Surface urban heat island(s) in diffuse urbanization areas: the case study of Braga and Guimarães municipalities (Portugal)

Authors

DOI:

https://doi.org/10.55761/abclima.v32i19.16123

Keywords:

Urban Climate, Land Surface Temperature, Diffuse Urbanization, Landsat

Abstract

The urbanization process implies the conversion of permeable surfaces, with greater or lesser vegetation cover, into impervious surfaces (non-evaporative and strong heat storage capacity), which triggers the individualization of heat islands. This investigation analyzes the spatiotemporal evolution of the surface heat island (SHI) in the municipalities of Braga and Guimarães, seeking to establish its relationship with the urban growth that occurred in the period 1984-2016. Based on 6 Landsat images, we extract the urban tissue and the land surface temperature (LST) The areas with SHI effect are delimited from thresholds defined based on the mean and the standard deviation of LST in each date, do not requiring this method the previous traditional division of the territory in urban/non-urban. Nevertheless, considering that SHI does not occur exclusively in urban areas, it is importante to determine their real contribution. Between 1984 and 2016, there was an increase in the intensity and extent of SHI, due to the urban growth of Braga and Guimarães. Consequently, there is a reduction in the proportion of non-urban areas affected by SHI; however, the proportion of e urban area affected by this phenomenon also decreases. This apparent paradox is explained by the sparse edification and the roads which do not seem to constitute spots hot enough for the individualization of the SHI. In this territory, the assumes a rhizomatic configuration, alienates the heat island metaphor itself.

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Author Biographies

Catarina de Almeida Pinheiro, CECS - Universidade do Minho; CEGOT - Universidade do Porto/Universidade de Coimbra

Doutorada em Geografia – Ramo de Especialização de Geografia e Planeamento Regional –, pela Universidade do Minho em 2020, com a tese “Análise por Deteção Remota do Processo de Urbanização Difusa e seu efeito Climático em Braga e Guimarães”. Mestre pela Universidade do Minho, em Geografia – área de especialização em Planeamento e Gestão do Território.

Membro do Centro de Estudos de Comunicação e Sociedade (CECS) da Universidade do Minho e do Centro de Estudos de Geografia e Ordenamento do Território (CEGOT), da Universidade do Porto e da Universidade de Coimbra.

Atualmente, encontra-se a lecionar na Universidade do Minho como Professora Convidada.

A sua pesquisa foca-se na Deteção Remota e Sistemas de Informação Geográfica, Climatologia Urbana, Geografia Urbana, Planeamento Urbano e Urbanização Difusa.

 

Maria Manuela Laranjeira, Departamento de Geografia da Universidade do Minho; CECS - Universidade do Minho

Maria Manuela Laranjeira, geógrafa, é Professora Auxiliar no Departamento de Geografia do Instituto de Ciências Sociais da Universidade do Minho desde 1999. Doutorou-se em Geografia – Área de Especialização em Geografia Física e Estudos Ambientais pela Universidade do Minho em 2010.

Leciona e desenvolve investigação em Ecologia da Paisagem, Climatologia Urbana, Deteção Remota e SIG.

References

BHATA, B. Analysis of Urban Growth and Sprawl from Remote Sensing Data. Heidelberg, Dordrecht, London, New York: Springer, 2010. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-05299-6

CHEN, X.; ZHAO, H.; LI, P.; YIN, Z. Remote sensing image-based analysis of the relationship between urban heat island and land use/cover changes. Remote Sensing of Environment, 104(2), p.133-146, 2006. Disponível em https://doi.org/10.1016/j.jag.2017.12.009. Acesso em: 04 mai. 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2005.11.016

CURRAN, P. Principles of remote sensing. London: Longman Group Limited, 1985.

DAVEAU, S. Mapas Climáticos de Portugal Nevoeiros e Nebulosidade Contrastes Térmicos. Lisboa. Lisboa: Memórias do Centro de Estudo Geográficos, 1985.

DEILAMI, K.; KAMRUZZAMAN, M.; LIU, Y. Urban heat island effect: A systematic review of spatio-temporal factors, data, methods, and mitigation measures. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 67, p.30-42, 2018. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.rse.2005.11.016. Acesso em: 25 mai. 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jag.2017.12.009

DELEUZE, G.; GUATTARI, F. Mil platôs: capitalismo e esquizofrenia – volume. 1. 2º ed. São Paulo: Editora 34, 2000.

EEA. Climate change impacts and vulnerability in Europe 2012. An indicator-based report. Copenhagen: European Environment Agency, 2012.

FORMAN, R. Urban Ecology Science of Cities. New York: Cambridge University Press, 2014. DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9781139030472

GANGULY, K.; SHANKAR, G. Geo-environmental appraisal for studying urban environment and its associated biophysical parameters using remote sensing and GIS technique. The International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 40(8), p.717, 2014. Disponível em: 10.5194/isprsarchives-XL-8-717-2014. Acesso em: 25 abr. 2022. DOI: https://doi.org/10.5194/isprsarchives-XL-8-717-2014

GUHA, S.; GOVIL, H.; DEY, A.; GILL, N. Analytical study of land surface temperature with NDVI and NDBI using Landsat 8 OLI and TIRS data in Florence and Naples city, Italy. European Journal of Remote Sensing, 51(1), p.667-678, 2018. Disponível em https://doi.org/10.1080/22797254.2018.1474494. Acesso em: 25 mai. 2022. DOI: https://doi.org/10.1080/22797254.2018.1474494

GUNAWARDENA, K.; WELLS, M.; KERSHAW, T. Utilising green and bluespace to mitigate urban heat island intensity. Science of the Total Environment, 584, p.1040-1055, 2017. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.01.158. Acesso em: 15 mai. 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.01.158

GUO, G.; WU, Z.; XIAO, R.; CHEN, Y.; LIU, X.; ZHANG, X. Impacts of urban biophysical composition on land surface temperature in urban heat island clusters. Landscape and Urban Planning, p.135, 1-10, 2015. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2014.11.007. Acesso em: 15 abr. 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2014.11.007

IPMA Boletim Climatológico – julho 2016, 2016. Disponível em http://www.ipma.pt/resources.www/docs/im.publicacoes/edicoes.online/20160804/ZtQLGjZAOdMxcajQukNP/cli_20160701_20160731_pcl_mm_co_pt.pdf. Acesso em: 25 mai. 2022.

IPMA. Normal Climatológica de Braga, 2019. Disponível em: http://www.ipma.pt/pt/oclima/normais.clima/004/. Acesso em: 25 mai. 2022.

JÚNIOR, J.; AMORIM, M. reflexões acerca do Sistema Clima Urbano e sua aplicabilidade: pressupostos teórico-metodológicos e inovações técnicas. Revista do Departamento de Geografia da Universidade de São Paulo, Volume Especial(2016), p.160-173, 2016. Disponível em: https://doi.org/10.11606/rdg.v0ispe.119402. Acesso em: 13 abr. 2022. DOI: https://doi.org/10.11606/rdg.v0ispe.119402

KLOCK, L.; ZWART, S.; VERHAGEN, H.; MAURI, E. The surface heat island of Rotterdam and its relationship with urban surface characteristics. Resources, Conservation and Recycling, 64, p.23-29, 2012. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2012.01.009. Acesso em: 07 mai. 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2012.01.009

KUTTLER, W. The urban climate–basic and applied aspects. In: SHULENBERGER, E., ENDLICHER, W., ALBERTI, M., BRADLEY, G., RYAN, C., ZUMBRUNNEN, C., SIMON, U., MARZLUFF, J. (eds.). Urban Ecology. Boston: Springer, 2008, p.233-248.

KWARTENG, A.; SMALL, C. Remote Sensing of Environmental Conditions. In: RASHED, T., JÜRGENS, C. (eds.). Remote Sensing of Urban and Suburban Areas. Heidelberg, Dordrecht, London & New York: Springer, 2010, p.219-244. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-4385-7_14

LIU, L.; ZHANG, Y. Urban heat island analysis using the Landsat TM data and ASTER data: A case study in Hong Kong. Remote Sensing, 3(7), p.1535-1552, 2011. Disponível em: https://doi.org/10.3390/rs3071535. Acesso em: 08 abr. 2022. DOI: https://doi.org/10.3390/rs3071535

LOWRY, W. Empirical estimation of urban effects on climate: a problem analysis. Journal of Applied Meteorology, 16(2), p.129-135, 1977. Disponível em: https://doi.org/10.1175/1520-0450(1977)016%3C0129:EEOUEO%3E2.0.CO;2. Acesso em: 02 mai. 2022. DOI: https://doi.org/10.1175/1520-0450(1977)016<0129:EEOUEO>2.0.CO;2

MA, Y.; KUANG, Y.; HUANG, N. Numerical study of urban expansion and its influence on urban environment using Landsat TM/ETM+ images. Urban Remote Sensing Joint Event, IEEE, 2009.

MARTIN, P.; BAUDOUIN, Y.; GACHON, P. An alternative method to characterize the surface urban heat island. International Journal of Biometeorology, 59(7), p.849-861, 2015. Disponível em: https://doi.org/10.1007/s00484-014-0902-9. Acesso em: 19 mai. 2022. DOI: https://doi.org/10.1007/s00484-014-0902-9

MIRZAEI, P. Recent challenges in modeling of urban heat island. Sustainable Cities and Society, 19, p.200-206, 2015. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.scs.2015.04.001. Acesso em: 02 mai. 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scs.2015.04.001

OKE, T. Methods in urban climatology. Applied Climatology, 14, 19-29, 1984.

OKE, T. Boundary layer climates. London: Routledge, 1987.

OKE, T. Towards better scientific communication in urban climate. Theoretical and Applied Climatology, 84(1-3), p.179-190, 2006. Disponível em: https://doi.org/10.1007/s00704-005-0153-0. Acesso em: 3 mar. 2022. DOI: https://doi.org/10.1007/s00704-005-0153-0

OKE, T.; Mills, G.; Christen, A.; Voogt, J. Urban Climates. Cambridge: Cambridge University Press, 2017. Disponível em: https://doi.org/10.1017/9781139016476. Acesso em: 08 abr. 2022. DOI: https://doi.org/10.1017/9781139016476

QIAO, Z.; TIAN, G.; ZHANG, L.; XU, X. Influences of urban expansion on urban heat island in Beijing during 1989–2010. Advances in Meteorology, 11p, 2014. Disponível em: https://doi.org/10.1155/2014/187169. Acesso em:18 abr. 2022. DOI: https://doi.org/10.1155/2014/187169

RAO, P. Remote sensing of urban heat islands from an environmental satellite. Bulletin of the American Meteorological Society, 53, p.647-648, 1972. DOI: https://doi.org/10.1175/1520-0477-53.7.648

RIBEIRO, O. Opúsculos Geográficos. V Volume – Temas Urbanos. 2ª ed. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1994.

ROTH, M. Urban heat islands. In: FERNANDO, H. (ed.). Handbook of Environmental Fluid Dynamics - Volume Two. New York: CRC Press/Taylor & Francis Group, 2013, p.143-162. DOI: https://doi.org/10.1201/b13691-15

SOBRINO, J.; IRAKULIS, I. A methodology for comparing the surface urban heat island in selected urban agglomerations around the world from Sentinel-3 SLSTR Data. Remote Sensing, 12(2052), 29p., 2020. Disponível em: https://doi.org/10.3390/rs12122052. Acesso em: 08 abr. 2022. DOI: https://doi.org/10.3390/rs12122052

SOUCH, C.; GRIMMOND, S. Applied climatology: urban climate. Progress in Physical Geography, 30(2), p.270-279, 2006. Disponível em: https://doi.org/10.1191/0309133306pp484pr. Acesso em: 23 abr. 2022. DOI: https://doi.org/10.1191/0309133306pp484pr

VOOGT, J.; OKE, T. Thermal remote sensing of urban climates. Remote Sensing of Environment, 86(3), p.370-384, 2003. Disponível em: https://doi.org/10.1016/S0034-4257(03)00079-8. Acesso em:18 abr. 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/S0034-4257(03)00079-8

WENG, Q. A remote sensing GIS evaluation of urban expansion and its impact on surface temperature in the Zhujiang Delta, China. International Journal of Remote Sensing, 22(10), p.1999-2014, 2001. Disponível em: https://doi.org/10.1080/713860788. Acesso em:16 mar. 2022. DOI: https://doi.org/10.1080/01431160118847

WENG, Q. Remote Sensing of Urban Biophysical Environments. In WENG, Q. (ed.), Advances in Environmental Remote Sensing: Sensors, Algorithms, and Applications. New York: CRC Press, 2011, p.503-516. DOI: https://doi.org/10.1201/b10599-29

WILSON, J.; CLAY, M.; MARTIN, E.; STUCKEY, D.; VEDDER-RISCH, K. Evaluating environmental influences of zoning in urban ecosystems with remote sensing. Remote Sensing of Environment, 86(3), p.303-321, 2003. Disponível em: https://doi.org/10.1016/S0034-4257(03)00084-1. Acesso em:18 abr. 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/S0034-4257(03)00084-1

XIONG, Y.; HUANG, S.; CHEN, F.; YE, H.; WANG, C.; ZHU, C. The impacts of rapid urbanization on the thermal environment: A remote sensing study of Guangzhou, South China. Remote Sensing, 4(7), p.2033-2056, 2012. Disponível em: https://doi.org/10.3390/rs4072033. Acesso em:16 mar. 2022. DOI: https://doi.org/10.3390/rs4072033

ZHOU, D.; XIAO, J.; BONAFONI, S.; BERGER, C.; DEILAMI, K.; ZHOU, Y.; (...); SOBRINO, J. Satellite remote sensing of surface urban heat islands: progress, challenges, and perspectives. Remote Sensing, 11(1), 48, 36p., 2019. https://doi.org/10.3390/rs11010048. Acesso em: 23 abr. 2022. DOI: https://doi.org/10.3390/rs11010048

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10/01/2023

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de Almeida Pinheiro, C., & Laranjeira, M. M. (2023). Surface urban heat island(s) in diffuse urbanization areas: the case study of Braga and Guimarães municipalities (Portugal) . Brazilian Journal of Climatology, 32(19), 61–82. https://doi.org/10.55761/abclima.v32i19.16123

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Vol. 32 (2023)

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