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Título: Avanço da urbanização e impacto nos fluxos de água e energia à superfície na cidade de Manaus: Estudo de Modelagem
Autor: Monte, Maria Juliana de Melo
Orientador: Candido, Luiz Antonio
Palavras-chave: Cobertura da superfície
Urbanização
Balanço de Energia
Balanço Hídrico
Modelagem Urbana
Amazônia
Data do documento: 25-Nov-2022
Programa: Clima e Ambiente - CLIAMB
Abstract: Manaus' urbanization over the past five decades has been fast, losing part of its native forest cover to a highly dense urban infrastructure. Considering this fast process, it was realized the necessity of a deep investigation into the urban impact on energy and hydrological surface fluxes. Therefore, in this study, two numerical experiments were performed with the WRF model coupled with an urban canopy model and a surface schema. Numerical simulations were performed considering: (1) the urbanization in Manaus from the beginning of the 70’s decade, with a prevailing area of native forest and a small urban portion classified as low residence density; and (2), the current urban area, which includes forest fragments, high and low residence density and industrial classes. The results show that the urban sprawl modified the airflow aerodynamic caused by the urban infrastructure and, along with the increase of surface and air temperature related to soil and sensible heat fluxes, resulted in the precipitation increase over the urban area. This increase induced the modification of the available surface energy partitioning, being the latent heat flux its biggest share. Still, due to the reduction of the vegetation cover, the latent heat flux was smaller in the urbanized simulation. The combined effect of surface change and the precipitation increase favored the modification of surface hydrological components, such as an increase of surface and subsurface runoff caused by the increasing of impermeable areas and the rain volume; an increase of the surface evaporation, acting as a precipitation feedback mechanism; and the reduction of transpiration and intercepted evaporation, linked to the forest cover. Therefore, this preliminary study shows that the urbanization advance in Manaus, over the last 49 years, significantly changed the surface energy balance that contributed to the increase of local temperature and the Urban Heat Island effect configuration. Besides, contributed to the increase of rain over the urban area and change in the surface water balance components. These results indicate a combined effect linked straight to the enlargement of the urban infrastructure and its influence on the local atmospheric conditions.
Resumo: Desde o final da década de 60, a cidade de Manaus passou por um processo de urbanização acelerado, perdendo parte de sua cobertura vegetal nativa para uma infraestrutura densamente urbanizada. Considerando esse rápido processo, percebeu-se a necessidade de uma investigação aprofundada sobre os impactos provocados pela urbanização nos fluxos de energia e hidrológicos à superfície. Portanto, neste estudo, foram realizados dois experimentos numéricos com o modelo WRF acoplado a um modelo de dossel urbano e a um esquema de superfície. As simulações foram realizadas considerando: (1) a urbanização em Manaus do início da década de 70, cuja área predominante era de vegetação nativa e uma pequena porção urbana de baixa densidade residencial; e (2) a área urbana atual, que abrange fragmentos florestais, classes de alta e baixa densidade residencial e industrial. Os resultados mostram que o avanço da urbanização modificou a aerodinâmica de escoamento do ar ocasionada pela infraestrutura urbana e, em conjunto com o aumento da temperatura da superfície e do ar ligadas aos fluxos de calor no solo e sensível, culminou no aumento da precipitação sobre a área urbana. O aumento de precipitação resultou na modificação do particionamento da energia disponível à superfície, sendo dominada pelo fluxo de calor latente. Ainda assim, decorrente da redução da cobertura vegetal, o fluxo de calor latente foi inferior na simulação mais urbanizada. O efeito combinado da mudança da superfície e do aumento de precipitação favoreceu a modificação nas componentes hidrológicas à superfície, tais como: aumento do escoamento superficial e subsuperficial decorrente do aumento de áreas impermeáveis e do volume de chuva; aumento da evaporação direta à superfície, atuando como mecanismo de retroalimentação da precipitação; e redução da transpiração e evaporação da água interceptada, associadas à cobertura vegetal. Portanto, este estudo preliminar mostra que o avanço da urbanização de Manaus, nos últimos 49 anos, alterou significativamente o balanço de energia da superfície que contribuiu para o aumento da temperatura local e para a configuração do fenômeno de Ilha de Calor Urbano. Além disso, contribuiu para o aumento de chuvas sobre a área urbana e alteração das componentes do balanço hídrico à superfície. Estes resultados apontam para um efeito combinado diretamente ligado à ampliação da infraestrutura urbana e sua influência nas condições da atmosfera local.
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