Tool for Heat Island Simulation (THIS) and simulation of different urban scenarios

This paper presents the development of a simulation model, which was incorporated into a GIS in order to calculate the maximum intensity of ur-ban heat islands based on urban geometry data. The methodology of this study is based on a theoretical-numerical basis (Oke?s model), followed by the development of a calculation algorithm incorporated into the GIS plat-form, which is then submitted to an adjustment and used as exemplifica-tion. The results show that for the same value of H/W ratio, urban canyons with greater roughness result in lower heat island intensity values in rela-tion to the less rough canyons.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Uma ferramenta para análise do potencial de formação de ilhas de calor

O uso de ferramentas computacionais tem sido cada vez mais frequente em pesquisas de planejamento urbano, em simulações de previsão de cenários futuros e na inclusão de modelos matemáticos. O objetivo deste estudo é o de verificar a influência da geometria urbana nos valores de intensidade de ilha de calor noturna através da simulação com o uso da ferramenta THIS – Tool for Heat Island Simulation. Essa ferramenta foi desenvolvida como sub-rotina de cálculo incorporada ao SIG ArcGIS 10.2. O método do trabalho inclui levantamento de campo (monitoramento de dados climáticos e dados de geometria urbana); desenvolvimento da ferramenta computacional; ajuste; e simulação. Este estudo traz como contribuição, a verificação de que, para um mesmo valor de relação H/W (altura/largura do via), cânions urbanos com maior rugosidade resultam em valores de intensidade de ilha de calor menores em relação aos cânions de menor rugosidade.FAPESP – Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São PauloCAPES – Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCNPq – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

Impacto da geometria do cânion urbano na intensidade de ilha de calor noturna: análise através de um modelo simplificado adaptado a um SIG

A geometria urbana é um dos fatores de maior influência na intensidade da ilha de calor urbana. Seu estudo requer a caracterização de cânions urbanos, geralmente medidos pela relação entre a altura dos edifícios e a largura da rua (H/W), conceito aplicado no modelo numérico de Oke em 1981. O objetivo deste artigo é verificar o impacto da geometria do cânion urbano na intensidade de ilhas de calor noturna. Para isso, foram realizados levantamento de dados climáticos e de geometria urbana em duas cidades brasileiras. Os valores de intensidade de ilha de calor foram confrontados com os simulados pelo modelo original de Oke (1981), o qual foi calibrado e adaptado à plataforma SIG, de forma a possibilitar a incorporação de outro parâmetro de geometria, além da relação H/W: o comprimento de rugosidade. Esse processo gerou uma nova ferramenta de cálculo, que é denominda THIS (Tool for Heat Island Simulation). Aplicou-se o novo modelo para simular alguns cenários urbanos hipotéticos, que representam vários tipos de cânions urbanos. Os resultados demonstraram que cânions urbanos de maior rugosidade amenizam as intensidades de ilha de calor noturna em relação a um cânion de mesmo valor de relação H/W e menor rugosidade

Adaptação de um modelo simplificado para verificação da influência da geometria urbana na formação de ilha de calor noturna

Nocturnal heat island formation is a prominent phenomenon in research of urban planning and thermal comfort. This phenomenon is the result of the influence of urbanization characteristics, which alter the energy balance of the cities, and is characterized by an increase in air temperature, from the periphery to the center of cities. The heat island has as a major cause, the urban geometry. In this context, the model proposed by Oke, in 1981, became a reference in the area because of its importance in analytical studies of relation between urban geometry and the formation of heat islands. This research aims to determine the role of urban geometry in the formation of nocturnal heat islands, from the adaptation of a simplified model for a computational simulation tool GIS (Geographic Information System). The methodological procedures have steps: study of theoretical and numerical base, developing a calculation algorithm and its incorporation into the GIS platform, data monitoring for calibration (validation) and simulation. The measured data for the tool validation demonstrated an increasing trend of heat island with increasing H/W ratio (height/width) canyon, but there are different behavior for different ranges of roughness length (Z0). The developed tool, THIS (Tool for Heat Island Simulation), was used in simulation of different scenarios, which showed that urban canyons of greater roughness result in heat island values twice lower compared to the canyons of lower roughness, for the same H/W ratio. The development of THIS tool expands the possibilities of simulations to forecast heat islands to different climatic conditions and suggests further discussion on the influence of different urban geometry settings in the formation of heat island.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)A formação de ilha de calor noturna é um fenômeno de destaque em pesquisas de planejamento urbano e conforto térmico. Esse fenômeno é resultado da influência das características da urbanização, que alteram o balanço energético das cidades, e caracteriza-se pelo aumento da temperatura do ar, da periferia para o centro das cidades. A ilha de calor tem como uma das principais causas, a geometria urbana. Nesse contexto, o modelo proposto por Oke, em 1981, se tornou referência na área por sua importância em estudos de análise de relação entre a geometria urbana e a formação de ilhas de calor. Esta pesquisa tem como objetivo verificar o papel da geometria urbana na formação de ilhas de calor noturna, a partir da adaptação de um modelo simplificado para uma ferramenta de simulação computacional SIG (Sistema de Informação Geográfica). Os procedimentos metodológicos contam com as etapas de: estudo da base teórico-numérica, desenvolvimento de um algoritmo de cálculo e sua incorporação à plataforma SIG, monitoramento de dados para calibração (validação) e simulação. Os dados medidos para a validação da ferramenta demonstraram uma tendência crescente da ilha de calor com o aumento da relação H/W (altura/largura) do cânion, mas há comportamentos distintos para diferentes faixas de comprimento de rugosidade (Z0). A ferramenta desenvolvida, THIS (Tool for Heat Island Simulation), foi utilizada em simulação de diferentes cenários, que demonstrou que cânions urbanos de maior rugosidade resultam em valores de ilha de calor duas vezes menor em relação aos cânions de menor rugosidade, para um mesmo valor de relação H/W. O desenvolvimento da ferramenta THIS amplia as possibilidades de simulações para previsão de ilhas de calor para diferentes condições climáticas e sugere uma discussão mais aprofundada sobre a influência de diferentes configurações de geometria urbana na formação de ilhas de calor

THIS – Tool for Heat Island Simulation: a GIS extension model to calculate urban heat island intensity based on urban geometry

This paper presents the development of a simulation model, which was incorporated into a Geographic Information System (GIS) in order to calculate the maximum intensity of urban heat islands (UHImax) based on urban geometry data (using a H/W parameter). This tool is called THIS ? Tool for Heat Island Simulation. The urban heat island phenomenon is defined by the temperature rise in dense city centers compared with the surrounding countryside. The methodology of this study is based on a theoretical-numerical basis (Oke model), followed by the development of a calculation algorithm incorporated into the GIS platform, which is then adjusted and applied as exemplification. This adjustment was made by calibrating the Oke model for a case study based on two Brazilian cities and different various trends for different roughness length ranges were found. As a consequence, this work has resulted in the automation of an algorithm to obtain maximum intensity values of heat islands based on a simplified model. After finishing the subroutine, the application of the THIS in a simulation of different urban scenarios showed different trends in the UHImax value for the H/W ratio and the roughness length. The UHImax increases when the H/W ratio increases, but the urban canyons with greater roughness (larger areas of facades and more heterogeneous heights, Z0 ? 2.0) result in UHImax values of approximately two times smaller than canyons with less roughness (homogeneous with highest average areas occupied by buildings, Z0 < 2.0) for the same value as the H/W ratio. Overall, the developed tool has one aim: to simulate the effect of the isolated variable of urban geometry on the maximum intensity of nocturnal heat islands, considering different urban scenarios.The authors would like to express their gratitude to the Sao Paulo Research Foundation (2012/00594-5) (FAPESP), the Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel (8802/13-0) (CAPES) and the National Council of Technological and Scientific Development (CNPq) for their financial support.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Impacto da geometria do cânion urbano na intensidade de ilha de calor noturna: análise através de um modelo simplificado adaptado a um SIG

Resumo A geometria urbana é um dos fatores de maior influência na intensidade da ilha de calor urbana. Seu estudo requer a caracterização de cânions urbanos, geralmente medidos pela relação entre a altura dos edifícios e a largura da rua (H/W), conceito aplicado no modelo numérico de Oke em 1981. O objetivo deste artigo é verificar o impacto da geometria do cânion urbano na intensidade de ilhas de calor noturna. Para isso, foram realizados levantamento de dados climáticos e de geometria urbana em duas cidades brasileiras. Os valores de intensidade de ilha de calor foram confrontados com os simulados pelo modelo original de Oke (1981), o qual foi calibrado e adaptado à plataforma SIG, de forma a possibilitar a incorporação de outro parâmetro de geometria, além da relação H/W: o comprimento de rugosidade. Esse processo gerou uma nova ferramenta de cálculo, que é denominda THIS (Tool for Heat Island Simulation). Aplicou-se o novo modelo para simular alguns cenários urbanos hipotéticos, que representam vários tipos de cânions urbanos. Os resultados demonstraram que cânions urbanos de maior rugosidade amenizam as intensidades de ilha de calor noturna em relação a um cânion de mesmo valor de relação H/W e menor rugosidade