Simulações com o RAMS, sobre a provável ilha de calor de
Fortaleza - Um estudo de caso.
Clodoaldo Campos dos Santos1, Francisco de Assis Leandro Filho1, Antônio Carlos Santana
dos Santos1, Aurélio Wildson Teixeira de Noronha1, Alexandre Araújo Costa1, Vicente de
Paula Silva Filho2
1
Universidade Estadual do Ceará – UECE – Av. Paranjana, 1700 – Itaperi – Fortaleza – CE –
Brazil, email: [email protected]
2
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais/Eusébio – INPE/Eusébio – Estrada do fio, 6000 –
Tupuiú – Eusébio CE – Brasil
ABSTRACT: Fortaleza is a city under a process of strong economic greowth and urban
development. This urbanization brings many changes to the environment, contributing to the
occurrence of a fairly common phenomenon in large cities, called "heat island". This study
has the purpose of evaluating the impacts of climate change that might be taking place in the
city of Fortaleza, Ceará. Therefore, temperature data from numerical simulations of the local
atmosphere, obtained by the version 6.0 of the model RAMS (Regional Atmospheric
Modeling System), were compared with observed data obtained in situ from measurements
for the year 2007 (MOURA, 2008). Preliminary analysis indicates that the model was able,
with good quality, to predict this heating phenomenon when compared with the observed
data.
Palavras-chave: Ilha de calor; Fortaleza; RAMS.
1 - INTRODUÇÃO
A Região Metropolitana de Fortaleza é caracterizada por apresentar áreas com um
elevado percentual coberto por asfalto e concreto, circundado por áreas rurais e industriais. As
áreas do centro urbano são mais adensadas e com tendência a apresentar maiores temperaturas
do que as áreas rurais.
Na cidade as construções se transformam em barreiras para o vento. Quanto mais
asfalto, concreto e menos presença de vegetação, maior deverá ser a temperatura do ar.
Tudo isso determina um aparecimento de um gradiente horizontal de temperatura
conhecido como o fenômeno Ilha de Calor Urbana (STULL, 1993). O fenômeno Ilha de Calor
pode ser definido como uma anomalia térmica que ocorre principalmente nas cidades com o
elevado grau de urbanização. Nestas cidades, a temperatura média costuma ser mais elevada
do que nas regiões próximas.
2 - MATERIAL E MÉTODOS
2.1 ILHA DE CALOR
O termo "ilha de calor" se refere a um fenômeno urbano onde se observa que as
temperaturas da superfície nas regiões centrais são maiores do que nas zonas rurais próximas
em uma grande cidade. Em muitas cidades e subúrbios, as temperaturas do ar são de 4ºC, 6°C
ou até mesmo 11ºC mais quentes que a cobertura vegetal natural circundante (FREITAS, E,
2010). Temperaturas elevadas podem afetar as comunidades através do aumento da demanda
de energia elétrica, níveis de poluição atmosférica e doenças relacionadas ao calor (FREITAS,
M, 2010).
Cidades que possuem climas frios podem realmente ser beneficiadas pelo efeito de
aquecimento de Inverno de ilhas de calor. As temperaturas mais elevadas podem reduzir
necessidades energéticas de aquecimento e podem ajudar a derreter o gelo e neve nas estradas.
Mas no Verão, no entanto, a mesma cidade pode enfrentar efeitos negativos das ilhas de calor.
Do ponto de vista da modelagem numérica, simulações com o modelo RAMS
(FREITAS & SILVA DIAS, 2000, 2003), dentre outros modelos, têm sido bastante utilizadas
para o desenvolvimento de estudos sobre a formação de ilha de calor.
2.2 OBJETO DO ESTUDO
Este trabalho visa replicar e ampliar, através da modelagem numérica, as conclusões
apresentadas por Moura (2008). Sendo assim, a região de estudo foi à cidade de Fortaleza,
compreendendo os seguintes bairros: Damas, Parque do Cocó, Bairro de Fátima, Aldeota,
Barra do Ceará, Henrique Jorge e Mondubim.
Moura (2008) fez sua análise em dois experimentos de 24h00, o primeiro realizado
no período da quadra chuvosa na região, nos dias 04 e 05/05/2007 e o segundo no período da
quadra seca, nos dias 09 e 10/11/2007, e os averiguou separadamente em quatro etapas:
manhã (07h00 às 12h00 horas), tarde (13h00 às 18h00 horas), noite (19h00 às 0h00 hora) e
madrugada (01h00 às 06h00 horas), para uma melhor compreensão do ritmo diário dos
atributos climáticos obtidos. Estes períodos foram aqui, numericamente com o RAMS,
replicados, para efeito de comparação.
2.3 MODELAGEM NUMÉRICA
O RAMS (Regional Atmospheric Modeling System) é um modelo computacional de
simulação numérica altamente versátil desenvolvido pelos cientistas da Colorado State
University (CSU) (PIELKE ET AL., 1992) que vem se aprimorando pela contribuição de
vários grupos ao longo dos anos, para ser utilizado, principalmente, como uma ferramenta de
pesquisa.
O RAMS oferece uma ampla gama de opções que lhe permitem ser adaptado para
uma variedade ainda maior de aplicações. O código contém uma variedade de estruturas e
funções que incluem códigos para condições de atmosfera não-hidrostática, e resoluções
espaciais que variam entre valores menores que um metro, a valores maiores que cem
quilômetros. Isso permite aos usuários facilmente selecionar opções apropriadas para
diferentes escalas espaciais, problemas meteorológicos ou de aplicações. (COTTON ET AL.,
2003)
Durante a simulação foi utilizado o processo de aninhamento de grades com um total
de quatro grades sendo que a primeira com resolução de 32 km com 60 pontos nos eixos x e
y, a segunda com resolução de 8 km com 90 pontos nos eixos x e y, a terceira com 2 km de
resolução com 130 pontos nos eixos x e y, por ultimo a quarta grade com resolução mais alta
(500 m), tendo 202 pontos nos eixos x e y. Na vertical foi utilizada uma grade variável
iniciando em 60 m aumentando gradativamente por um fator de 1,133 até atingir 600 m,
totalizando 49 níveis, com ambas as grades centradas em 3°47´40,39´´S e 38°33´27,18´´O.
Algumas características específicas desta modelagem são apresentadas na Tabela 1.
Tabela 1 – Características do modelo RAMS utilizada durante a simulação.
Resolução
500 m
Passo de tempo
30 s
Número de pontos na fronteira lateral (nudging)
5
Escala de tempo do nudging na fronteira lateral
1200 s
Escala de tempo do nudging no centro do domínio
86400 s
Escala de tempo do nudging no topo do domínio
43200 s
Tipo de radiação de onda longa e onda curta
Chen
3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO
O bairro Damas, em Fortaleza, tem como eixo principal a Avenida João Pessoa. Esta
é uma avenida movimentada, asfaltada e rodeada de prédios. Assim como em Moura (2008),
observou-se variações nos mesmos períodos conforme a Figura 1 e Tabela 2. No parque do
Cocó, que está localizado em região de grande desenvolvimento urbano, o modelo encontrou
valores elevados de temperatura no período da manhã, não relatado no trabalho de Moura
(2008) encontrando, exceto por pequenas diferenças nos valores absolutos, variações nos
períodos da tarde e da madrugada. Em contrapartida, Moura (2008) verificou uma pequena
ilha de calor à noite.
Tabela 2 – Comparação entre os dados observados por Moura (2008) e simulado pelo RAMS
Maio
Bairro
Observado
Simulado
Damas
3ºC – 11h00 às 12h00
1ºC – 01h00 às 03h00
3ºC – 10h00 às 13h
0,5ºC – 00h00 às 0400h
Cocó
2ºC – 13h00 às 18h00
4ºC – 22h00 às -23h00
1ºC – 01h00 às-03h00
1ºC – 10h00 às 12h00
2ºC – 12h00 às 16h00
0,5ºC – 00h00 às 06h00
Fátima
2ºC – 21h00
1ºC – 01h00 e 03h00
2ºC – 12h00 às 18h00
0,5ºC – 00h00 às 06h00
Aldeota
1,2ºC – 13h00 às 18h00
5,5ºC – 23h00
1,5 – 00h00 às 02h00
1,2ºC - 13h00 às 18h00
1,5ºC - 08h00 às 10h00
Barra do
Ceará
4ºC – 07h00
2,5ºC – 10h00 às 16h00
2ºC – 21h00
1,5ºC - 06h00 às 10h00
1,7ºC - 12h00 às 18h00
Henrique
Jorge
2,5ºC – 13h00 às -17h00
1ºC - 01h00
3,7ºC – 20h
2ºC - 12h00 às 18h00
1ºC - 00h00 às 03h00
5,5ºC - 23h00
4ºC - 10h00 às 13h00
1ºC - 00h00 às 02h00.
Mondubim
Em Fátima, bairro urbanizado com boa densidade de edificações, o modelo
encontrou a ilha de calor citada por Moura (2008) só que com uma diferença quanto ao
horário defasado em três horas, além de outra ilha de calor no período da madrugada com
menor intensidade. Já na Aldeota, este que é localizado na zona norte da cidade, o RAMS
encontrou uma ilha de calor não relatada por Moura (2008) no período da manhã, e não
encontrou a ilha de calor noturna e a da madrugada, mas, simulou a mesma ilha de calor que
Moura (2008) observou à tarde.
Na Barra do Ceará, podemos ver que houve certa diferença nos resultados, o modelo
simulou duas ilhas de calor diferentes das três citadas por Moura (2008). Já no Henrique
Jorge, o modelo conseguiu reproduzir duas das três citadas por Moura (2008) com uma
diferença de 0,5°C temperatura.
No Mondubim, conforme a Figura 1 a simulação encontrou duas ilhas de calor que
não foram encontradas por Moura (2008), e não localizou aquela citada pelo mesmo.
Analisando os dados tanto observados como simulados para o mês de novembro,
foram verificadas temperaturas semelhantes ao mês de maio, contudo não apresentando ilhas
de calor, exceto para o bairro Damas (Figura 2). Pode-se relacionar estes resultados
encontrados em virtude do período ser de quadra seca e o calor é absorvido pelo asfalto e
grandes construções localizadas no bairro.
Figura 1 – Temperatura (°C) para o período entre 4 e 5 de Maio de 2007 para todos os bairros
obtido com dados simulado pelo RAMS.
O bairro Cocó apresentou as menores temperaturas juntamente com Fátima. Aldeota
também apresentou baixas temperaturas. Já na Barra do Ceará, foram obtidas as maiores
temperaturas tanto pela manhã, quanto pela tarde (Figura 2), concordando com valores
observados por Moura (2008).
Figura 2 – Temperatura (°C) para o período entre 9 e 10 de Novembro de 2007 para todos os
bairros obtido com dados simulado pelo RAMS.
De acordo com Moura (2008), o Henrique Jorge e o Mondubim foram os dois bairros
onde se verificou as maiores temperaturas. Esses dados coincidem, pois esta variação de
temperatura era esperada por ser um bairro populoso e totalmente preenchida por casas e além
do mais ser período de quadra seca.
4 - CONCLUSÕES
O modelo de simulação numérica analisou sete pontos da cidade de Fortaleza, sendo
que diversas características deveriam ser analisadas, como demografia, pavimentação,
localidade, época (seca ou chuvosa), etc., onde deveria mostrar que era possível criar a partir
desse ponto um estudo sobre a presença de ilhas de calor em Fortaleza. Com os resultados
encontrados foi possível ver que o modelo foi capaz de representar as ilhas de calor que
ocorrem na cidade de Fortaleza, visto que conseguiu simular e mostrar em que pontos a
temperatura com maiores valores e que combinado com ventos mais fracos e alta umidade
trazem desconforto.
Salienta-se que o modelo seguiu a climatologia dos períodos analisados, mostrando
que no período chuvoso as variações de temperaturas são menores que no período seco.
5 - AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem aos financiamentos do CNPq e da FUNCAP pelos processos
479644/2008-0 Edital Universal 14/2008, Programa Primeiros Projetos 9886/06 e da FINEP
(Projeto PSICO – Previsão de Sistemas Convectivos: Observação, Modelagem e Nowcasting,
CHAMADA PÚBLICA MCT/FINEP/Ação Transversal 13/2006).
6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
COTTON, W. R.; WALKO, R. L.; LISTON, G. E.; ET AL. RAMS 2001: Current status and
future directions. Meteorology and Atmospheric Physics, v. 29, p. 5-29. doi: 10.1007/s00703001-0584-9, 2003.
FREITAS, E. F. & SILVA DIAS, P .L. 2000. O Efeito da Ilha de Calor Sobre os Fluxos de
Calor Através da Utilização do Modelo RAMS. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE
METEOROLOGIA,11, Rio de Janeiro, 2000. Anais, Rio de Janeiro, SBMET, p. 3566-3574.
FREITAS, E. Ilha de Calor. Disponível em: http://www.brasilescola.com/geografia/ilha-decalor.htm. Acessado em 26/05/2010. 10:00
FREITAS, M. O aquecimento Urbano.
http://www.ecoterrabrasil.com.br/home/index.php?pg=temas&tipo=temas&cd=1557
Acessado em 26/05/2010. 10:36
MOURA, M.O. O Clima Urbano de Fortaleza sob o nível do Campo Térmico. 2008.
Dissertação de Mestrado em Geografia/UFC. Fortaleza, 2008.
PIELKE, R. A.; COTTON, W. R.; WALKO, R. L.; ET AL. Meteorology and Atmospheric
Physics 9. Transport, v. 91, p. 69-91, 1992.
STULL, R. B. 1993. An Introduction to Boundary Layer Meteorology. Kluwer Academic
Publishers, Dordrecht. 666 p.