The purpose of this thesis is to understand the applications and limitations of the Climatological Dispersion Model (CDM), and to explain the role of dispersion modeling within the framework of urban and regional planning. In order to reach the first objective, a detailed study study of the mechanics of the CDM was conducted. Completion of this task provided the necessary foundation for a discussion of the assets and limitations of the model. Conclusions and recommendations are made concerning the utility of the CDM for an urban area.The second objective focuses on the practical applications of dispersion modeling and is divided into four areas; the role of dispersion modeling in air quality management, the practical applications of dispersion modeling from a community view, the incorporation of dispersion modeling into the planning process, and the effectiveness and future direction of dispersion modeling. / Department of Urban Planning

O planejamento ou a readequação urbana de espaços abertos são capazes de promover a melhoria das condições térmicas exteriores, e assim, influenciar qualitativamente o uso de espaços abertos. Neste contexto, esta pesquisa tem como objetivo analisar a sensação térmica da população de Curitiba e propor um modelo de predição de sensação térmica adequado às condições climáticas locais. Os locais de estudo são ruas de pedestres da Rua XV de Novembro e cercanias. Foram realizados 15 levantamentos de campo, sendo 14 dias no período entre janeiro e agosto de 2009 e um dia em junho de 2010, totalizando 15 situações urbanas distintas. Os levantamentos ocorreram entre 10h00 e 15h00 em dias de semana e foram monitorados dados climáticos e levantados dados pessoais, com o uso de questionários. A metodologia utilizada compreendeu quatro etapas: análise da relação entre as características urbanas e a sensação térmica; análise da sensação térmica real, a partir dos dados coletados; análise da sensação térmica por meio dos índices PMV, PET e UTCI; e proposição de um modelo preditivo de sensação térmica para Curitiba. Da análise dos atributos urbanos e sua relação com as variáveis climáticas e a sensação térmica, concluiu-se que a orientação do cânion e o perfil vertical das fachadas são importantes para compreender o comportamento das variáveis climáticas e para propor sugestões que melhorem o conforto térmico no ambiente urbano. A análise dos índices PMV, PET e UTCI mostrou a necessidade de calibração destes índices para a avaliação da sensação térmica da população de Curitiba. Ao analisar as respostas de sensação térmica e as variáveis climáticas verificou-se que as três categorias de sensação térmica se misturam entre si, não havendo clara distinção entre o grupo de conforto e os de desconforto para o frio e para o calor, o que dificulta a definição de faixas climáticas de conforto térmico para Curitiba. Em relação aos dois métodos estatísticos utilizados para a definição do modelo de predição, a Função Discriminante Linear (FDL) apresentou melhor desempenho que o Modelo de Regressão Logístico (MRL), tendo taxa total de acerto de 53%, se mostrando adequada para a avaliação da sensação térmica da população analisada. / Urban planning and modifications in open spaces are able to promote the improvement of outdoor thermal conditions and thus qualitatively influence the use of open spaces. In this context, this research aims to analyze the thermal sensation of the population of Curitiba and propose a model for predicting thermal sensation suited to local climatic conditions. The study was carried out at the pedestrian street Rua XV de November and adjacent streets. As a whole, fifteen monitoring campaigns were carried out (14 days in the period between January and August 2009 and one day in June 2010), encompassing fifteen different urban situations. The surveys took place between 10h00 and 15h00 on week days and weather data were monitored and personal data collected, using questionnaires. The method comprised four steps: analysis of the relationship between urban characteristics and thermal sensation; analysis of observed thermal sensation vote; analysis of calculated thermal sensation expressed by the indeces PMV, PET and UTCI and proposal of a thermal sensation predictive model for Curitiba. From the analysis of urban attributes and their relationship with climatic variables and thermal sensation, it was concluded that the canyon orientation and the vertical profile of the facades are important to understand the behavior of the climatic variables and to propose suggestions to improve the thermal comfort in urban environment. The analysis of PMV, PET and UTCI indeces showed the need for calibration to evaluate the thermal sensation of the population of Curitiba. The analysis between the observed thermal sensation and the climatic variables showed that the three categories of thermal sensation are mixed among themselves, with no clear distinction between the group of comfort and cold/heat discomfort, making difficult the definition of climatic zones of thermal comfort for Curitiba. Regarding both statistical methods used to develop the thermal sensation predictive model, the Linear Discriminant Function performed better than the Logistic Regression Model and the total success rate of 53% is adequate for the thermal sensation evaluation of the population analyzed.

CAPES / A vegetação pode produzir efeitos positivos mensuráveis no campo térmico dos recintos urbanos. Diante das inadequações térmicas verificadas nos espaços citadinos, existe a necessidade de projetos e planos urbanos que considerem a utilização da vegetação como elemento estratégico para a criação de condições de conforto térmico em espaços abertos. Nesse sentido, a pesquisa assume relevância ao propor um índice que identifique a quantidade de cobertura vegetal necessária para reduzir a temperatura do ar em ambientes urbanos. O índice foi desenvolvido para a cidade de Curitiba, especialmente para a Avenida Sete de Setembro e a Avenida Linha Verde. Adicionalmente, são apresentados estudos pilotos para as cidades de Genebra, Paris e São Paulo. De caráter experimental, a pesquisa utiliza medições em campo para coleta de dados microclimáticos e simulação computacional com o modelo ENVI-met, o qual viabilizou a comparação entre cenários atuais e cenários alternativos. Todas as simulações foram realizadas considerando situações de verão. Os índices Temperatura Fisiológica Equivalente (PET) e Universal Thermal Climate Index (UTCI) foram utilizados para avaliar os níveis de estresse térmico na escala do pedestre. De forma geral, observou-se que a inserção de áreas arborizadas (especialmente sob copa densa) poderia reduzir o potencial de aquecimento das áreas urbanas no período diurno, com mudanças substanciais nas categorias de estresse térmico. A máxima redução na temperatura do ar conseguida foi de 2,5°C, verificada nos estudos piloto de São Paulo e Paris. Na Sete de Setembro a redução máxima de temperatura do ar foi de 1,2°C e na Linha Verde foi de 1,5°C. Verificou-se que os fatores que contribuem para reduções na temperatura ambiente são a forma de distribuição das árvores e a densidade da copa (fator relacionado à qualidade da sombra). O índice proposto (proporção entre cobertura vegetal e a área construída) pode explicar a redução média de Ta em 83,1%. A partir da aplicação do mesmo, pode-se concluir que a redução de 1°C na temperatura do ar deve ser esperada para um aumento de 49% de cobertura vegetal. Em cidades com ocorrência de ondas de calor, a vantagem de um plano de arborização é o custo relativamente baixo de implantação se considerar o benefício na redução das categorias de estresse térmico. A importância do índice (e da metodologia proposta para seu desenvolvimento) reside na possibilidade da sua aplicação no desenho urbano climaticamente orientado. / Vegetation can produce measurable positive effects on the thermal field of urban spaces. In view of thermal inadequacies in outdoor spaces, there is a need for projects and urban plans which consider the use of vegetation as strategic element for the creation of thermal comfort conditions in open spaces. In this sense, the relevance of this study is the proposition of an index which estimates the amount of vegetation fraction needed to reduce the air temperature in urban environments. The index was developed for the city of Curitiba, specifically for its central arteries such as Avenida Sete de Setembro and Avenida Linha Verde. Additionally, pilot studies for the cities of Geneva, Paris and São Paulo are presented. The experimental research uses field measurements for collecting microclimatic data and computer simulations with the ENVI-met model, which allowed the comparison of current and alternative scenarios. All simulations were carried out for summer conditions. The thermal comfort indices Physiological Equivalent Temperature (PET) and Universal Thermal Climate Index (UTCI) were used to assess levels of thermal stress at the pedestrian level. In general, it was observed that the insertion of green areas (particularly under dense canopy) could reduce the daytime heating in urban areas, with substantial changes in heat stress categories. The maximum reduction of air temperature was 2.5°C, observed in the pilot studies in São Paulo and Paris. In the Sete de Setembro the maximum reduction of air temperature was 1.2°C and in the Linha Verde it was 1.5°C. It was found that contributing factors to ambient temperature reductions are the distribution of trees and the canopy density (related to the shadow quality). The proposed index (ratio between the increase of vegetated over built-up area) may explain the reduction of mean air temperature by 83.1%. From its application, it can be concluded that a 1°C reduction in air temperature should be expected for an increase of 49% in vegetated fraction. In cities impacted by heat waves, the advantage of greenery insertion is the relatively low investment with considerable benefits in changes of heat stress categories. In cities impacted by heat waves, the advantage of greenery insertion is the relatively low investment with considerable benefits in changes of heat stress categories. The importance of the index (and the proposed methodology behind it) lies in the possibility of its application in climate- responsive urban design.

A Bacia Hidrográfica do Rio Palmital desempenha um papel importante no disponibilização de recursos hídricos para a sociedade local e regiões vizinhas. Entendendo a importância desse recurso hídrico e toda a dinâmica envolvida, esse estudo tem como objetivo identificar as possíveis intervenções para contenção de inundações na Bacia Hidrográfica do Rio Palmital dentro dos limites do município de Pinhais – PR. Levantando dados para um melhor planejamento ambiental da área, fornecendo informações que possam facilitar o cumprimento do Plano Diretor da Prefeitura Municipal de Pinhais, município para o qual a pesquisa propõem intervenções para a redução de riscos de inundações. Para o desenvolvimento do estudo foi organizado um banco de dados ambientais da bacia hidrográfica do rio Palmital, integrando as informações altimétricas, fluviométricas e pluviométricas, identificando os dados históricos de inundação que geraram perdas socio-econômicas principalmente. Primeiramente, realizou-se o estudo das características físicas e geomorfológicas da bacia gerando mapas temáticos utilizando o software ArcView. A partir dos dados pluviométricos e fluviométricos foi realizado um estudo das cotas de vazão do rio Palmital com as precipitações mais elevadas, relacionando esses dados com os dias que ocorreram inundações. O resultado identificou como enchentes que incorreram em perdas foram referentes aos anos 2003, 2009, 2010 e 2011. Após realizada esta identificação foi elaborado o mapa com as cotas de inundações históricas, para conhecer as áreas que mais estão suscetíveis a esse evento hidrológico extremo e assim propor que a área seja considerada de risco de inundações. Através do estudo verificou-se que as regiões mais afetadas estão próxima a foz e a margem direita do rio Palmital, uma área de urbanização consolidada. Propõe-se para essas áreas, como medida não-estrutural, um sistema de alerta para inundações juntamente com a Defesa Civil e educação ambiental para a conscientização da população sobre os riscos a qual está sujeita; e como medida estrutural a construção de lagoas de detenção/retenção como um parque linear, utilizando-as também como sistemas de wetlands para o tratamento da água do rio em períodos de seca, já que este rio está com a qualidade comprometida e enquadrado como classe 3 pela Resolução do CONAMA no 430. Para pesquisas futuras recomenda-se um estudo que possa indicar interferências nas cabeceiras, pois as mesmas poderiam auxiliar de forma mais significativa na prevenção de enchentes, e poderiam acarretar em custos mais reduzidos no que se refere à intervenções de medidas estruturais. / The River Basin Palmital plays an important role in the availability of water resources for the local and neighboring regions society. Understanding the importance of water resources and all the dynamics involved , this study aims to identify possible interventions to contain floods in River Basin Palmital within the limits of the municipality of Pinhais - PR . Raising data for improved environmental planning area, providing information which would facilitate compliance with the Master Plan of the City of Pinhais , county to which the proposed research interventions to reduce flood risks. To develop the study was organized a database of environmental data from the catchment area of the river Palmital , integrating the altimetry , and gauged precipitation data , identifying the historical flood data that generated mainly socio- economic losses . First, there was the study of the physical and geomorphological characteristics of the basin generating thematic maps using ArcView software . From the rainfall and runoff data a study of quota river flow Palmital with the highest precipitation was performed by relating these data with the floods that occurred days . The result identified as flood losses were incurred for the years 2003 , 2009, 2010 and 2011 . After making this identification the map with the coordinates of historical floods was prepared to know the areas that are most susceptible to this extreme hydrological event and thus propose that the area is considered a risk of flooding . Through the study it was found that the most affected areas are the mouth and the next right bank Palmital , an area of consolidated urbanization . It is proposed for these areas , such as non- structural measure , an early warning system for floods along with Civil Defence and environmental education for the public awareness of the risks to which it is subject , and as a structural measure the construction of detention ponds / retention as a linear park , also using them as wetland systems for the treatment of river water in times of drought , as this river is as committed and framed as class 3 by CONAMA Resolution No. 430 quality. For future research it is recommended that a study may indicate interference in the headwaters , because these could help more significantly in preventing floods , and could result in lower in relation to the interventions of structural measures costs.

A Bacia Hidrográfica do Rio Palmital desempenha um papel importante no disponibilização de recursos hídricos para a sociedade local e regiões vizinhas. Entendendo a importância desse recurso hídrico e toda a dinâmica envolvida, esse estudo tem como objetivo identificar as possíveis intervenções para contenção de inundações na Bacia Hidrográfica do Rio Palmital dentro dos limites do município de Pinhais – PR. Levantando dados para um melhor planejamento ambiental da área, fornecendo informações que possam facilitar o cumprimento do Plano Diretor da Prefeitura Municipal de Pinhais, município para o qual a pesquisa propõem intervenções para a redução de riscos de inundações. Para o desenvolvimento do estudo foi organizado um banco de dados ambientais da bacia hidrográfica do rio Palmital, integrando as informações altimétricas, fluviométricas e pluviométricas, identificando os dados históricos de inundação que geraram perdas socio-econômicas principalmente. Primeiramente, realizou-se o estudo das características físicas e geomorfológicas da bacia gerando mapas temáticos utilizando o software ArcView. A partir dos dados pluviométricos e fluviométricos foi realizado um estudo das cotas de vazão do rio Palmital com as precipitações mais elevadas, relacionando esses dados com os dias que ocorreram inundações. O resultado identificou como enchentes que incorreram em perdas foram referentes aos anos 2003, 2009, 2010 e 2011. Após realizada esta identificação foi elaborado o mapa com as cotas de inundações históricas, para conhecer as áreas que mais estão suscetíveis a esse evento hidrológico extremo e assim propor que a área seja considerada de risco de inundações. Através do estudo verificou-se que as regiões mais afetadas estão próxima a foz e a margem direita do rio Palmital, uma área de urbanização consolidada. Propõe-se para essas áreas, como medida não-estrutural, um sistema de alerta para inundações juntamente com a Defesa Civil e educação ambiental para a conscientização da população sobre os riscos a qual está sujeita; e como medida estrutural a construção de lagoas de detenção/retenção como um parque linear, utilizando-as também como sistemas de wetlands para o tratamento da água do rio em períodos de seca, já que este rio está com a qualidade comprometida e enquadrado como classe 3 pela Resolução do CONAMA no 430. Para pesquisas futuras recomenda-se um estudo que possa indicar interferências nas cabeceiras, pois as mesmas poderiam auxiliar de forma mais significativa na prevenção de enchentes, e poderiam acarretar em custos mais reduzidos no que se refere à intervenções de medidas estruturais. / The River Basin Palmital plays an important role in the availability of water resources for the local and neighboring regions society. Understanding the importance of water resources and all the dynamics involved , this study aims to identify possible interventions to contain floods in River Basin Palmital within the limits of the municipality of Pinhais - PR . Raising data for improved environmental planning area, providing information which would facilitate compliance with the Master Plan of the City of Pinhais , county to which the proposed research interventions to reduce flood risks. To develop the study was organized a database of environmental data from the catchment area of the river Palmital , integrating the altimetry , and gauged precipitation data , identifying the historical flood data that generated mainly socio- economic losses . First, there was the study of the physical and geomorphological characteristics of the basin generating thematic maps using ArcView software . From the rainfall and runoff data a study of quota river flow Palmital with the highest precipitation was performed by relating these data with the floods that occurred days . The result identified as flood losses were incurred for the years 2003 , 2009, 2010 and 2011 . After making this identification the map with the coordinates of historical floods was prepared to know the areas that are most susceptible to this extreme hydrological event and thus propose that the area is considered a risk of flooding . Through the study it was found that the most affected areas are the mouth and the next right bank Palmital , an area of consolidated urbanization . It is proposed for these areas , such as non- structural measure , an early warning system for floods along with Civil Defence and environmental education for the public awareness of the risks to which it is subject , and as a structural measure the construction of detention ponds / retention as a linear park , also using them as wetland systems for the treatment of river water in times of drought , as this river is as committed and framed as class 3 by CONAMA Resolution No. 430 quality. For future research it is recommended that a study may indicate interference in the headwaters , because these could help more significantly in preventing floods , and could result in lower in relation to the interventions of structural measures costs.