Ilha de calor

Ilha de calor (ou ICU, ilha de calor urbana) é a designação dada à distribuição espacial e temporal do campo de temperatura sobre a cidade que apresenta um máximo, definindo uma distribuiçao de isotermas que faz lembrar as curvas de nível da topografia de uma ilha, dai a origem do nome ilha de calor.

Há um contraste térmico entre a area mais urbanizada e menos urbanizada ou periférica, que inclusive pode ser area agrícola. Alterações da umidade do ar, da precipitação e do vento também estão associadas à presença de ilha de calor urbana. Em geral, nas cidades de latitudes médias e altas (onde o clima é mais frio) forma-se durante a noite, em associação com o estabelecimento de uma circulação tridimensional na camada limite urbana (CLU) cujo ramo inferior ocorre na forma de um fraco escoamento centrípeto chamado brisa urbana, com intensidade da ordem de 1 a 3 km/h.

A origem das ilhas de calor decorre da simples presença de edificações e das alterações da paisagem feitas pelo homem nas cidades. A superfície urbana apresenta particularidades em relação à menor capacidade térmica e densidade dos materiais utilizados nas construções urbanas: asfalto, concreto, telhas, solo exposto, presença de vegetação nos parques, ruas, avenidas, bulevares e também, alterações do albedo (reflexão das ondas curtas solares) devido às sombras projetadas das construções e à impermeabilização da superfície do solo que implica aumento da velocidade do escoamento superficial da água de chuva e maior risco de cheias das baixadas, varzeas etc.

O efeito de ilha de calor nos países de latitudes médias (frios ou temperados) é mais marcado no período noturno, e a sua intensidade é função não linear da população urbana.

Ilhas de calor nas cidades tropicais

Nas cidades de latitudes subtropicais e tropicais devido a alta intensidade da radiação solar incidente as ilhas de calor urbanas ocorrem durante o dia, agravando a sensação e o desconforto devido a elevação da temperatura e à redução da umidade relativa do ar. Nas cidades de clima frio (nas latitudes médias e altas), a ICU tem ocorrência noturna, o que é mais favorável para o conforto térmico da população durante as noites, reduzindo a necessidade de sistemas de aquecedores para aquecimento noturno.

Com base em analise de imagem termal de satélite ambiental, a cidade de São Paulo apresenta temperatura da superfície (skin temperature ou temperatura radiativa da superfície) no centro da conurbação urbana de até 10 graus Celsius maiores que as temperaturas registradas em lugares arborizados. isso aliado a medições feitas, principalmente pela prefeitura, através do CGE(Centro de Gerenciamento de Emergências), mostra que a cidade de São Paulo é uma intensa ilha de calor.

Brisa urbana e precipitação

A brisa urbana carrega o ar mais fresco e úmido da região periférica para o centro urbano, tentando restabelecer as condições mais amenas da temperatura e umidade relativa do ar, e ao mesmo tempo concentra a umidade no topo do domo térmico da CLU, levando a formação de nuvens, e a possibilidade de precipitação convectiva sobre os centros urbanos mais aquecidos (principalmente nas cidades tropicais).

Ilhas de calor e arquitetura urbana

Nova Iorque, EUA.

São Paulo, Brasil.

O protótipo geométrico definido pelas construções e ruas da cidade do século XIX e XX é o chamado Cânion Urbano, correspondente à cavidade de ar acima das ruas, limitado lateralmente pelas paredes das edificações. A parte superior da cavidade do cânion urbano é aberta para o céu permitindo apenas a entrada e saída limitada da radiação solar durante o dia e a saída limitada da radiação infravermelha (ao longo de todo o dia).

Os materiais que constituem as superfícies urbanas (ruas, prédios, telhados, parques, etc.) apresentam características de reflexão e emissão de radiação térmica diferenciadas em relação às mesmas das áreas rurais e paisagens naturais (florestas, bosques ou um lago por exemplo).

Ficheiro:Ciudaddemexicoeas.jpg

Cidade do México, México.

Efeitos das ilhas de calor

As ilhas de calor urbanas são fenômenos microclimáticos favoráveis ao aumento da temperatura no inverno nas cidades de latitudes médias, mas provocam muito desconforto nas cidades de clima tropical e quente.

A ilha de calor é um fenômeno também caracterizado pelo aumento da precipitação convectiva (tempestades associadas a nuvens tipo Cumulonimbus ou Cb) sobre a área urbana ou a sotavento desta (isto é, para onde o vento arrasta o convectivo).

As ilhas de calor agravam as ondas de calor (canículas) com consequências sobre o aumento da mortalidade de idosos e doentes que apresentem redução em sua capacidade de termorregulação corpórea e de percepção da necessidade corpórea de hidratação (idosos e pacientes com doenças mentais ou de mobilidade). Uma canícula muito intensa se abateu na Europa em 2003. A população da França foi muito atingida e mais de 1500 pessoas morreram nos dias de forte calor, principalmente nas metrópoles, entre os dias 3 e 14 de outubro de 2003 (Ref.: Abenhaim, 2003).

Causa das ilhas de calor

Existem várias causas que explicam a formação de ilha de calor nas cidades, as quais veremos a seguir:

• efeitos da poluição do ar: o efeito de interação entre a radiação e a poluição atmosférica constituída de partículas e de diferentes gases, como os gases do efeito estufa (CO, CO₂, NO_x, O₃, hidrocarbonetos, entre outros) provoca alterações locais no balanço de energia e radiação que podem ser associadas à formação das ilhas de calor urbanas. Uma série de reações químicas e fotoquímicas podem ocorrer em ambiente urbano poluído. Notavelmente, as reações fotoquímicas associadas à química dos sulfatos e nitratos envolvendo a radiação ultravioleta solar está associada à formação do ozônio, um gás altamente reativo e tóxico. O aumento da irradiância de onda longa da atmosfera em direção às superfícies urbanas associada ao aumento da concentração dos gases do efeito estufa sobre as cidades (C0₂, metano) modifica o balanço de energia (radiação e fluxos de calor) da superfície e da atmosfera.

• fontes antrópicas de calor: Emissões antrópicas de calor e umidade associadas à queima de combustíveis fósseis, ar condicionado, entre outras podem contribuir em muito para o maior aquecimento urbano, principalmente nas cidades de latitude média, como por exemplo, Tóquio e Nova Iorque durante os dias frios no inverno.

• mudanças no balanço de radiação: O aprisonamento da radiação solar e infravermelha associada ao balanço local do fluxo radiativo sobre as superfícies dos chamados cânions urbanos. O efeito da geometria do cânion urbano é alterar o albedo urbano como um todo de forma a aumentar a absorção de radiação solar vísivel, com consequente aumento da temperatura. Como consequência tem-se um decréscimo da perda de radiação infravermelha pelos cânions urbanos (cavidades) associada à altura dos prédios e à redução da largura das vias (ruas).

• Efeito da redução das áreas verdes: Decréscimo da evapotranspiração pela impermeabilização das superfícies urbanas e redução de áreas verdes nas cidades. A reduzida fração de área vegetada em áreas fortemente urbanizadas diminui a extensão das superfícies de evaporação (lagos, rios) e de evapotranspiração (parques, bosques, jardins, bulevares). Assim, as atividades humanas alteram os microclimas urbanos e as condições de conforto ambiental das cidades. A impermeabilização dos solos devido à pavimentação e desvio da água por bueiro e galerias, o que reduz o processo de evaporação e evapotranspiração urbana, modificando o balanço hídrico da superfície urbana podendo aumentar a vulnerabilidade da população a enchentes e deslizamentos de terra.

•Uso de materiais muito absorvedores da radiação solar (de baixa refletividade): Maior acumulação de calor durante o dia devido as propriedades de absorção pelos materiais utilizados na construção da cidade (ou urbanização) e sua emissão durante o período noturno. Há balanços de energia e água particulares sobre as áreas urbanizadas, que diferem dos respectivos balanços sobre paisagens naturais ou pouco modificadas. Redução do albedo por devido à geometria dos cânions urbanos e aos sombreamento dos edifícios e elementos da cidade.

•Redução do fator de visada do céu pelos cânions urbanos: Decréscimo da perda de radiação infravermelha pelos cânions urbanos (cavidades) associada à redução do céu visível a partir das paredes dos prédios e das vias. O cânion urbano provoca o aprisionamento de parte da radiação solar que entra pelo topo do cânion através de reflexões múltiplas da luz nas paredes. Essas reflexões múltiplas também ocorrem com a radiação de onda longa (infravermelha sendo emitida pelas paredes internas do cânion, reduzindo a perda de calor por radiação para o espaço (atmosfera).

Devido a esses fatores, o ar atmosférico na cidade é mais quente que nas áreas que circundam esta cidade. O que define um domo térmico associado à Camada Limite Urbana.

Notas e referências

• OKE, Timothy R., 1987: Boundary layer climates. London: Methuen, C1978, 372 pp, 24 cm. (Livro-texto, manual).
• HENDERSON-SELLERS, Ann, and P. ROBINSON, 1999 (segunda edição): Contemporary Climatology (2nd Edition). Paperback: 344 pages. Publisher: Prentice Hall; 2 edition (May 6, 1999). Language: English. ISBN 0582276314. ISBN 978-0582276314.(Livro-texto, manual).
• BRIDGMAN H. A. and J. E. OLIVER, 2006: The global climate system - Patterns, processes, and teleconnections. Cambridge, ISBN 978-0-521-82642-6, including in Chapter 7: Urban impacts on climate an essay of Prof. Dr. Sue GRIMMOND about variability of urban climates. 331 pp.
• ABENHAIM, L., 2003: Canicules - La santé publique en question. Fayard. 267 pp. Em francês.

Ligações externas

• «Clima Urbano» 

daniel