Os estudos da climatologia para análise do ambiente térmico urbano

Uma compreensão completa dos fatores que contribuem para o efeito da Ilha de Calor Urbano - em diante ICU, é fulcral para a delimitação de políticas e estratégias de planeamento direcionadas para as cidades e, assim, evitar graves consequências indesejáveis tanto para o ser humano, como para o ambiente (Amorim e Monteiro 2016; ^{Deilami, Kamruzzaman e Liu 2018}; ^{Ferreira, Monteiro e Madureira 2019}; ^{Madureira et al. 2021}). Tal como se depreende da definição de ICU, esta é pautada pelas diferenças da temperatura entre as áreas urbanas e rurais (^{Martin-Vide e Moreno Garcia 2020}).

As diferenças entre fluxos turbulentos de calor latente e sensível entre áreas rurais e urbanas variam em função do conteúdo de água no solo e do coberto vegetal (^{Weng, Lu e Schubring. 2004}). Os fluxos de calor latente predominam em áreas com vegetação, ao passo que as trocas de calor sensível tendem a ser favorecidas em espaços urbanos, pela ausência de vegetação (^{Owen, Carlson e Gillies. 1998}; Weng, Lu e Schubring. 2004). Intrínsecas a estas áreas, as alterações substanciais das propriedades físicas da superfície são, sobretudo, do conteúdo em humidade do solo, da capacidade de transmissão de calor, da con-dutividade, do albedo e da emissividade pelos materiais causam a diminuição dos processos de evapotranspiração (^{Deng e Wu 2013}; ^{Sarricolea e Meseguer-Ruiz 2019}) e são responsáveis pelas modificações dos principais inputs e outputs de radiação solar e infravermelha e do próprio calor que é armazenado (^{Abdulateef e Al-Alwan 2022}; ^{Lopes 2009}; ^{Zhao et al. 2011}).

Fonte: Traduzido de ^{Zhao et al. 2011}.

Figura 1 Representação dos fluxos de radiação e energia nas áreas rurais (à esquerda) e nas áreas urbanas (à direita), num dia de céu limpo. 

Neste sentido, as alterações na cobertura do solo e na composição atmosférica em áreas urbanas criam condições climáticas específicas e são responsáveis pela formação da ICU (^{Oke 1995}; ^{Alcoforado et al. 2005}; ^{Alcoforado et al. 2009}; ^{Eum et al. 2011}; ^{Martin-Vide e Moreno-Garcia 2020}). O padrão térmico deste fenómeno decorre da diferenciação de uma cidade mais quente rodeada por áreas mais frescas e distingue um conjunto de microclimas causados pela crescente expansão urbana (^{Alcoforado et al. 2009}; ^{Lopes 2009}; ^{Weng 2009}; ^{Martin-Vide e Moreno-Garcia 2020}). ^{Effat e Hassan (2014)} afirmam que o aquecimento antropogênico associado à icu pode originar, em grandes núcleos urbanos, incrementos da temperatura na ordem dos 2-3 °C, tendo por base um estudo efetuado na cidade do Cairo (Egito). De qualquer modo, distinguem-se vários tipos de "ilhas de calor urbano", com formação, magnitude e padrão temporal distinto (Tabela 1): a ICU Subsuperficial (lCU_sub), a ICU superficial (lCU_sup), a ICU da atmosfera urbana inferior (ICU_AUI) e a ICU da atmosfera urbana superior (ICU_AUS) (^{Voogt e Oke 2003}; ^{Weng et al. 2004}; ^{Yuan et al. 2005}; ^{Alcoforado et al. 2005}; ^{Yuan e Bauer 2007}; ^{Kuttler 2008}; ^{Lopes 2009}; ^{Zhao et al. 2018}).

Em último recurso, a intensidade do calor urbano depende da sua localização espacial, bem como das caraterísticas locais (e.g. materiais, rugosidade da superfície) (^{Mirzaei e Haghighat 2010}; ^{Odindi, Bangamwabo e Mutanga 2015}).

Atendendo a estes pressupostos, têm-se multiplicado os estudos de detecção remota com enfoque de análise na lCU_sup, que resulta da análise das superfícies urbanas mais quentes relativamente às áreas mais frescas e do contacto com a atmosfera urbana inferior. Para tal, sugere-se o recurso à análise da TS através da resposta da imagem de satélite ao espectro do infravermelho térmico (10,4 -12,5 µm) em diversas investigações (^{Streutker 2002}; ^{Weng e Quattrochi 2006}; ^{Weng 2009}; Lemus-Canovas et al. 2019;). As TS têm vindo a ser utilizadas para avaliar nos espaços urbanos os balanços radioativos e energéticos, a relação com as propriedades físicas da superfície terrestre ou a repartição e arranjo espacial dos usos do solo e os diferentes índices urbanísticos (^{Amorim e Monteiro, 2011}).

Para estas análises pode utilizar-se a TS como proxy, embora vários autores afirmem que nesta tipologia de estudos não se estuda verdadeiramente os efeitos da intensidade da ICU (^{Weng 2001}; ^{Li et al. 2009}; ^{Senanayake, Welivitiya e Nadeeka 2013}; ^{Berger et al. 2017}; ^{Morabito et al. 2021}). Em contrapartida, outras investigações referem ser essencial relacionar os fatores espaciais e a intensidade da ICU, através da diferença entre as TS das áreas urbanas e das áreas rurais (^{Zhou et al. 2016}; ^{Alves 2016}; ^{Li et al. 2017}; ^{Xian et al. 2021}).

Tabela 1 Resumo dos tipos de Ilha de Calor Urbano (ICU) 

Fonte: adaptação de ^{Oke et al. 2017}.

Notas: ¹ o sodar não mede a temperatura, mas pode detectar a estrutura da ICU. Mede o campo de vento na atmosfera urbana. Pode ser usado para estimar o perfil vertical do vento e o estado de turbulência da atmosfera até algumas centenas de metros.² Localiza os aerossóis (ao detectar os movimentos pode também inferir o vento e a turbulência) e as gotículas de nuvens (base da nuvem e inversões térmicas). Pode também adquirir um modelo digital da superfície de uma área urbana (edifícios, árvores). ³ Uma combinação de sodar e do RASS profiler mede simultaneamente a e o perfil do vento na atmosfera até pelo menos 1,5 km.

Independentemente da metodologia que se assume para os pressupostos estabelecidos no âmbito de uma investigação, as TS resultam das diferenças da natureza da cobertura vegetal, da densidade de vegetação e de área construída, de propriedades térmicas e de humidade do solo, da rugosidade da superfície, dos materiais de construção, da altura e volumetria dos edifícios e do próprio arranjo geométrico tridimensional dos edifícios, ruas, espaços abertos e espaços verdes (^{Friedl et al. 2002}; ^{Weng 2004}; ^{Yang et al. 2021};). As diferentes propriedades radiativas e térmicas dos materiais influenciam a forma como a radiação solar é refletida e armazenada na baixa atmosfera urbana, determinando os padrões de distribuição das TS (^{Lopes 2009}). A análise destes padrões permite identificar os locais onde se verifica maior acumulação e produção de calor associado às superfícies urbanas onde subsiste uma elevada carga térmica, o que invariavelmente resulta em TS mais elevadas, assim como os locais de menor produção e armazenamento de calor, como são exemplo as ilhas de frescura.

Área de estudo, dados e métodos

O presente estudo é aplicado ao município do Porto, que se localiza no noroeste de Portugal continental, possui 41,42 km² de área e integra a Área Metropolitana do Porto. Em Portugal é o segundo território com maior dinamismo económico, sendo também o coração da segunda área metropolitana portuguesa mais populosa, com 1.736.491 habitantes, atrás da Área Metropolitana de Lisboa, que tem 2.870.770 habitantes (^{INE 2021}).

O Porto possui uma localização geográfica privilegiada junto ao litoral, com o Oceano Atlântico a oeste, estando delimitado a sul pelo rio Douro, instalando-se numa plataforma de pequena inclinação para o Oceano Atlântico, com amplitude altimétrica de 160 metros (^{Gomes et al. 2020}; ^{Lopes et al., 2022}). Por sua vez, apresenta um clima temperado marítimo, com temperaturas médias a oscilar entre 15-25 °C. Os verões podem ocasionalmente atingir os 35 °C, enquanto os invernos são normalmente pluviosos e frescos, com temperaturas entre 5-14 °C. De acordo com o sistema de classificação climática de Köppen-Geiger, o Porto está numa zona Csb (^{Lopes et al. 2021}).

Estas condições repercutem no desconforto térmico em áreas urbanas densas durante o verão, e são provocadas pela ICU e agravadas em alguns casos pelas situações extremas de vagas de calor. No inverno, a ICU pode implicar vantagens, nomeadamente contribuindo para diminuir o consumo energético destinado ao aquecimento (^{Alcoforado et al. 2005}).

Combinação metodológica para a delimitação da vulnerabilidade climática

Para a realização desta investigação, empregamos uma metodologia inovadora, que se baseia na integração de diversas operações, tendo por base os dados de detecção remota. Para o efeito, considerou-se, primeiramente, o cálculo das TS. De seguida, foram utilizados vários índices espectrais que caracterizam o padrão espacial das TS, nomeadamente para a identificação das condições da vegetação ou para a diferenciação das áreas com edificação. Por último, foram utilizados índices compósitos - o contribution index (CI) e o nível de criticidade ambiental - para inferir as áreas potencialmente expostas ao calor extremo e, por inerência, mais suscetíveis à vulnerabilidade climática.

Este estudo recai sobre a análise da imagem do satélite Landsat 8-OLI de 09/07/2014, às 10 horas, com uma cobertura de nuvens inferior a 10 %, onde se extraíram as TS para o município do Porto. A imagem que utilizamos corresponde ao período do dia em que as superfícies ainda se encontraram em aquecimento e não atingiram as TS máximas, e foi selecionada entre 30 imagens de satélites Landsat 8-OLI entre 2013 e 2017, por se tratar daquela que apresentava mais baixo nível de ruído provocado pela topografia ou pelos efeitos da nebulosidade. Trata-se de uma imagem com muito boa qualidade para aferir os padrões de TS e o cálculo dos restantes índices, o que é difícil de acontecer para áreas localizadas no litoral como o Porto durante o período da manhã, sobretudo devido aos efeitos da nebulosidade que se fazem sentir ao início da manhã nesta época do ano.

Considere-se também que a imagem foi sujeita a correções atmosféricas, topográficas, radiométricas e geométricas, para atenuar eventuais resíduos. A razão de captação de imagens pelo satélite Landsat 8-OLI às 10 horas (único disponível com este tipo de resolução) considera-se uma limitação à aplicação do estudo, pois não permite analisar fenómenos que ocorrem normalmente à tarde e à noite. Ainda assim, este é o único período temporal disponível.

Cálculo das temperaturas de superfície (TS)

Com base nos dados da faixa do infravermelho térmica (10,4 µm-12,5 µm) derivamos as TS, e para o cálculo da TS recalculamos os valores da radiância espectral no sensor (Lλ) a partir dos números digitais (DN) que estão associados aos pixéis da imagem. Desta forma, Lλ assume a seguinte Eq. (1):

Lλ corresponde à radiância espectral no sensor medida em w (m² sr µm), QCALmax (= 255), QCALmin (= 0) corresponde aos valores mínimos e máximos da amplitude redimensionada da radiância dos números digitais (DN) e Lmin e Lmax à radiância espectral que é dimensionada em QCALmin e QCALmax (em w/m² sr µm) (^{Yuan e Bauer, 2007}). Após este processo, a radiância espectral foi convertida nos valores de TS em Kelvin (TB), com a utilização da estimativa específica do Landsat da curva de Planck [Eq. (2)] (^{Senanayake, Welivitiya e Nadeeka 2013}; ^{Yuan e Bauer 2007}):

Quando TB corresponde às TS em Kelvin (k), K₁ e K₂ são as constantes de calibração 1 e 2 (K₁ = 774,89 wm^-2 µm SR^-1 e K2 = 1.321,08 K) e LA que diz respeito à radiância espectral do sensor em Wm^-2 sr^-1 µm^-1 (^{Coelho e Correa 2013}; ^{USGS 2013}). Subsequentemente, os valores de temperatura calculados em Kelvin (K) foram transformados em valores de T_sup em graus Celsius (°C), gerando uma nova superfície raster. Para tal, utilizou-se a seguinte [Eq. (3)]:

em que TS (k) diz respeito à TS em kelvin e 273,15 corresponde ao seu valor absoluto (^{Senanayake, Welivitiya e Nadeeka 2013}).

Determinação de índices multiespectrais

A utilização da imagem Landsat-8 OLI à resposta da superfície a determinada região do espectro eletromagnético permitiu a utilização de vários índices que caracterizam o padrão espacial das TS. O perfil espectral utilizado para a determinação dos índices se circunscreveu ao uso das bandas 4, 5 e 6 e 7 da imagem de satélite Landsat-8 OLI de 09/07/2014, às 10 horas. Com a utilização destas bandas definimos quatro índices comumente aplicados à caraterização dos usos do solo, nomeadamente:

O índice NDVI é utilizado para definir a densidade da cobertura vegetal é obtido através da utilização da seguinte [Eq. (4)]:

Aqui d corresponde ao número digital (DN) das bandas 4 e 5 da imagem Landsat 8-OLI.

O SAVI permite salientar as caraterísticas de vegetação, constituindo uma vantagem de aplicação quando comparado com o NDVI nas áreas que apresentam baixa cobertura vegetal, tais como os espaços urbanos (^{Xu 2007}). Tal como evidencia ^{Ray (1994)}, o SAVI se diferencia do NDVI, pelo facto de funcionar eficazmente em áreas cuja vegetação corresponda a menos de 15 %, enquanto o NDVI apenas consegue obter resultados substanciais em áreas com cobertura vegetal superior a 30 %. O cálculo do SAVI segue a seguinte [Eq. (5)], onde é um fator utilizado para a correção do brilho do solo:

Na maioria dos casos, o valor é igual a 0,5, ao conseguir reduzir consideravelmente o ruído em todas as densidades de vegetação (^{Hua et al. 2017}; ^{Huete 1988}). O valor d corresponde ao número digital (DN) das bandas 4 e 5 da imagem Landsat 8-OLI.

Por sua vez, o NDBI é um índice que é sensível às áreas edificadas. O resultado esperado corresponde aos valores dos pixéis próximos de 0 em bosques e espaços agrícolas, valores negativos para corpos de água ou valores positivos para pixéis situados em áreas construídas (Chen et al. 2006). O índice se obtém a partir da seguinte [Eq. (6)], na qual d corresponde ao número digital (DN) das bandas 5 e 6 da imagem Landsat 8-OLI:

Efetivamente, o NDBI apresenta algumas limitações na aplicação às áreas urbanas, quando se verifica que os espaços se encontram distribuídos de forma misturada ou quando outros usos do solo apresentam refletância sazonal (^{Zha et al. 2003}).

Para a derivação de um índice menos sensível a essas variações relativas à urbanização, foi utilizado o lü, que assume a seguinte fórmula [Eq. (7)], onde d corresponde ao número digital (DN) das bandas 5 e 7 da imagem Landsat 8-OLI:

O UI assume valores elevados e positivos associados às superfícies artificiais, ao invés dos pixéis de áreas de vegetação que apresentam valores extremamente negativos. A utilização deste índice é sugerida por captar distinções nítidas entre áreas muito urbanizadas e áreas com cobertura arbórea (^{Villa 2007}).

Para a calcular estes índices utilizou-se o software de Sistemas de Informação Geográfica ArcGlS (Versão 10.7.). Como os valores dos índices são normalizados, os resultados assumem sempre valores entre -1 e 1.

No sentido de percepcionar a relação entre os usos do solo e a assinatura térmica que é retida pelas bandas, foram estabelecidos três perfis de amostragem que tentam recolher as diferenças significativas entre os usos de solo, a altura e a densidade dos edifícios e as TS. Os transectos foram traçados para a equidistância de 25 metros através da utilização do ArcGlS 10.3 (Figura 2). O primeiro perfil [Perfil A (A-B)] foi traçado entre o Parque da Cidade e o Ramalde, com direção WSW-ENE e extensão de 2,7 km. O Perfil B (C-D) foi designado por Foz do Douro-Ramalde, com orientação wSw-ENE e uma extensão de 3,4 km, enquanto o Perfil C (E-F) tomou a designação Clérigos - Corujeira, com orientação Sw-NE, e comprimento de 3,4 km. Ao passo que para o Perfil I foram definidos 107 pontos para a amostragem, os Perfis II e III têm uma representação de 137 pontos.

Dados: edificado e rede viária das Câmaras Municipais da Área Metropolitana do Porto e levantamento da equipa de trabalho.

Figura 2 Localização dos perfis de amostragem. 

Após a definição dos pontos dos perfis, usamos a ferramenta Sample integrada em Extraction, da extensão Spatial Analyst do ArcGlS 10.3. Foram escolhidas 6 séries de dados, que após terem sido submetidas ao teste de normalidade Shapiro-Wilk, se verificou que, em qualquer caso, não apresentavam uma distribuição normal. Para o efeito, procedeu-se, então, ao uso do teste não-paramétrico do coeficiente de correlação de Spearman, sujeitando as duas séries de dados a um prévio ranking (di) dos valores xi nos valores x, que antecede a associação ente variáveis. O valor de coeficiente p assume valores entre -1 e 1 e o afastamento ao valor 0 aumenta quanto maior é a associação verificada entre as variáveis. Quando o valor assume sinal negativo, estamos perante variáveis que variam em sentido inverso.

Contribution Index (ci)

O Contribution Index (CI) foi utilizado no sentido de perceber a contribuição da razão entre o produto da TS média da área funcional em relação à área total com a proporção da área funcional na área total (^{Odindi, Bangamwabo e Mutanga 2015}; ^{Qiao, Tian e Xiao 2013}). Para tal, utilizou-se a média da temperatura em relação à área das freguesias e, por outro lado, à área das diferentes classes do uso do solo. O Contribution Index foi calculado com a seguinte [Eq.(8)]:

Na fórmula, CI diz respeito à contribuição da área funcional na sua área total, Dt é a diferença entre a temperatura média entre a área (i) e a temperatura média de toda a área urbana (x) (Dt=Ti-Tx, sendo Ti a temperatura média da temperatura num determinado espaço funcional e Tx, a TS média de toda a área), enquanto S corresponde à proporção entre a área funcional (i) e a área total. Ai corresponde à área do espaço funcional, enquanto Ax diz respeito a toda a área. Deve-se reter que a área da zona funcional afeta, em grande medida, a amplitude do índice de contribuição (^{Qiao, Tian e Xiao 2013}).

Nível de Criticidade Ambiental

Através da combinação da TS e do NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) calculamos o nível de criti-cidade ambiental para o município do Porto. Os valores da TS e do índice de vegetação (NDVI) foram alargados com o método histogram equalisation para valores de pixéis entre 1 e 255, de forma a aumentar o contraste e a claridade que resulta da layer inicial e por forma a evitar os valores infinitos do Environmental Criticality Index (ECI), resultantes da presença de valores de NDVI iguais a 0 (^{Senanayake, Welivitiya e Nadeeka 2013}). O ECI é obtido através da [Eq. (9)], em que TS (stretched 1-255), diz respeito aos valores alargados das TS, ao passo que NDVI (stretched 1-255) corresponde ao alargamento dos valores dos pixéis de NDVI:

Às áreas com valores <1 foi atribuída a classe de espaços não críticos (nível de criticidade reduzido) com base na combinação das TS e no NDVI. Depois foram definidas 3 classes de criticidade com valores de pixéis ≥1, com a utilização do método de classificação por quantis (nível de criticidade moderado, elevado e severo). Embora as massas de água produzam os menores valores de NDVI, estas não representam áreas ambientalmente críticas, pelo que tiveram que ser excluídas da análise (^{Senanayake, Welivitiya e Nadeeka 2013}).

Níveis de urbanização e distribuição espacial das temperaturas de superfície (TS)

No município do Porto confirmam-se dissemelhanças significativas dos níveis de urbanização que possibilitam a diferenciação entre as áreas com maior coberto vegetal e as mais densamente povoadas. Efetivamente, a Figura 3 representa a resposta espectral da imagem de satélite ao Urban Index.

Dados: imagem de satélite Landsat 8-OLI de 09/07/2014, edificado e rede viária das Câmaras Municipais da Área Metropolitana do Porto.

Figura 3 Urban Index para o município do Porto. 

Os valores mais baixos verificados neste índice estão associados às áreas arborizadas, ao passo que se assumem valores de índice mais elevados no perímetro urbano e, essencialmente, nas vias rodoviárias e equipamentos industriais, onde o tipo de material apresenta maior resposta espectral. De forma a facilitar a leitura, foi usada a função stretch no ArcGlS 10.7 para distribuir os valores entre 0 e 255 numa classificação qualitativa de baixo, médio e elevado. Neste sentido, deve referir-se que as áreas com cobertura vegetal, localizadas nos setores oeste (e.g. Parque da Cidade) e este, por serem mais permeáveis, concorrem para o aumento do arrefecimento evaporativo proporcionado pela sombra, impedindo a radiação solar de atingir, de forma direta, a superfície terrestre (^{Senanayake, Welivitiya e Nadeeka 2013}). Neste sentido, tal como se infere pela análise do índice de urbanização, as áreas com menor potencial de arrefecimento evaporativo correspondem às que apresentam maiores valores de TS (Figura 4).

Dados: imagem de satélite Landsat 8-OLI de 09 de julho de 2014, edificado e rede viária das Câmaras Municipais da Área Metropolitana do Porto. Notas: (a) Parque da Cidade; (b) Área Industrial do Ramalde; (c) Aliados; (d) Via de Cintura Interna (VCl).

Figura 4 Temperatura de Superfície (TS) no município do Porto, de 09/07/2014, às 10 horas. 

As TS variam significativamente entre as áreas urbanas mais densamente ocupadas e as áreas limítrofes do município mais arborizadas, ou sobre influência de frentes ribeirinhas que contribuem para uma amplitude de TS na ordem dos 20 °C.

A distribuição espacial das TS permite inferir os locais de produção e acumulação de calor causados, sobretudo, pela emissão de radiação de longo do comprimento de onda e da libertação de calor sensível. Concomitantemente, as lCU_sup formam-se na Área Industrial de Ramalde (B), no núcleo urbano central do Porto-Aliados (C) e na Via de Cintura Interna (VCI) (D). Em áreas onde se verifica a retenção e produção de calor mais reduzida, estimulada pela reflexão de radiação de pequeno comprimento de onda e libertação de calor latente, como são as ilhas de frescura, destaca-se a registada no Parque da Cidade (A).

Nas áreas identificadas com as letras B, C e D predominam TS situadas acima de 30 °C e, em alguns dos casos, superiores a 32 °C, motivadas pelo tipo de materiais utilizados em áreas industriais (zinco), pela retenção de calor em área urbana densa ou pelo calor associado às infraestruturas viárias causado pelo asfalto e intrínseco ao tráfego viário. Por seu turno, a área identificada em A apresenta as TS mais reduzidas, situadas entre os 24-28 °C e 28-30 °C, pelo contributo de áreas com cobertura arbórea que diminuem a exposição à radiação solar e aumentam a humidade do ar.

Os valores máximos, médios e mínimos da TS, bem como a respetiva amplitude térmica e o desvio-padrão por freguesia reforçam os resultados anteriores (Tabela 2). De facto, os valores de TS média mais elevados registam-se nas freguesias com maior densidade de edifícios, cujos materiais favorecem o armazenamento de energia proveniente da radiação solar e a libertação de calor artificial, tal como sucede na U.F. de Cedofeita, Santo Ildefonso, Sé, Miragaia, S. Nicolau e Vitória (mediana de 31,7 °C), localizada no núcleo central do Porto.

Por seu turno, confirmam-se as formações de lCU_sup intrínsecas a áreas industriais ou a infraestruturas rodoviárias com intensidade de tráfego elevado e com caraterísticas muito diferentes aos espaços limítrofes, tal como se patenteia na freguesia de Campanhã (17,1 °C de diferença entre a área mais quente e a mais fria) com a VCI e os espaços circundantes. Não obstante, outras freguesias apresentam TS médias amenas, em resultado da localização em áreas de frente ribeirinha que permitem a penetração de brisas terrestres à noite e marítimas de dia, e dos ventos dominantes (^{Ng 2009}), tal como ocorre na U.F. de Aldoar, Foz do Douro e Nevogilde e na

U.F. Lordelo de Ouro e Massarelos. Neste contexto, as áreas com maior afastamento das frentes de água originam similaridades de TS, cuja amplitude térmica, em termos espaciais, é mais reduzida e às quais se associam TS mínimas e máximas mais elevadas, embora seja necessário enquadrar na estação do ano a que os dados se referem (Verão). Com efeito, as freguesias de Ramalde e de Paranhos gozam da sua posição geográfica continental, que se imprime nos padrões de TS registados, embora não seja possível desvincular das caraterísticas dos materiais utilizados nos equipamentos e infraestruturas (e.g. Área Industrial do Ramalde), que em muito influenciam estas áreas.

Tabela 2 Quadro-síntese das Temperatura de Superfície (TS) por freguesia, no Porto 

Dados: imagem de satélite Landsat 8-OLI 9 de julho de 2014. Notas: T_min = Temperatura de superfície mínima (°C); T_max = Temperatura de superfície máxima (°C); AmpT = Amplitude Térmica; Tmedian= Mediana da Média (°C); D.p. (o) = Desvio-padrão.

Atendendo aos padrões apontados anteriormente, os três perfis de amostragem (Figuras 5, 6 e 7) mostram dissemelhanças nítidas entre as áreas mais urbanizadas e os espaços com vegetação arbórea, no que respeita ao gradiente térmico da superfície. No perfil I (Parque da Cidade-Área Industrial do Ramalde) (Figura 5), as baixas TS registadas estão intrinsecamente relacionadas com os valores mais elevados de NDVI e SAVI (geralmente > 0,4), onde a presença de vegetação cria condições favoráveis ao aumento da humidade do ar, por libertação de vapor de água para a atmosfera circundante e à concretização do processo de evapotranspiração. Pelo contrário, o NDBI regista os valores mais reduzidos (<-0,2). Findo o Parque da Cidade, os efeitos destas áreas de vegetação fazem-se sentir até distâncias muito reduzidas (^{Andrade e Vieira 2007}), pelo que o aumento da TS é muito significativo. Entre Vila Nova do Aldoar (300-400 m) e a Área Industrial do Ramalde (2.000 m), as elevadas TS se correlacionam com os valores mais altos de NDBI e com os valores mais baixos de NDVI e SAVI. Com efeito, a Área Industrial regista os valores mais elevados de TS (32 °C-36 °C) e de NDBI, provocados pelas superfícies zincadas, onde tem maior incidência a energia com grande comprimento de onda.

O segundo transecto, localizado entre a Foz do Douro até ao Ramalde (Figura 6), apresenta padrões de TS cuja interpretação é mais complexa, uma vez que atravessam áreas do município do Porto com uma miscelânea de ocupações do solo e, simultaneamente, com uma heterogeneidade de comportamentos às respostas espectrais.

Aos primeiros 200 metros do perfil estão associadas habitações de residência maioritariamente unifamiliar ou condomínios que se localizam junto à foz (Praia da Luz), cujas TS rondam os 29 °C e onde os valores de NDBI são ≥ 0. Efetivamente, os valores de TS se reduzem nas áreas de prado e com vegetação onde os valores de SAVI e NDVI são simultaneamente mais elevados. Deve referir-se, ainda, que o perfil reflete em quase toda a sua extensão valores de NDVI e SAVI ≥ 0,2 e NDBI ≤ 0, à exceção da área industrial do Ramalde, onde tal como no perfil anterior, as TS ascendem a valores entre 32 °C-35 °C e o NDBI a valores ≥ 0.

Por sua vez, o perfil entre os Clérigos e a Corujeira (Perfil III) (Figura 7) apresenta alguma complexidade de análise, em resultado das observações de comportamentos térmicos muito distintos entre as diversas superfícies, que refletem os níveis de urbanização do núcleo central do Porto.

Dados: imagem de satélite Landsat 8-OLI de 9 de julho de 2014.

Figura 5 Perfil (A) Parque da Cidade-Área Industrial (Ramalde), WSW-ENE: variação de TS, NDVI, SAVI, NDBI.  

Dados: imagem de satélite Landsat 8-oli de 9 de julho de 2014.

Figura 6 Perfil (B) Foz do Douro-Ramalde, WSW-ENE: variação de TS, NDVI, SAVI, NDBI. 

Dados: imagem de satélite Landsat 8-oli de 9 de julho de 2014, edificado e rede viária das Câmaras Municipais da Área Metropolitana do Porto.

Nota: (1) área de prado junto ao Hospital de Joaquim Urbano; (2) área urbana; (3) Jardim J. G. Oliveira; (4) área Urbana.

Figura 7 Perfil (c) Clérigos-Cocujeira, sw-ne: variação de ts, ndvi, savi, ndbi. 

Desta forma, toda a área urbana regista TS muito elevadas, com origem na preponderância de edifícios em banda e em altura (15 m). Diga-se, a propósito, que os valores de NDBI são maioritariamente ≥ 0. As TS mais elevadas se verificam na VCI (Via de Cintura Interna), onde ascende a valores ≥ 32 °C. No entanto, é possível identificar pequenas manchas verdes dispersas, como o Jardim de S. Lázaro e o Jardim de João Chagas (Cordoaria), que, entre outros, concorrem para valores de NDVI e SAVI ≥ 0,2, potenciando o arrefecimento evaporativo e, consecutivamente, o conforto bioclimático nestes espaços.

Embora o tráfego rodoviário contribua significativamente para o aumento da TS, deve referir-se que a altura dos edifícios se correlaciona positivamente com os valores de TS e de NDBI, e apresenta um comportamento contrário relativamente aos índices de SAVI e NDVI. Aliás, as áreas mais edificadas serão aquelas que têm NDBI ≥ 0,1 e NDVI ≤ 0,2.

A correlação entre a TS e os índices calculados é patenteada na Tabela 3 e resulta da amostra de pontos dos Perfis I, II e III, das figuras 5, 6 e 7, respetivamente. Deste modo, em concomitância com os resultados anteriores, nota-se uma correlação positiva perfeita entre NDVI e SAVI, visto que servem os mesmos propósitos. Atendendo a este facto, quer o NDVI, quer o SAVI, apresentam uma correlação negativa muito forte com o NDBI. Além disso, o NDVI e SAVI se correlacionam negativamente com a TS, ao passo que as elevadas TS se corelacionam com os valores mais altos de NDBI.

Tabela 3 Coeficientes p do teste de correlação de Spearman (p < 0,0001) entre TS, SAVI, NDVI e NDBI 

Dados: imagem de satélite Landsat 8-OLI de 9 de julho de 2014, edificado e rede viária das Câmaras Municipais da Área Metropolitana do Porto.

Por esta razão, as áreas onde se apuram TS mais elevadas correspondem aos espaços não arborizados ou cuja vegetação é muito pouco densa. Esta questão é elementar, considerando que a composição vegetal assume um papel muito relevante para a diminuição das TS, mais que a exposição das vertentes, a altitude ou a topografia.

Contributo de áreas funcionais para os valores de temperatura de superfície (TS)

Após terem sido apuradas as TS, procurou-se determinar os usos do solo que contribuem para o aquecimento ou arrefecimento do município do Porto (Figura 8). Efetivamente, os usos do solo que mais contribuem para o aumento da TS correspondem aos territórios artificializados (0,63), ao passo que os corpos de água apresentam um contributo positivo para o arrefecimento (-0,36). No que respeita aos espaços verdes urbanos, embora detenham um papel significativo, em teoria, para o resfriamento evaporativo, o desprovimento de espaços dedicados a áreas arborizadas, que se circunscrevem ao parque da cidade e a alguns jardins dispersos pelo município, aos quais se associam muitas vezes áreas de relvado, reduzem a capacidade reguladora da temperatura desta classe de usos do solo.

Dados: imagem de satélite Landsat 8-OLI de 9 de julho de 2014, edificado e rede viária das Câmaras Municipais da Área Metropolitana do Porto.

Figura 8 Contributo dos diferentes usos do solo para a TS. 

Atendendo a estes resultados, a consideração das diversas freguesias do município para o índice de contribuição permite-nos detalhar a informação presente ao nível dos usos do solo. A Figura 9 ilustra a contribuição das freguesias para os valores de TS registados. A TS média da U.F. de Cedofeita, Santo Ildefonso, Sé, Miragaia, S. Nicolau e Vitória freguesia (localizada no núcleo central) e das freguesias de Ramalde e Paranhos (onde já não se sentem os efeitos reguladores da frente ribeirinha) são as que contribuem mais significativamente para o aquecimento de todo o município. Por seu turno, a U.F. de Aldoar, Foz do Douro e Nevogilde e a U.F. de Lordelo do Ouro e Massarelos contribuem para o efeito de arrefecimento, pela existência de um parque da cidade, no primeiro caso, e pela sua posição sobre influência oceânica, em ambos. Assim, é possível distinguir claramente estas duas freguesias com maior capacidade de arrefecimento por evapotranspiração, ao passo que as restantes se assumem como mais urbanizadas, em função dos níveis de impermeabilização, que aumentam as TS.

Dados: imagem de satélite Landsat 8-OLI de 9 de julho de 2014e carta de uso e ocupação do solo do municipio do Porto.

Figura 9 Contributo das freguesias para a TS. 

Nível de criticidade ambiental

A combinação dos valores de TS e de NDVI permitiu a geração do cartograma de criticidade ambiental do Porto (Figura 10). Como esperado, o nível de criticidade ambiental severo associa-se às áreas de maior impermeabilização intrínsecas ao núcleo urbano. As áreas industriais e as principais vias estruturantes geradoras de tráfego se incluem no mesmo nível de severidade, pese as TS serem muito altas.

Dados: imagem de satélite Landsat 8-oli de 9 de julho de 2014, edificado e rede viária das Câmaras Municipais da Área Metropolitana do Porto.

Figura 10 Nível de criticidade ambiental no município do Porto. 

Embora os espaços adjacentes a vias de elevado tráfego ou a edifícios com cobertura zincada possam apresentar TS mais reduzidas, é certo que não integram espaços com vegetação arbórea densa, pelo que apresentam, vulgarmente, nível de criticidade moderado a elevado.

Os resultados permitem, ainda, inferir que os setores de vegetação arbórea densa localizados a oeste (designadamente o parque da cidade) e a este (no Soutelo) contribuem para níveis de criticidade reduzidos. Contudo, note-se, em traços gerais, a presença de um conjunto de áreas com nível criticidade reduzido, em toda a extensão do município, mesclados por outras áreas cuja criticidade é moderada a severa. Tendo em conta a observação destas condições, atesta-se a preponderância de áreas com nível de criticidade reduzido (30,2 %), embora seja imprescindível considerar as áreas com grau de criticidade severo, por também apresentarem um peso relativo significativo (24,9 %) à escala municipal.

A Tabela 4 sintetiza os principais resultados do nível de criticidade ambiental por freguesia. Com efeito, sobressai o facto da U.F. de Cedofeita, Santo Ildefonso, Sé, Miragaia, S. Nicolau e Vitória apresentar um nível de criticidade severo, em consequência da proporção de áreas impermeabilizadas, onde os efeitos potenciais por esfriamento evaporativo são reduzidos. Além disso, áreas de consolidação urbana ou onde predominam unidades industriais promovem níveis de criticidade elevado. Em sentido inverso, a U.F. de Aldoar, Foz do Douro e Nevogilde apresenta grau de criticidade reduzido, em consequência da proximidade à foz e à presença do parque da cidade, que ocupa uma extensão de 13,2 % de área da freguesia.

Tabela 4 Nível de criticidade global por freguesias do Porto 

Dados: imagem de satélite Landsat 8-OLI de 9 de julho de 2014.