MARCO AURÉLIO NERI TORRES ANÁLISE DAS ILHAS DE CALOR URBANAS EM SÃO LUÍS - MARANHÃO Presidente Prudente – SP 2022 MARCO AURÉLIO NERI TORRES Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós- Graduação em Geografia da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Faculdade de Ciência e Tecnologia de Presidente Prudente/SP, como requisito para obtenção do título de Mestre em Geografia. Área de concentração: Produção do Espaço Geográfico Orientadora: Profa. Dra. Margarete Cristiane de Costa Trindade Amorim Presidente Prudente – SP 2022 FICHA CATALOGRÁFICA UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Câmpus de Presidente Prudente ATA DA DEFESA PÚBLICA DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO DE MARCO AURÉLIO NERI TORRES, DISCENTE DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA, DA FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA - CÂMPUS DE PRESIDENTE PRUDENTE. Aos 04 dias do mês de março do ano de 2022, às 09:00 horas, por meio de Videoconferência, realizou-se a defesa de DISSERTAÇÃO DE MESTRADO de MARCO AURÉLIO NERI TORRES, intitulada ANÁLISE DAS ILHAS DE CALOR URBANAS EM SÃO LUÍS - MARANHÃO. A Comissão Examinadora foi constituída pelos seguintes membros: Profa. Dra MARGARETE CRISTIANE DE COSTA TRINDADE AMORIM (Orientador(a) - Participação Virtual) do(a) Departamento de Geografia / FCT/UNESP - Câmpus de Presidente Prudente, Prof. Dr. RONALDO RODRIGUES ARAÚJO (Participação Virtual) do(a) Depto de Geociências / Universidade Federal do Maranhão, Profa. Dra. MIRIAM RODRIGUES SILVESTRE (Participação Virtual) do(a) Departamento de Estatística / FCT/UNESP - Câmpus de Presidente Prudente. Após a exposição pelo mestrando e arguição pelos membros da Comissão Examinadora que participaram do ato, de forma presencial e/ou virtual, o discente recebeu o conceito final: APROVADO. Nada mais havendo, foi lavrada a presente ata, que após lida e aprovada, foi assinada pelo(a) Presidente(a) da Comissão Examinadora. PROFA. DRA. MARGARETE CRISTIANE DE COSTA TRINDADE AMORIM Faculdade de Ciências e Tecnologia - Câmpus de Presidente Prudente - Rua Roberto Simonsen, 305, 19060900, Presidente Prudente - São Paulo http://www.fct.unesp.br/pos-graduacao/--geografia/CNPJ: 48.031.918/0009-81. DEDICATÓRIA A todos os cientistas, professores e aos meus conterrâneos maranhenses, grandes camaradas desse grandioso estado. A minha avó Zélia (in memorian), a minha mãe Izinente, a minha irmã Carol, a minha sobrinha Abynara, a minha esposa Priscilla e ao amor da minha vida toda, minha filha Vitória. Essas são as mulheres e meninas guerreiras que me ensinaram a vencer! Obrigado por tudo! AGRADECIMENTOS A universidade pública e de qualidade, que prepara os cientistas brasileiros para as demandas sociais nas mais diversas esferas, com competência e excelência dos mais altos níveis científicos. Aos cientistas brasileiros, que batalham há anos com baixos recursos e desenvolvem pesquisas fantásticas e de grande relevância científica e social, que seguem a razão contra todo o negacionismo e totalitarismo da mente de alguns pseudo governantes, pessoas de má índole e mentirosos. A minha família, pelo apoio incondicional em todos as etapas, em especial: a minha mãe, Izinete; a minha irmã, Carol; a minha sobrinha, Abynara; a minha esposa, Priscilla; a minha filha e dona do maior amor do mundo, Vitória, obrigado por me ensinar muitas coisas nesse 1 ano e 4 meses de vida. A minha sogra, dona Telma e a minha cunhada, Paloma. Muito obrigado por segurar a barra cuidando da minha filha nos momentos finais de dissertação. A Fundação de Amparo a Pesquisado do Estado de São Paulo (FAPESP), pelo apoio financeiro e técnico ratificado através da bolsa de mestrado sob processo FAPESP: 2019/12170- 4. O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001. Ao Programa de Pós-Graduação em Geografia de Presidente Prudente, pela oportunidade de estar no meio de pares tão relevantes dentro da ciência geográfica nacional e internacional, pelos estudos e aplicações desenvolvidos nos diversos momentos da vida acadêmica nesses quase três anos. A minha orientadora, a grande mulher, a grande cientista e grande professora, a Dra. Margarete Cristiane de Costa Trindade Amorim, muito obrigado pelos aconselhamentos científicos em todos os momentos, e por não deixar desamparado em nenhuma das etapas da pesquisa, para mim você é a melhor professora/orientadora da FCT/UNESP de Presidente Prudente. A todos os integrantes Núcleo de Estudos e Pesquisas Ambientais (NEPA/UFMA), pelo apoio incondicional tanto do ponto de vista de conhecimento, pois nele me estabeleci enquanto pesquisador ainda na graduação, tanto do ponto de vista de disponibilização dos equipamentos técnicos para o desenvolvimento desta pesquisa. Aos professores e coordenadores do NEPA que diretamente contribuíram para o desenvolvimento dessa pesquisa, em especial a professora Dra. Zúlimar Márita Ribeiro Rodrigues, ao professor Dr. Antonio Cordeiro Feitosa, ao professor Dr. José Aquino Júnior e ao professor Ms. Ulisses Denache, muito obrigado. Aos professores da UFMA que ajudaram na pesquisa da melhor forma possível por meio de aconselhamentos científicos a partir do grande conhecimento na área da climatologia, dentre eles o professor Dr. Juarez Mota Pinheiro e professor Dr. Ronaldo Rodrigues Araújo, estes que também estiveram na banca da minha monografia e hoje também estão enquadrados na banca da minha pesquisa de mestrado. Aos amigos egressos da UFMA que diretamente me ajudaram seja do ponto de vista científico, seja do ponto de vista emocional para a finalização deste trabalho, em especial Jamile, Daniele, Igor, Leonardo, Paula, Taissa. A meu compadre Paulo, pelo incentivo todo esse tempo, por ser um grande amigo e agora padrinho da minha filha. Agradeço pelas mais de 50 horas de viagem que você planejou (atrapalhadamente) em 2018 para eu fazer a prova de ingresso no mestrado, tudo isso valeu a pena. Ao professor Audivan e a Jainara, por todo apoio nas pesquisas de campo e contribuições científicas, vocês são especiais e foram de muita ajuda neste trabalho. A todos os colegas de mestrado e doutorado ingressantes na turma de 2019, obrigado pela oportunidade de conviver com vocês nesse período na UNESP, vocês são pessoas maravilhosas. Aos amigos que fiz em Presidente Prudente, em especial Gustavo, Daniele, Nani, Gisele, Gilvan Prates, Ricardo, Matheus, Lucas, Carla Hentz, Carlos Eduardo e dentre muitos outros que não teria espaço para citar aqui, meu muito obrigado. Ao grupo de trabalho em climatologia urbana e a todo o pessoal do GAIA da UNESP, sem a companhia e ajuda de vocês nada disso seria possível. Ao corpo editorial da Revista Formação, obrigado pelo aprendizado nessa importante etapa do meu desenvolvimento científico. Também agradeço aos editores chefes, o professor Dr. Eliseu Savério Spósito e ao professor Dr. Carlos Alberto Feliciano (Cacá), pela oportunidade de trabalhar junto e pela troca de conhecimento nas diversas funções da revista. As pessoas que cederam suas casas para instalação dos sensores e estações meteorológicas durante as pesquisas de campo, por toda a ajuda e comunicação em todo tempo que os equipamentos ficaram nas suas residências. Ao Batalhão de Polícia Militar Ambiental do Maranhão pela disponibilização do espaço, e ao Laboratório de Meteorologia do Núcleo Geoambiental da Universidade Estadual do Maranhão, pela disponibilização de dados da sua estação meteorológica. A banca de qualificação e a de defesa dessa pesquisa de mestrado, ao professor Dr. Ronaldo Rodrigues Araújo (já citado) e a professora Dra. Miriam Rodrigues Silvestre, obrigado pelas contribuições que ajudaram na finalização da pesquisa. Ao pessoal da república MASP (Maranhão, São Paulo, Piauí), pela convivência e amizade que levo para toda vida, em especial: Larissa, a loira mais bonita da GEO e pela mulher forte que você é; a Francisco Wendel, vulgo Xicó, também conhecido como idoso, um cara meio rabugento, mas que é super gente boa; a baixinha da Liriane, o que lhe falta em tamanho não falta em vontade de bater papo, a jovem fala pelos cotovelos, além disso, é dona de um coração enorme, dos mais generosos que eu já vi. A Nicolas, Grabriela e Paulo, pelos momentos bons vividos entre os anos de 2020 e 2021 com companheiros de república, obrigado. Ao pessoal do grupo “Coffe Time”, que depois se transformou em um grupo de viagens para eventos (nunca viajamos), e por fim virou um grupo de fofoca mesmo, em especial: Ana Carolina, Marcia, Thiago Milani, Carol, Mariana, Amanda, Nicolas e Luís, muito obrigado por me permitirem sua amizade, levarei vocês para toda a vida. Por fim, não se faz nada sozinho, muito menos ciência, obrigado a todos que contribuíram direta e indiretamente para a finalização desta pesquisa de mestrado. EPÍGRAFE “Mas, por mercê de Deus, observamos o contrário na Ilha do Maranhão e terras adjacentes do Brasil, situadas precisamente sob a zona tórrida, a dois e meio graus mais ou menos do Equador, para o lado do trópico de Capricórnio, onde, passando o sol duas vezes pelo seu zênite, seria de fato o calor insuportável não fosse a incomensurável providência divina atenuar e temperar tal ardor por meios muitas vezes maravilhosos. Se a temperatura, ou o clima, de uma região depende tão-somente da pureza e da doçura do ar, julgo (o que há de parecer paradoxal a muitos) que não existe lugar no mundo mais temperado e delicioso do que este”. Claude d'Abbeville História da missão dos padres capuchinhos na Ilha do Maranhão e terras circunvizinhas (1614) RESUMO A presente pesquisa teve como objetivo analisar a formação das Ilhas de Calor Urbana em São Luís, capital do estado do Maranhão, considerando a dinamicidade do espaço urbano, as características físicas e ambientais e as diferentes formas de uso e ocupação da terra. As ilhas de calor podem ser caracterizadas pela diferença de temperaturas de um ambiente rural mais próximo para com os demais ambientes da zona urbana. Para o desenvolvimento da pesquisa foi utilizada a teoria do Sistema Clima Urbano (SCU), proposta por Monteiro (1976), particularmente no subsistema termodinâmico que envolve dados referentes às temperaturas observadas e distribuídas espacialmente na cidade, considerando-se, principalmente, as ilhas de calor urbanas e a estrutura intraurbana. Para que os objetivos fossem atingidos, a pesquisa foi dividida em três etapas diferentes, porém complementares, tais como: identificação e caracterização do ambiente urbano; análise das ilhas de calor superficiais por meio de sensoriamento remoto; e análise das ilhas de calor urbanas atmosféricas a partir de registros das temperaturas em pontos fixos. Foram utilizadas técnicas de Processamento Digital de Imagem de Satélite, estatísticas descritivas para entendimento inicial da dinâmica das temperaturas urbanas, análise das temperaturas para o estudo das intensidades e magnitudes das ilhas de calor atmosféricas. Como resultados, as ilhas de calor superficiais apresentaram maiores temperaturas nas áreas mais densamente construída, e as menores foram registradas nas áreas relacionadas a Unidades de Conservação, Áreas de Preservação Permanente ou áreas que com nível maior de arborização devido aos padrões de habitação. As ilhas de calor atmosféricas apresentaram maiores intensidades no período diurno. No período noturno têm-se um padrão de baixa diferença das intensidades da ICU. As magnitudes encontradas foram de baixa, média, forte e muito forte magnitude, sendo que as de fraca magnitude foram predominantes no período estudado (76,5%). Palavras-chave: Climatologia Urbana; Temperatura; São Luís - Maranhão. ABSTRACT The present research aimed to analyze the formation of Urban Heat Islands in São Luís, capital of the state of Maranhão, considering the dynamics of urban space, the physical and environmental characteristics and the different forms of land use and occupation. The heat islands can be characterized by the difference in temperatures of a closer rural environment to the other environments of the urban area. For the development of the research, the theory of the Urban Climate System (UHS), proposed by Monteiro (1976), was used, particularly in the thermodynamic subsystem that involves data regarding the temperatures observed and spatially distributed in the city, considering mainly the urban heat islands and the intra-urban structure. In order to achieve the objectives, the research was divided into three different but complementary stages, such as: identification and characterization of the urban environment; analysis of surface heat islands through remote sensing; and analysis of atmospheric urban heat islands based on temperature records at fixed points. Satellite Image Digital Processing techniques were used, descriptive statistics for initial understanding of the dynamics of urban temperatures, analysis of temperatures for the study of intensities and magnitudes of atmospheric heat islands. As results, the surface heat islands showed higher temperatures in the most densely built areas, and the lowest were recorded in areas related to Conservation Units, Permanent Preservation Areas or areas that have a higher level of afforestation due to housing patterns. Atmospheric heat islands presented higher intensities in the daytime period. In the nighttime period there is a pattern of low differences in UHI intensities. The magnitudes found were of low, medium, strong and very strong magnitude, being that those of weak magnitude were predominant in the studied period (76.5%). Keywords: Urban Climatology; Temperature; São Luís - Maranhão. LISTA DE FIGURAS Figura 1. Relação sistêmica em que o subsistema termodinâmico se estabelece no SCU ....... 35 Figura 2. Perfil da ilha de calor urbana .................................................................................... 39 Figura 3. Resumo dos tipos de ICU, suas escalas, processos térmicos, abordagens usadas para modelá-los e técnicas de medição direta e remota utilizadas para observá-las. ....................... 41 Figura 4. Ilustração das diferenças que formam os quatro tipos de ICU ................................. 41 Figura 5. Mapa de localização do município de São Luís-MA. ............................................... 43 Figura 6. Mapa de localização da zona urbana de São Luís (Área de Estudo). ....................... 44 Figura 7. Mapa de localização da Bacia de São Luís. .............................................................. 47 Figura 8. Divisão da Planície Litorânea Maranhense ............................................................... 47 Figura 9. Geologia da Zona Urbana de São Luís – MA. .......................................................... 47 Figura 10. Mapa de Localização da área de influência do Golfão Maranhense. ...................... 47 Figura 11. Unidades Geomorfológicas da zona urbana de São Luís - MA .............................. 49 Figura 12. Unidades Geomorfológicas da zona urbana de São Luís - MA .............................. 49 Figura 13. Orientação de vertente zona urbana de São Luís - MA .......................................... 49 Figura 14. Hipsometria da zona urbana de São Luís - MA ...................................................... 49 Figura 15. Planta de evolução da cidade de São Luís entre os anos de 1612 a 1700. .............. 56 Figura 16. Planta da Cidade de São Luís, 1912 ........................................................................ 60 Figura 17. Mapa da evolução dos bairros da zona urbana de São Luís-MA, 1950 - 2000....... 64 Figura 18. Mapa de origem de ocupação da zona urbana de São Luís..................................... 65 Figura 19. Zoneamento de São Luís. ........................................................................................ 67 Figura 20. a - Registrador de dados da estação de monitoramento remoto HOBO RX3000; b - Sensor de temperatura do ar / umidade relativa - HOBO U23 Pro v2; c - Sensor de Velocidade /rajada de vento (S-WSB-M003); d - Sensor de Direção do vento (S-WDA-M003); e - Abrigo meteorológico ( RS3-B ) para sensor de temperatura do ar / umidade relativa; f – Tripé. ...... 77 Figura 21. a - Termohigrômetro HOBO (U10 -003); b - Abrigo meteorológico (RS1) para sensor de temperatura do ar / umidade relativa; c - Abrigo meteorológico (RS4) para sensor de temperatura do ar / umidade relativa; d – Tripé. ...................................................................... 78 Figura 22. Sensores e estações instalados em campo. A – Estação Meteorológica HOBO 2 (ponto 1 - Ponta da Areia); B – Sensor HOBO U10-003 com abrigo meteorológico (RS1) file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351754 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351755 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351756 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351757 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351758 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351759 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351760 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351761 (ponto 3 – Habitacional turu);C - Sensor HOBO U10-003 com abrigo meteorológico (RS4) (ponto 4- Renascença). ............................................................................................................. 79 Figura 23. Adaptação feita nos varais de residências onde se impossibilitou de instalar os sensores com tripés. .................................................................................................................. 80 Figura 24. Adaptação feita em tronco de árvore em área de vegetação arbórea ...................... 81 Figura 25. Mapa de uso e ocupação da terra a zona urbana de São Luís ................................. 85 Figura 26. NDVI – 23 de junho de 2020 .................................................................................. 88 Figura 27. Temperatura de Superfície na Zona Urbana de São Luís – 23 de junho de 2020 ... 88 Figura 28. NDVI – 17 de agosto de 2020 ................................................................................. 89 Figura 29. Temperatura de Superfície na Zona Urbana de São Luís – 17 de agosto de 2020 . 89 Figura 30. Magnitudes das ilhas de calor superficiais na Zona Urbana de São Luís – 23 de junho de 2020 ........................................................................................................................... 91 Figura 31. Magnitude das ilhas de calor superficiais na Zona Urbana de São Luís – 17 de agosto de 2020 .......................................................................................................................... 91 Figura 32. Localização dos sensores e estações meteorológicas em São Luís ......................... 98 Figura 33. Prancha da variação espaço-temporal das intensidades da temperatura do ar nos 26 pontos de São Luís em relação ao ambiente Rural (Ponto 9) no mês de setembro de 2020. . 118 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351773 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351774 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351775 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351776 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351777 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351777 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351778 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351778 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351779 ‘ LISTA DE TABELAS Tabela 1. Estudos de Clima urbano no Brasil – 1990 a 2010 ................................................... 34 Tabela 2. Crescimento demográfico de São Luís nos séculos XVII, XVII, XIX ..................... 59 Tabela 3. Crescimento demográfico de São Luís nos séculos XX e XXI. ............................... 62 Tabela 4. Classificação de conformidade ao Índice Kappa. ..................................................... 71 Tabela 5. Relação das classes de uso e o quantitativo das áreas .............................................. 84 Tabela 6. Quantitativo das áreas em relação as magnitudes das ilhas de calor ........................ 93 Tabela 7. Quantitativos de classes de uso da terra e Magnitudes das ICUs - 23 de junho de 2020 .......................................................................................................................................... 93 Tabela 8. Quantitativos de classes de uso da terra e Magnitudes das ICUs - 17 de agosto de 2020 .......................................................................................................................................... 94 Tabela 9. Estatística Descritiva dos dados de temperatura do ar – setembro de 2020 ........... 108 Tabela 10. Quantitativo das classes de magnitudes das ICU – setembro de 2020 ................. 119 Tabela 11. Magnitudes das ICU por ponto – setembro de 2020 ............................................ 119 Tabela 12. Variação horária das magnitudes da ICU do ponto 23 (Aeroporto) – 94,9% de ICU com fraca magnitude .............................................................................................................. 121 Tabela 13. Variação horária das magnitudes da ICU do ponto 24 (Jardim América) – 47,1% de ICU com média magnitude ................................................................................................ 122 Tabela 14. Variação horária das magnitudes da ICU do ponto 25 (Cidade Olímpica) – 10,6% de ICU com forte magnitude. ................................................................................................. 123 Tabela 15. Variação horária das magnitudes da ICU do ponto 20 (Cidade Operária) – 13,5% de ICU com muito forte magnitude. ....................................................................................... 124 Tabela 16. Variação horária das magnitudes da ICU do ponto 01 (Ponta do Farol) – 26,1% de Ilhas de Frescor ....................................................................................................................... 125 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351847 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351847 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351848 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351848 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351849 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351849 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351850 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351850 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351851 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351851 LISTA DE ABREVITURAS E SIGLAS ALCOA/ALUMAR - Consórcio de Alumínio do Maranhão ASAS - Alta Subtropical do Atlântico SUL CCM - Complexo Convectivo de Mesoescala CEF - Caixa Econômica Federal CEMADEN - Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais CHM - Centro de Hidrografia da Marinha COHAB - Cooperativa Habitacional Brasileira CPRM - Conselho Nacional de Recursos Minerais CPTEC - Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos DOL - Distúrbios Ondulatórios de Leste DPI - Divisão de Processamento de Imagens EMA - Estações Meteorológicas Automáticas FAPESP - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo GAIA - Grupo de Pesquisa: Interações na Superfície Terrestre, Água e Atmosfera IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística ICU - Ilha de Calor Urbana ICUS - Ilha de Calor Superficial IDHM - Índice de Desenvolvimento Humano Municipal IEM - Iowa Environmental Mesonet INMET - Instituto Nacional de Meteorologia INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais IPEM - Instituto da Previdência do Estado do Maranhão LI - Linha de Instabilidade MAXVER - Máxima Verossimilhança mEa - Massa Equatorial Atlântica mEc – Massa Equatorial Continental mTc – Massa Tropical Continental NDVI - Normalized Difference Vegetation Index NUGEO - Núcleo Geoambiental PIB - Produto Interno Bruto PPGG - Programa de Pós-Graduação em Geografia RMGSL - Região Metropolitana da Grande São Luís SCU - Sistema Clima Urbano SIG - Sistema de Informação Geográfica SUDAM - Superintendência de Desenvolvimento da Amazônia SUDEMA - Superintendência de Desenvolvimento do Estado do Maranhão SUDENE - Superintendência de Desenvolvimento do Nordeste TEC - Índice de Temperatura Efetiva Corrigida UC - Unidade de Conservação UNESP - Universidade Estadual Paulista USGS - United States Geological Survey VALE - Companhia Vale do Rio Doce VCAN - Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis ZC - Zona Central ZCIT - Zona de Convergência Intertropical ZEIS - Zonas Especiais de Interesse Social ZM - Zonas Mistas ZPH - Zona de Preservação Histórica ZR- Zonas Residenciais ZSA - Zona de Segurança Aeroportuária ZT - Zona Turística LISTA DE QUADROS Quadro 1. Alguns estudos sobre o clima das cidades de autores estrangeiros entre o período de 1900 a 1950 .............................................................................................................................. 25 Quadro 2. Os enunciados básicos do Sistema Clima Urbano................................................... 30 Quadro 3. Categorias taxonômicas da organização geográfica do clima e suas articulações com o clima .............................................................................................................................. 31 Quadro 4. Articulação dos subsistemas segundo os canais de percepção ................................ 32 Quadro 5. Características das formas urbanas em São Luís entre 1612 a 1700 ....................... 57 Quadro 6. Especificações das estações meteorológicas secundárias utilizadas na pesquisa. ... 75 Quadro 7. Especificações das estações meteorológicas utilizadas. .......................................... 76 Quadro 8. Especificações do sensor de temperatura e umidade utilizados .............................. 77 Quadro 9. Caraterização urbana e ambiental dos pontos fixos .............................................. 101 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119351925 LISTA DE EQUAÇÕES Equação 1. Índice Kappa .......................................................................................................... 70 Equação 2. Exatidão Global. .................................................................................................... 70 Equação 3. Conversão dos níveis de cinza em radiância espectral (Landsat 8). ...................... 71 Equação 4. Procedimento de correção atmosférica .................................................................. 72 Equação 5. Conversão dos valores para temperatura Kelvin ................................................... 73 Equação 6. Índice de Vegetação por Diferença Normalizada .................................................. 73 Equação 7. Média Aritmética ( 𝑥) ............................................................................................ 82 Equação 8. Mediana (md) ......................................................................................................... 82 Equação 9. Quartis (Q) ............................................................................................................. 82 Equação 10. Desvio Padrão (S) ................................................................................................ 83 Equação 11. Curtose (k) ........................................................................................................... 83 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1. Acumulados de precipitação em São Luís - Normal Climatológica de 1981 – 2010 .................................................................................................................................................. 52 Gráfico 2 Temperaturas máximas, médias, mínimas em São Luís - Normal Climatológica de 1981 – 2010 .............................................................................................................................. 53 Gráfico 3. Intensidade do vento em São Luís - Normal Climatológica de 1981 – 2010 .......... 54 Gráfico 4. Umidade Relativa mensal em São Luís - Normal Climatológica de 1981 – 2010 .. 55 Gráfico 5. Boxplot dos dados – setembro de 2020 ................................................................. 109 file:///G:/Meu%20Drive/MESTRADO/DISSERTAÇÃO/dissertação/FINAL/Versão%20Final.docx%23_Toc119352011 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 21 1.1. O estudo do clima das cidades ................................................................................... 24 1.2. A Climatologia Geográfica Brasileira ....................................................................... 26 1.3. O Sistema Clima Urbano (SCU) ................................................................................ 29 1.4. Estudos de clima urbano em São Luís/MA ............................................................... 36 1.5. As Ilhas de Calor Urbanas ......................................................................................... 38 2. DINÂMICA GEOAMBIETAL E URBANA DE SÃO LUÍS ............................................. 42 2.1. Localização e Caracterização da Área de Estudo ...................................................... 42 2.2. Aspectos Físicos ........................................................................................................ 44 2.2.1. Geologia e Geomorfologia ................................................................................. 44 2.2.2. Vegetação ........................................................................................................... 50 3. 2.2.3 Caracterização Climática .................................................................................. 51 3.1. O Processo de Evolução Urbana de São Luís ............................................................ 55 3.1.1. Uso e Ocupação da Terra.................................................................................... 65 3. METODOLOGIA ................................................................................................................. 68 4.1. Procedimentos de Coletas de Dados de Sensoriamento Remoto e Processamento Digital das Imagens de Satélites ........................................................................................... 68 4.2. Processamento Digital de Imagens de Satélite .......................................................... 69 Tabela 4. Classificação de conformidade ao Índice Kappa ...................................................... 71 4.3. Procedimentos de Coleta de Dados Climáticos ......................................................... 74 4.3.1. Coleta de Dados de Estações Secundárias .......................................................... 74 4.3.2. Instalação e Coleta de Dados Primários ............................................................. 75 4.3.3. Tratamento Estatístico ........................................................................................ 81 4. RESULTADOS .................................................................................................................... 84 5.1. Análise das ilhas de calor superficiais em junho e agosto de 2020 ........................... 84 5.2. Ilhas de calor atmosféricas ......................................................................................... 95 5.2.1. Análise de dados por meio de pontos fixos ........................................................ 95 5.2.2. Identificação e Caracterização dos Pontos Fixos ............................................... 96 5.2.3. Estatística Descritiva dos Dados de Temperatura do Ar – setembro de 2020. . 104 5.2.4. Análise das ilhas de calor atmosféricas – Setembro de 2020 ........................... 110 5. CONCLUSÃO .................................................................................................................... 126 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 129 21 1. INTRODUÇÃO No século XX o processo de urbanização ocorreu em escala planetária e no Brasil se intensificou principalmente depois da década de 1960. Este processo resultou em várias transformações da paisagem original, propiciando alterações significativas no clima na escala local. Muitos pesquisadores realizaram investigações com o objetivo de avaliar as interferências do processo de expansão territorial urbana na produção do clima urbano, sendo realizados inicialmente em cidades de grande porte, tais como São Paulo, Paris e Cidade do México (AMORIM et al., 2009). A cidade de São Luís, foco da presente pesquisa sofreu um processo de urbanização recente, iniciado em meados da década de 1960, se intensificou entre os anos de 1970 e 1980, quando ocorreram intensos incentivos de políticas estatais voltadas para a urbanização e industrialização da cidade, com a consolidação de grandes empresas, tais como a antiga estatal Companhia Vale do Rio Doce (VALE), o Consórcio de Alumínio do Maranhão (ALCOA - ALUMAR), a Ferrovia Carajás e o Porto do Itaqui (BURNETT, 2008; FERREIRA, 2014). A partir desse modelo de urbanização e do crescimento econômico acelerado, e sem as devidas medidas adequadas no que diz respeito ao planejamento ambiental urbano, ocorreu, simultaneamente, intenso processo de periferização caracterizado pela falta de aparatos urbanos para a população com baixa renda. Muitas pessoas migraram para São Luís na esperança de empregos e de melhores condições de vida (DINIZ, 2017). Atualmente, São Luís possui um ambiente urbano diversificado e desigual, mesclando em sua formação arquitetônica e urbanística os padrões de habitação de áreas fortemente verticalizadas (edifícios de até 15 pavimentos) nos quais estão grande parte dos prédios de alto padrão da cidade centralizados em regiões específicas; áreas residenciais que em sua grande maioria caracteriza-se por edifício de até dois pavimentos; áreas com padrão de edifícios que vão até 5 pavimentos (caraterizados por condomínios de apartamentos de médio porte ); áreas de edifícios de alto padrão; áreas de ocupação espontânea (com a mistura de palafitas e espaços ocupados em ambientes de aterros próximos as margens de rios e manguezais) (SÃO LUÍS, 2006). Tendo em vista esses pressupostos, destaca-se a necessidade de se estudar as transformações que o processo de urbanização provocou na atmosfera urbana de São Luís, gerando ilhas de calor, que são responsáveis pela intensificação do desconforto térmico, dentre outras questões relacionadas à saúde da população (GARTLAND, 2010). 22 A partir dos anos 2000 pode-se perceber que na cidade de São Luís houve um avanço no número de trabalhos na área da climatologia, sendo alguns deles elaborados dentro de uma perspectiva metodológica que não se incorpora nos estudos relacionados à análise do clima urbano (TORRES et al., 2016) e outros diretamente relacionados a este tema, a exemplo o de Araújo (2001), Almeida (2017), Pinheiro (2018). Entretanto, ainda se fez necessária a produção científica ao se tratar de estudos relacionados especificamente a geração das ilhas de calor urbana, levando-se em consideração a atmosfera próxima da superfície, por meio de medidas em pontos fixos. Para o diagnóstico das ilhas de calor em São Luís, foi utilizada a teoria do Sistema Clima Urbano (SCU), proposta por Monteiro (1976). Segundo este autor, o clima urbano é definido como “o sistema que abrange o clima de um dado espaço terrestre e sua urbanização” (p. 116). No SCU, Monteiro (1976) sugeriu a adoção de três canais percepção humana, sendo eles: o canal do conforto térmico (subsistema termodinâmico), o canal da qualidade do ar (subsistema físico – químico) e o canal hidrometeórico (impacto meteórico). O subsistema termodinâmico, é um dos mais importantes para a análise do SCU, tendo em vista que ele atravessa toda a estrutura do mesmo, possuindo papel fundamental no balanço de energia líquida do sistema. Com isso, Sant’Anna Neto (2008) destaca que em grande parte dos estudos do SCU os objetivos estão pautados no subsistema termodinâmico, considerando-se, principalmente, as ilhas de calor urbanas, a estrutura intraurbana e o conforto térmico. Para Amorim (2020), a Ilha de Calor Urbana (ICU) é identificada como uma área com a atmosfera mais quente do que seus arredores (rurais). Ela é calculada pela diferença da temperatura entre o ambiente construído e o não construído no mesmo instante. Estudos relacionados a ilha de calor urbana são de grande importância dentro da climatologia geográfica, pois é um fenômeno que associa os condicionantes derivados das ações humanas sobre o ambiente urbano, em termos de uso da terra e os condicionantes do meio físico e seus atributos geoecológicos (LOMBARDO, 1985). Tendo em vista esses pressupostos, verificou-se a real necessidade na cidade de São Luís de uma proposta de estudos das ICU metodologicamente mais aderente a perspectivas de estudos já desenvolvidos em outras regiões do país, com o propósito de se aprimorar as técnicas, e estimular novos procedimentos de análise para as áreas litorâneas do país, e principalmente, para as cidades da região nordeste. 23 A pesquisa tem por objetivo principal analisar a formação das ilhas de calor atmosférica e superficial na malha urbana de São Luís – MA, considerando a dinamicidade do espaço urbano, as características físicas e ambientais e as diferentes formas de uso e ocupação da terra. Como objetivos específicos pretende-se: ✓ Analisar as temperaturas de superfície nas diferentes áreas intraurbana por meio de imagens termais do satélite Landsat 8 (canal10); ✓ Identificar a intensidade das ilhas de calor a partir de registros em pontos fixos; ✓ Estudar a influência dos diferentes arranjos da paisagem urbana para a dinâmica da Ilhas de Calor. A dissertação está organizada em itens e na introdução após uma breve apresentação da pesquisa, são apresentados subitens (1.1 ao 1.5). Neles são tratadas questões referentes a fundamentação teórica, discutindo-se questões referentes ao estudo do clima das cidades, a climatologia geográfica brasileira, ao Sistema Clima Urbano (SCU), os estudos de clima urbano em São Luís e as ilhas de calor urbanas. O item dois trata da dinâmica geoambiental e urbana da área de estudo. Nele são relacionadas as temáticas sobre os aspectos físicos do sítio urbano, bem como sua geologia e geomorfologia, vegetação, hidrografia e caraterização climática. Sobre a urbanização é dissertado sobre o processo de urbanização de São Luís desde a constituição da cidade até a atualidade, bem como o uso e a ocupação da terra. O item três faz referência aos materiais e métodos da pesquisa. Neste é discutido o método teórico em que se buscou o aporte para o desenvolvimento da pesquisa, as etapas dos procedimentos metodológicos que se baseiam nas técnicas de processamento digital de imagens de satélite, na coleta de dados secundários das estações oficiais de órgãos e institutos de pesquisa, na coleta dos dados secundários e instalação dos sensores e estações meteorológicas, das técnicas estatísticas e geostáticas utilizadas nas análises. O item 4 trata exclusivamente da análise dos resultados da pesquisa. Os temas das análises das ilhas de calor superficiais e ilhas de calor atmosféricas são discutidos a partir de metodologias voltadas ao estudo das ilhas de calor urbanas. 24 1.1. O estudo do clima das cidades A constituição do povoamento humano ao longo da história ocorreu inicialmente a partir de agrupamentos temporários, depois pela constituição de pequenas vilas até se chegar nas cidades com as características atuais. Nessa perspectiva, as alterações que o Homem faz ao meio geram respostas e transformações na paisagem e nas trocas de energia entre a atmosfera e a superfície. Uma das principais mudanças relacionadas com as alterações antrópicas é a geração do clima urbano. Segundo Monteiro (1976, p. 116) “o clima urbano é o sistema que abrange o clima de um dado espaço terrestre e sua urbanização”. A cidade tem papel fundamental para a produção do clima presente dentro e nos seus arredores, pois a produção social do espaço reflete diretamente nas trocas de energia para com atmosfera em suas diferentes escalas. A climatologia, ramo do saber que nasceu no seio das ciências exatas, ganhou força nos estudos da Geografia ainda quando a mesma não era reconhecida enquanto ciência, estando muito ligada aos estudos da cosmologia e astrologia terrestre. Nessa época, as caraterísticas do tempo e do clima presentes nas regiões sempre eram destacadas nos levantamentos ambientais realizados pelo globo e evidenciados em muitas notas do período gregos, romanos, das grandes navegações, destacando os climas das diferentes regiões do globo (SANT’ ANNA NETO, 2001). Landsberg (1981) destaca que mesmo no período em que as ciências que compreendiam os estudos da atmosfera, ainda não tinham se tornado parte das ciências modernas, com fidelidade a um método de análise, ou por conta do aprofundamento do rigor científico, o interesse de estudos pelo clima das cidades já existia. No período pós-revolução industrial, dentro de uma perspectiva da ciência naturalista, o início das pesquisas sobre os climas das cidades se deu no século XIX, quando Luke Howard (1712 – 1864), publicou o primeiro compilado de estudos sobre o clima urbano. A obra ganhou o nome de The Climate of London (1833) e nela o autor destacou temas como as diferenças de temperatura entre o ambiente construído (a grande cidade de Londres) com as áreas de entorno (rurais) (LANDSBERG, 1981). Outras obras também ganharam destaque no século XIX dentro dos estudos em clima das cidades. Destaca-se a obra de Renou (1868), que fez uma pesquisa que retratou a diferença entre os ambientes urbano e rurais de Paris. Segundo Gomes (2017) esta obra tem grande importância e foi um marco nos trabalhos em climatologia urbana, porque trouxe o conceito de 25 ilhas de calor urbanas. Além das questões já apresentadas, Landsberg (1981) enfatizou o avanço metodológico apresentado por Renou, ao evidenciar a preocupação do autor em destacar as influências da exposição dos termômetros a radiação solar direta, o que por sua vez poderia interferir nos dados apresentados. No início do século XX, em especial na Europa, onde já se concentravam a maior parte das cidades mais urbanizadas do globo, surgiram outros estudos relacionados ao clima urbano1. O quadro 1, traz importantes obras acerca de estudos da climatologia urbana no início do século XX. Quadro 1. Alguns estudos sobre o clima das cidades de autores estrangeiros entre o período de 1900 a 1950 Autores (as) e ano Perspectiva de abordagem da obra Wilhelm Schmidt (1917; 1927; 1929) Clima urbano da cidade de Viena; utilização de veículos para registro de temperatura como medida itinerante. August Schmauss (1927) Influência atmosférica da cidade de Munique. W. Middleton e F. Millar (1936) Clima Urbano de Toronto (Canadá) Albert Kratzer (1937) “DasStadtklima” (O clima das cidades) - as diferenças térmicas entre as áreas urbanas e rurais em várias cidades alemãs. E. Fukui e N. Wada (1941) Estudo de Clima urbano nas cidades Tóquio, Osaka, Nagoya (Japão) Fonte: Adaptado Landsberg (1981), Gomes (2017) e Stewart (2019) A partir de meados do século XX, depois da segunda guerra mundial, com os avanços metodológicos tanto do ponto de vista de procedimentos e análises, quando de método, ocorreram avanços nos estudos dos climas das cidades. Dentre os diversos estudos do clima urbano, destacam-se os que foram realizados ou tiveram como ponto de observação as grandes cidades ao redor do globo, tais como: Chandler (1965), com a sua obra “The Climate of London”; Landsberg (1956, 1981), com as obras “The Climate of Towns” e “The Urban Climate” respectivamente; Monteiro (1976), com sua obra “O Sistema Clima Urbano”, sendo considerado um marco teórico dentro da climatologia brasileira e influenciando muitas outras pesquisas em clima urbano no Brasil; Oke (1978) com 1 Para melhor analisar o quantitativo de obras em diferentes partes do globo, consultar a obra “STEWART, Iain D. Why should urban heat island researchers study history?. Urban Climate, v. 30, p. 100484, 2019.” Disponível em < https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2212095519300203 > 26 a obra “Boundary Layer Climates”, que trouxe grandes contribuições metodológicas para o estudo do clima das cidades, em especial no que diz respeito às ilhas de calor e as diferenças das atmosferas urbanas (urban canopy layer e urban bondary layer). O estudo de Oke (1978) influenciou diretamente boa parte dos trabalhos sobre o clima urbano ao redor do mundo nas décadas que se sucederam. 1.2. A Climatologia Geográfica Brasileira A construção da climatologia geográfica brasileira remete a um processo que vai desde o final do século XIX, se fortalecendo no século XX, e que se encontra em evolução constante até a atualidade. Inicialmente a perspectiva da climatologia era próxima aos estudos da Meteorologia (BARROS e ZAVATINNI, 2009; SANT’ANNA NETO, 2015). Sant’ Anna Neto (2001, 2015) destaca que no final do século XIX, até por volta de década de 1950, a climatologia brasileira, bem como a climatologia mundial estava interessada nas discussões da análise das classificações climáticas mundiais e regionais. A nível de propostas de classificações regionais no Brasil é evidenciado os estudos de Henrique Morize (1889,1922), Frederico Dranert (1896), Afrânio Peixoto (1908, 1938, 1942), Delgado de Carvalho (1916, 1917, 1926). A ruptura ocorre a partir da insatisfação de pesquisadores para com os procedimentos e análises realizados no seio da meteorologia, que realizavam análises de cunho físico- matemática sem muita relação com as atividades humanas presentes no espaço. Nesse contexto, as primeiras críticas a um pensamento determinista em clima passaram a surtir efeitos no Brasil. Afrânio Peixoto (1938) na sua obra “Clima e Saúde: introdução biogeográfica à civilização brasileira” trouxe questões que envolviam o clima dos lugares e sua relação com a saúde da população, combatendo as noções que alguns pesquisadores como Hunginton (1915) tinham sobre as concepções climáticas e a “inferioridade” das populações em diferentes regiões do globo (SANT’ANNA NETO, 2001, 2015). A construção de críticas mais contundentes ao constructo em que a climatologia do final de século XIX e meados do século XX se baseava foi realizada por um sociólogo chamado Maximilien Sorre (1951), responsável pelo rompimento epistemológico na ciência geográfica climatológica. Sorre trouxe apontamentos teóricos a partir de sua obra Fondements de la Géographie Humaine. Para Sant’Anna Neto (2015) as bases teóricas propostas por Sorre influenciaram uma gama de estudos em geografia e climatologia que foram desenvolvidos posteriormente, provocando uma verdadeira revisão conceitual sobre os estudos de tempo e 27 clima introduzindo o conceito de complexo climático. Sorre afirmava que o ritmo e a sucessão dos tipos de tempo é que deveria interessar para as análises geográficas. Antes da metade do século XX, no estado de São Paulo foi produzida por Ary França (1945) a primeira tese de doutorado sobre climatologia urbana no Brasil, intitulada “Estudo sobre o clima da Bacia de São Paulo”. Segundo Sant ‘Anna Neto (2001, p. 129), o trabalho de Ary França “trouxe importantes contribuições metodológicas que marcaram profundamente os trabalhos que se seguiram por mais de duas décadas”. Com todas as influências acerca das novas mudanças e paradigmas em que os geógrafos viviam naquela época, começaram a surgir os trabalhos de um eminente geógrafo, até então no início de sua carreia científica. O professor Carlos Augusto de Figueiredo Monteiro é conhecido como o principal expoente da chamada escola de Climatologia Geográfica Brasileira (SANT’ANNA NETO 2001, 2015; ZAVATTINI, 2000; ZAVATTINI, BOIN, 2013; MENDONÇA 2015; BORSATO, 2016). A construção do pensamento “Monteriano” acerca de uma climatologia que se preocupasse mais com as questões geográfica da análise do clima, se deu pelo desinteresse do mesmo a respeito da climatologia apresentada nos programas de graduação da época, uma climatologia intimamente ligada a meteorologia, com análises estatísticas voltadas ao estudo dos elementos climáticos de forma separada e desarticulada (MONTEIRO 1999, 2009, 2015). Os avanços teóricos da obra de Monteiro ocorreram principalmente a partir da análise de dois outros estudiosos. O primeiro, como destacado, foi Sorre (1951), que articulou o conceito de complexo climático e fez as primeiras indagações a respeito do ritmo. O segundo, e contemporâneo do autor, foi Pierre Pédélaborde que produziu uma perspectiva teórica pautada na identificação das massas de ar e dos tipos de tempo (SANT’ANNA NETO, 2001, 2015). Todavia, a obra de Monteiro se distanciava da obra de Pédélaborde por uma questão de abordagem conceitual, conforme afirma Sant’Anna Neto (2015, p. 48): Entretanto, a leitura que Monteiro realizou a partir da obra de Sorre, sobre os fundamentos genéticos e dinâmicos do clima, o levaria a uma concepção bastante diferente daquela preconizada por Pédélaborde, pois, enquanto este se preocupava com a totalidade dos tipos de tempo, Monteiro se interessava mais pelo mecanismo de encadeamento sequencial desses tipos, ou seja, pelo ritmo. Nascia assim uma proposta inovadora no que diz respeito a análise geográfica do clima que influenciou grande parte dos trabalhos em climatologia (feita por geógrafos) no Brasil. 28 Monteiro (1971), em um avanço fundamental em sua obra “Análise Rítmica em Climatologia”, se afastou de qualquer critério de avaliação por meio dos totais anuais, estes tão usados na ciência meteorológica. Insistiu também na decomposição da análise cronológica em tempo para os níveis diários e até mesmo horários. [...] só a análise rítmica detalhada a nível de tempo, revelando a gênese dos elementos climáticos pela interação dos fenômenos e fatores, dentro de uma realidade regional, é capaz de oferecer parâmetros válidos à consideração dos diferentes e variados problemas geográficos dessa região. (MONTEIRO, 1971, p.12). A partir década de 1970, a escola de climatologia geográfica baseada no estudo do clima como proposto a partir dos estudos propostos por Monteiro (1971), que analisa o clima a partir da “sucessão dos tipos de tempo”, e a ênfase do ritmo climático para as pesquisas da climatologia feita por geógrafos, surgem novas perspectivas desenvolvidas por muitos autores na área da climatologia. Nesse sentido, Sant´Anna Neto (2001, 2008, 2015) e Zavatinni (1998, 2000), afirmam que a climatologia geográfica enquadrada na perspectiva Monteriana reuniu uma densa demanda de estudos feitas por Monteiro e seus seguidores nas décadas que se sucederam. Conforme supracitado, destacam-se alguns estudos2 relacionados com a produção da climatologia geográfica após 1970, muitos destes influenciados pela perspectiva Monteriana nas suas mais diversas ramificações. Dentre alguns, pode-se citar Lombardo (1984), Danni- Oliveira (1987, 1999), Sant’ Anna Neto (1990, 1995), Zavatinni (1983, 1990), Mendonça (1995) Amorim (2000), dente outros. A partir dos anos 2000, outra teoria surge no seio da climatologia com foco nos estudos feitos pelos geógrafos. Trata-se da Geografia da Clima, proposta por Sant’Anna Neto (2001). Para tanto, Sant’ Anna Neto (2008, p. 59), ao defender sua perspectiva teórica, diz que a teoria Monteriana “sustenta-se a partir do tripé: ritmo climático – ação antrópica -impacto ambiental”. Sendo assim, a abordagem Monteiro se torna limitada no que se refere as análises que tecem as relações entre a reprodução do clima no seio social. 2 Vale destacar que existe uma grande gama de estudos relacionadas à perspectiva Monteriana até o presente momento. Nesse sentido, para melhor avaliação das pesquisas sugere-se a leitura de obras mais complexas relacionadas ao estudo da climatologia geográfica brasileira, tais como Sant’ Anna Neto (2001, 2014). Não cabe a nós detalhar de forma mais expressiva esses estudos. 29 Algumas pesquisas3 a nível nacional fazem uso da perspectiva da geografia do clima, e analisam as condições de vida das populações das cidades e suas relações com a vulnerabilidade socioespacial, com as condições de risco climático e com o conforto térmico. Dentre essas pesquisas, pode-se citar: Araújo (2014), Armond (2018), Fante (2019), Rampazzo (2019), Teobaldo Neto (2019). 1.3. O Sistema Clima Urbano (SCU) No ano de 1976, o professor Carlos Augusto de Figueiredo Monteiro, que como já destacado anteriormente, foi o responsável pela criação da nomeada, posteriormente, escola de climatologia geográfica brasileira, publicou a obra “Sistema Clima Urbano”, resultado da sua tese de Livre Docência defendida na Universidade de São Paulo. Essa obra foi um marco conceitual nas obras de climatologia urbana no Brasil e no mundo, pois trouxe uma concepção teórica e metodológica para o estudo do clima das cidades. Monteiro (1976), se baseou na Teoria Geral dos Sistemas proposta por Berthalanffy (1975), para propor o SCU. Esse sistema visa compreender a estruturar climática da cidade. O S.C.U visa compreender a organização climática peculiar da cidade e, como tal, é centrado essencialmente na atmosfera, que, assim, é encarada como operador. Toda a ação ecológica natural e as associações ao fenômeno da urbanização constituem um conjunto complexo sobre qual o operador age. Por isso, tudo que não é atmosférico e que se caracteriza no espaço urbano, incluindo o homem e os demais seres vivos, constituem elementos do sistema, estruturando-se em partes que, através de suas relações, definem atributos espaciais. Assim, esse conjunto complexo e estruturado constitui o operando do sistema, pela sua natureza é um tipo especial de operando, que não é estático ou passivo (MONTEIRO, 1976, p. 119). Nesse sentindo, o SCU é um sistema de interações entre os meios físicos e sociais. Monteiro (1976, p. 120) diz que a comunidade social urbana age de forma direta ou indireta dentro do sistema, e conforme o autor “[...] pelo seu desempenho na transformação de energia, entrada e pelas modificações na estrutura urbana, e, consequentemente, naquela que aqui nos interessa”. Para Monteiro (1976), o SCU é regido por uma sequência de 10 proposições que interagem e dinamizam o sistema no qual o autor define como enunciados básicos. Os fatores 3 A Geografia do Clima, por ser uma teoria que surge nos anos 2000 a partir das evoluções teóricas obtidas por Sant’ Anna Neto (2001), ainda não possui uma grande gama de estudos que se comparem a perspectiva Monteriana. Nesse sentido, a maioria das pesquisas citadas se adequam a formulação teórica da Geografia do Clima e trazem também as compartimentações teóricas da climatologia geográfica dentro da perspectiva Monteriana. 30 que regulam toda a proposição teórica do SCU e que para o autor é tratado como uma “ideia reguladora” tendem a dinamizar a abordagem e demonstrar um “conteúdo informativo”. O quadro 2 demonstra os 10 enunciados básicos referentes ao SCU: Quadro 2. Os enunciados básicos do Sistema Clima Urbano Ordem Definição 1º “O clima urbano é um sistema que abrange o clima de um dado espaço terrestre e sua urbanização”. (p. 116) 2º “O espaço urbanizado, que se identifica a partir do sítio, constituí o núcleo do sistema que mantem relações íntimas com o regional imediato em que se insere”. (p. 117) 3º “O S.C.U. importa energia através do seu ambiente, é sede de uma sucessão de eventos que articulam diferenças de estados, mudanças e transformações internas, a ponto de gerar produtos que se incorporam ao núcleo e/ou são exportados para o ambiente, configurando-se como um todo de organização complexa que se pode enquadrar na categoria dos sistemas abertos”. (p.118) 4º “As entradas de energia, no S.C.U., são de natureza térmica (oriundas da fonte primária de energia de toda a Terra - o Sol), implicando componentes dinâmicos inequívocos determinados pela circulação atmosférica, e decisiva para a componente hídrica englobada nesse conjunto”. (p.120) 5º “A avaliação dessa entrada de energia no S.C.U. deve ser observada tanto em termos quantitativos como, especialmente, em relação ao seu modo de transmissão”. (p.121) 6º “A estrutura interna do S.C.U., não pode ser definida pela simples superposição ou adição de suas partes (compartimentação ecológica, ou funcional urbana), mas somente por meio da íntima conexão entre elas”. (p. 122) 7º “O conjunto-produto do S.C.U. pressupõe vários elementos que caracterizam a participação urbana no desempenho do sistema. Sendo variada e heterogênea essa produção, faz-se mister uma simplificação classificadora que deve ser constituída através de canais de percepção humana”. (p. 124) 8º “A natureza urbana do S.C.U. implica em condições especiais de dinamismo interno consoante o processo evolutivo do crescimento e desenvolvimento urbano, uma vez que várias tendências ou expressões formais de estrutura se sucedem ao longo do processo de urbanização”. (p. 125) 9º “O S.C.U. é admitido como passível de autorregularão, função essa conferida ao elemento homem urbano que, na medida em que o conhece e é capaz de detectar suas disfunções, pode através do seu poder de decisão, intervir e adaptar o funcionamento do mesmo, recorrendo a dispositivos de reciclagem e/ou 31 circuitos de retroalimentação capazes de conduzir o seu desenvolvimento e crescimento seguindo metas preestabelecidas”. (p. 126) 10º “Pela possibilidade de interferência autorreguladora, acrescentam-se ao S.C.U., como sistema aberto, aquelas propriedades de entropia negativa pela sua própria capacidade de especialização dentro do crescimento através de processos adaptativos, podendo ser qualificado, assim, como um sistema morfogenético”. (p. 127) Fonte: Adaptado de Monteiro (1976) A cidade é um elemento modificador da atmosfera local e nela se insere as demais escalas climáticas. Monteiro (1976, p. 118), afirmou que “O clima local se insere em climas sub-regionais, regionais e zonais, como pode ser subdividido até aos microclimas. A cidade tanto se integra em níveis superiores como se divide em setores, bairros, ruas, casas, ambientes internos etc.”. O quadro 3, elaborado por Monteiro (2009), demonstra as relações entre as diferentes escalas do clima e suas interações com o clima urbano. Nele é representado as ordens de grandeza em relação às unidades de superfície de análise, às escalas cartográficas, os espaços climáticos no que diz respeito à grandeza, e o espaços urbanos. Quadro 3. Categorias taxonômicas da organização geográfica do clima e suas articulações com o clima Ordens de Grandeza Unidades de Superfície Escalas Cartográficas de Tratamento Espaços Climáticos Espaços urbanos II milhões de km 1:45.000.000 1:10.000.000 Zonal -- III milhões de km 1:5.000.000 1:2.000.000 Regional -- IV centenas de km 1:1.000.000 1:500.000 Sub-regional (fáceis) Megalópole, Grande área metropolitana V dezenas de km 1:250.000 1:100.000 Local Área Metropolitana Metrópole VI centenas de km 1:50.000 1:25.000 Mesoclima Cidade Grande, bairro ou subúrbio de metrópole -- dezenas de metros 1:10.000 1:5.000 Topoclima Pequena cidade, fáceis de bairro, subúrbio de bairro 32 -- metros 1:2.000 Microclima Grande Edificação Habitação Setor de Habitação Fonte: Adaptado de Monteiro (2009, p.29). O SCU é baseado em subsistemas que remetem a canais de percepção humana, os quais são os Subsistema Termodinâmico (canal do Conforto Térmico), Subsistema Físico- Químico (canal da Qualidade do Ar) e o Subsistema Hidrometeórico (Canal do Impacto Meteórico). Segundo Monteiro (1976), os canais de percepção oferecem uma visão sistêmica dos climas das cidades, nos quais são demonstradas as hierarquias e as funcionalidades nos níveis de resolução do sistema, e que segundo o autor, mesmo que os canais visem uma articulação em diferentes níveis, nunca estão dissociados uns dos outros, tendo como o básico a articulação ente eles. O quadro 4 demonstra a relação das articulações desses subsistemas, a caracterização de cada nível de resolução e as relações sistêmicas do SCU. Quadro 4. Articulação dos subsistemas segundo os canais de percepção Subsistemas/ Canais/ Caracterização Termodinâmico (Conforto Térmico) Físico-Químico (Qualidade Do Ar) Hidrometeórico (Impacto Meteórico) Fonte Atmosfera Radiação Circulação Horizontal Atividade urbana Veículos automotores Indústrias Obras - limpeza Atmosfera Estados Especiais (Desvio Rítmicos) Trânsito do Sistema Intercâmbio de operador e operando De operando ao operador Do operador ao operando Mecanismo de Ação Transformação no sistema Difusão através do sistema Concentração no sistema Projeção Interação núcleo e ambiente Do núcleo ao ambiente Do ambiente ao núcleo Desenvolvimento Contínuo (permanente) Cumulativo (Renovável) Episódico (eventual) Observação Meteorológica especial (t. De campo) Sanitária e Meteorológica Espacial Meteorológica e hidrológica 33 Correlações Disciplinares E Tecnológicas Bioclimatologia Arquitetura Urbanismo Engenharia Sanitária Engenharia Sanitária e infraestrutura urbana Produtos “Ilha de calor” Ventilação Aumento de precipitação Poluição do ar Ataques a integridade urbana Efeitos diretos Desconforto e redução do desempenho humano Problema sanitários Doenças respiratórias, oftalmológicas etc. Problemas de circulação de comunicação urbana Reciclagem adaptativa Controle do uso do solo tecnologia e conforto habitacional Vigilância e controle dos agentes de poluição Aperfeiçoamento da infraestrutura urbana regularização fluvial do solo Responsabilidade Natureza e homem Homem Natureza Fonte: Adaptado de Monteiro (1976, p.162). Para monteiro (1976), o principal subsistema é o termodinâmico, pois ele atua diretamente influenciando todos os outros, e atravessando todos os domínios do sistema. Conforme afirma o autor, Dentro do esquema do S.C.U., esse canal atravessa toda a sua estrutura, pois que é o insumo básico, é transformado na cidade e pressupõe uma produção fundamental no balanço de energia líquida atuante no sistema. O uso do solo, a morfologia urbana, bem como suas funções, estão intimamente implicados no processo de transformação e produção (MONTEIRO, 1976, p. 163). No que se refere aos canais de percepção humana proposto por Monteiro (1976), a grande maioria dos estudos está diretamente relacionada ao subsistema termodinâmico. Mendonça (2015) ao analisar os trabalhos sobre o clima urbano no Brasil, entre os anos de 1990 a 2010, dentro da perspectiva do SCU, destaca que entre 1990 a 2000 os trabalhos relacionados ao subsistema termodinâmico são duas vezes maiores ao relacionados aos outros subsistemas (hidrometeórico e físico-químico). Entre 2001 a 2010 os estudos que envolvem o subsistema termodinâmico são três vezes maiores do que os dois outros subsistemas juntos. A tabela 1 demonstra os estudos de clima urbano no Brasil entre os anos de 1990 e 2010. 34 Tabela 1. Estudos de Clima urbano no Brasil – 1990 a 2010 Subsistemas 1990/2000 2001/2010 Total Subsistemas Termodinâmico 77 108 185 Subsistemas Hidrometeórico 40 14 54 Subsistemas Físico-Químico 20 15 35 Totais 137 137 274 Fonte: Adaptado de Mendonça (2015, p. 162) Conforme pode ser observado, os estudos que envolvem o subsistema termodinâmico têm grande importância nos estudos de clima urbano que seguem a proposta do SCU no Brasil. O SCU é um sistema aberto que visa a troca de relações os diversos elementos e escalas dentro do sistema. Monteiro (1976) na produção de sua teoria, elaborou um quadro explicativo (Figura 1), onde se se buscou mostrar de forma simplificada as relações sistêmicas e lineares que acontecem no SCU no subsistema termodinâmico. A caracterização desses elementos dentro do subsistema termodinâmico (figura 1) se dão da seguinte forma: 1 – Entradas e Insumos, que é considerada como força inicial do sistema é nele que se configura a possibilidade de operação dinâmica dentro do sistema, dentre eles podem-se destacar as variações temporais, a circulação atmosférica regional e a radiação solar. 2 – Transformação, sendo o fenômeno que produz as mudanças dentro do sistema; 3 – Saída, sendo reunião dos elementos do sistema e suas finalidades; 4 – Retroalimentação, que é a comparação e aperfeiçoamento dos padrões pré-estabelecidos e o aperfeiçoamento contínuo de todo processo dentro do SCU; 5 – o Ambiente que é caracterizado por todo o meio que o SCU é estabelecido. 35 Figura 1. Relação sistêmica em que o subsistema termodinâmico se estabelece no SCU Fonte: Monteiro (2009, p.162) 36 1.4. Estudos de clima urbano em São Luís/MA A maioria dos trabalhos relacionados a produção de conhecimento que envolve o clima urbano, seja no mundo ou no Brasil, foi inicialmente realizado nas grandes áreas urbanas. Amorim (2009) destacou que inicialmente os trabalhos relacionados ao clima urbano se centravam nas grandes metrópoles urbanas, como cidade do México, Londres, Nova York, São Paulo, dentre outras. Na realidade das cidades brasileiras, esse panorama também não foi diferente. Mendonça (2015) mostrou que os fatores de urbanização diferenciada no Brasil, levaram a uma grande concentração de estudos relacionados ao clima urbano mais diretamente relacionado as regiões Sul e Sudeste do país. Conforme Zanella e Moura (2013), a baixa produção de pesquisa em clima urbano no Nordeste do País, se dá em grande parte pelo pouco número de programas de Pós-Graduação na área de Geografia, os quais pudessem abarcar pesquisas mais robustas sobre o tema. Torres et al. (2016), ao analisarem os estudos de clima local no Maranhão, indicaram que o baixo número de trabalhos está diretamente relacionado a falta de grupos de pesquisas em climatologia geográfica em São Luís e no estado do Maranhão como um todo. O referido autor, ao analisar o banco de dados monográficos dos cursos de Geografia da Universidade Federal do Maranhão (UFMA) e da Universidade Estadual do Maranhão (UEMA), encontrou um baixo número de trabalhos relacionados aos estudos de clima urbano. Nesta perspectiva, ao se analisar recentemente os trabalhos relacionados a temática a partir da pesquisa em bases diversas (Banco de Teses da Capes, Google Scholar), realizou-se um levantamento de trabalhos de clima urbano em São Luís. Foram localizados 6 trabalhos de graduação, mestrado e doutorado, relacionados com a perspectiva do estudo do clima urbano em São Luís. Existe também um trabalho, que para Araújo (2001), é considerado o marco inicial de pesquisas relacionadas ao clima urbano em São Luís, realizada por Tarifa e Vasconcelos (1982, apud Araújo 2001). Neste trabalho, os autores analisaram em formato de artigo as relações do conforto térmico e o clima urbano da cidade, utilizando a avaliação por meio do índice de temperatura efetiva corrigida (TEC) (ZANELLA e MOURA, 2013). Após o trabalho supracitado, não se encontram registros (pelo menos publicados) de pesquisas relacionadas ao Clima Urbano de São Luís entre as décadas de 1980 a 1990. A partir dos anos 2000, os primeiros trabalhos frutos de pesquisas mais robustas, relacionadas a dissertações e teses e em alguns casos monografias, começaram a surgir em São Luís. 37 Araújo (2001), apresenta a sua pesquisa de mestrado intitulada “O Processo de Urbanização na Produção do Clima Urbano de São Luís – Maranhão”. A pesquisa analisou como a forma urbana na cidade influenciou na variável temo-higrométrica da área de estudo. O autor fez uso de 4 pontos de análise dentro do que considerou como a zona urbana. As análises foram feitas por meio de estudos episódicos em dias específicos em diferentes períodos do ano, tendo em vista que o instrumental de sensores automáticos, que registraram dados não era tão comum para a época. Trinta (2007), com a obra intitulada “Análise bioclimática do bairro do Renascença II São Luís-MA: realidade e perspectiva do conforto térmico em espaços externos”, fez uma análise bioclimática do Bairro do Renascença de São Luís, área de maior verticalização da cidade. O objetivo da pesquisa foi avaliar as transformações morfológicas da área para com as influências no microclima e arquitetura bioclimática. Nesta pesquisa foram levantados modelos preditivos bioclimáticos que envolviam o conforto e o estresse térmico. Leite (2008) apresentou a dissertação “Alteração da verticalização urbana frente ao processo de ventilação de avenidas litorâneas: o caso da avenida litorânea em São Luís/MA”. A pesquisa fez uma análise das influências da verticalização na principal avenida litorânea da capital ludovicense, trazendo dados coletados a partir de medições de campo em períodos específicos, tendo como principal elemento de análise o vento, sua direção, velocidade e intensidade. Fez-se também o uso de modelagem para simulação de cenários futuros que envolvem a relação de usos e ocupação da terra e suas relações para com os padrões de ventilação na área de estudo. Araújo (2014) defendeu a tese de doutorado intitulada “Clima e vulnerabilidade socioespacial: uma avaliação dos fatores de risco na população urbana do município de São Luís (MA)”. A pesquisa trata das condições de vulnerabilidade social da população da área urbana de São Luís e sua relação com o conforto térmico, analisando como esses fatores implicam na saúde das populações consideradas mais vulneráveis. Analisou também as condições dos materiais construtivos e suas influências nas temperaturas internas e externas das habitações estudadas. Buscou também investigar as relações dos condicionantes apresentados com as possíveis doenças circulatórias do grupo de estudo analisado. Almeida (2016), com sua pesquisa intitulada “Uso de geotecnologias nos estudos de clima urbano: aplicação do Sensoriamento Remoto e Geoprocessamento na análise multitemporal da temperatura da superfície terrestre na Ilha do Maranhão”, analisou a evolução do uso e ocupação da terra frente ao aumento da temperatura de superfície. A pesquisa utilizou 38 dados que envolvem o processamento digital de imagens de satélite da família Landsat (5 – TM, 8 - OLI/TIRS), através de suas bandas termais, bem como as relações das temperaturas de superfície e índices de vegetação. Os dados foram analisados em uma escala temporal de 30 anos. Araújo (2017), disserta sobre a “Verticalização e Impactos Microclimáticos: o caso da Península da Ponta D’Areia, município de São Luís -MA”. No estudo a autora faz uma análise da evolução das temperaturas de superfície por meio dos satélites Landsat 5 e Landsat 8 na região da Ponta D’Areia, uma das áreas de grande verticalização caracterizada por edifícios de alto padrão na cidade. Ficou constatado que a área sofreu grandes alterações a partir dos anos 2000, e que os maiores valores observados estão relacionados a análise da imagem de 2014, o que mostra a íntima relação com a alta urbanização e verticalização da área para com o aumento das temperaturas de superfície. Pinheiro (2018), em sua tese “Clima Urbano de São Luís do Maranhão”, fez uso da proposta metodológica do SCU de Monteiro (1976). O estudo realizou uma análise dos três canais de percepção da teoria Monteriana (subsistema termodinâmico, hidrometeórico e físico- químico). A pesquisa utilizou dados diversos que envolvem estações meteorológicas, pluviômetros, imagens termais de satélite e sensores que medem a qualidade do ar. No que se refere ao canal termodinâmico, a pesquisa analisou o processo de aumento da temperatura de superfície por imagens termais e a temperatura do ar da cidade por meio transectos móveis. 1.5. As Ilhas de Calor Urbanas Dentro dos estudos do clima das cidades, uma das principais formas de representação e percepção das mudanças dentro da atmosfera urbana são as ilhas de calor. Para Amorim (2020), a ilha de calor urbana é identificada como uma área com a atmosfera mais quente do que seus arredores (rurais). Sua intensidade é calculada pela diferença da temperatura entre o ambiente construído e o não construído no mesmo instante. Para Amorim et al. (2009) as ICU são a expressão mais concreta da mudança do balanço de energia da cidade. Ela se manifesta por diversos fatores, que envolvem as características físicas, tais como a densidade das construções, o potencial energético, material construtivo, a emissividade, e relacionados as atividades urbanas diversas. Gartland (2010) diz que as ilhas de calor urbana não devem ser consideradas apenas como um fenômeno que se manifesta principalmente por conta do desconforto térmico das 39 populações, e sim como um elemento que afeta diretamente a saúde das populações, podendo ocasionar casos de morbidade e inclusive mortalidade. Estudos relacionados a ilha de calor urbana são de grande importância dentro da climatologia geográfica, pois a ilha de calor é um fenômeno que associa os condicionantes derivados das ações humanas sobre o ambiente urbano, em termos de uso da terra e os condicionantes do meio físico e seus atributos geoecológicos (LOMBARDO, 1985). Analisar a formação de ilhas de calor no ambiente urbano requer entender as características e disposição dos elementos urbanos, assim como os tipos e cores dos materiais utilizados nas edificações, a tendência de verticalização do espaço, presença de áreas verdes e arborização nas ruas e quintais (VIANA et al., 2004; AMORIM et al., 2009). A produção da ilha de calor na cidade, é representado por Oke (1978) E Oke et al. (2017), através do perfil clássico da ICU e a figura 2, demonstra esse perfil. Vale destacar que esse perfil pode variar de acordo com as condições do sítio urbano e características ambientais diversas das cidades. Figura 2. Perfil da ilha de calor urbana Fonte: Disponível em < https://www.researchgate.net/publication/319175378> 40 As pesquisas sobre ilhas de calor estão ligadas as mais diversas áreas do saber. Fialho, Fernandes e Correia (2019) em revisão de literatura, identificaram estudos relacionados às ICU no âmbito das Ciências Ambientais, Sensoriamento Remoto, Engenharia Civil, Geologia e Geografia Física. Amorim (2020, 2019) destaca que para os estudos das ilhas de calor, existem várias técnicas utilizadas na atualidade em diferentes cidades e sobre diferentes perspectivas, tais como as análises por meio de pontos fixos, análise por meio da temperatura de superfície utilizando dados de sensores remotos e transectos móveis. Fialho, Fernandes e Correia (2019) ao destacar as técnicas de pesquisa para as ICU dizem que não existe uma predominância de procedimento específico, que irá depender do material técnico disponível, variáveis ambientais e disponibilidade do pesquisador para o encaminhamento do estudo. A literatura mais recente demonstra que existem três tipos de ilhas de calor urbanas, sendo que a primeira é caracterizada pelas ilhas de calor superficiais, no qual os principais estudos estão relacionados, principalmente, às técnicas de sensoriamento remoto e o processamento da banda termal de imagens de satélite para que se obtenha a temperatura de superfície (OKE et al, 2017). A segunda diz respeito à ilha de calor atmosférica inferior (urban canopy layer), que se forma entre o nível do solo e o nível médio dos telhados. Para estes casos as temperaturas são medidas por meio de transectos móveis e pontos fixos, utilizando-se estações meteorológicas (OKE et al, 2017). O terceiro tipo de ilha de calor é o da atmosfera superior (urban boundary layer), que diz respeito ao limite superior da camada urbana estendendo-se até a atmosfera livre, relacionando-se a camada da atmosfera que é influenciada pela cidade e seus atributos (OKE et al, 2017). Oke et al. (2017), considerou também um quarto tipo de ICU, denominada de subsuperficial (Subsurface urban heat island), que faz referência as diferenças entre os padrões de temperatura no subsolo da cidade, incluindo os construídos, em relação ao subsolo rural. É importante ressaltar que por essa tipologia ser muito nova, ainda não se encontram muitos trabalhos relevantes sobre a temática. As figuras 3 e 4 trazem o resumo das ICU destacadas. 41 Figura 3. Resumo dos tipos de ICU, suas escalas, processos térmicos, abordagens usadas para modelá-los e técnicas de medição direta e remota utilizadas para observá-las. Fonte: Adaptado de Oke et al. (2017, p.198) Figura 4. Ilustração das diferenças que formam os quatro tipos de ICU Fonte: Adaptado de Oke et al. (2017, p.199) 42 2. DINÂMICA GEOAMBIETAL E URBANA DE SÃO LUÍS Nesse item serão tradados os aspectos geográficos, físico/ambientais e urbanos da área de estudo. O primeiro trata da localização e contexto geográfico da área de estudo, bem como os critérios estabelecidos para a sua delimitação. O segundo trata especificamente das características físicas da área, levando em conta a sua geologia, geomorfologia, caracterização climática, uso e ocupação da terra. O terceiro trata dos estudos da evolução urbana e as modificações de suas formas espaciais até chegar ao contexto que se conhece hoje na cidade. 2.1. Localização e Caracterização da Área de Estudo A pesquisa está situada dentro dos limites do município de São Luís-MA, mais especificamente em sua zona urbana. São Luís é uma cidade que se localiza na região nordeste do Brasil, sendo a capital do estado do Maranhão. O município (Figura 5) tem seus limites dentro dos domínios ambientais da Ilha do Maranhão, que possui outros três municípios, sendo eles: Paço do Lumiar, São José de Ribamar e Raposa (IBGE, 2011). A capital ludovicense se limita ao norte com o oceano Atlântico, a oeste com a baía de São Marcos, a leste com o município de São José de Ribamar e ao sul com o estreito dos Mosquitos, que é um canal de maré que separa as baías de São Marcos a oeste e a de São José a leste da ilha. Se configura dentro da mesorregião do Norte Maranhense, e dentro da microrregião da Aglomeração Urbana de São Luís (IBGE, 2011a). O município possui população de 1.014.837 habitantes (IBGE, 2011a). Em termos de estimativas populacionais, segundo o IBGE (2019) possui em torno de 1.101.884 habitantes e está entre as cidades mais populosas do Brasil, ocupando a 15ª posição do ranking nacional. Dentre as cidades mais populosas da região nordeste, ocupa o 4º lugar, estando atrás apenas das capitais de Recife (1.645.727 hab.), Fortaleza (2.669.342 hab.) e Salvador (2.872.347 hab.). A área urbana de São Luís, se configura como a principal cidade da Região Metropolitana da Grande São Luís (RMGSL), criada pela lei complementar nº 174, de 25 de maio de 2015, sendo que a RMGSL abrange outros 13 munícipios. A cidade de São Luís é a principal responsável pelas formas de urbanização dentro da Ilha do Maranhão, fazendo com que as outras cidades da RMGLS, em grande parte, funcionem a partir de uma relação de dependência econômica do grande centro urbano (BARBOSA et al., 2014). 43 Figura 5. Mapa de localização do município de São Luís-MA. Fonte: Elaborado pelo autor a partir de dados do IBGE (2015). São Luís possui densidade demográfica de 1.215,69 hab/km², com área de unidade territorial de 582,974 km². Tem em sua economia um PIB per capita de R$ 27.226,41, e Índice de Desenvolvimento Humano Municipal (IDHM) de 0,768, que em relação as demais capitais brasileiras é considerado baixo, ocupando o 18º lugar em relação as demais capitais do Brasil. Quanto ao IDHM, não é muito diferente, estando em 24º lugar dentre as 27 capitais do Brasil. A presente pesquisa foi realizada dentro do recorte espacial da zona urbana de São Luís. Alguns trabalhos anteriores, que já discutiram o clima urbano da cidade, usaram diferentes delimitações da zona urbana. Araújo (2001) utilizou o recorte espacial dentro do setor centro e leste da cidade, não especificando necessariamente uma zona propriamente urbana; Araújo (2014) usou a classificação de setores censitários urbanos disponibilizados pelo IBGE (2011); Pinheiro (2018) usou como referência a classificação zona urbana, baseado na lei 3.253, de 29 de dezembro de 1992, que dispõe sobre o zoneamento, parcelamento, uso e ocupação da cidade. Deste modo, foram realizadas pesquisas de clima na área urbana de São Luís, que se utilizaram de diferentes recortes territoriais no urbano. No presente trabalho buscou-se uma 44 delimitação da área urbana, agregando dados oficiais dos institutos gestores e principalmente, o perfil de ambientes construídos com representatividade dentro do urbano. Contudo, para a delimitação da área de estudo foram utilizados dados referentes aos bairros urbanos delimitados pela Instituto da Cidade, Pesquisa e Planejamento Urbano e Rural – INCID (2010), além de ajustes vetoriais realizados a fim de que se pudesse melhor compreender a realidade urbana, através da análise espacial da densidade de ambientes construídos. A Figura 6 mostra a delimitação da zona urbana de São Luís (foco da pesquisa), elaborada seguindo os critérios pré-estabelecidos. Figura 6. Mapa de localização da zona urbana de São Luís (Área de Estudo). Fonte: Elaborado pelo autor agregando dados de análise própria e IBGE (2019, 2015); INCID (2013). 2.2. Aspectos Físicos 2.2.1. Geologia e Geomorfologia Toda a compartimentação geológica do estado do Maranhão é representada por diferentes unidades geológicas, com predominância de material de origem sedimentar e 45 também presença de estruturas ígneas e metamórficas no seu território (FEITOSA, 1996; LOPES e TEIXEIRA, 2012). Toda a área da Ilha do Maranhão, e consequentemente a cidade de São Luís, está sobreposta ao domínio litológico da bacia sedimentar de São Luís. Esta bacia é caraterizada por ser do tipo rifit e se desenvolveu a partir de esforções tectônicos ocorridos no cretáceo superior, durante a abertura da margem atlântica em praticamente toda a região equatorial do Brasil. Toda sua história deposicional é pré-cretácea e se originou por meio de depósitos sedimentares provenientes da bacia do rio Parnaíba, a qual possuía ligação física até o paleozóico (CARVALHO, 2001; MOHRIAK, 2003; SANTOS e CARVALHO, 2009). A Bacia de São Luís (Figura 7) limita-se ao norte com a plataforma continental, ao sul pelo Arco-Ferrer urbano Santos, a leste pelo Alto (Horst) do Rosário e no seu limite a oeste, tem-se ao Arco do Tocantins. Possui espessura de aproximadamente 4.500 m, que abrangem rochas paleozóicas, mesozóicas e cenozóicas. A bacia ocupa uma área de aproximadamente 33.000 km² (RODRIGUES et al., 1994; FEITOSA, 1996; CARVALHO, 2001; SILVA, 2012) Como pode ser observado na figura 8, e de acordo com a lito estratigrafia, dentro do município de São Luís, existem quatro unidades geológicas. São elas: a formação Itapecuru, o Terciário paleógeno, a formação Barreiras, e o grupo Açuí, (RODRIGUES et al., 1994, PEREIRA, 2006; SILVA, 2012) A formação Itapecuru é dividida entre o Membro Pisamítico e o membro Alcântara, todos os dois de Idade Cretácea. A formação é caracterizada por rochas que na sua maioria é representada por arenitos finos, folhelhos e siltitos (RODRIGUES et al., 1994; SILVA, 2012). O terciário Paleógeno é representado por um sistema de plataformas rasas, e de planícies de maré. Tem idade pertencente ao cretáceo superior e é representado por rochas como arenitos e siltitos de cor avermelhada, róseas e esbranquiçados, além de arenitos de tons róseo e esbranquiçados (RODRIGUES et al., 1994; PEREIRA, 2006). A formação Barreiras compreende a grande parte do volume emerso da bacia de São Luís e consequentemente do volume emerso da capital ludovicense. Rodrigues et al. (2014) diz que essa formação possui idade tércio-quaternária. Conforme Pereira (2006, p. 68) os “sedimentos da Formação Barreiras são areno-argilosos de coloração róseo avermelhada, siltitos maciços de cores amarela a ocre, ferruginizados e, ocasionalmente, conglomeráticos, desorganizados”. O grupo Açuí compreende o sistema de planícies costeiras, os depósitos marinhos e eólicos, os sedimentos inconsolidados de mangue e aluviões fluviais. Essa formação é a mais recente em relação as demais, e possui idade quaternária (RODRIGUES et al., 1996). 46 O Conselho Nacional de Recursos Minerais (CPRM, 2013) em contrapartida a proposta de Rodrigues et al. (1994)4 estabeleceu 4 principais unidades geológicas no município (Figura 9), as quais são a Formação Itapecuru, a Formação Barreiras, a formação Açuí e os Depósitos Litorâneos. O estado do Maranhão, tem sua geomorfologia atrelada a esforços tectônicos que geraram formas do relevo diferenciadas em todo o território, que em grande parte são de origem sedimentar, onde predominam a dissecação do relevo por meio de processos erosivos diversos (FEITOSA,1990; FEITOSA,1996, DANTAS et al., 2013). Todo o litoral do estado se situa dentro domínio Geomorfológico da Planície Litorânea do Maranhão. Este possui uma extensão de aproximadamente 640 km, e se estende no sentindo oeste-leste deste a extremidade da foz do rio Gurupi no extremo oeste, fazendo divisa com o estado do Pará, até a foz do rio Parnaíba no extremo leste, na divisa com o estado do Piauí (FEITOSA, 2006; DANTAS et al., 2013). A faixa litorânea do estado (figura 8) possui características ambientais diferenciadas, e que acabam por justificar a divisão em diferentes unidades geoambientais, sendo elas: o Litoral Ocidental, o Litoral Oriental e o Golfão Maranhense (EL ROBINI et al., 2006; FEITOSA, 2006). Toda a área da planície litorânea do Maranhão é modelada a partir de processos marinhos e fluviomarinhos. El Robini et al. (2006, p. 3) afirma que esses processos “[...] dão origem às praias, mangues, vasas, pântanos, apicuns, lagunas e falésias, enquanto na área de fluxo indireto, maré dinâmica, ocorrem os pântanos e campos inundáveis”. A cidade de São Luís está situada no contexto geomorfológico do Golfão Maranhense. Conforme Ab’Saber (1960), esse ambiente é caraterizado por constituir uma originalidade geográfica, se diferenciando dos demais domínios geomorfológicos em forma de Golfo no litoral do Brasil. É constituído pelas reentrâncias estuarinas da região central do Litoral do Maranhão. Feitosa (2006) estabelece confrontantes geomorfológicos as Baías de Cumâ, São José, São Marcos e do Tubarão (Figura 10). 4 A CPRM (2013) não considera a formação do terciário Paleogeno destacado por Rodrigues et al. (1992). O motivo é que sua área de afloramento é muito reduzida mediante as outras formações, fincando impossível de ser demonstrada na escala de levantamento geocartográfico demonstrado na figura 8. 47 Fonte: Carvalho (2001). Fonte: Elaborado pelo autor a partir de dados da CPRM (2013) Figura 9. Geologia da Zona Urbana de São Luís – MA. Fonte: Adaptado de EL-Robrini et al. (2006), Feitosa (2006), e elaborado a partir de dados do IBGE (2015). Figura 8. Divisão da Planície Litorânea Maranhense Figura 7. Mapa de localização da Bacia de São Luís. Fonte: Elaborado a partir de Ab’Saber (1960), Feitosa (2006), e elaborado a partir de dados do IBGE (2015). Figura 10. Mapa de Localização da área de influência do Golfão Maranhense. . A dinâmica paisagística do Golfão Maranhense é representada pelas amplas influências dos condicionantes climáticos, oceanográficos e geológicos, resultando assim em áreas em que sua história deposicional e erosiva reflete esses fatores. A ilha do Maranhão se traduz em uma junção de grandes partes das unidades geomorfológicas do Golfão Maranhense, sendo criada a partir da erosão fluvial dos rios maranhenses, os rios Mearim e Itapecuru (FEITOSA, 1996; FEITOSA, 2006, DANTAS et al., 2013). Silva (2012) divide as feições Geomorfológicas da Ilha do Maranhão (no qual está delimitado a cidade de São Luís) entre as formas agradacionais e denundacionais. As agradacionais são os apicuns, praias e dunas, paleodunas, planície de maré, Planície Fluvial, terraços. As denundacionais são os tabuleiros com topos planos, Colinas esparsas, e as formas de vertentes. A representação das formas geomorfológicas presentes na Ilha do Maranhão (São Luís, Paço do Lumiar, São José de Ribamar e Raposa). Todavia, segundo o IBGE (2019), a Geomorfologia da zona urbana de São Luís (Figura 11) se traduz em duas unidades geomorfológicas predominantes. A primeira diz respeito as áreas rebaixadas, compostas pelas planícies aluviais, fluviomarinhas, denominada por litoral de mangues e rias. A segunda diz respeito as áreas mais elevadas, conhecidas por tabuleiros costeiros maranhenses. Sobre a declividade, ela foi adquirida através do modelo adaptado da Embrapa (2018), que classifica a declividade entre plana (0 – 3 graus), suave ondulado (3 - 8 graus), ondulado (8 – 20), forte ondulado (20 – 45)5, conforme pode ser demonstrado na Figura 12. O gradiente altimétrico da zona urbana São Luís não é tão acentuado. A hipsometria do município varia do nível de base 0 (faixa de influência litorânea) até os 65 metros, com maior cota altimétrica nos altos dos tabuleiros com topos planos na parte leste da área de estudo. A Figura 13 demonstra o mapa hipsométrico de São Luís e seus diferentes gradientes de altitude. A Figura 14 demonstra a orientação das vertentes para a área de estudo, na qual foram geradas as direções norte, nordeste, leste, sudeste, sul, sudoeste, oeste e noroeste. 5 A classe de declividade de forte ondulado está principalmente relacionada as falésias localizadas na linha costeia mais ao norte. Outros pontos no interior da zona de estudo estão relacionados a áreas de grande erosão. Fonte: Elaborado pelo autor a partir de dados da USGSa (2020) Fonte: Elaborado pelo autor a partir de dados da USGSa(2020) Fonte: Elaborado pelo autor a partir de dados do IBGE (2019) Fonte: Elaborado pelo autor a partir de dados da USGSa (2020) Figura 14. Hipsometria da zona urbana de São Luís - MA Figura 12. Unidades Geomorfológicas da zona urbana de São Luís - MA Figura 11. Unidades Geomorfológicas da zona urbana de São Luís - MA Figura 12. Declividade da zona urbana de São Luís - MA Figura 13. Orientação de vertente zona urbana de São Luís - MA 2.2.2. Vegetação A cidade de São Luís, por sua localidade possui atributos vegetacionais distintos. Conforme afirma Ab’Saber (2003), a área em que se configura a cidade de São Luís pode ser considerada como uma área de transição morfoclimática. Sendo assim, traz atributos ambientais e, dentre eles, de vegetação, tanto de caraterísticas do ambiente amazônico como do cerrado. Quanto aos tipos de vegetação6 existentes, pode-se afirmar que São Luís possui vegetação diversificada a exemplo dos complexos vegetacionais do tipo florestal com predominância de palmáceas (babaçu, ariri, buriti, juçara); plantas frutíferas diversas e Manguezais (FEITOSA, 1996; CORDEIRO et al, 2015). Quanto as tipologias vegetacionais, a cidade, bem como toda a ilha do Maranhão possui classes vegetacionais de porte arbóreo e arbustivo, o qual estão relacionados ao tipo de vegetação de origem natural e secundária. A vegetação de origem natural ou com pouca interferência antrópica são localizadas nas áreas de preservação permanente (APP) e nas Unidades de Conservação de Uso Sustentável e de Proteção Integral. A vegetação de origem secundária, as quais tem muita interferência humana, estão dispostas em áreas como parques, áreas desmatadas, área de pastagem e agricultura (localizada principalmente na área rural) além de restingas a apicuns. Estas últimas são vegetações costeiras muito comuns nessa região do Brasil (CORDEIRO, et al. 2015; FEITOSA 1990, 1996) A partir da década de 1970, o crescimento demasiado da cidade fez São Luís perder uma grande porcentagem de sua vegetação. As maiores perdas foram das classes vegetacionais de porte arbóreo. Em muitos casos, a supressão esteve relacionada diretamente a áreas de ocupações espontâneas, a novos condomínios habitacionais promovidos pelo estado e a grande especulação imobiliária proporcionada pelos detentores do capital dos grandes incorporadores que exploram o parcelamento da terra em São Luís (CORDEIRO et al., 2015) Dados do Mapbiomas (2020) demonstram que a cidade de São Luís teve a redução de mais de 30% da sua área florestal entre os anos de 1985 a 2021. Em contrapartida, no mesmo período, houve o aumento de mais de 50% das áreas não vegetadas relacionadas a infraestrutura urbana. 6 O objetivo da pesquisa não é caracterizar de forma mais detalha as diferentes tipologias e classes vegetacionais presentes na área de estudo e sim de trazer ao leitor uma ideia de relação sobre as principais classes observadas bem como os seus usos diversos. Para melhor análise do tema, recomenda-se os estudos de Cordeiro et al. (2015), Farias Filho (2010). 3. 2.2.3 Caracterização Climática São Luís está situada dentro de uma zona em que o regime climático se manifesta de forma bem peculiar, sendo classificada, predominantemente, pelo clima quente com chuva de verão do tipo Aw, segundo a classificação realizada por Dubreuil et al. (2018). Possui altos índices de radiação solar que se refletem em temperaturas médias elevadas (FEITOSA, 1997). A cidade possui regularidade térmica durante todo ano, apresentando duas estações bem definidas pelo regime pluviométrico, quando se tem uma estação chuvosa e outra seca ou de estiagem. Logo, não existem os ciclos sazonais climáticos da primavera, verão, outono e inverno (FEITOSA, 1990; ARAÚJO, 2001, ARAÚJO, 2014; PINHEIRO, 2015; PINHEIRO, 2018). O período chuvoso é caracterizado por precipitações elevadas e concentradas que ocorrem no período de janeiro a junho. O período de estiagem ocorre entre os meses de julho a dezembro, quando a precipitação diminui, chegando a níveis muito baixos ou até meses com ausência de precipitação, tendo assim o aumento das temperaturas (mínimas, máximas e médias) e da velocidade do vento, e decréscimo da umidade relativa (FEITOSA, 1990; ARAÚJO, 2014; PINHEIRO, 2018). As precipitações na cidade de São Luís estão principalmente relacionadas ao sistema atmosférico denominado como Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) (ARAÚJO, 2014), que segundo Cavalcanti et al. (2009) é o sistema atmosférico que mais influência as precipitações nos continentes Sul-Americano, Africano e Asiático. Nesta região, a zona de convergência intertropical migra sazonalmente. Nos anos considerados normais, ela migra entre 14º N e 2º S e nos anos chuvosos a ZCIT pode atingir até 5ºS. Além de influenciar diretamente na precipitação de São Luís, a ZCIT influência também, diretamente, toda a região Norte e Nordeste do país. Destaca-se também, a importância das Linhas de Instabilidade (LI), outro sistema atmosférico responsável pela marcha das precipitações em São Luís (ARAÚJO, 2014). Conforme Cohen et al. (2009), as LIs são sistemas que ocorrem basicamente na costa norte-nordeste da América do Sul, com tendências a se propagar para o interior do continente. Ferreira e Mello (2005) evidenciam que as LIs são caracterizadas por nuvens provo