Surface urban heat island, heat waves and cold spells in Rio de Janeiro city, RJ, Brazil (2015 – 2019)

Authors

DOI:

https://doi.org/10.55761/abclima.v30i18.14908

Keywords:

Eventos Extremos. Cobertura da Terra. Percentis. Clima Urbano.

Abstract

This article aims to analyze the relationship between heat waves, cold spells, and surface urban heat islands in Rio de Janeiro city, RJ, Brazil. The waves were defined by minimum duration of three consecutive days with temperatures above (below) 95th percentiles (5th) for heat (cold) waves. Daily average temperature data from seven weather stations were collected and systematized between 2015 and 2019. For the surface urban heat islands, Landsat 8 scenes were used in order to represent summer and winter days. Irajá station shown the higher frequency of heat waves, and also had the second highest frequency of cold spells. Santa Cruz station shown the highest frequency of cold spells, which demonstrates the influence of coastline zone and geographical position due to frontal systems entry zone. As a main result, not only surface urban heat island performs an important influence for heat waves and cold spells, but geographic climate factors are also relevant.

Downloads

Author Biographies

Juliana Vilardo Mendes, Departamento de Geografia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)

Estudante de Graduação do curso de Bacharel em Geografia pelo Departamento da Geografia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Integrante do Laboratório de Estudos e Pesquisa em Geografia do Clima (GeoClima), coordenado pela professora Núbia Beray Armond, desde Março de 2019. Atua nas áreas de Climatologia Geográfica e Geografia do Clima. Possui como enfoque estudos vinculados aos seguintes temas: Climatologia Urbana e Clima, Saúde e Qualidade de vida.

Nubia Beray Armond, Programa de Pós-Graduação em Geografia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)

Licenciada em Geografia pela Faculdade de Formação de Professores da Universidade do Estado do Rio de Janeiro - FFP/UERJ - São Gonçalo (2011), mestre (2014) e doutora (2018) em Geografia pelo Programa de Pós-Graduação em Geografia da FCT/UNESP - Presidente Prudente. Atualmente é Professora Adjunta no Departamento de Geografia do Instituto de Geociências da UFRJ. É membro da Associação de Geógrafos Brasileiros - Seção Local Niterói (2010 - atual), tendo exercido o mandato de Diretora-Presidente (2019 - 2021). Também é membro da Associação Brasileira de Climatologia (2012 - atual), compondo como membro-titular o Conselho Deliberativo da entidade (2018 - atual). Desenvolve atividades de ensino, pesquisa e extensão como líder do GEOCLIMA - Grupo de Estudos e Pesquisas em Geografia do Clima (IGEO/UFRJ), e como pesquisadora associada do COLAPSO - Natureza e Sociedade (IGEO/UFBA). Atua nas áreas de Climatologia Geográfica e Geografia do Clima. Dedica-se atualmente aos estudos dos seguintes temas: sistemas atmosféricos, gênese das chuvas, excepcionalidades, risco, vulnerabilidade, classificação climática, climatologia urbana.

Leonardo Caçadini Bizerra da Silva, Departamento de Geografia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)

Estudante do curso de Licenciatura em Geografia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).Faz parte do Laboratório de Estudos e Pesquisas em Geografia do Clima (GeoClima), coordenado pela professora Núbia Beray Armond, desde março de 2019. Integrante do projeto de extensão "Mar à Vista: rede de monitoramento das praias oceânicas do município do Rio de Janeiro", vinculado ao departamento de Geografia da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Atua nas áreas de Climatologia Geográfica, Geografia do Clima e Geografia da Saúde. Possui como enfoque estudos vinculados aos seguintes temas: clima e saúde, eventos extremos e desastres hidrometeorológicos.

References

ACKERMAN, S. A.; KNOX, J. Meteorology: understanding the atmosphere. Jones and Bartlett Learning, 2012.

ALLEN, M.; SHERIDAN, S. Spatio-temporal changes in heat waves and cold spells: an analysis of 55 U.S. cities. Physical Geography, v. 37, n. 3-4, p. 189-209, 2016. DOI: https://doi.org/10.1080/02723646.2016.1184078 DOI: https://doi.org/10.1080/02723646.2016.1184078

ALVES, M. P. A. et al. Onda de frio? Análise de diferentes métodos de identificação. Revista Brasileira de Climatologia, v. 21, ano 13, p. 295 – 312, 2017. DOI: https://doi.org/10.5380/abclima.v21i0.54821

AMORIM, M. C. T. T. et al. Características das ilhas de calor em cidades de porte médio: exemplos de Presidente Prudente (Brasil) e Rennes (França). Confins, v. 7, 2009. DOI: https://doi.org/10.4000/confins.6070 DOI: https://doi.org/10.4000/confins.6070

ANDERSON, B.; BELL, M. L. Weather-related mortality: how heat, cold and heat waves affect mortality in United States. Epidemiology, v. 20, n. 2, p. 205-213, 2009. DOI: https://doi.org/10.1097/EDE.0b013e318190ee08 DOI: https://doi.org/10.1097/EDE.0b013e318190ee08

ANDERSON, B.; BELL, M. L. Heat waves in the United States: mortality risk during heat waves and effect modification by heat wave characteristics in 43 U.S. Communities. Environmental Health Perspectives, v. 119, n. 2, p. 210-218, 2011. DOI: https://doi.org/10.1289/ehp.1002313

ARMOND, N. B.; SANT’ANNA NETO, J. L. Entre eventos e episódios: ritmo climático e excepcionalidades para uma abordagem geográfica do clima no município do Rio de Janeiro. Revista Brasileira de Climatologia, v. 20, p. 5 – 28, 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.5380/abclima.v20i0.49792 DOI: https://doi.org/10.5380/abclima.v20i0.49792

ARMOND, N. B.; SANT’ANNA NETO, J. L. The Urban Climate System and the Impacts of Flooding on Rio de Janeiro, Brazil. In: Urban Climates in Latin America. Switzerland: Springer, 2019. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-97013-4_10 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-97013-4_10

BARNETT, A. G. et al. Cold and heat waves in the United States. Environmental Research, n. 112, p. 218-224, 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envres.2011.12.010 DOI: https://doi.org/10.1016/j.envres.2011.12.010

BRANDÃO, A. M. P. M. As alterações climáticas na área metropolitana do Rio de Janeiro: uma provável influência do crescimento urbano. In: ABREU, M. A. (org). Natureza e Sociedade no Rio de Janeiro. Rio de Janeiro: Secretaria Municipal de Cultura, Turismo e Esporte, 1992.

BRANDÃO, A. M. P. M. As chuvas e a ação humana: uma infeliz coincidência. In: Tormentas Cariocas. Rio de Janeiro: UFRJ, 1997.

BRANDÃO, A. M. P. M. Clima urbano e enchentes na cidade do Rio de Janeiro. In: GUERRA, A. J. T.; CUNHA, S. B. (orgs). Impactos ambientais urbanos no Brasil. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 2001.

BRANDÃO, A. M. P. M. O clima urbano na cidade do Rio de Janeiro. In: MONTEIRO, C. A. F.; MENDONÇA, F. (orgs). Clima urbano. São Paulo: Contexto, 2003.

DERECZYNSKI, C. P. et al. Climatologia da precipitação no município do Rio de Janeiro. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 24, n. 1, p. 24-38, 2009. https://doi.org/10.1590/S0102-77862009000100003 DOI: https://doi.org/10.1590/S0102-77862009000100003

DIAZ, J. et al. Time trend in the impact of heat waves on daily mortality in Spain for a period of over thirty years (1983-2013). Environmental International, v. 116, p. 10-17, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envint.2018.04.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.envint.2018.04.001

DINIZ, F. R. et al. Heat wave and elderly mortality: historical analysis and future projection for Metropolitan Region of São Paulo, Brazil. Atmosphere, v. 11, 2020. DOI: https://doi.org/10.3390/atmos11090933 DOI: https://doi.org/10.3390/atmos11090933

D’IPPOLITI, D. et al. The impact of heat waves on mortality in 9 European cities: results from the EuroHEAT project. Environmental Health, v. 9, n. 37, 2010. DOI: https://doi.org/10.1186/1476-069X-9-37 DOI: https://doi.org/10.1186/1476-069X-9-37

FANTE, K. P.; ARMOND, N. Ondas de frio e enfermidades respiratórias: Análise na perspectiva da vulnerabilidade climática. Revista do Departamento de Geografia, São Paulo, n. spe, p. 145-159, 2016. DOI: https://doi.org/10.11606/rdg.v0ispe.118949. DOI: https://doi.org/10.11606/rdg.v0ispe.118949

FARIAS, H. S.; BRANDÃO, A. M. P. M. A influência antrópica na evolução semanal da temperatura do ar no bairro Maracanã/RJ. Revista Brasileira de Climatologia, Curitiba, v. 6, n. 4. p. 7-22, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.5380/abclima.v6i0.25576 DOI: https://doi.org/10.5380/abclima.v6i0.25576

FIALHO, E. S. Análise têmporo-espacial do campo térmico na Ilha do Governador/RJ em episódios de verão e inverno. 2002. Dissertação (Mestrado em Geografia) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2002.

FIALHO, E. S. O clima urbano e sua contribuição ao planejamento da cidade por meio da elaboração de mapas climáticos. In: OSCAR JUNIOR, A. C. S. O.; ARMOND, N. B. (org). A climatologia geográfica no Rio de Janeiro: reflexões, metodologias e técnicas para uma agenda de pesquisa. Curitiba: Appris, 2018.

FOUILLET, A. et al. Has the impact of heat waves on mortality changed in France since the European heat wave of summer 2003? A study of the 2006 heat wave. International Journal of Epidemiology, v. 37, p. 309-317, 2008. DOI: https://doi.org/10.1093/ije/dym253. DOI: https://doi.org/10.1093/ije/dym253

GARTLAND, L. Ilhas de Calor: como mitigar zonas de calor em áreas urbanas. São Paulo: Oficina de Textos, 2010.

HAYHOE, K. et al. Climate change, heat waves, and mortality projections for Chicago. Journal of Great Lakes Research, v. 36, p. 65-73, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jglr.2009.12.009 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jglr.2009.12.009

HUYNEN, M. et al. The impact of heat waves and cold spells on mortality rates in the Dutch population. Environmental Health Perspectives, v. 109, n. 5, p. 463-470, 2001. DOI: https://doi.org/10.1289/ehp.01109463

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA - IBGE. Projeção da população do Brasil e das Unidades da Federação. Disponível em: <https://www.ibge.gov.br/apps/população/projeção/>. Acesso em: 15 fev. 2021.

INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA - INMET. Temperatura Média Anual. Disponível em: <https://portal.inmet.gov.br/?r=clima/page&page=anomaliaTempMediaAnual>. Acesso em: 15 fev. 2021

KATAVOUTAS, G.; FOUNDA, D. Response of Urban Heat Stress to heat waves in Athens (1960-2017). Atmosphere, v. 10, 2019. DOI: https://doi.org/10.3390/atmos100090483. DOI: https://doi.org/10.3390/atmos10090483

KOVATS, R. S.; HAJAT, S.; WILKINSON, P. Contrasting patterns of mortality and hospital admissions during hot weather and heat waves in Greater London, UK. Occupation and Environmental Medicine, v. 61, p. 893-898, 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.1136/oem.2003.012047. DOI: https://doi.org/10.1136/oem.2003.012047

LEMOS, L. O.; OSCAR JUNIOR, A. C. S. O campo térmico em episódio de inverno no bairro Bangu, Rio de Janeiro (RJ). Revista do Departamento de Geografia, São Paulo, v. 41, p. 1 – 16, 2021. DOI: https://doi.org/10.11606/eISSN.2236-2878.rdg.2021.176065. DOI: https://doi.org/10.11606/eISSN.2236-2878.rdg.2021.176065

LI, D.; BOU-ZEID, E. Synergistic interactions between Urban Heat Islands and Heat waves: the impact in cities is larger than the sum of its parts. Journal of Applied Meteorology and Climatology, v. 52, p. 2051-2064, 2013. DOI: https://doi.org/10.1175/JAMC-D-13-02.1 DOI: https://doi.org/10.1175/JAMC-D-13-02.1

LUCENA, A. J. A ilha de calor na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. 2012. Tese (Doutorado em Ciências Atmosféricas em Engenharia) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2012.

LUCENA, A. J.; PERES, L. F.; MIRANDA, V. F. V. V. Os espaços de calor na Região Metropolitana e Cidade do Rio de Janeiro. In: OSCAR JR, A. C. S.; ARMOND, N. B. (org). A climatologia geográfica no Rio de Janeiro. Curitiba: Appris, 2018.

MEEHL, G.; TEOBALDI, C. More intense, more frequent, and longer lasting heat waves in the 21st century. Science, v. 305, p. 994-997, 2004. DOI: 10.1126/science.1098704 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1098704

MEIRELES, V. H. P.; FRANÇA, J. R. A.; PERES, L. F. Um Estudo do Fenômeno da Ilha de Calor Urbana na Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ). Anuário do Instituto de Geociências, v. 37, n. 2, p. 180 – 194, 2014. DOI: https://doi.org/10.11137/2014_2_180_194

MONTEIRO, C. A. F. Análise rítmica em Climatologia. São Paulo: USP, 1971.

MONTEIRO, C. A. F. Teoria e Clima Urbano. Série Teses e Monografias, n. 25. São Paulo: USP, 1976.

MONTEIRO, C. A. F. Por um suporte teórico e prático para estimular estudos geográficos de clima urbano no Brasil. Revista Geosul, ano 5, n. 9, 1990a.

MONTEIRO, C. A. F. A cidade como processo derivador ambiental e a geração de um clima urbano: estratégias na abordagem geográfica. Revista Geosul, v. 5, n. 9, 1990b.

MONTEIRO, C. A. F. Adentrar a cidade para tomar-lhe a temperatura. Revista Geosul, v. 5, n. 9, 1990c.

MONTERO, J. C. et al. Mortality from cold waves in Castille – La Mancha, Spain. Science of the Total Environment, v. 408, p. 5768-5774, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.07.086 DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.07.086

NIMER, E. Climatologia do Brasil. 2ª edição. Rio de Janeiro: IBGE, 1989.

OKE, T. R. Boundary Layer Climates. New York: John Wiley & Sons, 1978.

OKE, T. R. The energetic basis of the urban heat island. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, v. 108, n. 455, p. 1-24, 1982. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/qj.49710845502 DOI: https://doi.org/10.1002/qj.49710845502

OLIVEIRA, D. S. et al. Hotter, longer and more frequent heatwaves: an observational study for the Brazilian city of Campinas, SP. Revista Brasileira de Meteorologia, Online ahead of print, v. 36, p. 305-316, 2021. DOI: https://doi.org/10.1590/0102-77863620119. DOI: https://doi.org/10.1590/0102-77863620119

ORTIZ, G. F.; AMORIM, M. C. C. T. Temperatura da superfície da cidade de Cândido Mota/SP a partir da imagem de satélite Landsat 7. Revista Geográfica da América Central, v. 1, n. esp., p. 1-16, 2011.

PERKINS, S. E.; ALEXANDER, L. V. On the measurement of heat waves. Journal of Climate, v. 26, n. 13, p. 4500-4517, 2012. DOI: https://doi.org/10.1175/JCLI-D-12-00383.1 DOI: https://doi.org/10.1175/JCLI-D-12-00383.1

PITICAR, A. et al. Recent changes in heat waves and cold waves detected based on excess heat factor and excess cold factor in Romania. International Journal of Climatology, v. 38, n. 4, p. 1777-1793, 2017. DOI: https://doi.org/10.1002/joc.5295 DOI: https://doi.org/10.1002/joc.5295

PLAVCOVÁ, E.; KYSELÝ, J. Overly persistent circulation in climate models contribute to overestimated frequency and duration of heat waves and cold spells. Climate Dynamics, v. 46, p. 2805-2820, 2016. DOI: https://doi.org/10.1007/s00382-015-2733-8. DOI: https://doi.org/10.1007/s00382-015-2733-8

PROSDOCIMI, D.; KLIMA, K. Health effects of heat vulnerability in Rio de Janeiro: a validation model for policy applications. Applied Sciences, v. 2, 2020. DOI: https://doi.org/10.1007/s42452-020-03750-7 DOI: https://doi.org/10.1007/s42452-020-03750-7

QI ZHAO, S. L. et al. The association between heatwaves and risk of hospitalization in Brazil: a nationwide time series study between 2000 and 2015. PLOS Medicine, 2019. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pmed.1002753. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pmed.1002753

LUCYRIO, V.; REBOITA, M. S.; ALBIERI, M. C. G. Ondas de frio intensas sobre o nordeste do estado de São Paulo entre 1961 a 2017. Revista Brasileira de Climatologia, ano 15, v. 25, p. 571 – 593, 2019. DOI: http://dx.doi.org/10.5380/abclima.v25i0.68125. DOI: https://doi.org/10.5380/abclima.v25i0.68125

REVICH, B.; SHAPOSHNIKOV, D. Excess mortality during heat waves and cold spells in Moscow, Russia. Occupation and Environmental Medicine, v. 65, p. 691-696, 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1136/oem.2007.033944. DOI: https://doi.org/10.1136/oem.2007.033944

RIZWAN, A. M. et al. A review on the generation, determination and mitigation of Urban Heat Island. Journal of Environmental Sciences, v. 20, pp. 120–128, 2008. DOI: https://doi.org/10.1016/S1001-0742(08)60019-4. DOI: https://doi.org/10.1016/S1001-0742(08)60019-4

SANT’ANNA NETO, J.L. O decálogo da climatologia do Sudeste brasileiro. Revista Brasileira de Climatologia, ano 1, v. 1, 2005. DOI: http://dx.doi.org/10.5380/abclima.v1i1.25232. DOI: https://doi.org/10.5380/abclima.v1i1.25232

SILVEIRA, R. D. Risco climático, vulnerabilidade socioespacial e eventos climáticos extremos relacionados ao calor e ao frio no Estado do Rio Grande do Sul – Brasil. 2013. Tese (Doutorado em Geografia) - Universidade Estadual Paulista, Presidente Prudente, 2013.

SILVEIRA, R. B. et al. Impactos das ondas de frio sobre a saúde pública no município de São Joaquim - Santa Catarina-Brasil. Revista Brasileira de Climatologia, v. 22, p.249-266, 2018. DOI: http://dx.doi.org/10.5380/abclima.v22i0.57776. DOI: https://doi.org/10.5380/abclima.v22i0.57776

SILVEIRA, R. B. et al. Ondas de calor nas capitais do Sul do Brasil e Montevidéu – Uruguai. Revista Brasileira de Geografia Física, v. 12, n. 4, p. 1259, 2019. DOI: https://doi.org/10.26848/rbgf.v12.4.p1259-1276. DOI: https://doi.org/10.26848/rbgf.v12.4.p1259-1276

SPOSITO, M. E. B. Capitalismo e urbanização. São Paulo: Contexto, 1988.

TAN, J. et al. The urban heat island and its impact on heat waves and human health in Shanghai. International Journal of Biometeorology, v.54, p. 74 – 84, 2010. DOI: https://doi.org/10.1007/s00484-009-0256-x. DOI: https://doi.org/10.1007/s00484-009-0256-x

UGEDA JR, J. C. Clima urbano e planejamento na cidade de Jales – SP. 2011. Tese (Doutorado em Geografia) - Universidade Estadual Paulista, Presidente Prudente, 2011.

VOOGT, J. A.; OKE, T. R. Thermal remote sensing of urban climates. Remote Sensing of Environment, v. 86, p. 370-384, 2003. DOI: https://doi.org/10.1016/S0034-4257(03)00079-8. DOI: https://doi.org/10.1016/S0034-4257(03)00079-8

WANG, Y. et al. Estimating and projecting the effect of cold waves on mortality in 209 US cities. Environmental International, v. 94, p. 141-149, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envint.2016.05.008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envint.2016.05.008

WARD, K. et al. Heat waves and urban heat islands in Europe: a review of relevant drivers. Science of Total Environment, p. 527 - 539, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.06.119. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.06.119

WILBY, R.L. Past and projected trends in London’s urban island. Weather, v. 58, p. 251–260, 2003. DOI: https://doi.org/10.1256/wea.183.02

WOLF, J.; ADGER, W. N.; LORENZONI, I. Heat waves and cold spells: an analysis of policy response and perceptions of vulnerable populations in the UK. Environment and Planning A, v. 42, p. 2721-2734, 2010. DOI: https://doi.org/10.1068/a42503. DOI: https://doi.org/10.1068/a42503

ZHAO, L. et al. Interactions between urban heat islands and heat waves. Environmental Research Letters, v. 13, n. 3, p. 1-11, 2018. DOI: https://doi.org/10.1088/1748-9326/aa9f73. DOI: https://doi.org/10.1088/1748-9326/aa9f73

Downloads

Published

16/02/2022

How to Cite

Mendes, J. V., Armond, N. B., & Bizerra da Silva, L. C. (2022). Surface urban heat island, heat waves and cold spells in Rio de Janeiro city, RJ, Brazil (2015 – 2019). Brazilian Journal of Climatology, 30(18), 133–155. https://doi.org/10.55761/abclima.v30i18.14908

Issue

Vol. 30 (2022)

Section

Artigos

License

A aprovação dos artigos implica a aceitação imediata e sem ônus de que a Revista Brasileira de Climatologia terá exclusividade na primeira publicação do artigo. Os autores continuarão, não obstante, a deter os direitos autorais. Os autores autorizam também que seus artigos sejam disponibilizados em todos os indexadores aos quais a revista está vinculada.

Os autores mantém seus direitos de publicação sem restrições

A Comissão Editorial não se responsabiliza pelos conceitos ou afirmações expressos nos trabalhos publicados, que são de inteira responsabilidade dos autores.

A Revista Brasileira de Climatologia oferece acesso livre imediato ao seu conteúdo, seguindo o entendimento de que disponibilizar gratuitamente o conhecimento científico ao público proporciona maior democratização do conhecimento e tende a produzir maior impacto dos artigos publicados. Os artigos publicados na revista são disponibilizados segundo a Licença Creative Commons CC-BY-NC 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/). Segundo essa licença é permitido acessar, distribuir e reutilizar os artigos para fins não comerciais desde que citados os autores e a fonte. Ao submeter artigos à Revista Brasileira de Climatologia, os autores concordam em tornar seus textos legalmente disponíveis segundo essa licença