Estudo numérico do impacto da expansão urbana nas ilhas de calor em cidades do nordeste brasileiro

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Santos, Ana Teena Bulcão dos
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS CLIMÁTICAS
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
WRF
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63515
Resumo: The growth of the urban population directly contributes to the increase in the number of cities and territorial expansion. As the urban perimeter has expanded in recent decades, a series of environmental problems have emerged or intensified in the urban climate, one of which is the urban heat island (UHI). The Brazilian Northeast is influenced by the trade winds, and its coastal region is influenced by the circulation of sea and land breezes. Therefore, it is necessary to investigate the interaction between the urban heat island (UHI) and the breeze circulation. The aim of this study is to use an atmospheric model to characterize the urban heat island for the coastal cities of Fortaleza and Natal and the impact of urbanization on urban areas and its effect on local circulation using the WRF atmospheric model and the dynamic downscaling method. Initial and boundary condition data from ERA-5 provided by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) were used, with the simulation period being from 1 to 10 November 2019. Initially, the occurrence of nighttime urban heat islands was observed in the studied cities, with a peak heating of 3.5°C during the early hours, and the same behavior was observed in the WRF model simulation. Performing a spatial analysis of the simulation, it was observed that for Fortaleza, the UHI is limited to the city's extent, and this positive temperature difference during the night affects the mechanism of the land breeze circulation due to the ocean being at a temperature similar to the urban region. For the city of Natal, although the area of greatest intensity is concentrated in the city's central region, the land breeze is overlaid due to the intensity of the southeast trade winds in the eastern portion of the Brazilian Northeast. In the analysis of the wind field and vertical velocity at 850 hPa, it was possible to identify several regions of upward and downward movements within the city of Fortaleza, which may be related to urban breeze circulation. For the city of Natal, an upward current was observed under the Potengi River region and downward currents in its vicinity, indicating the occurrence of a river breeze that may contribute to the thermal comfort of the region. Regarding the study of the urban area expansion of the cities of Fortaleza and Natal, it was observed that as urbanization increases, the intensity of the urban heat island will also increase, resulting in a larger heated area. For Fortaleza, urbanization can affect the land breeze circulation, where a greater impact on surface heating was observed on the continental surface compared to the ocean. For the city of Natal, it was observed that there is an impact on the local climate, with warmer temperatures during the night and early morning. Regarding the local winds, no change in the circulation pattern was observed; however, if the urbanization process is more intense, it will have a greater impact on the local climate.
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spelling Estudo numérico do impacto da expansão urbana nas ilhas de calor em cidades do nordeste brasileiroIlha de calor urbanaVentos alísiosModelagem atmosféricaWRFDownscaling dinâmicoCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRAThe growth of the urban population directly contributes to the increase in the number of cities and territorial expansion. As the urban perimeter has expanded in recent decades, a series of environmental problems have emerged or intensified in the urban climate, one of which is the urban heat island (UHI). The Brazilian Northeast is influenced by the trade winds, and its coastal region is influenced by the circulation of sea and land breezes. Therefore, it is necessary to investigate the interaction between the urban heat island (UHI) and the breeze circulation. The aim of this study is to use an atmospheric model to characterize the urban heat island for the coastal cities of Fortaleza and Natal and the impact of urbanization on urban areas and its effect on local circulation using the WRF atmospheric model and the dynamic downscaling method. Initial and boundary condition data from ERA-5 provided by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) were used, with the simulation period being from 1 to 10 November 2019. Initially, the occurrence of nighttime urban heat islands was observed in the studied cities, with a peak heating of 3.5°C during the early hours, and the same behavior was observed in the WRF model simulation. Performing a spatial analysis of the simulation, it was observed that for Fortaleza, the UHI is limited to the city's extent, and this positive temperature difference during the night affects the mechanism of the land breeze circulation due to the ocean being at a temperature similar to the urban region. For the city of Natal, although the area of greatest intensity is concentrated in the city's central region, the land breeze is overlaid due to the intensity of the southeast trade winds in the eastern portion of the Brazilian Northeast. In the analysis of the wind field and vertical velocity at 850 hPa, it was possible to identify several regions of upward and downward movements within the city of Fortaleza, which may be related to urban breeze circulation. For the city of Natal, an upward current was observed under the Potengi River region and downward currents in its vicinity, indicating the occurrence of a river breeze that may contribute to the thermal comfort of the region. Regarding the study of the urban area expansion of the cities of Fortaleza and Natal, it was observed that as urbanization increases, the intensity of the urban heat island will also increase, resulting in a larger heated area. For Fortaleza, urbanization can affect the land breeze circulation, where a greater impact on surface heating was observed on the continental surface compared to the ocean. For the city of Natal, it was observed that there is an impact on the local climate, with warmer temperatures during the night and early morning. Regarding the local winds, no change in the circulation pattern was observed; however, if the urbanization process is more intense, it will have a greater impact on the local climate.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO crescimento da população urbana contribui diretamente para o aumento das cidades em número e expansão territorial. À medida que ocorre a expansão do perímetro urbano nas últimas décadas, uma série de problemas ambientais surgem ou se intensificam no clima urbano, sendo um deles a ilha de calor urbana. O Nordeste Brasileiro é influenciado pelos ventos Alísios e sua região costeira possui a influência da circulação de brisa marítima e terrestre, sendo necessário investigar sobre a interação entre a ilha de calor urbana (ICU) e a circulação de brisas. O objetivo deste trabalho é utilizar um modelo atmosférico para caracterizar a ilha de calor urbana para as cidades litorâneas de Fortaleza e Natal, e o impacto do aumento da urbanização nas áreas urbanas e seu efeito na circulação local utilizando o modelo atmosférico WRF e o método de downscaling dinâmico. Foram utilizados os dados de condições iniciais e de contorno do ERA-5 fornecidos pelo European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) e o período simulado sendo 01 a 10 de novembro de 2019. Inicialmente, foi observado a ocorrência de ilha de calor urbana noturna nas cidades estudadas, com pico de aquecimento de 3.5 °C durante a madrugada, o mesmo comportamento é válido para a análise da modelagem com WRF. Realizando uma análise espacial da simulação, foi observado que para o caso de Fortaleza a ICU se resume à extensão da cidade e que essa diferença de temperatura positiva no período noturno afeta no mecanismo da circulação de brisa terrestre devido ao oceano estar em temperatura similar à região urbana. Para a cidade de Natal, apesar do ponto de maior intensidade se concentrar na região central da cidade, a brisa terrestre é sobreposta devido a intensidades dos alísios de sudeste na porção leste do nordeste brasileiro. Na análise do campo de vento e da velocidade vertical a 850 hPa, foi possível identificar várias regiões de movimentos ascendentes e descendentes dentro da cidade de Fortaleza, o que pode estar relacionado com uma circulação de brisa urbana. Para a cidade de Natal, foi observado corrente ascendente sob a região do rio Potengi e correntes descendentes na sua vizinhança, indicando a ocorrência de brisa de rio que pode colaborar no conforto térmico da região. Em relação ao estudo sobre a expansão da área urbana das cidades de Fortaleza e Natal, observou-se que conforme há o aumento da urbanização, maior será a intensidade da ilha de calor urbana e por consequência maior área de aquecimento. Para a cidade de Fortaleza, a urbanização pode afetar a circulação da brisa terrestre, em que foi observado maior impacto no aquecimento na superfície continental em comparação ao oceano. Para a cidade de Natal, foi observado que há impacto no clima local, onde durante a noite e início da manhã sendo mais quente. Em relação aos ventos locais, não foi observado mudança no padrão de circulação, porém se o processo de urbanização for mais intenso, este trará mais impactos no clima local.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS CLIMÁTICASHoelzemann, Judith Johannahttp://lattes.cnpq.br/5993403560727190http://lattes.cnpq.br/6590472437235971Gonçalves, Weber Andradehttp://lattes.cnpq.br/3901367142857642Oliveira, Cristiano Prestrelo deFreitas, Edmilson Dias deGomes, Helber BarrosLeal Júnior, João Bosco VerçosaSantos, Ana Teena Bulcão dos2025-04-23T19:24:15Z2025-04-23T19:24:15Z2024-12-13info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfSANTOS, Ana Teena Bulcão dos. Estudo numérico do impacto da expansão urbana nas ilhas de calor em cidades do nordeste brasileiro. Orientadora: Dra. Judith Johanna Hoelzemann. 2024. 102f. Tese (Doutorado em Ciências Climáticas) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63515info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2025-04-23T19:24:52Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/63515Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2025-04-23T19:24:52Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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