O processo de urbanização ao substituir por espaços construídos e ruas pavimentadas a cobertura vegetal natural, altera o equilíbrio do microambiente. Estas alterações produzem distúrbios no ciclo térmico diário, devido às diferenças existentes entre a radiação solar recebida pelas superfícies construídas e a capacidade de armazenar calor dos materiais de construção. O tecido urbano tem uma enorme capacidade de armazenagem de calor durante o dia e o reirradia durante a noite. A esse processo se deve acrescentar o calor produzido pelas máquinas e homens concentrados em pequenos espaços da superfície terrestre, os espaços urbanos (Romero, 2000).
Detwyler (1974), apud Romero (2000), trata das alterações climáticas
provocadas pela urbanização que segundo ele são três principais:
1. Mudanças da superfície física da Terra, densidade de construção e pavimentação, impermeabilização da superfície, aumentando sua capacidade térmica e rugosidade, e ao mesmo tempo, alterando o movimento do ar;
2. Aumento da capacidade armazenadora de calor com a diminuição do albedo que é considerado a proporção entre luz do sol recebida e refletida por uma superfície;
3. Emissão de contaminantes que aumentam as precipitações e modificam a transparência da atmosfera.
Estas alterações resultantes da urbanização, aliadas ao fluxo material de energia, produzem uma especialidade no balanço térmico dos centros urbanos, que é perceptível em muitas cidades, em especial nos grandes centros urbanos: o domo urbano produz uma circulação de ar típica, fazendo com que com a cidade se pareça com uma ilha quente circundada por um entorno mais frio. Daí o efeito ser conhecido como “ilha de calor”.
Segundo Lombardo (1985) uma das mais significativas expressões da alteração climática na cidade diz respeito aos valores de temperatura e concentração de poluentes.
Landsberg (1956), apud Lombardo (1985), afirma que a concentração de
poluentes é a maior aberração climática das condições naturais trazidas pela urbanização. O ar tem tendência a circular pelas áreas mais quentes, o que aprisiona os poluentes no centro da cidade. A poluição pode também influenciar na absorção e reemissão da radiação.
A radiação que penetra na atmosfera é emitida para as camadas mais inferiores que a absorvem e a reemitem em forma de calor. Dessa maneira a circulação vertical da baixa atmosfera também será alterada e como conseqüência se terá um retardamento na dispersão de calor (Drew, 2002).
Os aerosóis dificultam a entrada de radiação (efeito espelho). No entanto, a quantidade de radiação emitida pela cidade aumenta, no espectro de ondas longas, causadas por temperaturas de superfície mais elevadas, devido ao
material usado nas construções. Em condições de calmaria, as trocas de turbulência são amenizadas, grande parte da energia irradiada volta à construção urbana através da reemissão radioativa de onda longa pela atmosfera (Lombardo, 1985).
Sob a ação da ilha de calor as áreas centrais urbanas ganham consideravelmente energia térmica pelos mecanismos de absorção e trocas de calor entre as massas construídas: esse maior aquecimento urbano é capaz de originar diferenciados campos de pressão, provocando correntes de ar ou ventilação própria que pode alterar o movimento do ar regional (Bustos Romero, 2000).
O ar aquecido no centro das massas construídas sobe, dando origem a correntes verticais que aliadas à nebulosidade e maiores índices de condensação, favorecem a retenção de poluentes que são carreados pelas correntes verticais e logo dispersos sobre o entorno, num processo contínuo que forma dentro de uma calota ou domo um movimento circulatório de gases, como ilustram as figuras 3.4 e 3.5.
Figura 3.4: Domo urbano Figura 3.5: Movimento circulatório do (INPE/CPTEC). ar (INPE/CPTEC).
Segundo Eriksen (1978) apud Lombardo (1985) a formação da ilha de calor pode ser atribuída aos seguintes fatos:
1. efeitos da transformação de energia no interior da cidade, com formas específicas (estruturas verticais artificialmente criadas), cores (albedo) e materiais de construção.
2. redução do resfriamento causado pela diminuição da evaporação (poucas áreas verdes, transporte de água da chuva através de canalização).
3. produção de energia antropogênica através da emissão de calor pelas indústrias, trânsito e habitações.
Baptista (2002), apud Pereira (2004), verifica que o fenômeno da ilha de
calor é mais evidente em ambientes urbanos, pois, como mostra a Figura 3.6, os diferentes padrões de refletividade (albedo) são altamente dependentes dos materiais empregados na construção civil. Dependendo do albedo, mais radiação será absorvida e, por conseqüência, mais calor será emitido pela superfície.
Figura 3.6: Albedos de materiais urbanos (Baptista, 2003, adaptado de EPA).
Os padrões diferenciados de produção de calor pelas áreas mais centrais da cidade também podem causar aumento do índice de precipitação no meio urbano. O efeito da rugosidade, o ar quente ascendente e o aumento dos núcleos
de condensação devido à concentração de aerosóis, podem causar um aumento da quantidade de precipitação de 5 a 10% (Lombardo, 1985).
Geralmente a maior evidência da ilha de calor acorre a partir das 15 horas, e continua com grande expressão até as 21 horas. Durante a madrugada, o equilíbrio do balanço de radiação, correlacionado a menor atividade urbana, estimulam a diminuição do processo (Lombardo, 1985).
Landsberg (1981), apud Monteiro (1976), aponta que as alterações no
balanço de energia resultam das transformações que o processo de urbanização produz na superfície, em relação às propriedades radiativas, térmicas, de umidade e aerodinâmicas.
De acordo com Sant' Anna Neto (2000) as áreas de ocorrência das mais elevadas diferenças térmicas urbano-rurais coincidem, aquelas de menor teor de umidade do ar, gerando desconforto térmico urbano, ou seja, as áreas que apresentam as maiores temperaturas, são também as que apresentam menor umidade e ocorrem no centro da cidade, ou CBD, levando ao desconforto térmico das pessoas que trabalham ou circulam por essas áreas.
Os índices elevados de ocupação do solo e as elevas taxas de densidade demográfica resultam em uma maior capacidade de armazenagem e conservação de calor pelas áreas edificadas, canyons urbanos, corredores que determinam a circulação dos ventos, ruas pavimentadas e ainda aliado às baixas densidades de vegetação, resultam numa redução do resfriamento noturno dos centros urbanos e por conseqüência, em freqüentes ilhas noturnas de calor (Brandão 1996).
A ilha de calor representa o fenômeno mais significativo do clima urbano e sua intensidade depende das condições micro e mesoclimáticas locais de cada cidade. Assim, é necessário pesquisar o desempenho das diversas edificações e usos do solo, da morfologia, dos materiais de construção, da retirada da vegetação, dentre outros, como fatores condicionantes na geração do clima urbano. (Brandão, 1996).