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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ JOICE CONSULIN RIBEIRO AVALIAÇÃO DA SENSAÇÃO TÉRMICA NA CIDADE DE MORRETES NO PARANÁ PONTAL DO PARANÁ 2019 JOICE CONSULIN RIBEIRO AVALIAÇÃO DA SENSAÇÃO TÉRMICA NA CIDADE DE MORRETES NO PARANÁ Trabalho apresentado como requisito parcial à conclusão da disciplina de Cálculo Numérico. Centro de Estudos do Mar, Universidade Federal do Paraná. Orientador: Professor Dr. Fernando Armani PONTAL DO PARANÁ 2019 3 RESUMO As condições meteorológicas do clima influenciam diretamente na sensação térmica. Desta forma, as variáveis meteorológicas desempenham importante papel para a qualidade de vida das pessoas, principalmente nas cidades litorâneas. Nesse sentido, este trabalho objetivou avaliar a sensação térmica na cidade de Morretes - PR. Foram obtidas variáveis meteorológicas desencadeadas pelo clima e utilizou-se do índice de calor e a temperatura de windchill para avaliação da sensação térmica. Os resultados evidenciaram o quão desconfortáveis estão sujeitos a população, o que demonstra a importância da proteção e cuidados de cada um, principalmente no período de verão onde as temperaturas são mais elevadas, bem como a promoção e preservação de sombreamento arbóreo, já que as árvores aumentam o conforto térmico. Palavras-chave: temperatura aparente, vento, umidade, calor, sensação térmica, conforto térmico. ABSTRACT Climate weather conditions directly influence the thermal sensation. In this way, the meteorological variables play an important role in the quality of life of people, especially in coastal cities. This study is an objective work for the subject of the city of Morretes - PR. Meteorological phenomena triggered by the climate and use of the index of heat and temperature for the heat sensation of the thermal stress. The indicators of consistency of less security are subject to a population, which is the demonstration of protection and the care of each one, mainly in the summer period, as the temperatures are higher, as well as the promotion and preservation of the arboreal shading, since the trees increase the thermal comfort. Keywords: apparent temperature, wind, humidity, heat, thermal sensation, thermal comfort. 4 1 INTRODUÇÃO Ao relacionar o efeito combinado entre a temperatura do ar, a velocidade do vento e a umidade, o calor ou o frio que uma pessoa sente é diferente do registrado nos termômetros. Essa combinação de fatores é chamada de sensação térmica. Se deu importância ao assunto por volta de 1945, quando os alemães não suportaram a sensação que trazia o frio combinado com o vento do inverno russo. Então, se pode notar evidentemente a ação desses efeitos ao ser humano. Após a Segunda Guerra Mundial, se percebeu claramente a influência da sensação térmica no organismo. Na invasão das tropas alemãs à Rússia, durante o inverno, os alemães conheceram o intenso frio russo e não puderam resistir. A partir de então, foi desenvolvido nos Estados Unidos um índice que avalia a sensação térmica, relacionando-o à velocidade do vento. (INCAPER, 2018) "Sensação térmica ou "wind chill", em inglês, é a temperatura aparente sentida pela pele exposta, em virtude da combinação entre temperatura do ar e velocidade do vento." (CIRAN, 2019) "A sensação térmica é algo subjetivo que, como a expressão sugere, é o calor ou frio que as pessoas sentem." (SILVEIRA, 2018). Sensação térmica (ou a temperatura aparente) é uma indicação da percepção da temperatura do ar, que pode ser diferente da temperatura real devido a fatores climáticos que afetam a transferência de calor entre o corpo e o ar, como a humidade, densidade e a velocidade do vento (à 1,5m de altura a partir do solo, considerado a altura média de um rosto humano). (ROCHA, 2009) "Noções de calor e temperatura possuem uma compreensão tão cotidiana que muitas vezes tem-se dificuldade de associá-las às suas definições físicas." (SILVA, 2007) Como explica o meteorologista José Carlos Figueiredo (2018), do Instituto de Pesquisas Meteorológicas da Unesp (IPMet), da Universidade Estadual Paulista (Unesp) e presidente da Sociedade Brasileira de Meteorologia: "Temperatura é a quantidade de calor fornecida pelos raios solares ou pelo ambiente. A sensação térmica, por sua vez, leva em conta a temperatura e a umidade relativa do ar. (Apud SILVEIRA, 2018) O nível de umidade do ar pode alterar a sensação de calor ou de frio que uma pessoa sente. Geralmente, em um dia com temperaturas elevadas, e o ar úmido, mesmo sem muito sol, a sensação é de que está fazendo ainda mais calor. Onde estiver fazendo calor, se a umidade aumentar, aumentará o “abafamento”, fazendo com que a sensação térmica seja bem superior à temperatura real do ar. Por outro lado, se está fazendo frio e a umidade é acentuada, os efeitos do frio tendem a ser maiores, diminuindo ainda mais a sensação térmica.(PENA, 2019) 5 O vento é outro fator que altera muito a temperatura sentida na pele, nos dias mais amenos ele aumenta a sensação de frio, e no calor traz a sensação de refrescar. "O problema é que as fórmulas usadas pelos institutos de meteorologia no Brasil consideram apenas a velocidade do vento, e não levam em conta a umidade do ar." (SEED/PR, 2019) Dois modelos extensamente utilizados pela comunidade científica, que consideram nos cálculos combinação da temperatura do ar, da umidade relativa do ar e da velocidade do vento são o índice de calor e de "Windchill", sendo que este ultimo é considerado o cálculo para sensação térmica no Brasil, e que leva em consideração apenas dois fatores, temperatura e vento. Durante as épocas mais quentes do ano, a influência da umidade do ar na temperatura sentida é mais evidente: Índice de Calor; em dias quentes, quanto maior a umidade no ar, maior a sensação de calor/abafamento; Por outro lado, durante as épocas mais frias, o efeito de diminuição na temperatura que se sente ocasionado pela velocidade do vento é mais evidente: Sensação Térmica; quando a temperatura do ar diminui e a velocidade do vento aumenta, aparenta mais frio. (INCAPER, 2018) "O índice de calor é um índice que combina a temperatura do ar com a humidade relativa, de forma a determinar a temperatura aparente, ou seja, qual a temperatura que uma pessoa sente."(UFRGS, 2008) "O IC (Índice de calor) foi elaborado a partir de medidas subjetivas de quanto calor um indivíduo comum sente para determinados valores de temperatura e umidade relativa do ar. " (BARBOSA et al., 2015) Esse pode ser mensurado nas situações de temperaturas elevadas, com indivíduo à sombra ou em condições de vento fraco. Outro aspecto é que a noção de calor, temperatura e sensação térmica diverge muito entre a população, que muitas vezes tem dificuldade de associá-las às reais definições. É preciso lembrar que a temperatura é a grandeza física que mede o grau de agitação das moléculas e átomos de um material. O calor representa a troca de energia entre dois corpos de temperaturas diferentes e a sensação térmica é a combinação de tudo que foi comentado anteriormente produzindo no ser humano desconforto ou conforto em relação ao meio ambiente. (SANCHES, 2019) Uma série de combinações das variáveis pessoais e ambientais resultam em conforto térmico, que pode ser representado nos chamados Diagrama de Conforto. A figura 01 é o diagrama do conforto humano, que mostra de forma gráfica as combinações das variáveis ambientais que resultam em conforto térmico. 6 FIGURA 01 - Diagrama do conforto humano FONTE: INMET (2019) "O bem-estar no contexto de conforto térmico significa não sentir calor nem frio e, então, o conforto térmicoé um conceito subjetivo, pois depende de fatores quantificáveis e não quantificáveis." (FEUP, 2014) "O conforto também depende de ações comportamentais que são iniciadas inconscientemente ou conscientemente e guiadas pelas sensações térmicas e de umidade para reduzir o desconforto." (NINCE, 2013) As árvores aumentam o conforto térmico. "Esse conforto, que é maior sob a copa da árvore, pode ser sentido a uma distância de até 50 metros do tronco, dependendo da espécie." (SICON, 2018) Segundo (PEREIRA;GREEN;VILLA NOVA, 2006), as folhas das árvores possuem células denominadas estômatos, responsáveis pela termorregulação, abrem-se quando encontram temperatura e umidade relativa do ar ideais e fecham-se quando começam a perder água. (Apud ABREU; LABAKI, 2010) "A sensação térmica é identificada com uma temperatura, mas não se mede em um termômetro. Ela é calculada por uma fórmula." (PEGORIM, 2016) O Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) divulga as variáveis meteorológicas, obtidas através das estações meteorológicas, e a sensação térmica da cidade, realizando o cálculo da equação de "Windchill". 7 Uma estação meteorológica de superfície automática é composta de uma unidade de memória central ("data logger"), ligada a vários sensores dos parâmetros meteorológicos (pressão atmosférica, temperatura e umidade relativa do ar, precipitação, radiação solar, direção e velocidade do vento, etc), que integra os valores observados minuto a minuto e os disponibiliza automaticamente a cada hora. (INMET, 2019) A intenção deste estudo é aprofundar um pouco mais nas fórmulas do Índice de calor, apresentada pela equação de Studeman (equação 01), e da Temperatura aparente de "Windchill", conforme equação 02, que são utilizadas mundialmente para obtenção e avaliação da sensação térmica. Diante da necessidade de conhecer de forma mais precisa o quanto uma população esta exposta às sensações térmicas que provoquem desequilíbrio na sua regulação térmica, realizou- se essa pesquisa com o objetivo de avaliar a sensação térmica no município de Morretes, no Paraná, utilizando os índices de calor e "Windchill". 2 METODOLOGIA 2.1 LOCAL A cidade de Morretes situa-se no litoral do Paraná. "O município se estende por 684,6 km² e contava com 15 718 habitantes no último censo. A densidade demográfica é de 23 habitantes por km² no território do município.“ (CIDADE BRASIL, 2019). Morretes tem as seguintes coordenadas geográficas, Latitude: 25° 28' 44'' Sul, Longitude: 48° 49' 54'' Oeste. A figura 02 mostra a localização da cidade de Morretes. FIGURA 02 - localização de Morretes FONTE: Adaptado de Maps (2019) 8 Em Morretes, o clima é quente e temperado. (Clima-data, 2019). "O clima temperado oceânico ocorre nas regiões litorâneas da zona temperada. Os verões são úmidos, mas com temperaturas não excessivamente elevadas. Os invernos também apresentam boa umidade, e o frio não se apresenta com extrema rigorosidade." (POLON, 2015) "O sistema de classificação climática mais utilizada na climatologia, ecologia e geografia é o de "Köppen–Geiger"." (EXPOSTI, 2013) Segundo o "Koppen Geiger", o clima de Morretes é classificado como Cfa. Onde: C: a temperatura média varia entre -3ºC e 18ºC no mês mais frio f: úmido o ano todo a: verão quente, temperatura média acima de 22ºC Os meses considerados mais frios são no outono e inverno, que segundo o Instituto de astronomia, geografia e ciências atmosféricas da Universidade de São Paulo, começou em 20 de Março e 21 de Junho, respectivamente. E os meses mais quentes são na primavera com inicio em 22 de Setembro, e no verão, que como sabemos é a estação mais quente do ano, que teve inicio em 21 de Dezembro. (IAG, USP, 2019) A estação coletora de dados que está situada na cidade de Morretes, como mostra a figura 03, foi aberta em 13 de Março de 2008, encontra-se numa latitude de -25.508935º, longitude de -48.808681º, e altitude de 50 metros. FIGURA 03 - localização da estação automática FONTE: INMET (2019) 9 2.2 MATERIAIS Foram obtidos dados do dia 01 de Janeiro à dia 31 de Dezembro do ano de 2018, através do site do INMET (Instituto Nacional de Meteorologia), da estação meteorológica de superfície automática de Morretes. A figura 04 mostra a estação coletora de dados, na cidade de Morretes. FIGURA 04 - Estação meteorológica de superfície automática de Morretes- PR FONTE: INMET (2019) Dessa forma foram trabalhadas as variáveis: temperatura do ar, velocidade do vento e umidade relativa. Foi feita uma média aritmética simples para os valores disponibilizados nos horários de quatro, oito, doze, dezesseis, e vinte horas de cada dia. Os valores de temperatura média foram arredondados. Os cálculos utilizados nesse estudo para o índice de calor foi a equação de Studeman: 𝐼𝐶 = −42.379 + 2.04901523 × 𝑇𝑎𝑟 + 10.14333127 × 𝑈𝑅 − 0.22475541 × 𝑇𝑎𝑟 × 𝑈𝑅 − 6.83783 × 10−3 × 𝑇𝑎𝑟2 − 5.481717 × 10−2 × 𝑈𝑅2 + 1.22874 × 10−3 × 𝑇𝑎𝑟2 × 𝑈𝑅 + 8.5282 × 10−4 × 𝑇𝑎𝑟 × 𝑈𝑅2 − 1.99 × 10−6 × 𝑇𝑎𝑟2 × 𝑈𝑅2 Equação 1 Onde: IC é o Índice de Calor dado em °F; Tar é a temperatura média em °F e UR é a umidade relativa do ar (%). A equação e resultado foram ajustados de forma que fosse dado em ºC para melhor compreensão. 10 E para a Sensação Térmica propriamente dita, foi utilizado a equação de Windchill: 𝑇𝑤 = (10√𝑉 + 10,45 − 𝑉)(𝑇 − 33) 22 + 33 Equação 2 Onde: Tw é a Temperatura Equivalente de "Windchill" em °C, V é a velocidade do vento em m/s, e T é a temperatura média em ºC. Os resultados foram obtidos utilizando a programação de linguagem Python. Os scripts do programa para os índices de calor (IC) e temperatura equivalente de “Windchill” (Tw), estão listados no item Apêndice 01 e Apêndice 02 respectivamente, no final deste documento. 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES No gráfico 01 estão apresentadas as temperaturas médias para o município de Morretes, de 01 de Janeiro à 31 de Dezembro do ano de 2018. GRÁFICO 01 - Temperatura média FONTE: O autor (2019) Como citado anteriormente, podemos confirmar que as temperaturas mais elevadas são no período de Primavera/Verão, com temperaturas chegando à uma média de até 30ºC. Os resultados gerados no programa foram devidamente tratados e representados nos gráficos a seguir. 11 O gráfico 02 mostra os índices de calor calculados no ano de 2018 para a população de Morretes. GRÁFICO 02 - Índice de calor FONTE: O autor (2019) O maior valor do índice de calor foi registrado em quinze de Dezembro, chegando a mais de 35ºC. Isso significa um nível de alerta de muito cuidado, conforme tabela 01. TABELA 01 - Níveis do índice de calor. ÍNDICE DE CALOR NÍVEL DE ALERTA SINTOMAS Menor que 27°C Ausência de Alerta De 27 a 32°C Atenção Possível fadiga em casos de exposição prolongada e atividade física De 32,1 a 41°C Muito Cuidado Possibilidade de cãibras, esgotamento e insolação para exposições prolongadas e atividade física De 41,1 a 54°C Perigo Cãibras, insolação e esgotamento provável. Possibilidade de dano cerebral (AVC) para exposições prolongadas e atividade física Maior que 54°C Extremo Perigo Insolação e acidente vascular cerebral (AVC) 12 iminente FONTE: O autor (2019) A sensação térmica calculada pelo índice de "Windchill" apresentou resultados mostrados no gráfico 03. GRÁFICO 03 - Sensação térmica Fonte: O autor, 2019 Como pode ser observado as médias da temperatura equivalente de Windchill são mais baixas em relação ao índice de calor. Por exemplo, no dia quinze de Dezembro a sensação térmica foi de 29ºC. A maior média registrada da sensação térmica no município de Morretes foi de aproximadamente 30ºC no dia vinte e oito de Dezembro. E a menor média foi do diaoito de Agosto sendo de 10ºC. As amplitudes térmicas não apresentam grandes variações, apesar das estações serem bem diferenciadas no decorrer de todo ano. Sendo a do índice de calor 21ºC e na sensação térmica a amplitude é de 20ºC. Relacionando o IC, a sensação térmica representada por "Windchill" apresentou temperaturas menores no inverno, enquanto o índice de calor apresentou temperaturas mais elevadas no período de verão. 13 4 CONCLUSÕES Observou-se que a sensação térmica pode ser calculada de diferentes maneiras, dependendo das variáveis climáticas, e não existe um modelo que seja universal ou definitivo. Conforme estudos realizados, diz-se que o índice de calor representa melhor a sensação térmica nos dias mais quentes, e o "Windchill" nos dias mais amenos. Porém, no Brasil é usado somente o "Windchill" para determinar a sensação térmica. Tratando do índice de calor como sendo um meio de avaliação de níveis de alerta. O índice de calor no período de verão apresenta níveis de alerta para a população de Morretes, com possibilidade de dias atingindo níveis de “muito cuidado” com possíveis sintomas de cãibras, esgotamento e insolação para exposições prolongadas e atividades físicas. As árvores influenciam na umidade relativa do ar e temperatura. Esse fenômeno é explicado pela característica termorreguladora das árvores, que consegue manter a temperatura e a umidade relativa do ar a seu redor em uma faixa ideal para seu sustento. Pode-se afirmar que todas as espécies arbóreas são capazes de alterar a sensação de conforto térmico no seu entorno imediato. Em dias de muito calor recomenda-se o uso de roupas mais leves, e ficar em lugares arejados, ou nas sombras das árvores, uma vez que as árvores aumentam o conforto térmico, além de evitar exposição ao sol em horários de maior radiação, muita hidratação e filtro solar sempre. 14 REFERÊNCIAS ABREU, V. L.; LABAKI, L. C. Conforto térmico propiciado por algumas espécies arbóreas: avaliação do raio de influência através de diferentes índices de conforto. Ambient. constr., vol.10, n.4, 2010. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1678- 86212010000400008&script=sci_abstract&tlng=pt>. Acesso em: 20 jun.2019 BARBOSA, P. H. D. et al. VARIABILIDADE DE ELEMENTOS METEOROLÓGICOS E DE CONFORTO TÉRMICO EM DIFERENTES AMBIENTES NA AMAZÔNIA BRASILEIRA. Revista brasileira de Climatologia, v. 17, p. 102, 2015. Disponível em: <https://revistas.ufpr.br/revistaabclima/article/download/43048/27312>. Acesso em: 20 jun.19 CIDADE BRASIL. Município de Morretes. Disponível em: <https://www.cidade- brasil.com.br/municipio-morretes.html>. Acesso em: 16 jun.19 CIRAN, EPAGRI. Calcule o índice de calor e a sensação térmica. Disponível em: <http://ciram.epagri.sc.gov.br/index.php?option=com_content&view=article&id=1498&Itemi d=661>. Acesso em: 10 jun.2019 CLIMATE-DATA. CLIMA MORRETES. Disponível em: <https://pt.climate- data.org/america-do-sul/brasil/parana/morretes-28609/>. Acesso em: 16 jun.19 EXPOSTI, K. D. Classificação climática de Köppen-Geiger. Disponível em: <https://www.infoescola.com/geografia/classificacao-climatica-de-koppen-geiger/>. Acesso em: 16 jun.19 FEUP. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Conceito de conforto térmico humano. Disponível em: <https://paginas.fe.up.pt/~projfeup/submit_14_15/uploads/relat_Q1FQI04_1.pdf>. Acesso em: 17 jun.19 GOOGLE MAPS. Disponível em: <https://www.google.com.br/maps>. Acesso em: 15 jun.2018 IAG, USP, Instituto de astronomia, geografia e ciências atmosféricas, Departamento de astronomia, Universidade de São Paulo. Início das estações do ano (2005–2020). Disponível em: <http://www.iag.usp.br/astronomia/inicio-das-estacoes-do-ano>. Acesso em: 17 jun.19 INCAPER, Instituto Capixaba de pesquisa, assistência técnica e extensão rural, Coordenação de meteorologia. Descomplicando a Meteorologia – Sensação Térmica ou índice de Calor. Disponível em: <https://meteorologia.incaper.es.gov.br/noticia-2018_01_26> . Acesso em: 14 jun.2019 INMET, Instituto nacional de meteorologia. Estação Meteorológica de Observação de Superfície Automática. Disponível em: <http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=estacoes/estacoesAutomaticas>. Acesso em: 17 jun.19 http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1678-86212010000400008&script=sci_abstract&tlng=pt https://revistas.ufpr.br/revistaabclima/article/download/43048/27312 15 NINCE, P. C. C. VEGETAÇÃO E REVESTIMENTOS URBANOS: IMPLICAÇÕES NA SENSAÇÃO TÉRMICA DOS USUÁRIOS DO CAMPUS DA UFMT EM CUIABÁ-MT. Programa de pós-graduação em física ambiental, Instituto de física, Universidade Federal do Mato Grosso do Sul. Disponível em: <http://www.pgfa.ufmt.br/index.php/br/utilidades/teses/259-paulo-celso-do-couto-nince- 1/file>. Acesso em: 20 jun.19 PEGORIM, J. O que é a sensação térmica?. Disponível em: <https://www.climatempo.com.br/noticia/2016/07/20/o-que-e-a-sensacao-termica--6639>. Acesso em: 13 jun.2019 PENA, R. F. A. Umidade do ar. Disponível em: <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/geografia/umidade-ar.htm>. Acesso em: 17 jun.19 POLON, L. Clima temperado. Disponível em: https://www.estudopratico.com.br/clima- temperado/>. Acesso em: 16 jun.19 ROCHA, L. B. Temperatura e Sensação Térmica. Disponível em <https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=http://www.outorga.com.br/pdf/ Artigo%2520316%2520- %2520Temperatura%2520e%2520Sensa%25C3%25A7%25C3%25A3o%2520T%25C3%25 A9rmica.pdf&ved=2ahUKEwiq7ZPKhd_iAhVFKrkGHdoSBew4FBAWMAJ6BAgHEAE &usg=AOvVaw2l2BHnLKRAzqxY1ULR4Tdf>. Acesso em: 12 jun.2019 SANCHES, M. USP, Núcleo de Climatologia Aplicada ao Meio Ambiente, Programa de Pós- Graduação em Ciências da Engenharia Ambiental, Escola de Engenharia de São Carlos. Afinal o que é Sensação térmica? Disponível em: <https://sites.usp.br/climatologia/afinal-o- que-e-sensacao-termica/>. Acesso em: 18 jun.19 SEED/PR, Secretaria de Educação do Paraná, Departamento de Geografia. O que é Sensação Térmica?. Disponível em: <http://www.geografia.seed.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo.php?conteudo=243>. Acesso em: 17 jun.19 SICON, Sindicato dos condomínios prediais do litoral paulista. Árvores aumentam o conforto térmico. Disponível em: <http://www.sicon.org.br/noticias/5321-arvores-aumentam-conforto- termico>. Acesso em: 19 jun.19 SILVA, A. L. Sensação térmica. Disponível em: <https://www.infoescola.com/termodinamica/sensacao-termica/>. Acesso em : 19 jun.19 SILVEIRA, E. O que é sensação térmica e por que não ‘fritamos’ quando ela ultrapassa os 80º C. Disponível em: <https://www.bbc.com/portuguese/brasil-46695306>. Acesso em: 15 jun.2019 UFRGS, Programa de Mestrado Profissional da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Departamento de física. SENSAÇÕES TÉRMICAS. Disponível em: <https://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/sensacoes_term.htm>. Acesso em: 17 jun.2019 16 APÊNDICE APÊNDICE 01 - Script índice de calor FONTE: O autor (2019) APÊNDICE 02 - Script Windchill FONTE: O autor (2019)
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