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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.16.2014.tde-12092014-115829
Document
Author
Full name
Paula Shinzato
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2014
Supervisor
Committee
Duarte, Denise Helena Silva (President)
Labaki, Lucila Chebel
Monteiro, Leonardo Marques
Rocha, Humberto Ribeiro da
Silva Filho, Demóstenes Ferreira da
Title in Portuguese
Impacto da vegetação nos microclimas urbanos em função das interações solo-vegetação-atmosfera
Keywords in Portuguese
Iimpactos ambientais
Microclima urbano
Vegetação
Abstract in Portuguese
Este trabalho tem por objetivo quantificar o impacto da vegetação nos microclimas urbanos abaixo do dossel, em função das interações solo-vegetação-atmosfera. Essas interações consideram os efeitos: 1) do dossel propriamente dito, expressos pelas variáveis índice de área foliar - IAF (Leaf Area Index - LAI) e distribuição geométrica das aberturas na copa (gap fraction); 2) da cobertura do solo, expressa pela composição do solo, sua temperatura e teor de umidade, e 3) das variáveis microclimáticas locais (temperatura do ar, umidade do ar, radiação solar, temperatura radiante media, temperatura superficial, direção e velocidade dos ventos). Considerando-se que o impacto da vegetação nos microclimas urbanos é função das interações solo-vegetação-atmosfera, e tendo em vista resultados de estudos anteriores, a hipótese deste trabalho é que, para o clima de São Paulo, em função dos processos de evapotranspiração e do sombreamento, a redução na temperatura do ar abaixo do dossel em parques urbanos será de cerca de 1o C e a redução da temperatura superficial será de cerca de 20oC, ambas em relação às áreas não sombreadas pela vegetação, e que esses efeitos limitam-se à borda do parque sob condições de baixa velocidade do vento, de cerca de 1 m/s. O método é 1) indutivo, por meio de medições de campo durante o período de dias quentes e frios no Parque Tenente Siqueira Campos (Trianon), na cidade de São Paulo, para o registro de dados microclimáticos e para o levantamento das variáveis do dossel e do solo; e 2) dedutivo, com a calibração entre dados medidos e simulados pelo modelo ENVI-met 3.1 Beta 5 e a simulação de diferentes cenários, variando-se as características do dossel. Para se estimar a densidade foliar média das copas foram adotados dois métodos não-destrutivos indiretos: a medição do IAF com o equipamento LAI-2000 (LI-COR) e a análise das fotos hemisféricas, utilizando-se o aplicativo Can-Eye. De acordo com os resultados das simulações, variando-se as caraterísticas do dossel, verificou-se uma redução máxima de 1ºC na temperatura do ar e de 19°C na temperatura superficial, ao se comparar os valores obtidos abaixo de uma copa densa (forma elíptica e IAF 5m2/m2) em relação às condições do entorno, fora do parque. Esse efeito se estende por, no máximo, 5m de distância a partir dos limites do parque, com velocidade do ar de 1m/s e umidade de 40% na camada superficial do solo (0-20cm). Foi feita a aplicação do TEP - Temperatura Equivalente Percebida e verificou-se que a redução de 1°C na temperatura do ar pode representar de 3°C a 5°C no conforto térmico das pessoas. Esses resultados comprovam a hipótese inicial e mostram não apenas a importância do tipo de vegetação escolhida (formato da copa, IAF e distribuição geométrica das aberturas na copa) como as características do meio em que ela está inserida (condições microclimáticas locais e de solo). Os resultados podem contribuir para a formulação de políticas públicas visando à mitigação dos efeitos de aquecimento urbano, particularmente diurnos, em climas tropicais.
Title in English
The impact of vegetation on urban microclimates as a function of soil-vegetation-atmosphere interactions
Keywords in English
Environmental impacts
Urban microclimate
Vegetation
Abstract in English
The objective of this work is to quantify the impact of vegetation on urban microclimates, under the canopy, due to soil-vegetation-atmosphere interactions. It considers the following effects: 1) the canopy itself, expressed by the variable leaf area index - LAI and the geometric openness distribution in the canopy (gap fraction); 2) the soil coverage, expressed by soil composition, soil temperature and soil humidity, and 3) the local microclimatic variables (air temperature, humidity, solar radiation, mean radiant temperature, surface temperature, wind direction and wind speed). Considering the impact of vegetation on urban microclimates as a function of soil-vegetation-atmosphere, and based on the outcomes of preview studies, this work starts from the hypothesis that for São Paulo climate and as a result of evapotranspiration and shadowing process, the reduction of air temperature under the canopy will be between 1°C to 2°C and for surface temperature, it will be around 20°C, both in relation to an area without tree shadowing. These effects are restricted to the borders of the park, especially under the conditions of low wind speed, approximately 1m/s. The methods are: 1) inductive, based on field measurements in summer and winter at Tenente Siqueira Campos Park (Trianon Park), in the city of São Paulo, registering microclimatic data and collecting information for canopy and soil; and 2) deductive, with the calibration of measured and simulated data by ENVI-met 3.1 Beta 5 and the simulation for different scenarios varying the canopy characteristics. To estimate the average leaf density for trees canopy two no-destructive indirect methods were applied: measurement of LAI using the equipment LAI-2000 (LI-COR) and the analysis of hemispheric photographs, using a software application Can-Eye. According to the simulation results, for different characteristics for canopy, it could be verified a maximum reduction of 1ºC in air temperature and 19°C for surface temperature, when comparing the obtained value under a dense canopy (elliptical form and LAI of 5m2/m2) to the conditions on the street. The maximum extension of these effects were up to 5m from the limits of the park, considering 1m/s for wind speed and 40% for soil humidity in the upper layer (0-20cm). The thermal index TEP calculated and it could be seen that the reduction of 1°C for air temperature can represent from 3°C to 5°C in terms of thermal comfort of people. By these results, the initial hypothesis has proven to be correct and showed not only the importance of the type of vegetation selected (canopy form, LAI values and geometric distribution of canopy openness) but also the characteristics of the surrounding environment (microclimatic and soil conditions). Furthermore, it will contribute to formulate public politics aiming to mitigate urban warming effect, mainly during daytime, in tropical cities.
 
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Publishing Date
2014-10-04
 
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