The rapid expansion of urban systems in both area and population represents the most significant landuse/landcover change occurring in the world today. Urbanization is often accompanied by increasing environmental degradation. This degradation is related to stormwater runoff, air temperatures greater than surrounding rural areas, increased air and water pollution, losses of vegetated lands, and lack of access to sufficient and healthy foods in lower-income areas. Urban agriculture (UA), a practice long established in previous eras but neglected for many decades, can mediate such concerns by providing greenspaces to improve ecosystem services. Successful practice of UA requires recognition of interactions between social and environmental patterns. Neglect of these interactions leads to failure in spatially integrating social and environmental dimensions of the urban landscape, limiting the success of UA. This study investigates siting of UA within Roanoke, Virginia, a compact urban region characterized by social and environmental conditions that can be addressed by effective siting and practice of UA. This research takes a broader perspective than prior studies on UA and urban greenspaces. It proposes innovative applications of geospatial technologies for urban assessment. Studies on UA have typically focused on food insecurity, while studies on greenspaces focus on parks and tree canopy cover, without investigating interactions that promote synergies between these two efforts. Research over the past few years is now recognizing potential contributions for urban agriculture to alleviate environmental issues such as stormwater runoff, soil infertility, and the urban heat island effect. Little of this research has been devoted to the actual siting of urban agriculture to specifically alleviate both socio-economic and environmental issues. This research applies geospatial technologies to evaluate spatial patterns characterizing both environmental and socio-economic disparities within the City of Roanoke, Virginia. This approach has identified specific locations that are open and available for urban agriculture, and has appraised varying levels of socio-economic and environmental parameters. This research identified, at the census block group level, areas with varying levels of degradation. Thus, those locations in which a new urban agriculture greenspace can contribute to both socio-economic and environmental reparation. This research has identified spatial dimensions in which UA will assist in restoring ecosystem services to guide various food production activities. These results can be generalized to other urban locations and contribute to efficient use of urban land and space, improving the three pillars of worldwide sustainability – economic, environment, and social. / Ph. D.

O uso de vegetação nas superfícies urbanas tem despertado a atenção de pesquisadores, empreendedores e da população em geral, pelos benefícios que pode proporcionar às construções, geralmente como coberturas e fachadas verdes. Comparadas às coberturas, as fachadas verdes podem representar maiores superfícies em edifícios altos de áreas densamente ocupadas, incrementando massa foliar e trocas térmicas úmidas no entorno imediato, contribuindo para o balanço de energia nas áreas urbanas. Neste trabalho realizaram-se levantamentos da inclusão das paredes verdes nas políticas públicas, das diferentes tecnologias de paredes verdes, além de estudos de desempenho microclimático de paredes verdes. Há uma série de trabalhos quantificando o efeito das superfícies verdes no desempenho térmico dos edifícios, sabendo-se pouco sobre seus efeitos microclimáticos urbanos. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é quantificar o impacto das fachadas verdes no microclima urbano no nível do pedestre, considerando as variáveis temperatura e umidade do ar, temperatura de superfície e temperatura média radiante. Em função das restrições e recursos do modelo ENVI-met, adotado neste estudo, a pesquisa incluiu, inicialmente, um método dedutivo, exploratório, através de medições de densidade foliar da vegetação do tipo escaladora e monitoramento de alguns dados microclimáticos em uma fachada verde. Na etapa seguinte o método é indutivo, realizando-se testes de sensibilidade do modelo em cenário hipotético, variando-se índice de área foliar (IAF 0,5m²/m², 1m²/m² e 2m²/m²) e umidade do solo (50% e 60%). As conclusões confirmam o efeito microclimático bastante localizado da parede verde do tipo escaladora e um comportamento distinto nos períodos diurno e noturno, como acontece em outras formas de inserção do verde em áreas urbanas. À noite, na ausência da evapotranspiração, o resfriamento é mais influenciado pela troca convectiva. Durante o dia percebe-se o efeito da evapotranspiração no ligeiro aumento da umidade do ar em 1,0g/kg, à temperatura do ar de 26°C, e na diminuição da temperatura do ar, em ambos os casos quando comparadas ao cenário sem vegetação, em 0,17°C, 0,36°C e 0,68°C com os incrementos sucessivos do IAF, para umidade do solo 50%, às 14h, principalmente a sotavento. Os efeitos da vegetação na temperatura radiante média são bastante localizados, tornando sua influência praticamente imperceptível no microclima exterior sob o efeito da radiação solar, apesar dos incrementos do IAF. O incremento na umidade do solo, de 50% para 60%, resulta em aumento da evapotranspiração provocando redução máxima de cerca de 0,36°C na temperatura do ar a 1,5m do solo, para o mesmo IAF. O sombreamento provocado pela vegetação resulta em variação insignificante na TRM mesmo com o aumento na umidade relativa do solo, para o mesmo IAF. Os testes de sensibilidade mostram que o modelo é adequado para realização de estudos mais aprofundados, justificando o investimento em pesquisas futuras visando à calibração entre dados microclimáticos medidos e simulados para paredes verdes em clima tropical e subtropical e à simulação microclimática de áreas urbanas com o uso dessa tecnologia. / The use of greenery on urban surfaces, normally green roofs or green facades has attracted the attention of researchers, entrepreneurs and the population in general for its benefits to buildings. Compared to green roofs, green facades may represent higher surfaces in tall buildings of densely occupied areas, increasing foliage mass and latent heat exchanges for the immediate environment, contributing to energy balance in urban areas. With a focus on green walls, this work carried out investigations about their inclusion in public policies, green walls\' technologies and microclimate performance studies. Despite the existence of numerous papers quantifying the effect of green surfaces on the thermal performance of buildings, there is limited available knowledge regarding their effects on urban microclimate. In this context, the aim of this work is to quantify the impact of green façades on urban microclimate at pedestrian level, considering the variables air temperature, air humidity, surface temperature, and mean radiant temperature. Based on the restrictions and resources of the ENVI-met model, which was adopted in this study, the research initially included a deductive exploratory method through measurements of leaf area density of climbing plants and monitoring of some microclimatic data at a green façade. In the next stage, the method was inductive, with sensitivity tests of the model in a hypothetical scenario, varying the leaf area index (LAI 0.5m²/m², 1m²/m² and 2m²/m²) and soil humidity (50% and 60%). The results confirm the localized microclimatic effects of the climbing green wall and a distinct behaviour between daytime and night time, equivalent to those caused by other forms of greenery in urban areas. At night, with the lack of evapotranspiration, cooling is more influenced by convective exchange. The effect of evapotranspiration is clearly perceived during the day due to a) the slight increase in air humidity by 1.0 g/kg at a temperature of 26°C, and b) the decrease of air temperature, when compared to the scenario without vegetation, of 0.17 °C, 0.36 °C and 0.68 °C (for LAI=0,5m²/m², 1,00m²/m² and 2,0m²/m²), for a 50% soil humidity, mainly in the leeward direction. The effects of greenery on mean radiant temperature, despite the LAI increase, are quite localized, making its influence practically imperceptible on the outdoor microclimate under the effect of solar radiation. The increase of soil humidity from 50% to 60% results in increased evapotranspiration leading to a maximum reduction around 0.36 °C on air temperature, at 1.5 m from ground level, for the same LAI. Vegetation shading results in insignificant variation in mean radiant temperature. Sensitivity tests show that the model is suitable for further studies, justifying an investment in future research aiming at calibration between measured and simulated microclimate data for green walls in tropical and subtropical climates and the microclimatic simulation of urban areas with green walls\' technology.

O uso de vegetação nas superfícies urbanas tem despertado a atenção de pesquisadores, empreendedores e da população em geral, pelos benefícios que pode proporcionar às construções, geralmente como coberturas e fachadas verdes. Comparadas às coberturas, as fachadas verdes podem representar maiores superfícies em edifícios altos de áreas densamente ocupadas, incrementando massa foliar e trocas térmicas úmidas no entorno imediato, contribuindo para o balanço de energia nas áreas urbanas. Neste trabalho realizaram-se levantamentos da inclusão das paredes verdes nas políticas públicas, das diferentes tecnologias de paredes verdes, além de estudos de desempenho microclimático de paredes verdes. Há uma série de trabalhos quantificando o efeito das superfícies verdes no desempenho térmico dos edifícios, sabendo-se pouco sobre seus efeitos microclimáticos urbanos. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é quantificar o impacto das fachadas verdes no microclima urbano no nível do pedestre, considerando as variáveis temperatura e umidade do ar, temperatura de superfície e temperatura média radiante. Em função das restrições e recursos do modelo ENVI-met, adotado neste estudo, a pesquisa incluiu, inicialmente, um método dedutivo, exploratório, através de medições de densidade foliar da vegetação do tipo escaladora e monitoramento de alguns dados microclimáticos em uma fachada verde. Na etapa seguinte o método é indutivo, realizando-se testes de sensibilidade do modelo em cenário hipotético, variando-se índice de área foliar (IAF 0,5m²/m², 1m²/m² e 2m²/m²) e umidade do solo (50% e 60%). As conclusões confirmam o efeito microclimático bastante localizado da parede verde do tipo escaladora e um comportamento distinto nos períodos diurno e noturno, como acontece em outras formas de inserção do verde em áreas urbanas. À noite, na ausência da evapotranspiração, o resfriamento é mais influenciado pela troca convectiva. Durante o dia percebe-se o efeito da evapotranspiração no ligeiro aumento da umidade do ar em 1,0g/kg, à temperatura do ar de 26°C, e na diminuição da temperatura do ar, em ambos os casos quando comparadas ao cenário sem vegetação, em 0,17°C, 0,36°C e 0,68°C com os incrementos sucessivos do IAF, para umidade do solo 50%, às 14h, principalmente a sotavento. Os efeitos da vegetação na temperatura radiante média são bastante localizados, tornando sua influência praticamente imperceptível no microclima exterior sob o efeito da radiação solar, apesar dos incrementos do IAF. O incremento na umidade do solo, de 50% para 60%, resulta em aumento da evapotranspiração provocando redução máxima de cerca de 0,36°C na temperatura do ar a 1,5m do solo, para o mesmo IAF. O sombreamento provocado pela vegetação resulta em variação insignificante na TRM mesmo com o aumento na umidade relativa do solo, para o mesmo IAF. Os testes de sensibilidade mostram que o modelo é adequado para realização de estudos mais aprofundados, justificando o investimento em pesquisas futuras visando à calibração entre dados microclimáticos medidos e simulados para paredes verdes em clima tropical e subtropical e à simulação microclimática de áreas urbanas com o uso dessa tecnologia. / The use of greenery on urban surfaces, normally green roofs or green facades has attracted the attention of researchers, entrepreneurs and the population in general for its benefits to buildings. Compared to green roofs, green facades may represent higher surfaces in tall buildings of densely occupied areas, increasing foliage mass and latent heat exchanges for the immediate environment, contributing to energy balance in urban areas. With a focus on green walls, this work carried out investigations about their inclusion in public policies, green walls\' technologies and microclimate performance studies. Despite the existence of numerous papers quantifying the effect of green surfaces on the thermal performance of buildings, there is limited available knowledge regarding their effects on urban microclimate. In this context, the aim of this work is to quantify the impact of green façades on urban microclimate at pedestrian level, considering the variables air temperature, air humidity, surface temperature, and mean radiant temperature. Based on the restrictions and resources of the ENVI-met model, which was adopted in this study, the research initially included a deductive exploratory method through measurements of leaf area density of climbing plants and monitoring of some microclimatic data at a green façade. In the next stage, the method was inductive, with sensitivity tests of the model in a hypothetical scenario, varying the leaf area index (LAI 0.5m²/m², 1m²/m² and 2m²/m²) and soil humidity (50% and 60%). The results confirm the localized microclimatic effects of the climbing green wall and a distinct behaviour between daytime and night time, equivalent to those caused by other forms of greenery in urban areas. At night, with the lack of evapotranspiration, cooling is more influenced by convective exchange. The effect of evapotranspiration is clearly perceived during the day due to a) the slight increase in air humidity by 1.0 g/kg at a temperature of 26°C, and b) the decrease of air temperature, when compared to the scenario without vegetation, of 0.17 °C, 0.36 °C and 0.68 °C (for LAI=0,5m²/m², 1,00m²/m² and 2,0m²/m²), for a 50% soil humidity, mainly in the leeward direction. The effects of greenery on mean radiant temperature, despite the LAI increase, are quite localized, making its influence practically imperceptible on the outdoor microclimate under the effect of solar radiation. The increase of soil humidity from 50% to 60% results in increased evapotranspiration leading to a maximum reduction around 0.36 °C on air temperature, at 1.5 m from ground level, for the same LAI. Vegetation shading results in insignificant variation in mean radiant temperature. Sensitivity tests show that the model is suitable for further studies, justifying an investment in future research aiming at calibration between measured and simulated microclimate data for green walls in tropical and subtropical climates and the microclimatic simulation of urban areas with green walls\' technology.

O objeto deste trabalho são os microclimas urbanos nas cidades brasileiras na região de Clima Tropical Continental. Partindo do princípio que há uma correlação entre microclimas urbanos e ocupação do solo, o objetivo é medir numericamente a correlação entre a temperatura do ar e algumas variáveis familiares ao planejamento, e que podem ser regulamentadas pela legislação municipal, a fim de orientar as medidas necessárias para amenizar o rigor climático nas cidades da região. Faz-se uma descrição qualitativa e quantitativa das variáveis urbanísticas envolvidas, bem como medições de temperatura e umidade do ar em diferentes estações e horários. Os resultados mostram que as variáveis taxa de ocupação e coeficiente de aproveitamento mantém correlação positiva com a temperatura do ar, e refletem uma maior influência da densidade construída sobre o período noturno, o que concorda com a teoria existente. Já com as variáveis arborização e água a correlação foi negativa em relação à temperatura do ar, em todos os horários. Ao final propõe-se um índice em função das variáveis urbanísticas utilizadas, visando subsidiar futuros trabalhos na determinação da proporção ideal entre densidade construída, arborização e água. / The subject of this thesis is the urban microclimate in cities of the Brazilian Continental Tropical Region. According to the principle that there is a correlation between urban microclimates and urban occupation, the objective is to numerically measure the correlation between air temperature and variables which are familiar to urban planning strategies. These variables can be controlled by municipal regulations, aiming to guide the procedures to ameliorate the urban harsh climate in that region. Qualitative and quantitative descriptions of the urban variables are made, as air temperature and humidity measurements registered along the day for the two main seasons. The results show that with variables related to building density, the correlation was positive when referred to air temperature, and reflected the greater influence of building density at night, what is in accord with the existing theory. On the other hand, using trees and water, the correlation was negative, when related to air temperature, in all periods. At the end, this work suggests an index using urban variables, aiming to support future studies in determining the ideal proportion among building density, trees and water in urban environments.

The climatic adequacy of urban spaces is an important parameter for city planning and human thermal comfort purposes, particularly in tropical context, where most of urban activities can be developed outdoors. Thus, the present work aims to evaluate the influence of different urban configurations in pedestrians thermal comfort at Maceió, a tropical city of Northeast Brazil. Measurement points located in two distinct quarters in the studied city had been chosen and microclimatic measurements of air and globe temperature, wind speed, relative humidity and simultaneous application of questionnaires to the pedestrians were conducted. Similarly, the thermal sensation was compared with the actual thermal sensation obtained from calculations and existing indexes in the technical literature. The results show that the characteristics of the urban spaces, as the presence of vegetation and the use of constructive devices to promote shadow, among others, influence the values of climatic variables and also the feeling of comfort or discomfort to users. For the cases studied, we highlight the influence of shading by vegetation canopies and at the points considered more comfortable. Therefore, it is necessary to adapt the external environment to fit the spaces outside the urban reality tropical climate, as well as researches that discuss the existing thermal indices that need adjustments in order to translate the thermal sensation of users in the tropics. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / A adequação climática dos ambientes externos urbanos é um fator importante para a obtenção de conforto térmico humano, particularmente em cidades tropicais, onde boa parte das atividades urbanas pode ser desenvolvida nos espaços externos. Diante disso, o presente trabalho busca contribuir para estudos em conforto térmico em espaços urbanos tropicais, avaliando a influência das diferentes configurações urbanas no conforto térmico dos usuários em Maceió, cidade tropical do Nordeste do Brasil. Foram escolhidos pontos de medição externa a partir das configurações espaciais distintas em frações urbanas na cidade estudada. Foram realizadas medições móveis das variáveis climáticas, temperatura do ar, umidade relativa do ar, velocidade do ar e temperatura de globo e aplicação simultânea de questionários junto aos usuários em dois bairros distintos, nos quais estavam localizados os pontos de medição. Da mesma forma, a sensação térmica real foi comparada com a sensação térmica obtida a partir de cálculo e índices existentes na literatura técnica. Os resultados encontrados mostram que as características dos espaços urbanos, como a presença ou não de vegetação, a utilização de marquise para promover sombreamento, o tipo de material constituinte das edificações, dentre outras, influenciam nos valores das variáveis climáticas e consequentemente na sensação de conforto ou desconforto dos usuários. Para os casos estudados, destaca-se a influência do sombreamento, através de marquises e vegetação, nos pontos considerados mais confortáveis. Tornam-se portanto, necessárias intervenções no ambiente externo de forma a adequar os espaços externos urbanos à realidade climática tropical, bem como pesquisas que discutam sobre os índices térmicos existentes de modo a traduzirem a sensação térmica de usuários nos trópicos.

The interaction between climate and urban configuration can significantily affects the environmental comfort conditions, determining the urban microclimate. The research evaluates the microclimatic quality of a fraction of a horizontal residential settlement allotment, in the urban context of Maceió-AL, through the analysis of climatic variables, considering the attributes of existing urban configuration (present scenario), but also a future situation considering maximum occupancy (future scenario), in accordance to the local urban planning requirements. The methodological procedures were based on a qualitative perspective in the form of features diagnostic of the urban area, analysis of the solar exposure built arrangement, and quantitatively by mobile microclimatic measuring, and computer simulations of the thermal performance and dynamic, using the software ENVI-met 3.1 version. The area analysis confirmed the existence of different microclimates, according to land use, building orientation and thermal characteristics. The results of computer simulations have shown a difference of up to 6,6°C in air temperature and up to 0,44 m/s in reducing of average wind speed between the two scenarios analyzed, confirming the influence of some urban form attributes in microclimatic behavior, as the: density built, the thermodynamic characterized by lack of urban greening. From the results, highlights the importance of climate approach as a tool for urban planning, and how this can guide urban design decisions in order to minimize uncomfortable climatic situations in urban spaces. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / A interação do clima com a configuração e o uso do espaço urbano pode afetar de forma significativa as condições de conforto ambiental, determinando o microclima urbano. A pesquisa de mestrado avalia a qualidade microclimática de uma fração de um loteamento horizontal, no contexto urbano de Maceió-AL, através da análise das variáveis climáticas, considerando os atributos da configuração urbana existente (cenário atual), como também uma situação futura, quando da ocupação máxima edificada do loteamento (cenário futuro), de acordo com as prescrições urbanísticas atuais para o local. Os procedimentos metodológicos fundamentaram-se em uma ótica qualitativa através do diagnóstico das características da forma urbana da área estudada e análise da insolação do arranjo construtivo, e quantitativa, através de medições microclimáticas móveis, além de simulações computacionais do desempenho térmico e dinâmico, com o uso do programa ENVI-met versão 3.1. A análise da área confirmou a existência de microclimas diferenciados na malha urbana do loteamento estudado, de acordo com a ocupação do solo, orientação do arranjo construtivo e características térmicas das superfícies. Os resultados das simulações computacionais comprovaram uma diferença de até 6,6 °C na temperatura do ar e de até 0,44 m/s na redução da velocidade média do vento entre os dois cenários analisados, confirmando-se a influência de alguns atributos da forma urbana no comportamento microclimático, como: a densidade construída, as características termodinâmicas dos materiais de revestimento do solo, além da ausência de sombreamento caracterizada pela carência de arborização urbana. A partir dos resultados obtidos, evidencia-se a importância da avaliação climática como ferramenta para o planejamento urbano, e como esta pode orientar decisões projetuais para amenizar possíveis situações de desconforto em espaços urbanos.

O objeto deste trabalho são os microclimas urbanos nas cidades brasileiras na região de Clima Tropical Continental. Partindo do princípio que há uma correlação entre microclimas urbanos e ocupação do solo, o objetivo é medir numericamente a correlação entre a temperatura do ar e algumas variáveis familiares ao planejamento, e que podem ser regulamentadas pela legislação municipal, a fim de orientar as medidas necessárias para amenizar o rigor climático nas cidades da região. Faz-se uma descrição qualitativa e quantitativa das variáveis urbanísticas envolvidas, bem como medições de temperatura e umidade do ar em diferentes estações e horários. Os resultados mostram que as variáveis taxa de ocupação e coeficiente de aproveitamento mantém correlação positiva com a temperatura do ar, e refletem uma maior influência da densidade construída sobre o período noturno, o que concorda com a teoria existente. Já com as variáveis arborização e água a correlação foi negativa em relação à temperatura do ar, em todos os horários. Ao final propõe-se um índice em função das variáveis urbanísticas utilizadas, visando subsidiar futuros trabalhos na determinação da proporção ideal entre densidade construída, arborização e água. / The subject of this thesis is the urban microclimate in cities of the Brazilian Continental Tropical Region. According to the principle that there is a correlation between urban microclimates and urban occupation, the objective is to numerically measure the correlation between air temperature and variables which are familiar to urban planning strategies. These variables can be controlled by municipal regulations, aiming to guide the procedures to ameliorate the urban harsh climate in that region. Qualitative and quantitative descriptions of the urban variables are made, as air temperature and humidity measurements registered along the day for the two main seasons. The results show that with variables related to building density, the correlation was positive when referred to air temperature, and reflected the greater influence of building density at night, what is in accord with the existing theory. On the other hand, using trees and water, the correlation was negative, when related to air temperature, in all periods. At the end, this work suggests an index using urban variables, aiming to support future studies in determining the ideal proportion among building density, trees and water in urban environments.