUPA Núcleo de Pesquisas Acústicas e Térmicas nas Edificações e Redes Viárias e membro do Grupo GESTAU - Gestão do Ambiente Urbanizado, ambos da UFSCar. Recebeu Menção Honrosa do Prêmio Capes de Tese 2015 da área de Engenharias I. Foi sócio diretor da Empresa Masiero & Wakamatu Arquitetura SS LTDA especializada em desenvolvimento e gestão de projetos de edificações, consultorias na área ambiental e treinamento de recursos humanos. Tem experiência na área de Tecnologia em Arquitetura e Urbanismo, atuando principalmente nos seguintes temas: Climatologia Urbana, Conforto Ambiental, Eficiência Energética de Edificações, Projeto de Arquitetura e Impactos de Empreendimentos no Ambiente Construído.

André Luis Christoforo, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana/Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de São Carlos (UFSCar)

Possui Graduação em Engenharia Civil pela Universidade de Franca (UNIFRAN), Especialização em Matemática Universitária pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP), campus Rio Claro, Mestrado em Engenharia de Estruturas pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da Universidade de São Paulo (USP), Doutorado em Engenharia de Estruturas pela EESC/USP, Pós-Doutorado em Engenharia de Estruturas pela EESC/USP, Pós-Doutorado pela Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos FZEA/USP e Pós-doutorado pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP), campus Ilha Solteira. Membro da Comissão de Estudo de Estruturas de Madeiras (ABNT/CE-02:126.10) do Comitê Brasileiro da Construção Civil (ABNT/CB-02): Ensaio de caracterização de peças estruturais de madeira e Membro do comitê editorial da Revista da Madeira (REMADE). Atualmente é Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Civil (DECiv) e do Programa de Pós Graduação em Estruturas e Construção Civil (PPGECiv) da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), e membro da diretoria do Instituto Brasileiro da Madeira e das Estruturas de Madeira (IBRAMEM). Atua nas áreas de Mecânica dos Materiais, Estruturas, Madeira e Derivados da Madeira, Materiais Compósitos, Métodos Numéricos e Planejamento de Experimentos

Luiz Fernando , Universidade Federal de São Carlos - Programa de Pós Graduação em Engenharia Urbana

Estudante do programa de mestrado em Engenharia Urbana da Universidade Federal de São Carlos, Vice-Coordenador de Engenharia Civil e professor associado ao curso (UNASP). Responsável pelos Laboratórios de Estradas e Geotecnia (LEG) e Saneamento e Hidráulica (LSH) do Núcleo de Tecnologia de Engenharia e Arquitetura (2017-2019). Especialização em Estruturas de Concreto (UNASP-2018). Bacharel em Engenharia Civil pelo UNASP (2016).

Maria Eugênia Fernandes, Universidade Federal de São Carlos - Programa de Pós Graduação em Engenharia Urbana

Mestre em Engenharia Urbana pela Universidade Federal de São Carlos (2019). Graduada em Arquitetura e Urbanismo pelo Centro Universitário Central Paulista (2011). Especialista em Projeto e Gestão de Infraestrutura Urbana pela Universidade Federal de São Carlos (2014). Tem experiência na área de Arquitetura e Urbanismo, atuando principalmente nos seguintes temas: inovação, infraestrutura urbana, projeto arquitetônico, climatologia urbana, conforto térmico, conforto ambiental.

Citas

ARNFIELD, A. J. Two decades of urban climate research: a review of turbulence, exchanges of energy and water, and the urban heat island. International Journal of Climatology, United Kingdom, v. 23, n. 1, p. 1-26, 2003.

BUENO, B., HIDALGO, J., PIGEON, G. G., NORFORD, L., MASSON, V. Calculation of Air Temperatures above the Urban Canopy Layer from Measurements at a rural Operational Weather Station. Journal of Applied Meteorology and Climatology, United States, v. 52, n. 2, p. 472-483, 2013.

BUENO, B., ROTH, M., NORFORD, L., LI, R. Computationally efficient prediction of canopy level urban air temperature at the neighbourhood scale. Urban Climate, Netherlands, v. 9, p. 35-53, 2014.

CHEN, F., KUSAKA, H., BORNSTEIN, R., CHING, J., GRIMMOND, C. S. B., GROSSMAN-CLARKE, S., SAILOR, D. The integrated WRF/urban modelling system: Development, evaluation, and applications to urban environmental problems. International Journal of Climatology, United Kingdom, v. 31, n. 2, p. 273-288, 2011.

CHING, J., ROTUNNO, R., LEMONE, M., MARTILLI, A., KOSOVIC, B., JIMENEZ, P.A., DUDHIA, J. Convectively induced secondary circulations in fine-grid mesoscale numerical weather prediction models. Monthly Weather Review, United States, v. 142, n. 9, p. 3284–3302, 2014.

ERELL, E., PEARLMUTTER, D., BONEH, D., KUTIEL, P. B. Effect of high-albedo materials on pedestrian heat stress in urban street canyons. Urban Climate, Netherlands, v.10, p. 367–386, 2014.

GARUMA, Gemechu Fanta. Review of urban surface parameterizations for numerical climate models. Urban Climate, Netherlands, v. 24, p. 830-851, 2018.

GOBAKISA, K., KOLOKOTSAB, D., SYNNEFAC, A., SALIARI, M., GIANNOPOULOUC, K., SANTAMOURIS, M. Development of a model for urban heat island prediction using neural network techniques. Sustainable Cities and Society, Netherlands, v. 1, n. 2, p. 104– 115, 2011.

HEBBERT, Michael. Climatology for city planning in historical perspective. Urban Climate, Netherlands, v. 10, p. 204-215, 2014.

HO, H., C., KNUDBY, A., SIROVYAK P., XUB Y., HODUL M., HENDERSON, S., B. The spatial regression approach appears useful for mapping intraurban air temperature variability and can easily be applied to other cities. Remote Sensing of Environment, United States, v. 154, p. 38-45, 2014.

HOLLÓSI, B., ŽUVELA-ALOISE, M., OSWALD, S. Applying urban climate model in prediction mode—evaluation of MUKLIMO_3 model performance for Austrian cities based on the summer period of 2019. Theoretical and Applied Climatology, Austria, v. 144, p. 1181–1204, 2021.

JIHAD, A. S., TAHIRI, M. Modeling the urban geometry influence on outdoor thermal comfort in the case of Moroccan microclimate. Urban Climate, Netherlands, v. 16, p. 25–42, 2016.

KOUTROUMANOU-KONTOSI, K., CARTALIS, C., PHILIPPOPOULOS, K., AGATHANGELIDIS, I., POLYDOROS, A. A Methodology for Bridging the Gap between Regional- and City-Scale Climate Simulations for the Urban Thermal Environment. Climate, Switzerland, v. 10, n. 106, 2022.

KRÜGER, E. Impact of site-specific morphology on outdoor thermal perception: A case-study in a subtropical location. Urban Climate, Netherlands, v. 21, p. 123-135, 2017.

KRÜGER, E., PEARLMUTTER, D., RASIA, F. Evaluating the impact of canyon geometry and orientation on cooling loads in a high-mass building in a hot dry environment. Applied Energy, United Kingdom, v. 87, n.6, p. 2068–2078, 2010.

LÁSZLÓ, E., SZEGEDI S. A multivariate linear regression model of mean maximum urban heat island: a case study of Beregszász (Berehove), Ukraine. Quarterly Journal of the Hungarian Meteorological Service, Hungary, v. 119, n. 3, p. 409–423, jul./sep., 2015.

MATZARAKIS, A. Rayman 1.2. Available at: http://www.mif.uni-freiburg.de/rayman/intro.htm 2009. Accessed on 15 jan., 2014.

MATZARAKIS, A., RUTZ, F., MAYER, H. Modelling radiation fluxes in simple and complex environments – Basics of the RayMan model. International Journal of Biometeorology, Germany, v. 54, p. 131-139, mar., 2010.

MIDDEL, A., HÄB, K., BRAZEL, A. J., MARTIN C., A., GUHATHAKURTA, S. Impact of urban form and design on mid-afternoon microclimate in Phoenix Local Climate Zones. Landscape and Urban Planning, Netherlands, v. 122, p. 16–28, 2014.

MILLS, G., CLEUGH, H., EMMANUEL, R., ENDLICHERD, W., ERELLE, E., MCGRANAHANF G., NGG, E., NICKSONH, A., ROSENTHALI, J., STEEMER, K. Climate Information for Improved Planning and Management of Mega Cities (Needs Perspective). Procedia Environmental Sciences, United Kingdom, v. 1, p. 228–246, 2010.

MILLS, G., BECHTEL, B., CHING J., SEE L., FEDDEMA J., FOLEY, M., ALEXANDER, P., O’CONNOR, M. An Introduction to the WUDAPT project. In: ICUC9 - 9th International Conference on Urban Climate. 12th Symposium on the Urban Environment. Meteo France, Toulouse, France, 2015.

NG, E. Policies and technical guidelines for urban planning of high-density cities – air ventilation assessment (AVA) of Hong Kong. Building and Environment, United Kingdom, n. 44, p. 1478-1488, 2009.

NG, E., CHEN, L., WANG, Y., YUAN, C. A study on the cooling effects of greening in a high-density city: An experience from Hong Kong. Building and Environment, United Kingdom, n. 47, p. 256-271, 2012.

NIMER, E. Climatologia do Brasil. 4.ed. Brasil: Fundação IBGE, 2008.

OKE, T. Towards better communication in urban climate. Theoretical and Applied Climatology, Austria, n. 84, p.179–190, 2006.

ONSET. Field Monitoring System. Available at: https://www.onsetcomp.com/products/data-loggers/weather-stations. Accessed on 21 Jul. 2022.

PEEL, M. C., FINLAYSON, B. L., MCMAHON, T. A. Updated world map of the Köppen-Geiger climate classification. Hydrology and Earth System Sciences, Germany, n. 11, p. 1633-1644, 2007.

SALAMANCA, F., MARTILLI, A., TEWARI, M., CHEN, F. A study of the urban boundary layer using different urban parameterizations and high-resolution urban canopy parameters with WRF. Journal of Applied Meteorology and Climatology, United States, v. 50, n. 5, p. 1107–1128, 2011.

São Jose do Rio Preto - SJRP. Prefeitura Municipal de São José do Rio Preto. (2022). Available at: https://www.riopreto.sp.gov.br/. Accessed on 23 Jan. 2022.

São Jose do Rio Preto – SJRP. Prefeitura Municipal de São José do Rio Preto. (2019). Available at: https://www.riopreto.sp.gov.br/wp-content/uploads/arquivosPortalGOV/mapas-rio-preto/134858_MAPA-ZONEAMENTO-USO-E%20OCUPA%C3%87%C3%83O-DO%20SOLO-16-01-19.pdf. Accessed on 13 Jan. 2021.

São Jose do Rio Preto – SJRP. Prefeitura Municipal de São José do Rio Preto. (2018). Available at: https://latitudelongitude.org/br/sao-jose-do-rio-preto/. Accessed on 15 Jan. 2020.

STEWART, I. D., OKE, T. R., KRAYENHOFF, E. S. Evaluation of the ‘local climate zone' scheme using temperature observations and model simulations. Int. J. Biometeorology, Germany, v. 34, n. 4, p. 1062–1080, 2014.

STEWART, I. D., OKE, T. R. Local Climate Zones for Urban Temperature Studies. Bulletin of American Meteorological Society, United States, n. 93, p. 1879–1900, 2012.

TSIROS, I. X. Assessment and energy implications of street air temperature cooling by shade trees in Athens (Greece) under extremely hot weather conditions. Renewable Energy, United Kingdom, n. 35, p.1866–1869, 2010.

WANG, X., DAI, W. Development of fine-scale urban canopy parameters in Guangzhou city and its application in the WRF-Urban model. In: ICUC9 - 9th International Conference on Urban Climate. 12th Symposium on the Urban Environment. Meteo France, Toulouse, France, 2015.

WONG, N. H., JUSUF, S. K., TAN, C. L. Integrated urban microclimate assessment method as a sustainable urban development and urban design tool. Landscape and Urban Planning, Netherlands, v. 100, p. 386–389, 2011.

XU, Y., REN, C., MAD, P., HOC, J., WANG, W., KA-LUN LAU, K., LIND, H., NG, E. Urban morphology detection and computation for urban climate research. Landscape and Urban Planning, Netherlands, v. 167, p. 212–224, 2017.

YANG, X., ZHAO, L., BRUSE, M., & MENG, Q. Evaluation of a microclimate model for predicting the thermal behavior of different ground surfaces. Building and Environment, United Kingdom, v. 60, p. 93–104, 2013.

YUAN, C., NG, E., CHEN, L., REN, C., FUNG, J. Improving the wind environment in high-density cities by understanding urban morphology and surface roughness: A study in Hong Kong. Landscape and Urban Planning, Netherlands, v. 101, p. 59 – 74, 2011.

Publicado

24/08/2022

Cómo citar

Masiero, Érico, Christoforo, A. L., Luiz Fernando, & Fernandes, M. E. (2022). Morfología urbana y modelos de predicción de fenómenos microclimáticos en contexto de atmósfera seca. Revista Brasileña De Climatología, 31(18), 259–284. https://doi.org/10.55761/abclima.v31i18.15707

Número

Sección

Artigos