Modelagem do microclima e estratégias de mitigação do calor urbano em zonas climáticas locais
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Data
2021-06-28
Autores
Cardoso, Renata dos Santos
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Modelos numéricos de microescala, capazes de simular as condições térmicas de ambientes urbanos complexos, são cada vez mais utilizados para projetar cenários climáticos de adaptação e avaliar os benefícios de medidas de mitigação do calor. Nesta tese, foram avaliados os impactos de resfriamento de estratégias de mitigação de calor urbano em Zonas Climáticas Locais (LCZs) de Presidente Prudente-SP utilizando o ENVI-met, com a hipótese de que LCZs requerem diferentes estratégias que considerem as condições de cada paisagem para a redução das temperaturas urbanas. Em primeiro lugar, investigou-se a formação de ilhas de calor em bairros compactos de baixa e média elevação durante dias típicos de inverno e verão. Para os cenários base, a calibração e validação do ENVI-met foram conduzidas por meio de observações in situ para melhorar o desempenho das simulações e avaliar as tendências do modelo e a confiabilidade dos resultados. As simulações de estratégias de mitigação de calor urbano enfatizaram a avaliação sistemática dos impactos de resfriamento absoluto e normalizado das implementações de telhados e pavimentos reflexivos. Os impactos dessas estratégias na temperatura do ar foram analisados por meio da métrica de eficácia de resfriamento do albedo (ACE), que é baseada na fração da superfície modificada (λ𝑠������� ) e intensidade da implementação de mitigação de calor (∆𝛼�������𝑠������� ). Os resultados demonstraram que as implementações de albedo geram mais resfriamento para as condições diurnas de verão, sendo que os pavimentos reflexivos são mais eficazes na redução da temperatura do ar no nível dos pedestres do que o aumento do albedo dos telhados. A implementação de pavimentos reflexivos resultou na diminuição de até 0,45°C (LCZ 2: ∆𝛼�������𝑠������� = 0,20 e λ𝑠������� = 0,34) por aumento médio de 0,10 no albedo, enquanto os telhados de alta refletividade ofereceram resfriamento de 0,14°C (LCZ 3: ∆𝛼�������𝑠������� = 0,36 e λ𝑠������� = 0,47) em condições típicas de uma tarde de verão sem nebulosidade. A eficácia das estratégias de mitigação é influenciada por vários fatores, incluindo condições meteorológicas, características da área modelada, intensidade das implementações e a capacidade do modelo em representar processos físicos. Isso ressalta a importância da avaliação apropriada do modelo e da implementação de estratégias de redução de calor que levem em consideração o contexto de cada local para projetar cenários de adaptação que sejam os mais efetivos possíveis.
Microscale numerical models that are able to simulate the thermal conditions of complex urban environments are increasingly being used to plan scenarios for climate adaptation and assess the benefits of heat mitigation measures. In this thesis, the cooling impacts of urban heat mitigation strategies in Presidente Prudente-SP Local Climate Zones (LCZs) are evaluated using ENVI-met, with the hypothesis that LCZs require different heat reduction strategies that consider the conditions of each landscape to reduce urban temperatures. First, the formation of heat islands in compact low- and mid-rise neighborhoods during typical winter and summer days are addressed. For the base case scenarios, calibration and validation of ENVI-met are conducted through in situ observations to improve the performance of the simulations and assess the model biases and reliability of the results. The simulations of urban heat mitigation strategies focus on the assessment of absolute and normalized cooling impacts of reflective roofs and pavements. Their effects on air temperature are analyzed using the albedo cooling effectiveness metric (ACE), which is based on the fraction of the modified surface (λ𝑠������ ) and intensity of the heat mitigation implementation (∆𝛼������𝑠������ ). The data demonstrate that albedo-based implementations generate more cooling for daytime summer conditions. They also show that reflective pavements are more effective in reducing the pedestrian-level air temperature compared to the roof-level albedo increase. The implementation of the reflective pavements yields cooling of up to 0.45°C (LCZ 2: ∆𝛼������𝑠������ = 0.20 and λ𝑠������ = 0.34) per 0.10 albedo increase, whereas high-reflectivity roofs offer 0.14°C of cooling (LCZ 3: ∆𝛼������𝑠������ = 0.36 and λ𝑠������ = 0.47) for summer afternoon conditions. The efficacy of mitigation strategies is affected by several factors, including meteorological conditions, neighborhood characteristics, intensity of implementation, and the model’s ability to represent physical processes. This highlights the importance of appropriate model evaluation and implementation of heat reduction strategies that account for the context of each site to design scenarios with the most effective adaptation measures.
Microscale numerical models that are able to simulate the thermal conditions of complex urban environments are increasingly being used to plan scenarios for climate adaptation and assess the benefits of heat mitigation measures. In this thesis, the cooling impacts of urban heat mitigation strategies in Presidente Prudente-SP Local Climate Zones (LCZs) are evaluated using ENVI-met, with the hypothesis that LCZs require different heat reduction strategies that consider the conditions of each landscape to reduce urban temperatures. First, the formation of heat islands in compact low- and mid-rise neighborhoods during typical winter and summer days are addressed. For the base case scenarios, calibration and validation of ENVI-met are conducted through in situ observations to improve the performance of the simulations and assess the model biases and reliability of the results. The simulations of urban heat mitigation strategies focus on the assessment of absolute and normalized cooling impacts of reflective roofs and pavements. Their effects on air temperature are analyzed using the albedo cooling effectiveness metric (ACE), which is based on the fraction of the modified surface (λ𝑠������ ) and intensity of the heat mitigation implementation (∆𝛼������𝑠������ ). The data demonstrate that albedo-based implementations generate more cooling for daytime summer conditions. They also show that reflective pavements are more effective in reducing the pedestrian-level air temperature compared to the roof-level albedo increase. The implementation of the reflective pavements yields cooling of up to 0.45°C (LCZ 2: ∆𝛼������𝑠������ = 0.20 and λ𝑠������ = 0.34) per 0.10 albedo increase, whereas high-reflectivity roofs offer 0.14°C of cooling (LCZ 3: ∆𝛼������𝑠������ = 0.36 and λ𝑠������ = 0.47) for summer afternoon conditions. The efficacy of mitigation strategies is affected by several factors, including meteorological conditions, neighborhood characteristics, intensity of implementation, and the model’s ability to represent physical processes. This highlights the importance of appropriate model evaluation and implementation of heat reduction strategies that account for the context of each site to design scenarios with the most effective adaptation measures.
Descrição
Palavras-chave
Modelagem microclimática, Zona climática local, Estratégias de mitigação do calor, Envi-met, Presidente Prudente, Microclimate modeling, Local climate zone, Heat mitigation strategies