Tese de mestrado. Estruturas de Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Orientador: João Lima Sant'Anna Neto / Banca: Margarete Cristiane de Costa Trindade Amorim / Banca: Charlei Aparecido da Silva / Banca: Natacha Cíntia Regina Aleixo / Banca: Maria Elisa Zanella / Resumo: O objetivo desta tese foi analisar como o clima, associado aos tipos de materiais construtivos em áreas de vulnerabilidade socioespacial, compromete a saúde da população urbana do município de São Luís (MA). O trabalho se particulariza por relacionar o estudo do clima urbano e do conforto térmico às condições socioespaciais da população, pela interdisciplinaridade e pela utilização do Subsistema Termodinâmico para análise do Clima Urbano proposto por Monteiro (1976) como fundamento teórico-metodológico. Foram realizados monitoramento e avaliação do conforto térmico em ambiente interno de 9 (nove) residências com padrões construtivos diferentes, especialmente a cobertura, em áreas de vulnerabilidade socioespacial de São Luís, usando mini estações digitais de temperatura e umidade relativa do ar com frequência de amostragem de 1 hora durante o período de outubro a novembro de 2012. A comparação do ambiente interior das habitações com o exterior foi realizada a partir de dados obtidos junto à estação meteorológica do INMET. A caracterização da vulnerabilidade socioespacial da área urbana pesquisada utilizou como parâmetro os indicadores sociais intraurbanos divulgados no censo do IBGE em 2010. Para classificar o fator conforto térmico nas residências utilizou-se como referência os índices estabelecidos por Thom e Bosen (1959). Além disso, para avaliar qualitativamente, o grau de percepção do conforto térmico da população envolvida e a possível associação com determinados tipos de sintomas e enfermidades recorreu-se à aplicação de 40 questionários em cada uma das 3 áreas monitoradas (Vila Cruzado, Salinas do Sacavém e Forquilha), buscando investigar in loco se havia uma relação da prevalência desses sintomas com as doenças circulatórias em função de atributos construtivos das residências... / Abstract: The objective of this thesis was to analyze how climate, associated with the types of building materials these areas of socio-spatial vulnerability, compromises the health of the urban population in São Luís (MA). In particular, the work relates the study of urban climate and thermal comfort to the population's socio-spatial conditions, interdiscipliary, and to the use of the Thermodynamic Subsystem for analysis of the urban climate proposed by Monteiro (1976) as a theoretical and methodological foundation. Monitoring and evaluation of thermal comfort were conducted in indoor environment of nine (9) residential buildings with different patterns, especially socio-spatial vulnerability in São Luis, using mini-digital stations for temperature and relative humidity with sampling frequency of 1 hour during the period from October to November 2012. The comparison between the indoor environment and the outside one was made from data obtained from the meteorological station INMET. The characterization of the socio-spatial vulnerability of the urban area surveyed used as a parameter the intraurban social indicators released in the IBGE census in 2010.In order to classify the thermal comfort factor in residences, the reference rates set by Thom and Bosen (1959) were used. In addition, to evaluate in terms of quality, the level of perception of the patients' thermal comfort and the possible association with certain types of symptoms and diseases, it was applied 40 questionnaires in each of the three monitored areas (Vila Cruzado, Salinas do Sacavém and Forquilha) in order to investigate in theses places if there was any relation between the prevalence of these symptoms with the circulatory diseases due to residential building attributes... / Doutor

As ondas de calor constituem sequências extremas de elevadas temperaturas que podem causar prejuízos biológicos, econômicos e sociais, desta forma demandando discussões em planejamentos estratégicos para a manutenção do funcionamento social. No entanto, inexistem trabalhos que as abordem historicamente em suas complexidades estatísticas, sinóticas e termodinâmicas em toda a extensão da América do Sul (AS), sendo os estudos ora restritivos no tempo, ora restritivos no espaço. Esta dissertação identifica e analisa as ondas de calor sobre a AS em suas distintas áreas de atuação regional, para um período de 30 anos, fazendo uso dos dados diários de reanálise do European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), com resolução de 0,75° na área delimitadas pelas coordenadas (60°S15°N) e (8530°W). Para isto adota um critério de identificação objetivo e consistente com a variabilidade da extensão temporal e da intensidade das anomalias positivas de temperaturas, discutindo os aspectos metodológicos não consensuais presentes na literatura. As ondas de calor foram agrupadas segundo os padrões de variabilidade guiados por fenômenos atmosféricos específicos, em uma nova técnica alternativa ao uso das Funções Ortogonais Empíricas, derivada dos mapas de correlações espaciais. Os resultados mostram que as ondas de calor acontecem em qualquer época do ano, preferencialmente no período climatológico de maiores temperaturas; além disso, sua frequência está aumentando com o passar dos anos na AS. Para completar, os mapas de composições das climatologias sinóticas permitem identificar sistemas meteorológicos específicos para cada uma das dez regiões homogêneas identificadas, alguns deles relacionados ao fenômeno El Niño Oscilação-Sul e a padrões determinados de circulação atmosférica, precipitação e Temperatura da Superfície do Mar. Tendo em vista a possibilidade de inclusão da mesma técnica aos estudos globais e para as ondas de frio, este trabalho se insere no início de uma vasta gama de estudos inter-relacionados, dentro do contexto das mudanças climáticas e de considerável interesse socioeconômico envolvido. / Heat waves constitute extreme sequences of high temperatures that can cause biological, economic, and social damages, thus requiring strategic planning discussion for social functioning maintenance. However, there are no papers addressing them from a historical point of view in their statistical, synoptic, and thermodynamic complexities throughout South America (SA), being the studies sometimes restrictive in time, and sometimes restrictive in space. This dissertation identifies and analyses the SA heat waves over their regional areas, for a period of 30 years, making use of reanalysis daily data of European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), with 0.75° resolution over the area delimited by the coordinates ranges (60°S15°N) and (8530°W). To do that, it adopts an objective identification criterion consistent with the variability of the temporal extension and the intensity of the positive anomalies of temperatures, discussing the nonconsensual methodological aspects present in the literature. The heat waves were grouped according to the variability patterns guided by specific atmospheric phenomena, in a new alternative technique to the use of the Empirical Orthogonal Functions, derived from the maps of spatial correlations. The results show that the heat waves happen at any time of the year, preferably in the climatic period of higher temperatures; in addition, its frequency is increasing over the years in AS. To complete, the correlation maps of synoptic climatology allow the identification of specific meteorological systems in each of the ten identified homogeneous region, some of them related with El Niño Southern Oscillation and with determined patterns of atmospheric circulation, precipitation, and Sea Surface Temperature. Considering the possibility of including the same technique in global studies and in the case of cold waves, this work is part of a wide range of interrelated studies within the context of climate change and considerable socioeconomic interest involved.

As ondas de calor constituem sequências extremas de elevadas temperaturas que podem causar prejuízos biológicos, econômicos e sociais, desta forma demandando discussões em planejamentos estratégicos para a manutenção do funcionamento social. No entanto, inexistem trabalhos que as abordem historicamente em suas complexidades estatísticas, sinóticas e termodinâmicas em toda a extensão da América do Sul (AS), sendo os estudos ora restritivos no tempo, ora restritivos no espaço. Esta dissertação identifica e analisa as ondas de calor sobre a AS em suas distintas áreas de atuação regional, para um período de 30 anos, fazendo uso dos dados diários de reanálise do European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), com resolução de 0,75° na área delimitadas pelas coordenadas (60°S15°N) e (8530°W). Para isto adota um critério de identificação objetivo e consistente com a variabilidade da extensão temporal e da intensidade das anomalias positivas de temperaturas, discutindo os aspectos metodológicos não consensuais presentes na literatura. As ondas de calor foram agrupadas segundo os padrões de variabilidade guiados por fenômenos atmosféricos específicos, em uma nova técnica alternativa ao uso das Funções Ortogonais Empíricas, derivada dos mapas de correlações espaciais. Os resultados mostram que as ondas de calor acontecem em qualquer época do ano, preferencialmente no período climatológico de maiores temperaturas; além disso, sua frequência está aumentando com o passar dos anos na AS. Para completar, os mapas de composições das climatologias sinóticas permitem identificar sistemas meteorológicos específicos para cada uma das dez regiões homogêneas identificadas, alguns deles relacionados ao fenômeno El Niño Oscilação-Sul e a padrões determinados de circulação atmosférica, precipitação e Temperatura da Superfície do Mar. Tendo em vista a possibilidade de inclusão da mesma técnica aos estudos globais e para as ondas de frio, este trabalho se insere no início de uma vasta gama de estudos inter-relacionados, dentro do contexto das mudanças climáticas e de considerável interesse socioeconômico envolvido. / Heat waves constitute extreme sequences of high temperatures that can cause biological, economic, and social damages, thus requiring strategic planning discussion for social functioning maintenance. However, there are no papers addressing them from a historical point of view in their statistical, synoptic, and thermodynamic complexities throughout South America (SA), being the studies sometimes restrictive in time, and sometimes restrictive in space. This dissertation identifies and analyses the SA heat waves over their regional areas, for a period of 30 years, making use of reanalysis daily data of European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), with 0.75° resolution over the area delimited by the coordinates ranges (60°S15°N) and (8530°W). To do that, it adopts an objective identification criterion consistent with the variability of the temporal extension and the intensity of the positive anomalies of temperatures, discussing the nonconsensual methodological aspects present in the literature. The heat waves were grouped according to the variability patterns guided by specific atmospheric phenomena, in a new alternative technique to the use of the Empirical Orthogonal Functions, derived from the maps of spatial correlations. The results show that the heat waves happen at any time of the year, preferably in the climatic period of higher temperatures; in addition, its frequency is increasing over the years in AS. To complete, the correlation maps of synoptic climatology allow the identification of specific meteorological systems in each of the ten identified homogeneous region, some of them related with El Niño Southern Oscillation and with determined patterns of atmospheric circulation, precipitation, and Sea Surface Temperature. Considering the possibility of including the same technique in global studies and in the case of cold waves, this work is part of a wide range of interrelated studies within the context of climate change and considerable socioeconomic interest involved.

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Foi utilizado o método dos decis para classificar os eventos extremos de precipitação a fim de associá-los aos valores da CAPE e da CINE com o objetivo de verificar o valor destes índices quando da ocorrência dos eventos extremos. Verificou-se que a região estudada possui forte atividade convectiva durante todo o ano, haja vista que seus valores médios mensais variam entre 900 J/kg e 1900 J/kg. Foi visto, também, que nem sempre CAPE alta e CINE baixa determinam precipitação. Esta situação determina o potencial para a convecção profunda, mas para converter este potencial em precipitação existe a necessidade da forçante dinâmica. Os resultados mostraram que quando o processo de precipitação dependeu, exclusivamente, da CAPE, foi necessário haver um valor alto para poder gerar convecção profunda e por consequência precipitação, enquanto, que no processo de precipitação com contribuição dinâmica não foi necessário um valor tão significativo da CAPE, neste caso, não ultrapassou a 1000 J/kg. A CINE esteve, sempre, menor no período chuvoso apresentando valores médios mensais menores que 300 J/kg. Isto não quer dizer que quanto menor a CINE maior será a precipitação. Quando a inibição está presente a instabilidade vai crescendo ao longo do dia determinando, com isso, nuvens com um desenvolvimento vertical mais acentuado, assim os pontos onde os inibidores enfraquecem primeiro, serão os pontos preferenciais para o disparo da tempestade. Logo, quando a instabilidade estiver alta e existir o mecanismo inibidor (CINE), em uma grande área, os locais mais propícios aos disparos das tempestades são os pontos onde a CINE e o NCE começam a diminuir e a inversão térmica, que por vezes acontece, começa a ser quebrada. Durante a execução desta pesquisa ficou claro que para a ocorrência de eventos extremos de precipitação, no período chuvoso, existe necessidade da influência da ITCZ e no período seco, conforme se observa no estudo de caso realizado para o mês de outubro o fator dinâmico que mais influencia é a Linha de Instabilidade (LI). / The goal of this dissertation is to verify the importance of thermodynamic factors on occurrence of extreme precipitation events in the city of Belém (PA) and the metropolitan area, during the period of August 2008 to December 2009. To this end, precipitation and radiosonde data were used. For dynamic and thermodynamic analysis, satellite images, surface charts and SKEW T-LOG P diagram were used. The study of thermodynamics of the atmosphere was made based on the theories of Convective Available Potential Energy (CAPE) and Convective Inhibition Energy (CINE). The decis method was used to classify the extreme precipitation events, in order to associate them to the values of CAPE and CINE and then verify the accuracy of these values when the extreme event occur. At this occasion, it was verified that the studied region has strong connective activity during all the year, hence the monthly mean values are between 900 J/kg and 1900 J/kg. It was also verified that not always high CAPE and low CINE determine precipitation. That situation in fact determine profound convection, but to ensure precipitation there is the need of dynamic enforcement. The results clearly show that when the precipitation process depended on CAPE exclusively, it was necessary to have a high value in order to generate profound convection and, consequently, precipitation. Otherwise, at the dynamic contribution precipitation process it was not necessary a significant value of CAPE, in that case not over 1000 J/kg. The CINE was always lower at the rainy season showing monthly mean values lower than 300 J/kg. That doesn’t means that as lower the CINE, higher is the precipitation. When inhibition is present, the instability keep growing during the day, and with that, clouds with accentuated vertical development, then the points where were the inhibitors weaken first, will be the preferential point to start the storm. From this, when the instability is high and the inhibitor mechanism exists (CINE) , in a large area, the most propitious place to trigger a storm are the points where CINE and NCE start to diminish and the thermic inversion, that sometimes happens, start to be broken. During this research it was clear that for the occurrence of extreme precipitation events during the rainy season there is the need of ITCZ influence and during the dry season the dynamic factor that contributes is the Instability Line (LI).