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Compreender os padrões de calor nas regiões urbanas pode melhorar a qualidade de vida nas cidades

 

Texto por:  Maximilian Kadzioch*
Tradução e edição: Sarah C. Schmidt 
Revisão técnica: Rodolfo Gomes

Desde 2007, o número de pessoas no mundo vivendo em cidades ultrapassou o número de pessoas vivendo em áreas rurais. Hoje, a população urbana é estimada em quase 4,2 bilhões de pessoas. Esse número é apenas um retrato da tendência atual de urbanização, um dos principais processos de mudança global. Embora a urbanização possa ser vista em todo o mundo, os países em desenvolvimento, em especial, experimentaram uma forte tendência de urbanização nas últimas décadas. A América Latina, por exemplo, mostra uma taxa significativamente maior de população urbana (quase 80%) do que a média mundial (cerca de 55%), como pode ser visto na Figura 1, abaixo.

Figura 1: Percentage of urban population of the total population in Latin America & Caribbean and the world average. Fonte: The World Bank Group, 2018 

O processo de urbanização leva a um crescimento das cidades, tanto em termos de expansão de sua área como do adensamento das edificações. Além das oportunidades socioeconômicas de geração de emprego e renda, a aglomeração de pessoas nas cidades é acompanhada de um aumento da vulnerabilidade a doenças, desastres naturais e catástrofes antropogênicas (causadas pela ação do ser humano). Este é um problema ainda maior nos países em desenvolvimento, onde as possibilidades de mitigação (redução dos impactos) e adaptação são mais limitadas do que nos países desenvolvidos, geralmente devido à falta de recursos financeiros e estruturas de governança adequadas.

Uma das maiores ameaças para a saúde da população nas cidades é o calor, especialmente na chamada ilha de calor urbana – ICU (urban heat island – UHI, em inglês), que tem uma temperatura significativamente mais elevada do que a do seu entorno. Em geral, regiões urbanas maiores e/ou mais densas apresentam temperaturas mais altas do que sua periferia rural, principalmente devido às características térmicas dos materiais de construção (que podem acumular mais ou menos calor do sol ao longo do dia) e da geometria urbana, bem como ao aquecimento ativo  (gerado pelos veículos, ares-condicionados e máquinas em geral ) (Figura 2). Esse fenômeno é conhecido como efeito de ilha de calor urbana e ele tem grandes impactos na saúde humana e no consumo de energia em cidades de todos os tamanhos.

Figura 2: Schematic heat island profile for different types of urban density. Fonte: Fuladlu et al., 2018

Além disso, os efeitos combinados da urbanização crescente e das mudanças demográficas (por exemplo, crescimento populacional e envelhecimento) aumentam o risco de estresse térmico, taxas de mortalidade, expansão de doenças infecciosas ou podem ser vetores de vírus, como, por exemplo, Zika ou Malária. Esses problemas são potencializados pelas mudanças climáticas, que estão levando a um aumento da temperatura global e a aumento na frequência e na intensidade de eventos extremos, incluindo ondas de calor. Essa tendência de aquecimento global pode ser observada para a cidade de São Paulo, por exemplo, onde se vê ao longo dos anos o aumento do número de dias com onda de calor por ano (Figura 3). 

Fugura 3: Number of heat wave days (NHWD) in the city Sao Paulo for the period of 1960 to 2015. Fonte: Geirinhas et al., 2017

O conhecimento sobre o desenvolvimento temporal de ilhas de calor em regiões urbanas, comparado com informações sobre a mudança e a expansão da infraestrutura, permite encontrar estratégias de adaptação e mitigação aos padrões de altas temperaturas dentro das cidades. Neste sentido, os dados de sensoriamento remoto (levantamento de informações sobre a superfície terrestre realizado por meio de sensores distantes ou remotos, como em satélites) oferecem a grande oportunidade de investigar simultaneamente a temperatura de uma cidade inteira e seus arredores. 

Para isso, o Landsat Missions se mostra como o recurso mais importante para obter esses dados, já que fornece informações contínuas para se pesquisar o que vem acontecendo a longo prazo com a temperatura da superfície da Terra, com registros desde 1972. Seus – por enquanto – nove satélites oferecem uma série temporal única de padrões de temperatura de qualquer cidade no mundo (Figura 4) com uma resolução espacial de até 60 metros, o que significa que a medição da temperatura é feita para uma área de 3.600 m². Essa combinação de consistência temporal e alta resolução espacial tornam os dados do Landsat uma fonte valiosa para analisar padrões de temperatura. 

Figura 4: Temporal overview of all nine satellites of the Landsat Missions.

Os sensores da frota Landsat são multiespectrais, ou seja, registram em diferentes faixas do espectro eletromagnético. Os dados da banda térmica (10,40-12,50 µm) podem fornecer uma medição da temperatura da superfície terrestre para qualquer região. A comparação das informações de temperatura das áreas rurais do entorno permite separar o impacto do efeito das ilhas de calor  do impacto da mudança climática na tendência de temperatura das cidades. Isso é importante para vincular as alterações no padrão de temperatura às alterações de infraestrutura urbana. 

Nos próximos meses, o projeto de pesquisa “Estimando a futura demanda por refrigeração na cidade de Campinas (SP): análise das tendências de temperatura a partir de dados climáticos e de sensoriamento remoto” (Estimating the future cooling demand in Campinas by analyzing urban temperature trends from climate and remotely sensed data) analisará o desenvolvimento da temperatura da região urbana da cidade  com dados obtidos pelo Landsat Missions, cobrindo os últimos 30 anos. 

O objetivo é reunir informações sobre o desenvolvimento temporal e espacial da ilha de calor urbana e conectar essas informações a questões práticas como demanda, consumo e distribuição de energia, bem como questões de saúde pública. O planejamento urbano pode aplicar conhecimentos relacionados para melhorar a infraestrutura urbana e o padrão de vida de uma população em constante crescimento. Os resultados desse projeto fornecerão importantes informações para a realização desse planejamento.

À medida em que a pesquisa avançar, traremos novos posts sobre o assunto, com resultados preliminares e conclusões.

*Maximilian Kadzioch é mestrando da Universidade Ludwig-Maximilians de Munique e realiza um projeto de pesquisa em nome da RLS-Network  na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Graduado em geografia, suas pesquisas são focadas nas possibilidades de monitoramento, modelagem e gerenciamento de sistemas ambientais em questões que envolvem mudanças climáticas e sustentabilidade. 

 

Além de grandes hidroelétricas: como aproveitar as novas oportunidades tecnológicas

 

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A hidroeletricidade se desenvolveu no Brasil com projetos de grande porte das últimas décadas.  Com esses empreendimentos criamos expertise técnica, capacitação industrial e de engenharia de projetos. Foi possível construir um grande sistema de geração, transmissão e distribuição renovável de eletricidade no país.

Isso foi também resultado de uma evolução histórica das tecnologias de energia que favoreciam o desenvolvimento de soluções de grande porte e de geração centralizada, com baixo custo e onde a hidroeletricidade supria a carga de base do sistema elétrico nacional.

Muita coisa mudou.

Se até agora o Brasil se orgulha em ainda ter uma matriz energética com grande participação de fontes renováveis (já chegamos a ter mais de 85% de nosso consumo suprido através de hidroeletricidade), isso logo mais deixará de ser uma exclusividade. Quando vemos as projeções de produção futura de energia que estão sendo apresentadas por diversos países, notamos a crescente preocupação em reduzir a participação de fontes fósseis e a introdução em larga escala de fontes renováveis e eficiência energética.

Com a limitação de construção de hidroelétricas com reservatórios desde 2003, aliado a problemas climáticos, a intermitência desse tipo de geração tem que ser analisado novamente, juntamente com a possível entrada em larga escala de fontes como solar e eólica. Uma fundamental característica do sistema elétrico brasileiro era a sua capacidade de armazenar energia em reservatórios de água. Isso era o que nos permitia ter hidroeletricidade como nossa fonte principal  e a termoeletricidade como fonte complementar. Os reservatórios são  a nossa grande bateria dessa fonte renovável que são as hidroelétricas. Isso começou a se alterar com o crescimento da demanda tanto de água para abastecimento como de eletricidade, além das incertezas climáticas provocando cortes, backouts e aumentando a vulnerabilidade e segurança de fornecimento de energia no país.

É necessário elaborar estratégias para flexibilizar tanto a demanda como a oferta de eletricidade e incluir sistemas de armazenamento de energia. Aumentar a participação de energia solar e eólica nos ajudarão a manter mais energia estocada nos reservatórios, mas outras opções tecnológicas serão importantes.

Iremos publicar aqui uma série de artigos mostrando o estado da arte de tecnologias de energia, práticas, novos negócios que vem sendo experimentados na direção de tornar fontes renováveis e eficiência energética como elementos-chave de um moderno sistema energético que deverá contar com maior participação dos consumidores e maior interação com água e agricultura (o que se chama atualmente de nexus energia-água-alimentos).

Segue abaixo uma pequena descrição de um dos trabalhos que estamos fazendo atravé de uma colaboração com um grupo de pesquisa da Universidade Técnica de Munique. O texto foi escrito por Simon Herzog, pesquisador desse grupo que está trabalhando conosco durante este semestre na sua tese de doutorado. Ele descreve brevemente o seu tema de doutorado.

“Power generation in Brazil relies to approximately 70 % on large hydro power plants and to 20 % on fossil fuels. Other regenerative sources besides hydro power, mainly biomass, contribute further 8 %. Although enormous meteorological potentials for wind and sun, their share for electricity generation is less than 2 % at present. To face continuing growth of energy demand and to mitigate environmental impacts, wind and solar power could be applied in a much larger extend. A precondition for the integration of intermittent generation is a certain degree of flexibility in the energy system. Options for flexibility are storages, flexible generation and flexible demand as well as exchange with other regions. Considering Brazils present power infrastructure, solutions will be identified and evaluated for integration of wind and solar power. Main focus of this work is to determine by region capacities for wind, PV and storages by region taking into account the flexibility delivered by existing hydro power plants. To determine the storage demand, a linear energy system model for Brazil is used. This model consists of the five Brazilian macro regions North, Northeast, Central-West, Southeast and South. As input data for each region, the present generation capacities, specific demand profiles and meteorological potentials for renewables are used. In case of renewable generation, it is differentiated between large scale centralized generation and small scale decentralized generation. Limited exchange of electricity between the regions is possible. Load profiles for the system analysis are derived from statistical data. Historical weather data are used to determine cooling needs and generation of renewable energy. As competitors for new storages, load shifting and flexible hydro power stations are considered.”

Em breve teremos resultados interessantes da análise desenvolvida pelo Simon.

O assunto não se esgota aqui.