impactos microclimÁticos do desenho urbano: estudos realizados em curitiba
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O artigo busca compreender as relações entre atributos da geometria urbana ealterações no microclima. São apresentados dois estudos distintos conduzidosna mesma área central de Curitiba, PR, a partir de medições de camporealizadas em 2009 e de simulações de clima urbano no software ENVI-met.TRANSCRIPT
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IMPACTOS MICROCLIMTICOS DO DESENHO URBANO: ESTUDOS REALIZADOS EM CURITIBA
MICROCLIMATE IMPACTS OF URBAN DESIGN: STUDIES IN CURITIBA
Flvia Cristina Osaku Minella1
Francisco Bemquerer Costa Rasia2
Eduardo Leite Krger3
RESUMO
O artigo busca compreender as relaes entre atributos da geometria urbana e alteraes no microclima. So apresentados dois estudos distintos conduzidos na mesma rea central de Curitiba, PR, a partir de medies de campo realizadas em 2009 e de simulaes de clima urbano no software ENVI-met. Os estudos, embora utilizem a mesma campanha de coleta de dados,
1 Graduada em arquitetura pela Pontifcia Universidade Catlica do Paran PUC-PR, mestre em
Tecnologia pelo Programa de Ps-Graduao em Tecnologia da UTFPR, doutoranda do Programa de Ps-Graduao em Tecnologia da UTFPR. E-mail: [email protected] 2 Graduado em arquitetura pela Universidade Federal do Paran UFPR, mestrando do Programa de
Ps-Graduao em Tecnologia da UTFPR. E-mail: [email protected] 3 Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Catlica de Petrpolis, mestrado em Planejamento
Energtico pela COPPE/UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro, doutorado em Arquitetura pela Universitt Hannover, Alemanha e ps-doutorado na Ben-Gurion University of the Negev, Israel. Professor Adjunto de Nvel Superior da Universidade Tecnolgica Federal do Paran UTFPR no Departamento Acadmico de Construo Civil (UTFPR), professor pesquisador e coordenador da Linha de Pesquisa Tecnologia e Desenvolvimento do Programa de Ps-Graduao em Tecnologia (UTFPR) e professor pesquisador do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil (UTFPR). E-mail: [email protected]
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possuem objetivos e metodologias diferentes. O primeiro estudo foca no impacto da geometria urbana, na temperatura ambiente e nos nveis de conforto em ruas de pedestre no perodo diurno, sendo o fator de viso do cu utilizado como indicador da complexa geometria urbana. O segundo estudo trata do impacto da orientao das vias em relao ao vento dominante, quanto s taxas de ventilao resultantes (velocidade do ar e distribuio espacial), visando disperso de poluentes gerados pelo trfego, no contexto urbano. Os resultados auferidos evidenciam a influncia da forma urbana para a determinao do conforto trmico em ruas de pedestres, restringindo-se a um perodo diurno especfico, e para a criao de cenrios de poluio.
Palavras-chaves: conforto trmico, fator de viso do cu, qualidade do ar, ENVI-met.
ABSTRACT
This paper seeks to understand the relations between attributes of the urban morphology and changes in the microclimate. Two independent studies, carried out in downtown Curitiba, Paran, are presented, from field measurements in 2009 and urban climate simulations using the ENVI-met software suite. Both studies, whereas dealing with the same physical area, have distinct objectives and workflows. The first study focuses on the impact of street geometry on the ambient temperature and pedestrian comfort levels in daytime, using the sky-view factor as an indicator of the complexity of the urban geometry. The second study evaluates the impact of street orientation in relation to prevailing winds and the resulting effects of ventilation (air speed and spatial distribution) on the dispersion of traffic-generated air pollutants. The results show the influence of urban geometry on human thermal comfort in pedestrian streets and on the outcome of pollutant dispersion scenarios.
Keywords: thermal comfort, sky-view factor, air quality, ENVI-met
INTRODUO
Grande parte do crescimento urbano ocorre em latitudes subtropicais. A
urbanizao em tais reas levou ao adensamento e expanso horizontal das
cidades. Essas duas estratgias, em geral no planejadas devidamente,
podem trazer conseqncias ambientais significativas. Entretanto, um bom
planejamento de cidades, que leve em conta efeitos climticos de modificaes
na estrutura e configurao urbanas, pode mitigar impactos das mudanas
climticas que ocorrem em um nvel mais macro, contribuindo para menor
desconforto trmico localizado.
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A anlise de fenmenos relacionados ao clima urbano, conseqncia de
um processo generalizado de urbanizao em diversas partes do mundo, pode
e deve servir de subsdio para o planejamento urbano. De estudos elaborados
nessa rea, a relao entre fatores controlveis pelo homem, como, por
exemplo, taxa de permeabilidade do solo e distanciamento timo de prdios
entre si, juntamente com restries sua altura, pode ser melhor definida, com
nveis mais elevados de conforto e decorrente reduo de consumo energtico
para climatizao ou iluminao artificial de edificaes. A expectativa que,
com o agravamento das condies climticas (alagamentos, ondas de calor
etc), estudos relacionados ao clima urbano e, mais especificamente, que visem
mitigao dos efeitos das mudanas climticas por meio de medidas
adequadas de planejamento urbano, ganhem maior peso, tornando-se uma
necessidade.
Na cidade de So Paulo, por exemplo, observa-se com freqncia cada
vez maior alagamentos e transbordamentos de rios, como o Tiet, que, mesmo
tendo sido alargados, tm sua capacidade excedida. Pode-se relacionar este
fato supresso de reas vegetadas em favor de pavimentao e
construes, impermeabilizando grandes reas da cidade e gerando grandes
eflvios. O projeto Nova Marginal do Tiet tem gerado polmica, com a
previso de novas pistas, sem haver um projeto urbanstico, em contrapartida,
que minimize o impacto de novas reas pavimentadas.
O planejamento das cidades futuras poderia mitigar os efeitos globais
relacionados s mudanas climticas e at mesmo aliviar os impactos de
grandes concentraes urbanas (gerao de calor, poluentes, alteraes nos
padres de vento e de precipitaes, etc), em um feedback negativo. Um
exemplo da utilizao de estratgias de planejamento urbano com implicaes
microclimticas na recuperao de reas urbanas degradadas foi um projeto
recente de recuperao de um trecho de rio na zona urbana, em Seul, na
Coria do Sul. Recursos computacionais da rea de climatologia urbana foram
tambm utilizados (a ferramenta de simulao de clima urbano, ENVI-Met)
para se verificar os impactos de alteraes urbanas no microclima (HAN; MUN;
HUH, 2007).
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Em vista disso, o presente artigo tem por objetivo discutir relaes entre
atributos da geometria urbana e alteraes no microclima. Dois estudos
distintos so apresentados, ambos conduzidos na rea urbana de Curitiba, PR,
a partir de medies de campo realizadas em 2009 e de simulaes de clima
urbano no software ENVI-met.
Dois enfoques sero tratados:
- O impacto da geometria urbana, aqui representada pelo fator de viso
do cu (FVC), na temperatura ambiente e nos nveis de conforto em ruas de
pedestre no perodo diurno estudo 1;
- O impacto da orientao das vias em relao ao vento dominante,
quanto s taxas de ventilao resultantes (velocidade do ar e distribuio
espacial), visando disperso de poluentes gerados pelo trfego, no contexto
urbano estudo 2.
REA DE ESTUDO
Curitiba encontra-se na regio sul do Brasil, latitude 25 31 S, longitude
49 11 W e altitude de 917m acima do nvel do mar. Abrange uma rea de 435
km e possui uma populao de aproximadamente 1.800.000 habitantes
(IBGE, 2009). A cidade situa-se abaixo do Trpico de Capricrnio, no primeiro
planalto paranaense. De acordo com a classificao de Kppen-Geiger, o
clima de Curitiba predominantemente mesotrmico com veres frescos (Cfb),
com invernos tipicamente secos (IPPUC, 2009). As precipitaes so da ordem
de 1600 mm anuais. Segundo o Zoneamento Bioclimtico Brasileiro (ABNT,
2004), Curitiba est na Zona Bioclimtica I, a mais fria das oito zonas,
correspondente a 0,8% do territrio nacional. Medies meteorolgicas oficiais
so realizadas pelo INMET em uma estao no Centro Politcnico da UFPR,
na regio leste da cidade. A temperatura mxima mdia 26C e a mnima
mdia 7.4C. Os ventos dominantes sopram de leste, nordeste e sudeste,
com mdias entre 2 e 3 m/s (LAMBERTS; GOULART; FIRMINO, 1998).
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O foco deste estudo o calado da Rua XV de Novembro, na regio
central da cidade. Como primeira rua de pedestres criada no Brasil nos anos
de 1970, sua importncia histrica amplamente reconhecida. O calado
composto por cinco quadras da Rua XV de Novembro, iniciando-se a partir da
Rua Presidente Faria at a Travessa Oliveira Bello, e pelas duas quadras que
compem a Avenida Luis Xavier. Todo o calado, somadas as duas praas
situadas nas extremidades (Praa Santos Andrade e Praa General Osrio),
considerado patrimnio histrico. As construes ao longo da Rua XV de
Novembro representam vrias dcadas: sobrados construdos em final do
sculo XIX e comeo do sculo XX, prdios art-dco de cinco e seis
pavimentos das dcadas de 1940 e 1950, arranha-cus modernistas dos anos
1960-1970.
Atualmente, a Rua das Flores, como popularmente chamada, faz parte
da identidade cultural da cidade, sendo caracterizada por um fluxo intenso e
constante de transeuntes. Segundo a Associao Comercial do Paran (2007),
140.000 pessoas circulam por dia pelo calado. Desde seu surgimento, a via
uma das principais artrias comerciais da cidade. O calado est
implantado em um eixo de rua com tendncia para o sentido E-W, com um
azimute prximo a 70. Alm da Rua XV de Novembro, foram consideradas
ruas de pedestres no entorno do calado, sendo estas: Rua Saldanha
Marinho, Praa Generoso Marques, Travessa Oliveira Bello e a Rua Senador
Alencar Guimares.
IMPACTOS DO FATOR DE VISO DO CU (FVC) NA TEMPERATURA
AMBIENTE E NOS NVEIS DE CONFORTO EM RUAS DE PEDESTRES
ESTUDO 1
Os modelos de cnion urbano consideram edificaes com alturas
uniformes. No entanto, em geral, esta simplificao no condiz com a forma
urbana da maioria das cidades, que apresentam edificaes com perfis
verticais diversificados. Nesse sentido, o fator de viso do cu (FVC),
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representado pelo smbolo s, pode ser considerado um parmetro mais
prximo da realidade.
O fator de viso do cu a razo entre a poro de cu visvel de um
determinado ponto e o cu potencialmente disponvel a partir deste ponto
(CHAPMAN, 2007). Johnson e Watson (1984) consideram o FVC como a
razo entre a radiao solar recebida (ou emitida) por uma superfcie plana
comparada com aquela recebida (ou emitida) por todo o entorno.
O valor do FVC varia de 0 (zero) at 1, sendo que o valor 1 corresponde
a uma rea sem qualquer obstculo que se interponha entre o ponto escolhido
e o cu.
O FVC tem sido comumente utilizado em estudos de trocas de energia
(CHAPMAN; THORNES, 2004). Embora parmetros como o calor liberado
pelas aes antropognicas e as propriedades trmicas dos materiais estejam
relacionados com a intensidade da ilha de calor noturna, simulaes realizadas
por Oke et al.4 (1991, citado por CHAPMAN; THORNES; BRADLEY, 2001)
apontam que o FVC pode, isoladamente, produzir uma Tu-r de 5 a 7 C.
Observa-se que h uma predominncia de estudos que relacionam FVC
e ilha de calor noturna, comparativamente a estudos que tratam do perodo
diurno. Em relao aos resultados encontrados, nota-se uma divergncia entre
pesquisas que apontam haver relao entre a geometria urbana, definida pelo
FVC, e a temperatura ambiente (UNGER, 2004; SVENSSON, 2004; SOUZA,
2007), e aquelas que demonstram pouca influncia do FVC para a
determinao da temperatura local (ELIASSON, 1996; UPMANIS; CHEN,
1999).
Apesar de o FVC ser uma simples parametrizao, o clculo para a sua
obteno tem sido um desafio para os climatologistas (CHAPMAN; THORNES,
2004). Diferentes mtodos so apresentados para o clculo de obteno do
FVC. Basicamente, o FVC pode ser obtido por mtodos analticos (OKE, 1981;
JOHNSON; WATSON, 1984), mtodos fotogrficos - uso de programas
4 OKE, T. R. et al. Simulation of surface urban heat islands under ideal conditions at night. Part 2: Diagnosis of causation. Boundary- Layer Meteorology, v. 56, p. 339-358, 1991.
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especficos (CHAPMAN; THORNES; BRADLEY, 2001; MOIN; TSUTSUMI,
2004; CORREA et al., 2005), sistemas com dados de base 3D acoplados a um
Sistema de Informaes Geogrficas - SIG (SOUZA; RODRIGUES; MENDES,
2003), sistemas que utilizam GPS (CHAPMAN; THORNES, 2004) e, mais
recentemente, imagens com um dispositivo que mostra as diferenas trmicas
entre as obstrues e o cu (CHAPMAN et al., 2007).
MATERIAIS E MTODOS
A primeira etapa desta pesquisa consistiu na determinao de pontos
passveis para posterior monitoramento (Erro! Fonte de referncia no
encontrada.). Procurou-se mapear pontos na extenso que abrange desde a
Praa Santos Andrade at a Praa General Osrio (pontos 1 a 11),
englobando todas as quadras do calado da Rua XV de Novembro. Alm
destes, selecionaram-se pontos no entorno do calado: Rua Saldanha
Marinho (pontos 12 e 13), Praa Generoso Marques (pontos 14 a 16),
Travessa Oliveira Bello (ponto 17) e a Rua Senador Alencar Guimares (ponto
18).
FIGURA 1 LOCALIZAO DOS PONTOS SELECIONADOS PARA OBTENO DO FVC
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Posteriormente, foram obtidas fotos olho de peixe dos pontos aptos a
serem monitorados, e calculado o FVC de cada ponto. Para tanto, utilizou-se
uma lente olho de peixe FC-E8 acoplada a uma cmera digital Nikon CoolPix
4500, sendo o clculo do FVC realizado por intermdio do programa Rayman,
software desenvolvido por Andreas Matzarakis e de domnio pblico
(http://www.mif.uni-freiburg.de/RayMan/). Das 18 localidades passveis de
monitoramento, que totalizaram 19 pontos, uma vez que o ponto 6 foi
subdividido em dois pontos (6a e 6b), selecionaram-se 15 pontos para medio
(Figura 2), havendo repetio de alguns pontos.
Os pontos de monitoramento foram sempre centralizados em relao
quadra, exceto nos seguintes locais: ponto 9, uma vez que esta quadra a
nica com passagem para veculos; ponto 10, situado no entorno da Praa
General Osrio; ponto 16, localizado no entorno da Praa Generoso Marques e
ponto 6 por haver uma fonte centralizada na quadra.
O monitoramento das variveis microclimticas ocorreu sempre em
pares e simultaneamente em perodos de quatro horas (incio s 11h01 e
trmino s 15h00). No total, foram 13 dias de monitoramento ao longo dos
meses de janeiro a agosto de 2009. Em relao ao estabelecimento dos pares
de medio, procurou-se comparar diferentes situaes urbanas, como, por
exemplo: cnions urbanos com diferenas considerveis no valor de FVC,
como os pares 2 e 7; pares com pouca diferena na quantidade de cu
obstrudo, como os pontos 8 e 16; comparao de cruzamento de vias com
cnion e com praa seca, pares 4 e 9 e pares 4 e 14, respectivamente.
Ressalta-se que, embora alguns pares apresentem valores de FVC
semelhantes, suas configuraes urbanas (regularidade na altura das
edificaes, ponto em cruzamento de vias, etc.) so distintas.
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PONTO 2 PONTO 3 PONTO 4 PONTO 5
FVC = 0,20 FVC = 0,32 FVC = 0,34 FVC = 0,22
PONTO 6a PONTO 6b PONTO 7 PONTO 8
FVC = 0,26 FVC= 0,27 FVC = 0,39 FVC = 0,37
PONTO 9 PONTO 10 PONTO 13 PONTO 14
FVC = 0,29 FVC = 0,30 FVC = 0,21 FVC = 0,55
PONTO 16 PONTO 17 PONTO 18
FVC = 0,38 FVC = 0,21 FVC = 0,30
FIGURA 2 FOTO OLHO DE PEIXE E FVC DOS PONTOS MONITORADOS
As coletas de dados climticos foram possveis com o uso de duas
estaes meteorolgicas da marca HOBO modelo H21-001 (Figura 3). Cada
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estao estava equipada com os seguintes instrumentos: sensor de
temperatura do ar e umidade, piranmetro e sensor de direo e velocidade do
vento (anemmetro). As faixas de preciso desses instrumentos satisfizeram
as recomendaes da norma ISO 7726 (1998), que dispe sobre os
instrumentos para a medio de variveis fsicas. Os sensores de temperatura
do ar e umidade relativa foram fixados na altura de 110 cm, conforme ISO
7726 (1998). O piranmetro foi fixado a 160 cm, acima dos demais sensores e
orientado para o Norte, para evitar sombras sobre o mesmo. O anemmetro foi
fixado a 210 cm, conforme recomendado por Campbell (1997).
FIGURA 3 ESTAO HOBO (H21-001) E INSTRUMENTOS DE MEDIO
ACOPLADOS
Para se obter a temperatura radiante mdia (Trm), foram utilizados
termmetros de globo de cobre, com =2, pintados na cor RAL-7001
(THORSSON et al., 2007). Em cada estao, fixou-se o termmetro de globo a
110 cm do solo, conforme ISO 7726 (1998). A Trm foi calculada pela frmula
para conveco forada, definida pela ISO 7726 (1998).
Para que fossem obtidos resultados precisos, os dados climticos foram
gravados de 5 em 5 segundos. Foi feita, ento, uma mdia de todos os
segundos para a composio do minuto. Os ndices de conforto utilizados
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neste estudo foram: Voto Mdio Estimado (PMV) e Temperatura Fisiolgica
Equivalente (PET). O clculo de cada um deles foi feito por meio do programa
RayMan. As informaes pessoais foram baseadas nos dados de um homem
padro segundo a norma ISO 8996 (2004), sendo consideradas as seguintes
caractersticas: idade 30 anos, altura 1,75m e peso 70 kg.
A primeira etapa da anlise dos dados consistiu em estabelecer a
varivel climtica com melhor correlao com os ndices de conforto
selecionados. Desta forma, por meio do programa Statgraphics, foram obtidas
correlaes entre os ndices PMV e PET e as variveis microclimticas
(velocidade do vento, radiao solar, umidade do ar, temperatura do ar e
temperatura radiante mdia), sendo a temperatura do ar (T) e a temperatura
radiante mdia (Trm) as que apresentaram maiores coeficientes de correlao
com os ndices de conforto.
O mtodo das medies em pares permite a comparao de duas
situaes urbanas, mas no de todos os pontos simultaneamente. Por
conseguinte, foram adotados os seguintes procedimentos para contornar esta
condio:
- Anlise dos pares de medio
Baseando-se unicamente no conceito de FVC, partiu-se do pressuposto
de que, sob condies diurnas, em pontos com maior abertura do cu, as
variveis T e Trm seriam proporcionalmente maiores que em pontos com
menor valor de FVC, devido maior exposio das superfcies urbanas
radiao solar. Assim, para o perodo de medio, procurou-se verificar a
existncia de um comportamento padro entre os valores mdios de Trm dos
pares de medio e os respectivos valores de FVC.
- Seleo e anlise de dias comparveis
O objetivo dessa etapa foi analisar o comportamento trmico de pares
monitorados e o nvel de conforto trmico em dias selecionados, associando o
valor de FVC a estas anlises. Uma vez que a anlise climatolgica de
espaos abertos abrange uma diversidade de variveis climticas, sendo uma
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das mais impactantes a radiao solar recebida no ponto, utilizou-se a
diferena de radiao entre os pares de medio, segundo a Equao 1, como
parmetro para a seleo de dias comparveis. O resultado dado em
diferenas percentuais entre o total de radiao solar incidente nos pares de
medio.
% VARIAO = [(Ig 2- Ig1) /
Ig2]x100
Equao 1
Sendo Ig2 o total de radiao medido na estao 2, e Ig1 o total
de radiao medido na estao 1, sendo considerados os dados do perodo de
monitoramento das 11h01 s 15h00.
Para os dias com diferena de radiao entre os pontos inferior a 30%
foram traados grficos relacionando a diferena de Trm entre os pontos
(estao 2- estao 1) e os ndices PMV e PET. Em seguida, foram
comparados os nveis de conforto calculado entre os pares. O valor de
referncia, 30%, foi determinado em funo dos valores de radiao
encontrados nos 13 dias de medio.
- Normalizao de dados e anlises
A etapa seguinte foi a normalizao dos dados de Trm para que fosse
possvel comparar dias diferentes de monitoramento, evitando-se, assim, que
as diferentes condies meteorolgicas de cada dia mascarassem o efeito do
FVC. A normalizao de dados para uma mesma condio depende de um
fator estabelecido por outra situao que permanea inalterada em termos de
exposio s condies climticas: a estao meteorolgica fixa. Nesse caso,
utilizaram-se dados do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Devido
falta de dados referentes Trm, tomaram-se como base os dados horrios de
T correspondente a cada dia de medio. O procedimento completo de
normalizao apresentado em Minella (2009).
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RESULTADOS ESTUDO 1
ANLISE DA RELAO ENTRE FVC, ILHA DE CALOR DIURNA E
DIFERENAS DE TEMPERATURA (TRM-T)
Para a verificao da existncia de ilha de calor nos locais de
experimento (calado da Rua XV de Novembro e entorno), foram obtidas as
diferenas entre os valores mdios de temperatura do ar obtidos nos locais de
monitoramento com as mdias de temperatura do ar registradas pelo INMET,
para todos os dias e para o perodo das quatro horas correspondentes s
medies (12h00, 13h00, 14h00 e 15h00). Verificaram-se, tambm, as
diferenas dos valores mdios de Trm obtidos por meio das medies e os
valores mdios de T medidos pelo INMET (Trm-T), durante o perodo de
monitoramento correspondente. No diagrama de disperso entre o FVC e a
ilha de calor diurna (Erro! Fonte de referncia no encontrada.), a correlao
foi baixa, quase nula (R = 0,10). J em relao s diferenas de temperatura
(Trm-T) e o FVC, o coeficiente de determinao foi de 0,35, com correlao
correspondente de 0,59 (Grfico 14). Esta constatao sinaliza que a Trm, por
levar em conta os efeitos da radiao solar, est mais relacionada ao FVC do
que a temperatura do ar, embora ambos os valores de correlao tenham sido
baixos.
Ainda em relao anlise de Trm e FVC, foram agrupados dados de
Trm-T em pontos com mesmo valor de FVC, isto , pontos repetidos durante a
campanha de medies. Desta maneira, para os pontos 2 (FVC 0,20); 3 (FVC
0,32); 4 (FVC 0,34); 7 (FVC 0,39); 10 (FVC 0,30) e 14 (FVC 0,55), foram
extrados valores mdios de Trm para cada um desses dias. Embora o
agrupamento de dados no seja a situao ideal, o agrupamento das
diferenas de valores mdios de Trm medidos in loco com as mdias de T
obtidas pelo INMET se justifica por ser a configurao urbana o parmetro
central da pesquisa, no sendo consideradas outras variveis, como por
exemplo, o albedo. Nesse caso, o coeficiente de determinao foi de 0,57
(Erro! Fonte de referncia no encontrada.), com correlao correspondente
de 0,75.
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y = 3,0545x - 0,6535
R2 = 0,10
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0,0 0,2 0,4 0,6
FVC
Ilh
a (
C)
- p
er
od
o d
iurn
o
GRFICO 1 GRFICO DE DISPERSO ENTRE FVC E ILHA DE CALOR DIURNA
y = 47,657x - 4,4341
R2 = 0,35
-5,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
0,0 0,2 0,4 0,6
FVC
T
rm-T
(C
)
GRFICO 2 GRFICO DE DISPERSO ENTRE FVC E TRM-T
y = 52,992x - 7,088
R2 = 0,57
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
0,0 0,2 0,4 0,6
FVC
T
rm-T
(C
)
GRFICO 3 GRFICO DE DISPERSO ENTRE FVC E ILHA DE CALOR DIURNA (DADOS AGRUPADOS)
As anlises demonstram que o FVC no necessariamente
determinante para sensao de conforto no perodo diurno em razo da
diversidade de variveis climticas que influem na determinao da T e da
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Trm. Todavia, quando considerado somente o FVC, independente de outras
condicionantes, percebe-se que o R mais significativo (0,57).
A partir da anlise dos valores mdios de ilha de calor e de Trm-T do
local com maior obstruo (ponto 2, FVC 0,20) e do ponto menos obstrudo
(ponto 14, FVC 0,55), conforme Tabela 1, percebe-se que h uma tendncia
de que em pontos mais abertos, caso do ponto 14, os valores de temperatura
sejam mais elevados, refletindo na formao das ilhas de calor e nas
diferenas de temperatura Trm-T.
TABELA 1 FVC, ILHA DE CALOR E DIFERENAS DE TEMPERATURA (TRM-T)
DATA Ponto FVC Ilha (perodo diurno)
C
Trm-T
C
09/01/2009 2 0,20 1,5 18,8
01/04/2009 2 0,20 0,1 12,9
17/06/2009 2 0,20 -0,2 1,7
06/05/2009 14 0,55 1,4 27,6
03/06/2009 14 0,55 1,6 21,2
11/08/2009 14 0,55 0,7 18,7
Sabe-se que uma das questes determinantes para os valores de T e
Trm a quantidade de radiao incidente no local observado, sendo
necessria a anlise da acessibilidade solar nestes pontos.
RELAO ENTRE ACESSIBILIDADE SOLAR E O FVC
A Trm uma importante varivel no que diz respeito aos ndices de
conforto trmico, estando diretamente relacionada radiao solar. Em
condies diurnas, conforme verificado nas anlises dos pares de medio, o
FVC, quando analisado como um parmetro isolado, no capaz de predizer
as condies trmicas de um determinado local, uma vez que a quantidade de
radiao solar influencia sobremaneira os valores de Trm. No entanto, uma
anlise conjunta do FVC e da radiao solar pode fornecer resultados mais
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precisos quanto ao nvel de conforto trmico. Assim, considerando-se a
importncia da quantidade de radiao solar para a determinao dos valores
de Trm, foram feitas interpretaes da incidncia solar em cada ponto, por
meio de cartas solares plotadas sobre as imagens olho de peixe. Tanto as
fotos olho de peixe como as cartas solares utilizadas possuem projeo
eqidistante, sendo as trajetrias solares traadas individualmente para cada
dia de medio com auxlio do programa Rayman.
A carta solar sobreposta foto olho de peixe indica o perodo de
incidncia solar no ponto durante todo o ano. A Figura 4 mostra a trajetria
solar do ponto 2 (FVC 0,20), medido no dia 09/01/2009 e do ponto 14 (FVC
0,55), monitorado no dia 03/06/2009. Em ambos os pontos a quantidade de
horas de sol a mesma (aproximadamente 7 horas). Assim, embora a
diferena de FVC entre os pontos seja considervel, e as medies tenham
ocorrido em pocas distintas, a quantidade de radiao recebida foi
semelhante. Considerando-se o perodo de medio, das 11h01 at s 15h00,
o total de radiao incidente no ponto 2 foi de 2449 W/m . No ponto 14, o
somatrio de radiao incidente no perodo de monitoramento foi de 2626
W/m. As variaes na ilha de calor e nas diferenas de temperatura Trm-T
para ambos os dias (Tabela 1) mostram o impacto da geometria urbana na
temperatura ambiente.
PONTO 2
PONTO 14
FIGURA 4 FOTO OLHO DE PEIXE COM CARTA SOLAR PARA OS PONTOS 2 E 14
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Na anlise da carta solar sobreposta a foto olho de peixe, atestado
que, embora o FVC possa auxiliar na definio da forma urbana, este um
parmetro limitado para descrever as irregularidades da geometria urbana,
ainda que seja um avano quando comparado a simplificao da relao H/W.
Pois a radiao solar pode atingir de maneiras distintas pontos com valores de
FVCs semelhantes. Assim, verifica-se que a questo da acessibilidade solar
adquire grande importncia em se tratando de estudos de conforto trmico em
espaos abertos.
IMPACTOS DA ORIENTAO DAS VIAS NA DISPERSO DE POLUENTES
ESTUDO 2
A influncia do ambiente construdo sobre os processos atmosfricos
tem sido objeto de pesquisa h vrias dcadas. Entende-se que o ambiente
construdo envolve a transformao das caractersticas radiativas, trmicas,
de umidade e aerodinmicas, e assim afeta os fluxos solares e hidrolgicos
naturais (OKE, 1978) das reas urbanas. Trabalhos subsequentes do mesmo
autor detalham as mincias de camadas verticais e escalas horizontais,
inclusive a noo de uma sub-camada de rugosidade roughness sub layer
(RSL), mais prxima ao solo, na qual o fluxo de ar sofre a mxima interferncia
das estruturas naturais e antrpicas (OKE, 2006).
No se pode falar de uma configurao urbana tpica: caractersticas
histricas, culturais e naturais influenciam a morfologia de qualquer
assentamento humano (MONTEIRO, 2003). No entanto, zonas climticas
urbanas podem ser agrupadas em classes com caractersticas semelhantes de
tipologia construtivas, uso e permeabilidade do solo. Segundo a taxonomia
proposta por Oke (2006), a rea de interesse deste estudo pode ser
classificada como Classe 2: urbana de alta densidade, intensivamente
desenvolvida com edifcios de 2 a 5 andares contguos ou pouco espaados
frequentemente de pedra ou alvenaria.
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QUALIDADE DO AR NA CAMADA LIMITE DE COBERTURA (URBAN
CANOPY LAYER)
A poluio atmosfrica pode ter origem natural (incndios florestais,
erupes vulcnicas, tempestades de areia) ou ser ocasionada pela ao
humana, Seja qual for sua origem, os poluentes so substncias que, sob
certas condies, podem ser nocivos a seres humanos, vida animal e vegetal,
microorganismos ou aos materiais, ou que podem interferir na qualidade de
vida ou usufruto de edifcios e paisagens (OKE, 1978).
No ambiente urbano, o fluxo do vento (e, consequentemente, as
condies para difuso e mistura verticais e horizontais) afetado pela
presena de edifcios, vegetao e outras caractersticas. Os efeitos
cumulativos da convergncia de mltiplas fontes de poluentes e a existncia de
reas de estagnao podem levar formao de locais de concentrao de
poluio que fogem s medies de poluentes em mesoescala, sendo a
dimenso vertical da disperso de poluentes frequentemente ignorada (WANG
et al., 2008)
Monxido de nitrognio (NO), dixido de enxofre (SO2) e monxido de
carbono (CO), originrios da queima de combustveis, so considerados
poluentes primrios, enquanto oznio (O3) e dixido de nitrognio (NO2) se
formam na atmosfera a partir de reaes qumicas envolvendo substncias
precursoras sob os efeitos da radiao solar5. Materiais particulados se
originam da combusto do leo diesel, desgaste dos pneus e freios de
veculos, alm de processos naturais e fabris.
Quanto ao efeito desses gases sade humana, o dixido de enxofre
est relacionado a doenas respiratrias e chuva cida; o monxido de
carbono resultado da combusto incompleta extremamente txico e
causa mortes por asfixia; o oznio, na baixa atmosfera, gerado em uma
reao fotoqumica envolvendo xidos de nitrognio, monxido de carbono e
hidrocarbonetos, sendo um gs irritante e oxidante tambm associado a
doenas respiratrias. Material particulado menor do que 10m pode ser
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inalado e est associado a asma, problemas cardiovasculares, cncer de
pulmo e mortes prematuras.
O monxido de nitrognio (NO) uma substncia envolvida em vrios
processos patolgicos e fisiolgicos em mamferos, tanto benficos como
prejudiciais, e pode se tornar txico em altas concentraes; na atmosfera,
essa substncia se combina rapidamente com oznio livre, gerando NO2
(substncia txica se inalada e causadora de baixa visibilidade) e O2.
Enquanto as normas nacionais de qualidade do ar estabelecem valores
mximos para a concentrao de dixido de nitrognio (NO2), as normas de
emisso de poluentes por veculos automotores regulam as emisses de
xidos de nitrognio totais, NOx (BRASIL, 1993 e 2002; IAP, 2009). Optou-se,
desta forma, pelos xidos de nitrognio (NOx) como substncia foco deste
estudo. A determinao da razo NO2/NOx, entretanto, supera a capacidade do
ENVI-met. Geralmente se adota o valor de 5% para essa razo. No entanto,
medies ao longo de estradas de trfego intenso e em reas urbanas na
regio de Baden-Wrttemberg (Alemanha) mostraram que essa razo pode
atingir 25% (KESSLER; NIEDERAU; SCHOLZ, 2006), podendo-se adotar este
valor como referncia para o presente estudo.
A legislao brasileira sobre qualidade do ar6 define dois padres para a
concentrao de poluentes. O padro primrio o limite legal superior para a
presena de contaminantes para a salvaguarda da sade pblica, mas no
leva em considerao as necessidades da fauna e flora. O padro secundrio
representa o limite corrente abaixo do qual ocorrem poucos danos sade
pblica, vida animal e vegetal, materiais e meio-ambiente (IAP, 2009)
5 Para uma explicao mais completa desses processos, ver Oke (1978).
6 No Brasil, a qualidade do ar regulamentada pelas Resolues IBAMA no. 348/1990, CONAMA 03/90. No Paran, a Resoluo SEMA 054/2006 replica os padres nacionais.
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TABELA 2 PADRES PRIMRIOS E SECUNDRIOS DE POLUENTES ATMOSFRICOS NO PARAN (ADAPTADO DE IAP, 2009)
Substncia Tempo de amostragem
Padro primrio (g/m
3)
Padro secundrio
(g/m3)
Material Particulado (MP10) 24 h 150 150
SO2 24 h 365 100
CO 24 h 40.000 40.000
O3 1 h 160 160
NO2 1 h 320 190
MONITORAMENTO DA QUALIDADE DO AR EM CURITIBA
Danni-Oliveira (2003) estudou a influncia dos aspectos geo-ambientais
e dos atributos urbanos na disperso de poluentes no inverno atravs da
anlise de amostras coletadas entre 1996 e 1998. Amostras foram coletadas
em reas representativas de diferentes estruturas urbanas: rea central de alta
densidade, reas residenciais e reas rurais. Apesar de se prender a somente
uma estao, o estudo mostrou claramente a influncia da urbanizao e do
uso do solo nas concentraes das substncias analisadas.
A qualidade do ar na Regio Metropolitana de Curitiba (RMC)
atualmente monitorada pelo IAP (Instituto Ambiental do Paran) em treze
estaes de coleta, uma delas nas proximidades da Praa Rui Barbosa, rea
central de Curitiba. Em 2008, a qualidade do ar na cidade foi
predominantemente boa, com algumas instncias de concentraes altas de
NO2 e O3 nessa estao (IAP 2009).
PROCEDIMENTOS DE SIMULAO
A ferramenta de simulao microclimtica ENVI-met foi usada para o
estudo dos fenmenos climticos em micro e topoescala em duas ruas na rea
central de Curitiba. Dados concatenados de plantas da cidade, fotos de satlite
e inspees visuais foram utilizados para a construo do modelo; dados
climticos registrados ao nvel do pedestre foram utilizados para a calibragem
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e aferio do modelo. Os efeitos das tipologias construtivas, reas verdes e
arborizao tambm foram levados em considerao.
O ENVI-met uma ferramenta de simulao microclimtica projetada
para avaliar as interaes entre plantas, superfcies e o ar em escalas
espaciais de 0,5 a 10m e escala temporal de 10s, e est em desenvolvimento
contnuo. Segundo Bruse (2009), o modelo capaz de lidar com os aspectos
de fluxo de ar em torno de e entre edifcios, turbulncia e disperso de
partculas e substncias, de interesse para o presente estudo. Optou-se por
esse modelo por tratar-se de uma ferramenta gratuita (freeware).
Como exemplos de aplicao do modelo: Ali-Toudert (2005) revisou em
profundidade o modelo matemtico por trs do ENVI-met em suas simulaes
de cnions urbanos em clima quente e seco. Spangenberg et al. (2008)
analisaram a influncia da vegetao no conforto trmico na cidade de So
Paulo, atravs de medies in loco e simulaes. Dados de temperatura
coletados ao nvel da rua (1m acima do solo) foram usados para verificar a
acuidade do modelo. Apesar da crescente adoo deste modelo e sua
facilidade de uso, ainda h carncia de estudos que confrontam medies em
campo e resultados da simulao.
Discute-se inicialmente o procedimento de calibrao do modelo de
simulao a partir de dados de vento coletados ao longo das medies de
campo descritas em 3.1. Como varivel para comparaes, adotou-se a
velocidade mdia de vento (medida versus simulada) medida nos diversos
pontos monitorados.
Em seguida, enfocado o estudo da disperso de xidos de nitrognio
NO2 provenientes do escape de veculos, por meio de simulaes a partir das
funes de disperso de poluentes, presentes no ENVI-met. Os resultados de
trs diferentes cenrios de simulao estagnao, ventos oriundos do norte e
leste so analisados e discutidos, em comparao com os padres nacionais
de qualidade do ar.
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MODELAGEM DA REGIO DE INTERESSE
Um trecho de 1440m600m da regio central de Curitiba foi modelado a
partir das plantas cadastrais da PMC, fotografias de satlite e inspeo visual
da rea de interesse. Utilizou-se o software Eddi, um editor de modelo
dedicado includo no pacote ENVI-met.
Plantas de loteamento cobrindo 70 quadras no entorno da rea
monitorada foram impressas na escala de 1:2000; cada setor foi percorrido a
p e o nmero de andares de cada edificao foi contado visualmente.
Aproximaes foram necessrias devido s diferenas de idade das
edificaes existentes e foi adotado 3m como altura padro entre pisos. Como
o ENVI-met permite um grid com at 30 unidades na vertical, edifcios com
mais de 25 pavimentos foram modelados com 75 metros de altura (25
unidades) para garantir espao livre suficiente no topo do modelo. reas
gramadas e pavimentadas tambm foram includas, bem como massas de
rvores.
Para a simulao da disperso de poluentes, so necessrios dados
adicionais acerca do volume de trfego, distribuio horria de trfego,
composio da frota, taxas de emisso das substncias de interesse (por
veculo). Os dados climticos so entrados em um arquivo de configurao
(.CF) temperatura, velocidade e direo do vento e outros parmetros.
Estudos sobre o perfil de trfego em reas urbanas so
inesperadamente raros. Apesar de ser um aspecto importante para as
questes de disperso de poluentes, muito do que se publica sobre
distribuio horria de trfego vem do campo da acstica, como o estudo de
Mansouri, Pourmahabadian e Ghamsekani (2006) sobre o rudo de trfego em
reas centrais de Teer. Um mtodo indireto para a determinao dos perfis
dirios de trfego foi adotado, utilizando-se dados histricos de presso sonora
(BORTOLI, 2002), modelos de predio de rudo de trfego (CALIXTO, 2002) e
perodos curtos de contagem de veculos. O trfego de motocicletas, veculos
leves e pesados foi contado visualmente no horrio de pico (17 s 19h), em
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trs cruzamentos, por perodos de 15min e os resultados extrapolados para
uma hora, em acordo com orientaes do DER.
Para a converso de nveis de rudo em volumes de trfego (em
veculos/hora, necessrio para a estimativa de emisses), foi utilizado o
modelo de Calixto (2002) para predio de rudo de trfego (Equao 2) 7
:
Leq 7.7 log[ I (1 0.095 VP)] 43
Equao 2
Sendo Leq o nvel de rudo equivalente, I a intensidade de trfego (em
veculos/hora), e VP a porcentagem de veculos pesados. Com o uso desse
modelo, um padro horrio de trfego e um fator de ajuste horrio de emisses
puderam ser estimados.
Diferentes domnios (de 240x100 a 40x40 unidades) e resolues
(6x6x3m e 3x3x3m) foram avaliados para se determinar o ajuste timo
(chegando-se a um equilbrio adequado entre grau de complexidade de modelo
e tempo de processamento). As vrias verses do modelo foram executadas
usando-se os mesmos dados de entrada e os resultados foram comparados
entre si. A verso 3.1 beta 4 do ENVI-met, rodando no MS Windows Vista, foi
utilizada em todas simulaes. Um domnio de modelo com 230x60 unidades
de 6x6x3m foi finalmente selecionado, uma vez que resolues mais altas e
domnios mais amplos no aumentaram a acuidade do modelo.
7 Calixto prope uma equao mais simples que no leva em considerao a porcentagem de
veculos pesados:
Leq 9.5 log(I) 41.4
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FIGURA 5 COMPARAO ENTRE OS DOMNIOS DE MODELO
CALIBRAO DO MODELO
Grande parte das tentativas de verificao da acuidade do modelo
ENVI-met concentra-se nas temperaturas do ar (SPANGENBERG et al., 2008;
HEDQUIST et al., 2009). No caso presente, uma vez que o estudo se refere
disperso de poluentes no nvel da rua, a velocidade mdia de vento medida a
2,1m de altura foi selecionada como varivel de interesse. Devido natureza
turbulenta do fluxo de vento dentro da RSL, a direo do vento nesta altura foi
ignorada.
Receptores virtuais foram incorporados ao modelo em locais
correspondentes aos pontos de medio. A velocidade do vento simulada a
2,1m de altura em cada receptor no final da hora simulada foi ento
comparada com a velocidade mdia medida. A verificao e ajuste do modelo
foram feitos ao longo de mltiplas iteraes, alterando-se a geometria do
modelo, incluindo-se vegetao e realizando-se ajustes nos parmetros de
entrada.
Assumiu-se que direo do vento da rea central de Curitiba semelhante
registrada na estao meteorolgica padro (INMET), ignorando quaisquer
efeitos em mesoescala das estruturas urbanas. A velocidade de vento a 10 m
acima do solo (altura padro de medio, segundo a WMO) utilizada como
entrada no ENVI-met. Os primeiros resultados obtidos entrando-se os dados
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horrios de vento medidos na estao do INMET, sem ajustes no
corresponderam s medies em campo. A Equao 3 foi utilizada para ajustar
o perfil logartmico de vento para um contexto urbano (ALLARD,
SANTAMOURIS 1998, p. 90).
U1
U0K Z1
a Equao 3
Sendo U0 velocidade mdia de vento na estao meteorolgica, U1
velocidade de vento no ponto de interesse, Z1 altura da medio (10 m), e K
e a so coeficientes de ajuste com valores de 0,21 e 0,33 para ambientes
urbanos, respectivamente.
Velocidades mdias horrias medidas no INMET foram ajustadas por
meio dessa equao e usadas ento como dado de entrada para as
simulaes. Constatou-se que o modelo ENVI-met tende a superestimar a
velocidade de vento dentro do cnion quando a velocidade de entrada maior
do que 2 m/s (Grfico 4a). Para velocidades de vento abaixo de 2 m/s, houve
forte convergncia entre os valores previstos pelo modelo ENVI-met e as
medies in loco (Grfico 4b). A tabela 3, abaixo, resume os dados de entrada
utilizados na fase de calibrao do modelo.
GRFICO 4 COMPARAO ENTRE VELOCIDADES MDIAS DE VENTO MEDIDAS E PREVISTAS COM O MODELO ENVI-MET: (A) VELOCIDADE DE ENTRADA MAIOR E MENOR QUE 2 M/S; (B) SOMENTE VELOCIDADE DE ENTRADA MENOR QUE 2M/S
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TABELA 3 PARMETROS DE ENTRADA NO MODELO ENVI-MET (ETAPA DE CALIBRAO)
Ponto Data Hora UR (%)
Temperatura inicial da atmosfera
(K)
Umidade especfica
(g/kg)
@ 10m (INMET)*
Azimute
P3 25.03.09 11h00 61% 279,8 5,22 1,39 94
P3 25.03.09 12h00 55% 279,8 5,22 1,48 64
P3 25.03.09 13h00 53% 279,8 5,22 1,84 86
P3 25.03.09 14h00 51% 279,8 5,22 1,62 85
P10 25.03.09 11h00 61% 279,8 5,22 1,39 94
P10 25.03.09 12h00 55% 279,8 5,22 1,48 64
P10 25.03.09 13h00 53% 279,8 5,22 1,84 86
P10 25.03.09 14h00 51% 279,8 5,22 1,62 85
P3 19.06.09 11h00 68% 286,4 0,24 1,08 20
P3 19.06.09 12h00 60% 286,4 0,24 1,03 24
P3 19.06.09 13h00 56% 286,4 0,24 0,49 37
P3 19.06.09 14h00 54% 286,4 0,24 1,08 44
P3 19.06.09 15h00 53% 286,4 0,24 0,81 14
P7 19.06.09 11h00 68% 286,4 0,24 1,08 20
P7 19.06.09 12h00 60% 286,4 0,24 1,03 24
P7 19.06.09 13h00 56% 286,4 0,24 0,49 37
P7 19.06.09 14h00 54% 286,4 0,24 1,08 44
P7 19.06.09 15h00 53% 286,4 0,24 0,81 14
P2 17.06.09 11h00 65% 278,2 2,57 1,53 319
P2 17.06.09 12h00 60% 278,2 2,57 1,75 328
P2 17.06.09 13h00 59% 278,2 2,57 1,62 310
P2 17.06.09 14h00 54% 278,2 2,57 2,24 316
P2 17.06.09 15h00 51% 278,2 2,57 2,34 299
P6 17.06.09 11h00 65% 278,2 2,57 1,53 319
P6 17.06.09 12h00 60% 278,2 2,57 1,75 328
P6 17.06.09 13h00 59% 278,2 2,57 1,62 310
P6 17.06.09 14h00 54% 278,2 2,57 2,24 316
P6 17.06.09 15h00 51% 278,2 2,57 2,34 299
*Dados horrios ajustados usando-se a Equao 3
** Medies em campo, nos pontos indicados
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RESULTADOS ESTUDO 2
MODELAGEM DA DISPERSO DE POLUENTES
Em 2008, episdios de alta concentrao de NO2 foram registrados na
rea central de Curitiba (IAP, 2009), uma rea de trfego intenso de veculos
pesados (nibus). O modelo ENVI-met exige que dados das fontes de
poluentes (taxa de emisso, tipo de substncia, tamanho da partcula) sejam
includos no arquivo SOURCES.DAT. Fontes pontuais, lineares ou de rea podem
ser modeladas, e as taxas de emisso devem ser ajustadas adequadamente8.
Como informaes detalhadas do volume de trfego para a regio
central de Curitiba no estavam disponveis, um mtodo indireto para a
determinao dos perfis dirios de trfego foi adotado, a partir de dados
histricos de presso sonora (BORTOLI, 2002), modelos de predio de rudo
de trfego (CALIXTO, 2002) e perodos curtos de contagem de veculos. O
trfego de motocicletas, veculos leves e pesados foi contado visualmente no
horrio de pico (17 s 19h), em trs esquinas, por perodos de 15min e os
resultados extrapolados para uma hora, em acordo com orientaes do DER.
A partir das contagens, o trfego mdio verificado por pista, em
veculos/hora, foi de 58,3 (motocicletas), 10,6 (veculos leves a Diesel), 443,3
(demais veculos leves) e 14,2 (veculos pesados a diesel), com um total geral
de 526,4 veculos/hora por faixa9. A porcentagem de veculos pesados no
perodo de contagem foi 2,70%.
O programa nacional de controle de emisses veiculares, Proconve,
prev limites progressivamente menores de emisses para uma mesma
substncia (BRASIL, 1993 e 2002). Conforme o DETRAN-PR, a mdia de
idade dos veculos registrados em Curitiba de 10,49 anos (BERTOTTI, 2009);
8 Para fontes lineares, as taxas de emisso devem ser entradas em mg/m.s. Fontes pontuais exigem taxas de emisso em mg/s e mg/s.m
2, respectivamente.
9 As principais ruas do modelo tm 3 ou 4 faixas. O trfego efetivo nessas ruas 1579 veculos/hora (trs faixas) e 2105 veculos/hora (para quatro faixas). O ENVI-met aceita um nico valor para a taxa da emisso; assim, adicionar fontes de poluentes conforme o nmero de faixas permite maior flexibilidade na construo do modelo.
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como uma soluo de compromisso, os limites superiores definidos pelo
CONAMA de emisso de poluentes para maio de 2003 (BRASIL, 1993 e 2002)
foram adotados para motocicletas e veculos leves - ou seja, em razo da
idade dos veculos em Curitiba, assumiu-se que todos os veculos leves e
motocicletas esto atingindo o limite de emisses de NOx permitidas pela
norma.
Quanto s taxas de emisso para veculos pesados, a Resoluo
CONAMA no estabelece relaes entre emisses e distncia percorrida10
, o
que dificulta a estimativa dessa varivel. Rabl (2002) estudou as emisses de
NOx para veculos pesados na Europa, e adotou-se esse valor para a emisso
de NOx, compatvel com os limites da norma brasileira. A Tabela 4 resume os
valores adotados para as emisses de NOx para fins de simulao. A taxa de
emisso composta, expressa em mg/m.s, o somatrio das taxas de emisso
por veculo multiplicadas pelo volume de trfego de cada categoria de veculo,
dividida por 3600 para se obter a taxa de emisso por segundo, exigida pelo
modelo ENVI-met.
TABELA 4 - EMISSES DE NOX PARA MOTOCICLETAS, VECULOS LEVES E VECULOS PESADOS, POR VECULO
E (mg/m)
Substncia Motocicletas Veculos leves Veculos pesados
NOx 0.18* 0.25 / 1.40** 21.11***
*motores at 151cc (Brasil, 2002)
**Veculos leves a Diesel (Brasil, 1993)
***Rabl (2002)
10
A Resoluo CONAMA 297/2002 estabelece limites de emisso de poluentes em g/km (numericamente igual ao valor em mg/m) para os veculos leves e motocicletas. Supe-se que esses valores se apliquem a veculos novos em condies de uso mdio (combinado rodovia e urbano). Considerando condies de congestionamento e o prprio desgaste do motor, assumiu-se um cenrio de "pior caso" usando o limite superior da referida Resoluo (BRASIL, 2002). Para os veculos pesados, so definidos limites de emisso por kWh de combustvel consumido um valor dependente da potncia do veculo, da capacidade calorfica do leo diesel e da proporo de compostos de nitrognio no combustvel; adotou-se o valor aferido por Rabl (2002) por entend-lo como uma sntese de todos esses fatores.
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Padres dirios de trfego foram extrapolados usando-se os dados
histricos de presso sonora11
nas ruas de Curitiba (BORTOLI 2002), atravs
da Equao 2, e contagem de veculos no perodo de pico, entre 17h e 19h. A
taxa composta de emisso (0,1211 mg/m.s) foi multiplicada pelo fator de ajuste
de emisso (Tabela 5) e os valores para XNOX (taxa de emisso horria de
NOx) foram incorporados ao arquivo SOURCES.DAT.
TABELA 5 - PERFIL HORRIO DE TRFEGO PARA A REA CENTRAL DE CURITIBA E TAXAS DE EMISSO DE NOX
Hora Presso sonora (dB(A))
Porcentagem do trfego mdio
Fator de ajuste de emisso
XNOX (mg/ms)
15h00 65.0 74% 0.74 0.0898
16h00 65.0 74% 0.74 0.0898
17h00 65.0 100% 1.00 0.1211
18h00 66.0 100% 1.00 0.1211
19h00 66.0 100% 1.00 0.1211
20h00 64.5 64% 0.64 0.0773
21h00 63.0 41% 0.41 0.0494
Quatro cenrios de simulao foram executados: os cenrios 1 e 2
correspondem a condies de vento mnimo (0,30 m/s). Os cenrios 2 e 3
correspondem a condies de vento de norte aproximadamente
perpendicular s ruas estudadas e leste aproximadamente paralelo s ruas
, respectivamente. Os parmetros de entrada esto resumidos na Tabela 6;
os demais parmetros foram mantidos em seus valores padro. Optou-se pela
simulao para o ms de maro, prximo ao equincio de outono, de modo a
se reduzir a influncia da variao anual do ngulo de incidncia solar. A
velocidade de vento para os cenrios 2 e 3 foi 1,36 m/s, ajustada de mdias
histricas de 3,1 m/s para o ms de maro (LAMBERTS et al., 1998). O
11
O estudo de Bortoli incluiu dados de uma estao de monitoramento de presso sonora cerca de 500m ao sul do domnio do modelo, na rea central de Curitiba.
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perodo de cada simulao foi de 6h, iniciando-se s 15h; as simulaes
mostraram que s 19h atinge-se a mxima concentrao de NOx. Os valores
de concentrao a 2,1m de altura foram plotados na Figura 6, juntamente com
os histogramas de concentrao (ao longo de todo o domnio de modelo).
TABELA 6 PARMETROS DE ENTRADA UTILIZADOS NOS TRS CENRIOS DE SIMULAO
Cenrio @ 10m
(m/s) Azimute
UR (%)
Temperatura inicial da
atmosfera (K)
Umidade especfica
(g/kg)
1. Norte mnimo
0,30 0 60% 284,5 8,67
2. Leste mnimo
0,30 90 60% 284,5 8,67
2. Norte mdio
1,36 0 60% 284,5 8,67
3. Leste mdio
1,36 90 60% 284,5 8,67
As simulaes mostraram diferenas significativas entre os cenrios de
vento mnimo e aqueles de vento mdio (Figura 6). A disperso de NOx foi de
maneira geral melhor com ventos oriundos de norte do que com ventos
oriundos de leste, como pode ser visto nos histogramas. A incidncia de ventos
aproximadamente perpendiculares ao cnion urbano da Rua XV de Novembro
parece favorecer a disperso dos poluentes, enquanto os ventos de leste,
aproximadamente paralelos ao cnion, so menos eficientes em misturar e
dispersar os poluentes, distribuindo-os ao longo do cnion.
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FIGURA 6 MAPAS E HISTOGRAMAS DE CONCENTRAO DE NOX A 2,1M ACIMA DO CHO, 19H: (A) CENRIO 1; (B) CENRIO 2; (C) CENRIO 3 (D) CENRIO 4 (E) LEGENDA
No cnion da Rua XV de Novembro, concentraes de NOx simuladas
sob vento norte mdio ficaram abaixo de 30g/m3 ao longo da maior parte da
rua; no cenrio de vento leste mdio, a concentrao de NOx simulada foi
ligeiramente maior, entre 40 e 60 g/m3 na maior parte da rua.. Concentraes
do poluente na Av. Mal. Deodoro foram consideravelmente maiores. As piores
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condies foram encontradas no Cenrio 2, sob condies de vento leste
mnimo, com concentrao de NOx acima de 400 g/m3 na maior parte do
cnion e pico de 646 g/m3; novamente, ventos de norte favoreceram a
disperso de poluentes, com concentraes abaixo de 120 g/m3 no Cenrio 3
ao longo da maior parte da rua (exceto alguns hotspots) e dentro da faixa de
60 a 210 g/m3 virtualmente ao longo de todo o cnion no Cenrio 4.Como
discutido anteriormente, o modelo ENVI-met no capaz de determinar a
razo NO2/NOx, mas a alta concentrao das substncias precursoras oferece
pistas para potenciais locais de concentrao do poluente. O estudo de
Kessler et al. (2006) mostrou evidncias do crescimento da razo NO2/NOx em
reas urbanas, de 5% (em 1995) para 25%. No cenrio 2, se a maior taxa de
25% - adotada, as concentraes de NO2 originrias do trfego de veculos
podem atingir 161 g/m3 muito prximo do limite definido para o padro
secundrio de qualidade do ar. Porm, estudos recentes demonstram que,
mesmo variaes relativamente pequenas da concentrao desta substncia
(da ordem de uma dezena de g/m3), j causam impactos mensurveis sobre
a sade da populao (IAP 2009; DANNI-OLIVEIRA 2008). Determinar a razo
NO2/NOx permitiria melhor interpretao desses resultados.
Limitaes do modelo
Quatro limitaes do modelo ENVI-met ficaram aparentes durante esse
estudo:
- A acuidade do modelo, quanto velocidade do vento intra-cnion,
reduzida quando a velocidade do vento a 10 m (parmetro de entrada) est
acima de 2 /ms;
- No possvel incluir valores de fundo para a concentrao de
substncias; valores simulados representam somente as substncias oriundas
das fontes presentes no domnio de modelo;
- Apenas uma substncia pode ser simulada por vez, exigindo
execues sucessivas para diferentes substncias;
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- Finalmente, os perfis de rvores e vegetao includos no pacote de
software podem no representar corretamente as espcies locais.
CONSIDERAES FINAIS
O presente estudo buscou o entendimento de impactos microclimticos
do desenho urbano, apresentando dois estudos na rea central de Curitiba.
Nas anlises dos nveis de conforto trmico verificou-se que, em dias
com temperaturas mais elevadas, pontos com menor obstruo da abbada
celeste, ou seja, com maior valor de FVC, acarretam em maior desconforto por
calor. No entanto, estes mesmos pontos podem apresentar melhor situao de
conforto em dias com temperaturas mais baixas. A anlise da diferena da T
obtida in loco pela T registrada pela estao meteorolgica de referncia
(INMET) permitiu a verificao de ilhas de calor em dias com temperaturas
mais elevadas e ilhas de frescor em dias com temperaturas mais baixas nos
locais monitorados. No entanto, a anlise de regresso linear simples, para o
FVC e a ilha de calor, apontou para uma correlao nula. J a anlise de
regresso linear para as diferenas de temperatura (Trm-T) apresentou maior
coeficiente de determinao. As anlises ainda demonstram que, devido
influncia de outros parmetros climticos, o FVC no necessariamente
determinante para a sensao de conforto trmico no perodo diurno. Porm,
quando considerado somente o FVC (agrupamento de dados de Trm-T em
pontos que foram monitorados mais de uma vez), independente de outras
condicionantes, percebe-se que a correlao relativamente alta (R = 0,75).
A Trm possui relao direta com a quantidade de radiao solar
incidente, o que demonstra a importncia do desenho urbano para a
determinao dos nveis de conforto. Na anlise da carta solar, foi possvel
verificar uma limitao do FVC, pois este parmetro quantifica a rea de cu
disponvel, no havendo relao direta com a questo do acesso solar. Assim,
a radiao solar pode atingir de maneiras distintas pontos com valores de FVC
semelhantes. Cabe ressaltar a influncia da radiao difusa relacionada
contribuio da abbada celeste, na determinao dos valores de Trm.
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Deve-se observar que enquanto a maioria das cidades apresenta maior
desconforto por calor, para a cidade de Curitiba faz-se necessrio considerar
medidas de conforto visando diminuir o desconforto por frio. Desta maneira,
no tocante ao conforto trmico das ruas pedonais de Curitiba, deve-se levar
em conta que cnions com maiores valores de FVCs tero mais acesso solar
e, portanto, temperaturas mais confortveis do que espaos com restrio
quantidade de cu visvel. Alm do fato da forma dos cnions influenciarem
nos fluxos de vento, o qual est diretamente relacionado sensao trmica
dos transeuntes.
No segundo estudo apresentado, um mtodo para a simulao de
disperso de poluentes em uma rea urbana de alta densidade utilizando-se o
modelo ENVI-met foi explorado. Uma seo do centro de Curitiba foi
modelada, usando-se informaes disponveis plantas de loteamento e fotos
de satlite e levantamento visual.
Constatou-se que, quando dados de vento representativos obtidos
dentro da zona urbana no so disponveis, medies de vento a partir de
estaes meteorolgicas oficiais (no caso, do INMET) podem ser utilizadas
desde que se tome o cuidado de ajustar os dados de entrada, em funo das
diferenas de rugosidade do terreno. Isso sugere que possvel utilizar o
modelo para prever condies dentro do cnion urbano a partir de dados
climticos padronizados.
Os resultados das simulaes quanto disperso de NOx resultaram
que as concentraes de NOx foram significativamente mais altas no cenrio
de estagnao; os cenrios de ventos de norte apresentaram disperso de
NOx marginalmente melhor que os cenrios de ventos de leste.
Apesar de suas limitaes, o ENVI-met se mostrou uma ferramenta
vivel para o estudo de fluxo de ar e disperso de poluentes em contextos
urbanos altamente complexos; o fluxo de trabalho apresentado nesse artigo
pode ser facilmente adaptado para a simulao de disperso de outras
substncias, tais como o SO2 e material particulado. A partir desse cenrio
base, diferentes geometrias diferentes polticas de zoneamento e uso do
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solo, por exemplo e solues alternativas de trfego tambm podem ser
exploradas. A anlise detalhada dos resultados da simulao pode indicar
pontos problemticos em potencial e sua relao com a morfologia urbana e
caractersticas climticas locais.
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