Balanço de Energia no perímetro urbano de Campos dos Goytacazes, RJ:  Um estudo de caso

José Carlos Mendonça; Renata Silva Barreto Sales; Dhiego da Silva Sales

doi:10.26848/rbgf.v15.6.p3093-3105

Authors

José Carlos Mendonça Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro - UENF https://orcid.org/0000-0001-9894-9369
Renata Silva Barreto Sales Instituto Federal Fluminense - IFF
Dhiego da Silva Sales Instituto Federal Fluminense - IFF

DOI:

https://doi.org/10.26848/rbgf.v15.6.p3093-3105

Keywords:

sensoriamento remoto, landsat 8, ilhas de calor, SEBAL, temperatura

Abstract

De acordo com a ONU é crescente a tendência de urbanização sendo projetado um crescimento mundial em termos absolutos atingindo 665 em 2050. Utilizando imagens digitais orbitais e técnicas de sensoriamento remoto, este trabalho teve por objetivo avaliar o comportamento do balanço de energia da cidade de Campos dos Goytacazes, RJ contextualizando o estresse hídrico e correlacionando-o com a temperatura da superfície. Observou-se que o solo urbanizado em comparação com a área não construída apresentou os maiores fluxos de calor sensível e de calor no solo. Nas áreas urbanas foram encontrados os menores valores de saldo de radiação e fluxo de calor latente, gerando temperaturas mais elevadas no solo urbano e as áreas vegetadas apresentaram um maior fluxo de calor latente e menor fluxo de calor do solo. Observou-se ainda uma correlação de 96% entre o estresse hídrico e a temperatura, influenciando fortemente os fluxos da energia.

Palavras-chaves: sensoriamento remoto, landsat 8, ilhas de calor, SEBAL

Energy balance in the urban perimeter of Campos dos Goytacazes, RJ:

A case study

ABSTRACTAccording to the UN, the urbanization trend is growing, with a global growth projected in absolute terms reaching 665 in 2050. Using orbital digital images and remote sensing techniques, this work aimed to evaluate the behavior of the energy balance of the city of Campos dos Goytacazes, RJ contextualizing water stress and correlating it with surface temperature. It was observed that the urbanized land compared to the non-built-up area presented the highest fluxes of sensible heat and heat in the soil. In urban areas, the lowest values of radiation balance and latent heat flux were found, generating higher temperatures in the urban soil, and vegetated areas presented a greater latent heat flux and lower soil heat flux. There was also a correlation of 96% between water stress and temperature, strongly influencing energy flows, or for changes in the energy balance of the environment, further analyzes are proposed in different water conditions to compare with the results obtained with this work.Keywords: remote sensing, landsat 8, heat islands, SEBAL, temperature

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Author Biographies

José Carlos Mendonça, Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro - UENF

Possui graduação em Engenharia Agronômica (1998) pela Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF) e mestrado em Produção Vegetal (2000) pelo Laboratório de Engenharia Agrícola (LEAG) onde realizou pesquisa relacionada a comparação de métodos de estimativa de evapotranspiração de referência (ETo). Formou-se Doutor em Produção Vegetal (bolsista CAPES) no LEAG/UENF em março de 2007, onde desenvolveu pesquisa relacionada a estimação das componentes do balanço de energia utilizando o algoritmo "Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL)? e técnicas de sensoriamento remoto. Tem experiência na área da produção agropecuária e meio ambiente, com ênfase em agrometeorologia e sensoriamento remoto da superfície, atuando principalmente nos seguintes temas: relação solo-planta-atmosfera, evapotranspiração, balanço hídrico, conservação de água e solo, manejo de bacias hidrográficas e recursos hídricos. Atuou por três anos como professor visitante (Bolsista Recén-Doutor) no Laboratório de Meteorologia - LAMET / UENF e como coordenador do curso de graduação em agronomia da Uenf entre o período de 25/07/2013 a 25/07/2017. É professor das disciplinas de Agrometeorologia e Construções Rurais e ministra aulas nas disciplinas de Hidráulica e Irrigação e Drenagem (graduação). No programa de pós-graduação coordena a disciplina Balanço de Energia por Sensoriamento Remoto e é professor das disciplinas Manejo de Irrigação e Evapotranspiração.

Renata Silva Barreto Sales, Instituto Federal Fluminense - IFF

Possui graduação em Ciências da Natureza com habilitação em Física pelo Instituto Federal Fluminense (2013), pós-graduação lato sensu em Psicopedagogia Institucional pela Faculdade Vale do Cricaré (2014), pós-graduação lato sensu em Ensino de Física pela Universidade Cândido Mendes (2018) e está cursando o mestrado em Engenharia Ambiental pelo Instituto Federal Fluminense. Possui experiência na área de Educação, com ênfase em Ensino de Ciências para nível fundamental e Ensino de Física para nível médio.

Dhiego da Silva Sales, Instituto Federal Fluminense - IFF

Possui graduação em Licenciatura em Geografia pelo Instituto Federal Fluminense (2010) e Bacharelado em Geografia pela Estacio de Sá (2021), pós-graduação lato sensu em Geografia e Meio Ambiente pela FACCREI (2015), pós-graduação lato sensu em Engenharia do Petróleo e Gás pela UCP (2016) e mestrado em Engenharia Ambiental pelo Instituto Federal Fluminense (2020). Na indústria, tem experiência em geotecnologias aplicadas à indústria do petróleo, atuando principalmente nos seguintes temas: operações de construção subsea e geoprocessamento. Na área de educação, tem experiência em ensino de geografia para o ensino médio e completação e perfuração de poços de petróleo para o curso técnico de petróleo e gás do IFF. Desenvolve pesquisa na área de modelagem computacional de sistemas ambientais, atuando principalmente nos seguintes temas: geoprocessamento e sensoriamento remoto, simulação hidrológica, simulação chuva-vazão e simulação para estudo de Ilha de Calor Urbana.

References

Amorim, A.C., Luchi, B.F., Costa, G.F., Assis, G.Z.A., Thomaz, J.N.L. 2020, Canni, M.S. Fenômeno das Ilhas de Calor na Cidade de Colatina-ES e Santa Teresa-ES. ISSN 2359-4799 6 / 52-64. Disponível: DOI: https://doi.org/10.36524/ric.v6i2.801

Barsi, J. A., Barker, J. L., Schott, J. R 2003. An Atmospheric Correction Parameter Calculator for a Single Thermal Band Earth-Sensing Instrument In: IGARSS 2003. IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. Proceedings (IEEE Cat. No. 03CH37477). IEEE,. p. 3014-3016. Disponível:https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=1293657

Barsi, J. A.; Schott, J. R.; Palluconi, F. D.; Hook, S. J.. 2005 Validation of a Web-Based Atmospheric Correction Tool for Single Thermal Band Instruments. In: Earth Observing Systems X. International Society for Optics and Photonics,. p. 58820 doi: 10.1117/12.619990 Disponível:https://atmcorr.gsfc.nasa.gov/Barsi_AtmCorr_SPIE05.pdf

Bastiaanssen, W. G. M.; Pelgrum, H.; Wang, J.; Ma, Y.; Moreno, J.F.; Roerink, G.J., 1998a. A Remote Sensing Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) 2.Validation. In: Journal of Hydrology. 212–213, 213–229. Disponível: https://doi.org/10.1016/S0022-694(98)00254-6

Bastiaanssen, W. G. M., Menenti, M., Feddes, R.A., Holtslag, A.A.M., 1998b. A Remote Sensing Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) 1. Formulation. In: Journal of Hydrology. 212–213, 198–212. Disponível: https://doi.org/10.1016/S0022-1694(98)00253-4

Bastiaanssen, W. G. M. 2000. SEBAL - Based Sensible and Latent Heat Fluxes in the Irrigated Gediz Basin, Turkey. In: Journal of Hydrology, 229, 87-100, Disponível: https://doi.org/10.1016/S0022-1694(99)00202-4

Cavalcante, L. B., Gomes, H. B., Cavalcante, A.S.I. , Costa, B.C.A.C., Costa, M.C.A , Silva, C.M., Costa, R.L. Rocha Júnior, R.L., 3 , Santos, F.S., Silva, F.D.S., Silva Júnior, T.L. 2020, Análise de Ilhas de Calor e Frescor Utilizando-Se de Processamento Digital de Imagens - Estudo de Caso Município de São Paulo/SP Revista Brasileira de Meteorologia, 35, 835- 846, Disponível: https://doi.org/10.1590/0102-7786355000010

Costa, L. C. S. 2022, Maneschy,R. Q., Canto, L.O. O Processo de Expansão Urbana e Seu Impacto na Cobertura Vegetal de Macapá. Revista Brasileira de Geografia Física 15, 694-709. Disponível: DOI: https://doi.org/10.26848/rbgf.v15.2.p694-709

Brasileiro, F.M.G., Zanella, M.E., Ocorrência de Ilhas de Calor no Espaço Urbano: Reflexões no Contexto da Cidade de Sobral, Ceará. GEOPAUTA, 5, núm. 4, e9499, 202. Disponível: DOI: https://doi.org/10.22481/rg.v5i4.e2021.e9499

Daramola, M. T., 2019. Balogun I. A. Local Climate Zone Classification of Surface Energy Flux Distribution Within an Urban Area of a Hot-Humid Tropical City. In: Urban Climate, 29, 100504, Disponível: https://doi.org/10.1016/j.uclim.2019.100504

Dubreuil, V., Foissard, X., Nabucet, J., Thomas, A., Quénol, H., 2020, Fréquence et Intensité des Ilots de Chaleur à Rennes: Bilan de 16 Années d’Observations (2004-2019). Climatologie, 17, 2020. Disponível: https://doi.org/10.1051/climat/202017006

Fellah, S., Hamimed, A. , Miloudi, K., Khaldi, A. , Benslimane, M., Teixeira, A. H. C. 2021.. Application of SEBAL and Ts/VI Trapezoid Models for Estimating Actual Evapotranspiration in the Algerian Semi-Arid Environment to Improve. Revista Brasileira de Meteorologia, 36, 219-236, Disponível: DOI: http://dx.doi.org/10.1590/0102-77863610020

Filho, A. S., Biudes, M. S., Machado, N.G, Querino, C. A. S., Almeida Junior, E.S. 2019-, Estimativa do Balanço de Energia pelo Método da Razão de Bowen a Partir de Medidas de Protótipo de Estação Micrometeorológica. Revista Brasileira de Climatologia, Ano 15 - 24 .134-150, ISSN: 2237-8642 Disponível:http://dx.doi.org/10.5380/abclima.v24i0.59271

Foissard, X.; Dubreuil, V.; Quenol, H. 2019. Defining Scales of the Land Use Effect to Map the Urban Heat Island in a Mid-Size European City: Rennes (France). Urban Climate., 29, 1-13,. Disponível: https://doi.org/10.1016/j.uclim.2019.100490

Zhiquiang, G. Wei, C. Ni-Bin 2011. Integrating Temperature Vegetation Dryness Index (TVDI) and Regional Water Stress Index (RWSI) for Drought Assessment With the Aid of LANDSAT TM/ETM+ Images. In: International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 13, 495-503, Disponível: https://doi.org/10.1016/j.jag.2010.10.005

Jackson R. D., Idso S. B., Reginato R. J. , Pinter Jr P. J, 1981. Canopy Temperature as a Crop Water Stress Indicator. In: Water Resources Research, 17, 1133-1138, Disponível: https://doi.org/10.1029/WR017i004p01133

Medeiros, J.I., Campos, C.G.C. 2020, Jesus, R.M. Aplicação de Sensoriamento Remoto para a Identificação das Ilhas de Calor Urbana de Superfície e do Índice de Desconforto de Kawamura nas Capitais dos Estados do Sul do Brasil. Revista Brasileira de Geografia Física 13, 3518-3553. Disponível:

DOI:https://doi.org/10.26848/rbgf.v13.07.p3518-3553

Mendonca, J. C.; André, R. G. B.; Sousa, E. F.; Silva, B. B. 2009. Aplicação do Algoritmo SEBAL e Imagens MODIS Para Estimativa do Fluxo de Calor do Solo (G) na Região Norte Fluminense, RJ, Brasil. In: SBSR, SIMPÓSIO BASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 14, 2009, Natal/RN. In: Anais XIV Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto. Natal: INPE, P.293-300. Disponível: http://marte.sid.inpe.br/col/dpi.inpe.br/sbsr@80/2008/11.17.21.24.45/doc/293-300.pdf

NAÇÕES UNIDAS – ONU News: Perspectivas Globais Reportagens Humanas. Disponível: https://news.un.org/pt/story/2019/02/1660701. Acesso em 05 jun. 2021.

Oke, T.R. City Size and the Urban Heat Island. In: Atmospheric Environment. Oxford, 7, 769-779, 1973. Disponível: https://doi.org/10.1016/0004-6981(73)90140-6

Parker, J. The Leeds Urban Heat Island and its Implications for Energy Use and Thermal Comfort. In: Energy and Buildings, 2020, 110636, ISSN 0378-7788, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.110636.

Pereira, P. B., Nunes, H. K. de B., Araújo, F. de A. da S., 2021. Análise Multitemporal de Uso, Ocupação e Cobertura da Terra na Zona Leste da Cidade de Caxias/Maranhão/Brasil. Revista Brasileira de Geografia Física 14 (3) 1415- 1428. Disponível: https://periodicos.ufpe.br/revistas/rbgfe/article/ view/244598/38834

Porangaba, G. F. O., Amorim, M.C.C.T. 2019, Geotecnologias Aplicadas à Análise de Ilhas de Calor de Superfície em Cidades do Interior do Estado de São Paulo, Revista Brasileira de Geografia Física 12, 2041-2050. Disponível:https://doi.org/10.26848/rbgf.v12.6.p2041-2050

Pyrgou, A., Hadjinicolaou, P., Santamouris, M. 2020, Urban-Rural Moisture Contrast: Regulator of the Urban Heat Island and Heatwaves’ Synergy Over a Mediterranean City. In: Environmental Research, 182, 109102, Disponível: https://doi.org/10.1016/j.envres.2019.109102

Romero, C.W.S., Silva, H.R., Marques, A.P., Macedo, F. L., Farias, G. A., Alves, M.C. 2020. Relação entre as Ilhas de Calor e Uso e Ocupação do Solo em Centros Urbanos de Pequeno Porte Utilizando Sensoriamento Remoto. São Paulo, UNESP, Geociências, 39, 253 - 268,. Disponível: https://ppegeo.igc.usp.br/index.php/GEOSP/article/view/13650

Sales, R. S. B., 2020. Caracterização e Modelagem Microclimática da Ilha de Calor Urbana Utilizando Parâmetros Biofísicos em Campos dos Goytacazes – RJ. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Instituto Federal Fluminense. Macaé, 54. Disponível: https://portal1.iff.edu.br/pesquisa-e-inovacao/pos-graduacao-stricto-sensu/mestrado-em-engenharia-ambiental/dissertacoes-de-mestrado/2020/

Souto, J.I.O., Cohen, J.C. P. 2021, Variabilidade Espaço-Temporal das Ilhas de Calor Urbano: Influência da Urbanização no Padrão Sazonal da Temperatura da Superfície Terrestre na Região Metropolitana de Belém, Brasil. ISSN 2175-3369. Revista Brasileira de Gestão Urbana, 13-.Disponível:https://doi.org/10.1590/2175-3369.013.e20200260

Stewart, I.D., Oke, T.R., 2009. Classifying Urban Climate Field Sites by “Local Climate Zones”: The case of Nagano, Japan. In: Preprints, Seventh International Conference on Urban Climate, June 29–July 3, Yokohama. Disponível: http://www.ide.titech.ac.jp/~icuc7/extended_abstracts/pdf/385055-1-090515165722-002.pdf

Theophilou, M. K.; Serghides, D., 2015. Estimating the Characteristics of the Urban Heat Island Effect in Nicosia, Cyprus, Using Multiyear Urban and Rural Climatic Data and Analysis. In: Energy and Buildings, 108, 137-144,. Disponível:https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.08.034

Veloso, G. A., Silva, L. A. P., Ferreira, M. E. 2020. Análise do Balanço de Radiação e Energia em Áreas de Veredas no Norte de Minas Gerais, Bioma Cerrado. Revista Cerrados, Montes Claros/MG, 18, -247, jan./jun.- Disponível: DOI:https://doi.org/10.22238/rc2448269222201801220247