Coletânea física ambiental IV by Editora Baraúna SE Ltda

coletânea fÍSICA AMBIENTAL

Org. Marta Cristina de Jesus Albuquerque Nogueira

2019

Capa

Editora Baraúna

Diagramação

Editora Baraúna

Revisão

Editora Baraúna

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Angélica Ilacqua CRB-8/7057 ________________________________________________________________

R347b Coletânea física ambiental IV / organizado por Marta Cristina de Jesus Albuquerque Nogueira. -– São Paulo : Baraúna, 2019. 504 p.

ISBN: 978-85-437-0910-9 1. Física atmosférica 2. Climatologia 3. Física ambiental 4. Cuiabá, MT - Climatologia I. Nogueira, Marta Cristina de Jesus Albuquerque

19-0623

CDD 551.55

________________________________________________________________ Índices para catálogo sistemático:

1. Climatologia

Impresso no Brasil Printed in Brazil

DIREITOS CEDIDOS PARA ESTA EDIÇÃO À EDITORA BARAÚNA www.EditoraBarauna.com.br

Rua Sete de Abril, 105 – Cj. 4C, 4º andar CEP 01043-000 – Centro – São Paulo - SP Tel.: 11 3167.4261 www.EditoraBarauna.com.br

PREFÁCIO Este quarto volume de coletânea reúne trabalhos científicos em níveis de Iniciação Científica, Mestrado e Doutorado na área de concentração - Interação Biosfera-Atmosfera, realizado pelo Grupo de Conforto Ambiental e Urbano do Programa de Pósgraduação em Física Ambiental do Instituto de Física da Universidade Federal de Mato Grosso. Esta coletânea tem como finalidade divulgar as pesquisas que vem sendo desenvolvidas na área de conforto ambiental e urbano para cidade de Cuiabá/ MT e de alguns municípios de nosso Estado. O Programa de Pós-graduação e Grupos de Pesquisas vem realizando trabalhos que demonstram a importância no desenvolvimento de estudos sobre esse tema, demostrando os problemas reais nas mudanças climáticas percebidas no meio ambiente, observando que as características climáticas estão se alterando, tanto no meio rural como no meio urbano. Com a finalidade de divulgar esses trabalhos que serão contribuições tanto para o meio científico como contribuir para politicas publicas das cidades brasileiras, pensando na melhoria do seu planejamento dos espaços edificados em áreas urbanas como a conservação das áreas rurais e que estabeleçam diretrizes em suas gestões administrativas. Pretendemos divulgar as pesquisas realizadas pelos alunos e professores estimulando a busca de soluções adequadas a nossa realidade local e regional e assim, conscientizaremos a sociedade para melhoria no meio urbano e rural em nossa região. Prof. Dr. José de Souza Nogueira Coordenador do Programa de Pós Graduação em Física Ambiental Universidade Federal de Mato Grosso

SUMÁRIO Caracterização termohigrométrica e de conforto térmico em parque urbano de Cuiabá-MT

.................

PARTE 2

Variação sazonal do Índice de Área Foliar em meio urbano de Cuiabá – MT

................. 29

PARTE 3

Análise de variáveis micrometeorológicas, transformadas wavelets cruzada e coerência em ecossistema de cerrado urbano

................. 45

Análise qualitativa de fatores favoráveis a sinistros de incêndio urbano: Um estudo de caso no campus Cuiabá da UFMT

................. 69

PARTE 1

PARTE 4

PARTE 5

Queimadas urbanas em Cuiabá na estação seca

................. 87

PARTE 6

Evolução do fenômeno de ilha de calor em cidade de médio porte de clima tropical

PARTE 7

Análise termo higrométrica e percepção térmica em parque urbano na cidade de Cuiabá-MT

................. 121

PARTE 8

Análise termohigrométrica nos eixos viários centrais da malha urbana original da cidade de Sinop-MT

................. 141

PARTE 9

Análise de perfil de temperatura e umidade do ar na sombra de espécies arbóreas utilizadas em arborização urbana: estudo de caso em Cuiabá/MT

................. 161

PARTE 10

Análise do índice da radiação ultravioleta no período quente-seco na sombra de duas árvores dos quintais e praças de Cuiabá/MT

................. 187

PARTE 11

Análise climática e de percepção térmica: importância da arborização em área urbana de Cuiabá/MT

................. 211

PARTE 12

Analise microclimática do parque Massairo Okamura em Cuiabá/ MT ao nível do pedestre

................. 225

................. 101

PARTE 13

Comportamento térmico dos revestimentos do solo e as interferências dos diferentes arranjos espaciais da vegetação urbana de praças públicas em Cuiabá/MT

................. 245

PARTE 14

Caracterização termo-higrométrica no início do período quente-úmido na cidade de Cuiabá-MT

................. 263

PARTE 15

Estudo da temperatura interna em diferentes superfícies urbanas sob o sombreamento arbóreo na cidade de Cuiabá-MT

................. 285

PARTE 16

Classificação das Local Climate Zones em vias estruturais em Cuiabá

................. 301

PARTE 17

A qualidade do ar - um estudo das correlações entre as variáveis meteorológicas e a poluição atmosférica

................. 313

PARTE 18

Automatização da extração de dados obtidos em simulações climáticas do software ENVI-met

................. 341

PARTE 19

Metodologia para estudo com transecto em veículo em pesquisa de clima urbano

................. 363

PARTE 20

Análise de modelo de cálculo de intensidade de ilha de calor urbana para área urbana do cerrado

................. 385

PARTE 21

Análise de diferentes arranjos espaciais urbanos e suas influências no microclima em área urbana do cerrado

................. 399

PARTE 22

Perfil termohigrométrico em área urbanizada no cerrado: um estudo de caso Cuiabá-MT

................. 417

PARTE 23

Uso de análise de agrupamentos não hierárquicos para classificação climática

................. 439

PARTE 24

Fatores de variação em imagens hemisféricas e o efeito sobre a estimativa do FVC por método fotográfico

................. 459

PARTE 25

Análise microclimática em estacionamentos pavimentados de área urbana em clima tropical

................. 477

PARTE 1 Caracterização termohigrométrica e de conforto térmico em parque urbano de Cuiabá-MT Ana Clara Matias Alves¹; Marta Cristina de Jesus Albuquerque Nogueira²; Flávia Maria de Moura Santos²; Carlo Ralph De Musis³; Flair Carrilho Sobrinho4; José de Souza Nogueira5 1 Doutoranda do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT, Cuiabá/ MT E-mail: clarasevla@gmail.com 2 Professoras do Departamento de Arquitetura e Urbanismo/ FAET e do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT, Cuiabá/ MT E-mail: mcjanp@gmail.com E-mail: flavia-mms@hotmail.com 3 Professor do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT e da Universidade de Cuiabá/ UNIC, Cuiabá/ MT E-mail: carlo.demusis@gmail.com 4 Técnico do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT, Cuiabá/ MT E-mail: flasosa@msn.com 5 Professor do Instituto de Física/ IF e Coordenador do Programa de Pósgraduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT, Cuiabá/ MT E-mail: parananogueira@gmail.com

Coletânea física Ambiental

1 Introdução Mais da metade da população mundial habita áreas urbanas e estimativas sugerem que este número deverá atingir 66% até 2050 (UNITED NATIONS, 2014), induzindo o crescimento citadino tanto em tamanho quanto em densidade e favorecendo o desenvolvimento econômico, social e cultural. Entretanto, a rápida urbanização traz consigo não apenas estilos de vida modernos e convenientes em termos de centralização funcional, mas também a deterioração contínua do ambiente urbano (SUN et al., 2017), como por exemplo, o acréscimo de revestimentos impermeáveis, a redução de áreas verdes, as alterações do albedo e da rugosidade superficial, a canalização de corpos hídricos e a emissão de poluentes por parte das indústrias, que de modo geral, interferem negativamente no microclima, no conforto térmico e consequentemente na qualidade de vida da sociedade. Neste contexto, as interferências são ainda mais evidentes em países em desenvolvimento como o Brasil, pois o mesmo ainda carece de infraestruturas que se adequem às diversas variações climáticas, merecendo destaque a região centro oeste brasileira, especificamente o estado de Mato Grosso, cuja capital Cuiabá registra temperaturas máximas superiores a 40 °C (SANTOS, 2012). Para agravar a situação dos cidadãos cuiabanos, de acordo com Paula (2017), após as intervenções urbanas que tiveram como elemento propulsor a Copa do Mundo de 2014, a cidade ampliou a quantidade de superfícies impermeáveis, favorecendo o aumento da temperatura do ar e a diminuição da umidade relativa do ar em escala microclimática. Coletânea física Ambiental

Assim sendo, numerosos estudos mostraram que os parques urbanos têm o potencial de atenuar alguns dos efeitos nocivos da urbanização, melhorando as condições do microclima, diminuindo as concentrações da poluição atmosférica e atenuando os níveis de ruído, transformando as cidades em ambientes mais agradáveis (COHEN et al., 2014; FEYISA et al., 2014; BROWN et al., 2015; KLEMM, et al., 2015; HWANG et al., 2015; CHATZIDIMITRIOU & YANNAS, 2016; ALGECIRAS et al., 2016; MORAKINYO et al., 2017). Além disso, pesquisas existentes também indicaram que os parques urbanos aumentam a saúde física (KARDAN et al., 2015; WHEELER et al., 2015), a saúde mental (BRATMAN et al., 2015; BERMAN et al., 2012; RYAN et al., 2010) e os processos cognitivos (DADVAND et al., 2015; FABER & KUO, 2011). Diante do que foi exposto, é de extrema importância a realização de estudos na área, uma vez que os mesmos auxiliam no projeto e construção de espaços que mitigam os efeitos negativos das mudanças microclimáticas sob a população das grandes cidades. Dessa forma, o presente estudo teve como objetivo geral caracterizar o comportamento termohigrométrico e de conforto térmico em parque urbano de Cuiabá – MT.

2 Materiais e métodos 2.1 Área de estudo O presente estudo foi realizado na cidade de Cuiabá, capital do estado de Mato Grosso, situada na região centro oeste brasileira, a 15°35’46” de latitude sul e 56°05’48” de longitude oeste, com altitude média inferior a 200 m acima do nível do 12

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mar. Segundo a classificação de Köppen-Geiger, o perfil climático cuiabano é tropical continental semiúmido do tipo Aw, com duas estações representadas por chuvas na primavera-verão e por estiagem no outono-inverno. O parque selecionado para a avaliação, foi o Parque Estadual Zé Bolo Flô, localizado na região sul da malha urbana de Cuiabá, que possui uma área equivalente a 41 ha de unidade de conservação ambiental, sendo que dentro de seus limites estão inseridos a Escola de Saúde Pública Doutor Agrícola Paes de Barros, o Núcleo de Ofiologia, o Hospital Adauto Botelho, além de pistas e trilhas de caminhada em seu interior, (Figura 1).

Figura 1 - Localização do Parque Zé Bolo Flô em relação à Cuiabá, Brasil e América do Sul Fonte: Adaptada de Google Earth (2017) Coletânea física Ambiental

Conforme a Secretaria de Estado do Meio Ambiente de Mato Grosso (2012), o Parque Estadual Zé Bolo Flô tem a Floresta de Galeria como a fitofisionomia mais representativa em área, o relevo majoritariamente plano é caracterizado por entalhes fluviais de pequena profundidade, com predominância de declividades inferiores a 5%. Além disso, no contexto da bacia do rio Cuiabá, o parque está incluído na bacia hidrográfica do rio Coxipó, afluente direto do rio Cuiabá, distando aproximadamente 300 m de sua margem esquerda.

2.2 Coleta dos dados A pesquisa exploratória ocorreu em dias com condições atmosféricas favoráveis, ou seja, céu claro e ventos fracos (OKE, 1982) e foi efetuada tanto para o período matutino, com início às 8h00, quanto para o período vespertino, com início às 14h00, nos dias 26 a 28 de setembro de 2016, mês representativo do intervalo de estiagem e nos dias 5 a 7 de dezembro de 2016, mês característico do intervalo chuvoso. Para tal, definiu-se previamente o transecto móvel e 15 pontos com características distintas entre si, representativos da totalidade do parque, que propiciavam a execução de todo o percurso em um prazo máximo de 1h00, (Figura 2).

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Figura 2 – Percurso do transecto móvel e pontos aferidos do Parque Zé Bolo Flô Fonte: Adaptada de Google Earth (2017)

Dessa maneira, os dados das variáveis temperatura do ar (Ta) e umidade relativa do ar (UR) foram coletados por intermédio de um sensor termohigrômetro data logger, modelo HOBO e marca onset, protegido por um abrigo alternativo de Policloreto de Vinila (PVC), com o tempo de amostragem de 10 segundos e posicionado a 1,10 m acima da superfície do solo, conforme a norma ISO 7726 (ISO, 1998).

2.3 Determinação do Índice de Conforto e de Desconforto Térmico Humano Para calcular o Índice de Conforto Térmico Humano (ICH), utilizou-se a equação descrita por Anderson (1965) e citada por Querino (2017):

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(1)

Sendo que: É a temperatura do ar em °C; É a pressão de vapor, estimada pela equação (2): (2) Sendo que: É a umidade relativa do ar em %; É a pressão de vapor do ar saturado, estimada pela equação proposta por Tetens (1973): (3) Posteriormente, os resultados obtidos foram comparados com os valores de referência, dispostos na Tabela 01. Tabela 01 - Valores de referência para os Índices de Conforto Térmico Humano (ICH) Graus de umidade (ºC)

Efeito

20 – 29

Confortável

30 – 39

Conforto variando

40 – 45

Desconforto suportável

> 46

Desconforto insuportável Fonte: Elaborada pelos autores

Já para o cálculo do Índice de Desconforto Térmico Humano (IDH), empregou-se a equação retratada por Ono & Kawamura (1991) e citada por Querino (2017): 16

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(4)

Sendo que: É a temperatura do ar em °C; É a temperatura do ponto de orvalho em °C, estimada pela equação (5): (5) Sendo que: Corresponde ao valor de 17,27 ºC; Corresponde ao valor de 237,7 °C UR É a Umidade Relativa do ar em °C dividida por 100 (cem). Em seguida, os resultados alcançados também foram comparados com os valores de referência, expostos na Tabela 02. Tabela 02 - Valores de referência para os Índices de Desconforto Térmico Humano (ICH) Intervalo do IDH

Efeito

IDH > 80

Estresse devido ao calor

75 > IDH > 80

Desconforto devido ao calor

60 > IDH > 75

Confortável

55 > IDH > 60

Desconfortável devido ao frio

IDH < 55

Estresse devido ao frio Fonte: Elaborada pelos autores

Por fim, os dados de ICH e IDH entre os meses e os períodos analisados foram submetidos à estatística descritiva acoplada aos testes de normalidade de Kolmogorov-Smirnov ao nível de significância de 0,05. Coletânea física Ambiental

3 Resultados 3.1 Caracterização termohigrométrica Com os dados de temperatura do ar e umidade relativa do ar obtidos ao longo de todo o transecto, avaliou-se as condições microclimáticas do Parque Estadual Zé Bolo Flô por meio de gráficos temporo-espaciais, expostos nas Figuras 3a-b e 4a-b. Observa-se nas Figuras 3a-b que tanto para o mês de setembro, quanto para o mês de dezembro, as médias de temperatura do ar foram maiores no período vespertino em relação às médias alcançadas para o período matutino. Fato este que pode ser explicado pela variação diária da temperatura em resposta a radiação solar incidente ao decorrer do dia, quando a mesma evidencia valores máximos e mínimos diariamente. Em situações normais, o valor máximo ocorre aproximadamente duas horas depois da culminação do sol e o mínimo acontece um pouco antes do nascer do sol. Neste último caso, correspondente ao resfriamento radiativo da superfície terrestre (VAREJÃO-SILVA, 2006).

(a) 18

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(b) Figura 3 - (a) Variação da temperatura do ar no mês de setembro e (b) Variação da temperatura do ar no mês de dezembro

No mês de setembro, característico do intervalo de estiagem, os pontos 1 a 4 apresentaram as menores médias de temperatura do ar, cujos valores foram de 28,4 a 30,0 °C pela manhã e de 33,3 a 36,0 °C pela tarde. Ao adentrar na região mais vegetada do parque, as médias se mantiveram praticamente constantes entre os pontos 5 a 10. Entretanto, nota-se que a partir do ponto 11 até o ponto 16 as médias se elevaram de 30,5 a 31,6 °C pela manhã e de 36,7 a 37,7 °C pela tarde, (Figura 3a). Fundamentase essa elevação em decorrência dos pontos que se localizam próximos à malha de transporte público, com fluxo direto de automóveis e transeuntes, além de ser uma área de pouca vegetação. Já para o mês de dezembro, os pontos 1 a 4 abrangeram as menores médias de temperatura do ar, cujos valores foram de 27,3 a 29,4 °C pela manhã e de 32,4 a 33,2 °C pela tarde. No entanto, a partir do ponto 5 até o ponto 16, as médias apresentaram menor amplitude, registrando valores de 30,2 a 30,5 °C pela manhã e de 32,4 a 32,3 °C pela tarde, (Figura 3b). A menor amplitude das médias independentemente da localização dos pontos, pode ser Coletânea física Ambiental

justificada por dezembro ser um mês característico do intervalo chuvoso e sabe-se que a precipitação influencia diretamente na temperatura do ar, mesmo em períodos distintos do dia. Quanto à umidade relativa do ar (Figura 4a-b), a média registrada foi de 48,6 e 34,2% para o mês de setembro e de 60,4 e 57,3% para o mês de dezembro, nos períodos matutino e vespertino respectivamente. A máxima para o intervalo seco foi de 52,3% às 8h00 e a mínima foi de 32,3% às 14h00. Já para o intervalo chuvoso a máxima foi de 66,5% às 8h00 e a mínima foi de 38,9% também às 8h00.

(a)

(b) Figura 4 - (a) Variação da umidade relativa do ar no mês de setembro e (b) Variação da umidade relativa do ar no mês de dezembro 20

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No intervalo seco característico do mês de setembro (Figura 4a), a umidade relativa do ar apresentou-se inversamente proporcional ao da temperatura do ar, cujos pontos 1 a 4 apresentaram maiores médias, com valores de 52,3 a 51,1% pela manhã e de 37,1 a 34,8% pela tarde. Passando pela região mais vegetada do parque, as médias se mantiveram praticamente constantes entre os pontos 5 a 10 e decaíram-se a partir do ponto 11 até o ponto 16, com valores de 47,7 a 45,6% pela manhã e de 34,2 a 32,3% pela tarde, acontecimento este que pode ser explicado de modo análogo ao comportamento da temperatura do ar. Já para o intervalo chuvoso representativo do mês de dezembro (Figura 4b), houve elevação das médias de umidade relativa do ar nos pontos de 1 a 3, com valores de 38,1 a 66,5% pela manhã e de 43,9 a 59,2 pela tarde. Entretanto, a partir do ponto 4 até o ponto 16 as médias apresentaram menor amplitude, registrando valores de 63,5 a 60% pela manhã e de 59,6 a 57,5% pela tarde, fato que também pode ser justificado de modo semelhante à temperatura do ar.

3.2 Índice de Conforto e Desconforto Térmico Humano Observou-se que para todo o período de coleta, os índices de conforto e desconforto térmico humano calculados estão na faixa de conforto variando à graus de desconforto suportável, e desconfortável devido ao calor à estresse devido ao calor, respectivamente (Figura 5a-b).

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(a)

(b) Figura 5 - (a) Médias do Índice de Conforto Térmico Humano (ICH) para os meses de dezembro e setembro e (b) Médias do Índice de Desconforto Térmico Humano (IDH) para os meses de dezembro e setembro

Conforme a Figura 5a demonstra, os valores de ICH para o mês de dezembro apresentaram-se em sua maioria, superiores aos valores encontrados para o mês de setembro. Em dezembro, os graus variaram de 29,8 °C (mínimo) a 42,3 °C (máximo) pela manhã e de 38,7 °C (mínimo) a 44,9 °C (máxima) pela tarde. Já para 22

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o mês de setembro, os graus variaram de 34,1 °C (mínimo) a 37,8 °C (máximo) pela manhã e de 38,2 °C (mínimo) a 43,8 (máximo) pela tarde. Neste contexto, de acordo com a Tabela 01, os efeitos do ICH foram de conforto variando à desconforto suportável. Sob outra perspectiva, na Figura 5b fica evidente que os graus de IDH para o período matutino em ambos os meses ficaram bem próximos, com valores mínimos de 74,1 °C e 73,0 °C e com valores máximos de 81,0 °C e 81,2 °C para o mês de setembro e dezembro respectivamente. Em contrapartida, no período vespertino os valores de IDH para o mês de setembro apresentaram-se superiores ao valores encontrados para o mês de dezembro, diferenciando-se em 1,3 °C para o valor mínimo e 5,4°C para o valor máximo. Dessa forma, consoante a Tabela 02, os efeitos do IDH foram de desconforto devido ao calor à estresse devido ao calor. De modo geral, os pontos iniciais (1 a 3) e os pontos finais (10 a 15), evidenciaram maiores índices tanto para o conforto, quanto para o desconforto térmico. Condição esta que pode ser explicada pela própria localização dos pontos e em decorrência do calor armazenado pelos materiais que revestem o solo, além da falta de vegetação quando comparados com os demais pontos do presente estudo.

4 Conclusões Com a caracterização termohigrométrica, pode-se observar que a temperatura do ar e a umidade relativa do ar variaram espacialmente e sazonalmente ao longo de todo o transecto. Foi constatado que de acordo com a configuração do espaço a temperatura do ar foi maior, em relação aos pontos mais próximos a ruas e avenidas e menor em áreas mais vegetadas. A umidade relativa do ar também mostrou sofrer influência da vegetação, Coletânea física Ambiental

apresentando valores maiores para os pontos localizados em áreas mais vegetadas. Além disso, os valores dos índices de conforto e desconforto térmico humano encontrados, mostraram-se dentro da faixa de grau de conforto variando e estresse devido ao calor, respectivamente. Dessa maneira, fica evidente a importância de estudos na área, pois verificou-se que diferentes configurações paisagísticas exercem também diferentes influências no microclima específico do próprio parque urbano.

Agradecimentos Os agradecimentos se restringem ao Programa de Pós-graduação em Física Ambiental - PGFA da Universidade Federal de Mato Grosso - UFMT, por toda a estrutura cedida e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES pelo auxílio financeiro.

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PARTE 2 Variação sazonal do Índice de Área Foliar em meio urbano de Cuiabá – MT Ana Clara Matias Alves¹; Marta Cristina de Jesus Albuquerque Nogueira²; Flávia Maria de Moura Santos²; Carmen Eugenia Rodriguez Ortiz3; Francisco de Almeida Lobo4 ; José Holanda Campelo Júnior4 1 Doutoranda do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT, Cuiabá/ MT E-mail: clarasevla@gmail.com 2 Professoras do Departamento de Arquitetura e Urbanismo/ FAET e do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT, Cuiabá/ MT E-mail: mcjanp@gmail.com E-mail: flavia-mms@hotmail.com 3 Professora do Instituto de Biologia/ IB e do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT, Cuiabá/ MT E-mail: cerortiz@yahoo.com.br 4 Professores do Departamento de Agronomia/ FAMEV e do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT, Cuiabá/ MT E-mail: fdealobo@gmail.com E-mail: jcampelo@terra.com.br

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1 Introdução A mudança climática é uma questão urgente e global que ameaça a longevidade dos seres vivos, essencialmente da espécie humana (GREGG et al., 2018) e estudos relatam que essa mudança está associada com as interferências antrópicas, como por exemplo, queimadas, poluição atmosférica, hídrica e dos solos, além principalmente dos extensos desmatamentos (BUIZER et al., 2014; SALAZAR et al., 2016; SHAHBOL et al., 2018; KHETRAPAL, 2018; VALE & PIRES, 2018). O desmatamento modifica o fluxo de energia, de água e a dinâmica entre a superfície terrestre e a atmosfera, (HUNKE et al., 2015; SWANN et al., 2015), propiciando a redução da precipitação e consequentemente da umidade, desencadeando veranicos mais frequentes e aumentando a temperatura média do ar (KLINK & MACHADO, 2005). Ademais, a retirada da cobertura vegetal também aumenta a fração refletida da radiação solar, reduz a área foliar, a profundidade de enraizamento da planta, o armazenamento de água no solo e a rugosidade da superfície (VOURLITIS et al., 2008). Nesse contexto, o crescimento desordenado das cidades brasileiras, muita das vezes negligenciam a importância da vegetação como componente necessário ao espaço urbano e as consequências geradas pela ausência de planejamento, interferem diretamente nas condições microclimáticas e na qualidade de vida dos citadinos. Um exemplo dessa realidade é o estado de Mato Grosso, cuja capital Cuiabá após as intervenções urbanas relacionadas com a Copa do Mundo de 2014, ampliou a quantidade de suColetânea física Ambiental

perfícies impermeáveis, contribuindo com o aumento da temperatura do ar e a diminuição da umidade relativa do ar em escala microclimática (PAULA, 2017). Dessa forma, numerosos estudos evidenciaram que as árvores são parte essencial de cada comunidade urbana, contribuindo com o fornecimento de oxigênio e a absorção de dióxido de carbono, melhorando a qualidade do ar, preservando os corpos hídricos e os solos, diminuindo a temperatura do ar e a velocidade do vento, aumentando a umidade e influenciando diretamente no conforto térmico (MATZARAKIS & ENDLER, 2010; ABREU-HARBICH et al., 2012; ABREU-HARBICH et al., 2014; MATZARAKIS, 2013; NASIR et al., 2015). Entretanto, as espécies arbóreas se comportam de maneiras diversas em espaços ao ar livre, especialmente em termos de diferenças em sazonalidade e sombra, e um dos parâmetros que auxilia a determinação da espécie mais adequada para o meio urbano, é o Índice de Área Foliar (IAF), definido por Watson (1947), como sendo a razão entre a área foliar do dossel e a unidade de superfície projetada no solo. Nessa perspectiva, é de extrema importância conhecer o IAF de diferentes árvores, uma vez que o mesmo contribui com o planejamento, urbanismo e qualidade de vida nas grandes cidades. Assim, o objetivo geral do presente estudo foi caracterizar a variação sazonal do Índice de Área Foliar em meio urbano de Cuiabá-MT.

2 Materiais e métodos 2.1 Área de estudo O estudo em questão foi desenvolvido em Cuiabá, capital do estado de Mato Grosso, localizada na região centro oeste do Brasil, a 56°05’48” de longitude oeste e a 15°35’46” de latitude

sul, com altitude média inferior a 200 m acima do nível do mar. Além disso, segundo a classificação de Köppen-Geiger, o perfil climático é tropical continental semiúmido do tipo Aw, com duas estações representadas por chuvas na primavera-verão e por estiagem no outono-inverno. A área escolhida para a caracterização foi o Parque Estadual Zé Bolo Flô, situado na região sul da malha urbana de Cuiabá. O mesmo abrange uma unidade de conservação ambiental equivalente a 41 hectares, encontrando-se dentro de seus limites a Escola de Saúde Pública Doutor Agrícola Paes de Barros, o Núcleo de Ofiologia, o Hospital Adauto Botelho e infraestruturas para caminhada e lazer, (Figura 1).

Figura 1 - Localização do Parque Estadual Zé Bolo Flô Fonte: Adaptada de Google Earth (2017)

De acordo com a Secretaria de Estado do Meio Ambiente de Mato Grosso (2012), o Parque Estadual Zé Bolo Flô detém a Floresta de Galeria como a fitofisionomia mais expressiva em área, o relevo predominantemente plano é identificado por entalhes fluviais de pequena profundidade, com influência de declividades inferiores a 5%. Ademais, o parque está incluído na bacia hidrográfica do rio Coxipó, afluente direto do rio Cuiabá, distando aproximadamente 300 m de sua margem esquerda. Coletânea física Ambiental

2.2 Coleta dos dados A pesquisa exploratória ocorreu em dias com condições atmosféricas favoráveis, ou seja, céu claro e ventos fracos (OKE, 1982) no dia 09 de outubro de 2016, mês representativo do intervalo de estiagem e no dia 06 de março de 2017, mês característico do intervalo chuvoso. Para tal, definiu-se previamente as espécies arbóreas representativas do parque, baseando-se no critério da observação do próprio local, em relação a quantidade das mesmas. Em sequência, considerou-se as características distintas de cada espécie, demonstradas na Figura 2 e estabeleceu-se as áreas adequadas para a medição, ou seja, topografia acessível, sem interferência de transeuntes e de sombreamento provocado por edificações.

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Figura 2 - Características distintas de cada espécie arbórea Fonte: Adaptada de Abreu-Harbich et al. (2015) Coletânea física Ambiental

Dessa maneira, foram escolhidas 7 espécies arbóreas, (Figura 3a) e o Índice de Área Foliar (IAF) foi determinado pelo método indireto não-destrutivo, usufruindo-se de oitenta sensores de Radiação Fotossinteticamente Ativa (RFA), presentes em um ceptômetro AccuPAR, modelo Lp-80, (Figura 3b). Logo, o equipamento foi posicionado à 0,5 m acima da superfície terrestre e a leitura do mesmo estimou o IAF a partir das medições da radiação solar incidente e da transmitância da radiação através do dossel, com coletas realizadas fora e dentro da área sombreada, no período das 14h00, (Figura 3c).

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Figura 3 - (a) Espécies arbóreas caracterizadas, (b) Equipamento ceptômetro e (c) Posicionamento do ceptômetro e metodologia empregada nas medições Fonte: Elaborada pelos autores, 2017 Coletânea física Ambiental

Por fim, os valores de IAF das 7 espécies, tanto para o período de estiagem, quanto para o período chuvoso, foram submetidos à estatística descritiva acoplada aos testes de normalidade de Kolmogorov-Smirnov ao nível de significância de 0,05.

3 Resultados 3.1 Índice de Área Foliar (IAF) para o intervalo de estiagem Nota-se com a Figura 4, que para o intervalo de estiagem a espécie que apresentou maior IAF foi a Licania tomentosa com o valor de 5,43, seguida da Dipteryx alata com 4,99 e da Vatairea macrocarpa com 3,10. Em contrapartida, o menor IAF foi estimado para a espécie Bowdichia virgillioides com o valor de 1,15, seguida da Enterolobium contortisiliquum com 1,96, da Cariniana rubra com 2,35 e da Curatella americana com 3,06. Figura 4 - Índice de Área Foliar (IAF) para as sete espécies amostradas no intervalo de estiagem

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A Licania tomentosa popularmente conhecida como Oiti é uma árvore perene, frutífera, originária das restingas costeiras do nordeste do Brasil e muito utilizada na arborização urbana. Possui folhagem do tipo simples e formato elíptico, copa com permeabilidade alta, geometria com ramificação horizontal e alcança elevado comprimento. Por esse motivo, quando comparada com outras espécies, atua com eficiência, barrando a transmitância da radiação solar através de seu dossel, fato verificado também em outros estudos (ALMEIDA JÚNIOR, 2005; OLIVEIRA, 2011; RIBEIRO, 2016). Já a Bowdichia virgillioides, vulgarmente denominada de Sucupira preta é uma árvore comumente encontrada no cerrado brasileiro, detém folhagem do tipo imparipinada e formato elípitico, copa com permeabilidade média a baixa, geometria com ramificação horizontal e também atinge elevado comprimento. Entretanto, a espécie em questão é decídua, caracterizada pela perda de folhas durante os intervalos de estiagem, circunstância que pode explicar o menor IAF estimado. De modo geral, os dados alcançaram um IAF médio de 3,15, com desvio padrão de 1,56, variância de 2,44, assimetria de 0,49 e nível de significância equivalente a 1,44, sendo maior que o valor do alfa de referência, aceitando portanto a hipótese de aderência à distribuição de normalidade.

3.2 Índice de Área Foliar (IAF) para o intervalo chuvoso Observa-se com a Figura 5, que para o intervalo chuvoso a espécie que apresentou maior IAF foi a Licania tomentosa com o valor de 5,72, seguida da Dipteryx alata com 5,67, da Vatairea macrocarpa com 3,72 e da Curatella americana com 3,44. Por outro lado, o menor IAF foi obtido para a espécie Bowdichia virgillioides com o valor de 1,40, seguida da Enterolobium contortisiliquum com 2,57 e da Cariniana rubra com 2,94. Coletânea física Ambiental

Figura 5 - Índice de Área Foliar (IAF) para as sete espécies amostradas no intervalo chuvoso

Verifica-se também que em todos os casos, o IAF foi superior ao encontrado no intervalo de estiagem, merecendo destaques a espécie Licania tomentosa, que confirmou suas características físicas descritas anteriormente, desenvolvendo-se no intervalo chuvoso e consequentemente acrescendo o seu IAF de 5,43 para 5,72 e a Bowdichia virgillioides, que mesmo com o aumento do seu IAF de 1,15 para 1,40, ainda permaneceu com o menor resultado alcançado. Dessa forma, os dados atingiram um IAF médio de 3,64, com desvio padrão de 1,59, variância de 2,52, assimetria de 0,27 e nível de significância igual a 1,47 estando maior que o valor do alfa de referência, aceitando assim a hipótese de aderência à distribuição de normalidade.

4 Conclusões As espécies arbóreas que apresentaram maiores IAF’s independente da sazonalidade, foram a Licania tomentosa com valores de 5,43 e 5,72 e a Dipteryx alata com valores de 4,99 e 40

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5,67. Dessa forma, perante as espécies caracterizadas e diante da inferência que quanto maior o índice de Área Foliar, maior será a interceptação da radiação solar, a Licania tomentosa e a Dipteryx alata são as mais indicadas para a arborização urbana, com respectivas melhorias das condições bioclimáticas dos ambientes. Em contrapartida, os menores IAF’s independentes da sazonalidade foram alcançados pelas espécies Bowdichia virgillioides com valores de 1,15 e 1,40 e a Enterolobium contortisiliquum com valores de 1,96 e 2,57, inferindo que não são indicadas como componente arbóreo das grandes cidades, quando plantadas isoladamente.

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PARTE 3 Análise de variáveis micrometeorológicas, transformadas wavelets cruzada e coerência em ecossistema de cerrado urbano Ângela Fátima da Rocha1; Carlo Ralph de Musis2; José de Souza Nogueira3 1 Doutoranda do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT e Prof. Msc. Inst. Federal de Mato Grosso/ IFMT, Cuiabá/ MT E-mail: angela.rocha@cba.ifmt.edu.br 2 Professor do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT e da Universidade de Cuiabá/ UNIC, Cuiabá/ MT E-mail: carlo.demusis@gmail.com 3 Professor do Instituto de Física/ IF e Coordenador do Programa de Pósgraduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT, Cuiabá/ MT E-mail: nogueira@ufmt.br

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1 Introdução O clima é um exemplo de um sistema que pode ser caracterizado como complexo, sujeito às interferências de diversas variáveis naturais e humanas, o que é responsável pela sua linearidade, ou não, e sua dinâmica. Portanto, trabalhar com fenômenos ligados ao clima e ao tempo significa pensar em possibilidades ao invés de certezas absolutas; porque as mudanças climáticas por si só é um tema fecundo para discussões científicas, e que possibilitam vários estudos sobre suas causas, efeitos, e consequências. A temperatura do ar e a umidade relativa do ar em ambiente urbano abrangem diferentes escalas espaço-temporal, tornandose necessária para sua compreensão à utilização de análises estatísticas que possibilitem a compreensão de padrões repetitivos. Sendo assim, análises de séries temporais por meio das Transformadas Wavelets permitem em diferentes dimensões de tempo, escala e intensidade de energia, identificar padrões comportamentais como uma ferramenta qualitativa a serviço da dinâmica dos microclimas urbanos, (TORRENCE & COMPO, 1998), (FENG & LIANG, 2016). A Transformada Wavelet revela no tempo em qual parte do sinal analisado transporta energia significativa e em quais frequências (escalas) isso acontece Para verificação de semelhança entre dois sinais, o Espectro Wavelet Cruzado TWX, que se caracteriza pelo módulo e pela fase da Transformada Wavelet Tradicional TWC mais a Coerência Wavelet, constituem o espectro normalizado da TWX, suavizado no tempo e na escala, (ADDISON, 2017), (DOMINGUES et al, 2016), (TORRENCE & WEBSTER, 1999). Coletânea física Ambiental

O Centro-Oeste brasileiro possui uma das cidades mais quentes do Brasil e por pertencer a um ecossistema de Cerrado, faz com que seu processo de crescimento urbano deva ter especial atenção. O cerrado é um bioma ameaçado e a sobrevivência de suas espécies depende de conservação e preservação, principalmente considerando a expansão urbana. O conhecimento da dinâmica da temperatura do ar e das temperaturas das superfícies na cidade, bem como, sua interação com a umidade relativa do ar, e ventos e as precipitações, juntamente com os processos de absorção, irradiação e reflexão nas cidades, é algo complexo de se analisar. Exigindo análises com abordagens multiescala. Neste contexto, o objetivo do trabalho foi analisar o comportamento de um microclima urbano através das variáveis micrometeorológicas temperatura do ar e umidade relativa do ar, por meio da Transformada Wavelet de Morlet, Wavelet Cruzada e Coerência Wavelet.

2 Material e Métodos A cidade de Cuiabá, Capital do estado de Mato Grosso, tem coordenada de 15°35’ S e 56°06’ O, altitude de 165 m, e está localizada na região denominada “depressão cuiabana”. Possui uma área de 3.224,68km², sendo 254,57km² de área urbana e 2.970,11km² de área rural. Situa-se em região de encontro de três importantes ecossistemas brasileiros, o Cerrado ao seu entorno, o Pantanal ao sul, e a floresta Amazônica ao norte. A vegetação predominante é o Cerrado, sendo que as matas mais densas são encontradas nas proximidades dos cursos d’água, (CUIABÁ, 2012). O clima regional de acordo com a classificação de Köppen é Aw, que representa um clima tropical semi-úmido, com duas estações bem definidas, uma seca (outono-inverno) e uma chu48

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vosa (primavera-verão). As temperaturas do ar médias anuais oscilam entre 25°C e 26°C, enquanto as máximas, frequentemente, ultrapassam 35°C durante quase o ano todo. A temperatura do ar média anual máxima em Cuiabá varia de 31°C a 34°C. Já a temperatura do ar mínima média anual, varia entre 18 a 21°C. Enquanto que a umidade relativa do ar tem média anual de 70%, no inverno a umidade relativa do ar diminui, chegando a níveis de 12%, ocorrendo então a estação seca. A média da precipitação acumulada anual é de 1500 mm/ano. A direção do vento predominante é N (norte) e NO (noroeste) durante grande parte do ano, e S (sul) no período do inverno. Cuiabá esta situada em uma depressão geográfica o que faz com que a frequência e a velocidade média dos ventos sejam extremamente baixas, minimizando o efeito das trocas térmicas por convecção e ressaltando ainda mais a influência do espaço construído sobre a temperatura do ar.

Figura 1 – Região de estudo - 15°36’ S e 56°04’O Fonte: Google Earth Pró Coletânea física Ambiental

Cuiabá tem suas maiores temperaturas do ar entre agosto, setembro e outubro, e mínimas temperaturas do ar em maio, junho e julho. Os dados de temperatura do ar e umidade relativa do ar foram medidos em uma estação micrometeorológica marca Davis Instruments do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental do campus da Universidade Federal de Mato Grosso, em pesquisa de Análise e Modelagem Microclimática de Sistemas Urbanos, conforme Figura 1. Os dados de temperatura do ar e umidade relativa do ar foram compilados em planilhas e inseridos como dados de entrada em dois algoritmos. Um deles conforme Torrence & Compo (1998) e o outro, conforme Jevrejeva, Moore, Grinsted (2003). A Wavelet complexa não ortogonal de Morlet foi utilizada e definida pela Equação 1. Em que, é o valor de wavelet para um parâmetro não adimensional, é a frequência e fornece o número de oscilações dentro da própria wavelet, t é o período ou escala temporal de análise. Equação 1 A transformada Wavelet por ser capaz de decompor outra função em diferentes escalas de frequência e tempo, e por ser a Wavelet de Morlet de baixa oscilação na extração de características, são eficientes no trato de variáveis microclimáticas. As wavelets possuem janelas móveis no tempo e no espaço, que se dilatam ou se comprimem para capturar sinais de baixa e alta frequência, fato que auxilia nas análises das variáveis microclimáticas adotadas (Ehlers, 2009). Segundo ainda Vilani & Sanches (2013), Addison (2017) adotou-se = 6 para satisfazer a condição de admissibilidade, significando que para este valor os erros devidos à média não igual a zero, são menores que os erros típicos de arredondamento (DOMINGUESs et al, 2016). 50

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Para examinar a relação e a semelhança entre dois sinais foi utilizado o Espectro Wavelet Cruzado TWX, segundo Grinsted, Moore, Jevrejeva (2004), caracterizado pelo módulo e pela fase da Transformada Wavelet Tradicional TWC. Conforme Torrence & Webster, (1999), foram geradas as TWX, das séries de temperatura do ar, X(t) e de umidade relativa do ar, Y(t), por exemplo, com as respectivas transformadas Wx(s,t) e Wy(s,t) e o seu conjugado (*), onde “s” é a escala e “t” o tempo. O produto entre elas é apresentado por meio da Equação 2. Equação 2 O termo XWf,g(a,b) da Equação 2, expressa o produto dos coeficientes da Transformada Wavelet em uma dada escala “a” nas vizinhanças (t = b), onde os espectros de energia são cruzados, e as duas séries testadas e expostas a verificações quanto as suas relações de fase ou anti fase no espaço tempo-frequência. A potência da TWX é a energia de fundo do espectro, onde o nível de confiança utilizado é de 95%. A Coerência Wavelet constitui o espectro normalizado da TWX, suavizado no tempo e na escala, os coeficientes do Espectro Wavelet Cruzado revelam quando existe um grau elevado de correlação entre f(t) e g(t). A Equação 3 apresenta o fator (s-1) utilizado para normalizar a densidade de energia, e (s) é o operador de suavização em tempo e escala utilizados. Equação 3

A correlação entre os dois sinais é fornecida conforme Misiti et al. (2017) em função do tempo e frequência. Sendo uma medida de associação entre as duas séries de temperatura do ar Coletânea física Ambiental

e umidade relativa do ar, permitindo a visualização de eventos coincidentes sobre as escalas e frequências em cada instante de tempo dos sinais das séries. Testes de Monte Carlo são realizados pelo algoritmo na verificação de nível de significância de 95% para filtros de ruído branco gaussiano. Os efeitos de borda são considerados conforme cone de influência (COI) inseridos nos escalogramas de TWC, TWX e CW. Segundo Domingues et al (2016) outros métodos clássicos de “correlação cruzada”, por exemplo, poder ser usados para determinar as estruturas coerentes de dois sinais apenas em relação a sua defasagem temporal, mas, eles falham quando existem múltiplos períodos. Sendo assim, observações devem ser feitas quanto a correlações cruzadas wavelets, por gerarem coeficientes simétricos em relação a “b”; e pertencerem ao intervalo [-1,1]. Outro método ainda, a “correlação por escala” pode ser utilizado no estudo das relações entre diferentes escalas de dois sinais “f e g” analisados no domínio da wavelet, e essa correlação é verificada por meio dos algoritmos utilizados com os diferentes tipos de sinais. Portanto, possibilitando que os resultados do espectro cruzado possam indicar resultados que sejam verificados como verdadeiros nos testes de significancia de inter-relação entre duas séries temporais, o que permite a análise dos resultados, e das análises da TWC, TWX e CW. Os dados foram apresentados em formato bruto, na intenção de não modificar a originalidade dos mesmos na verificação das periodicidades. Neste estudo os algoritmos utilizados foram de C. Torrence. Disponível em: http://paos.colorado.edu/research/wavelets. Acesso em: 27 out. 2016. E de Grinsted, J.C.. Disponível em: http://noc.ac.uk/using-science/crosswavelet-wavelet-coherence. Acesso em: 27 out. 2016. 52

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4 Resultados e Discussão Para a Fração Urbana estudada, as distribuições das variáveis temperatura do ar e umidade relativa do ar foram Normais, com Testes de Kolmogorov-Smirnov que rejeitam as hipóteses de não normalidade com distribuições homocedásticas; as medidas de tendência central, quer dizer, as médias e as medianas quase não divergiram. Para as análises de amplitudes, a assimetria da temperatura do ar foi levemente positiva, e para umidade relativa do ar a assimetria foi mais acentuada a esquerda, e as curtoses para temperatura do ar e umidade relativa do ar, indicando achatamentos leves para os picos das distribuições em relação à distribuição gaussiana, indicando distribuições mesocúrticas. A análise exploratória para a variável vento indica que a estatística paramétrica não se aplica a essa série de dados, conforme teste de Kolmogorov-Smirnov, neste caso os intervalos de confiança foram calculados por bootstrap. A presença de tendências foi validada pelo teste não paramétrico de Mann-Whitney, pois se tratam de dados ambientais aleatórios e complexos. Para o período de 23 de setembro de 2015 a 22 de março de 2016, estação chuvosa, compreendendo as estações do ano (primavera-verão), as médias mensais mais elevadas das temperaturas do ar e umidades relativas do ar ocorreram em setembro (30,7ºC±4,0ºC) e em janeiro (81,2%±8,9%) respectivamente; as médias mensais mais baixas ocorreram em janeiro (27,9ºC±1,9ºC) e setembro (52,8%±15,9%); com amplitude térmica de 2,8°C para temperatura de e 28,4% para umidade. No período de 23 de março de 2016 a 27 de julho de 2016, estação seca, compreendendo as estações do ano (outono-inverno), as médias mensais mais elevadas das temperaturas do ar e umidades relativas do ar ocorreram em abril (28,8ºC±4,1°C) e março (79,4%±5,4%); as médias mensais mais baixas em marColetânea física Ambiental

ço (24,0°C±1,3ºC) e julho (54,0%±10,0%) respectivamente; com amplitude térmica de 4,8°C para temperatura de e 25% para umidade. As características foram de clima quente e úmido para (primavera-verão), com médias diárias de temperatura do ar e umidade relativa do ar de (29,5ºC±2,6ºC) e de (69,6%±4,7%) respectivamente; no entanto, para (outono-inverno) a característica continua de clima quente só que seco. As médias diárias de temperatura do ar e umidades relativas do ar foram (26,8°C±3,8ºC) e (64,6%±4,6%) respectivamente, repetimos que este comportamento é comum em regiões de cerrado. Mesmo carregando o título de cidade verde, por possuir um percentual de área verde quase a 3:1 (árvore/habitante), Cuiabá necessita por conta desse clima urbano de cerrado, da valorização da importância da influência do espaço construído urbano sobre a temperatura do ar, bem como, as consequências do clima quente em microambientes urbanos (CUIABÁ, 2015); salientamos que, na estação seca às horas mais quentes do dia, as temperaturas do ar máximas observadas foram de 39,0°C±4,0ºC contra 15%±3,0% de umidades relativas mínimas do ar. Sendo assim, a conhecida “friagem cuiabana” (NOGUEIRA et al, 2012), aliada às essas amplitudes térmicas de alguns dias, sugerem quadros patológicos não só aos indivíduos, mas, também às construções, que sofrem retrações e dilatações variadas, causando fissurações nos sistemas estruturais e nos revestimentos (ROCHA, 2014), (ANDRADE, 2005). As análises wavelets partiram de amostragens com leituras de 5 em 5 minutos. A Figura 2(a) possibilita a visualização das variabilidades das séries temporais originais ao longo do tempo respectivamente; e a Figura 2(b) trás as variâncias móveis ao longo do tempo, e acima da linha tracejada, o modelo de ruído branco com 95% de confiabilidade. 54

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Figura 2 - (a) Séries temporais de temperatura do ar, umidade relativa do ar e vento, e (b) variâncias móveis anuais das variáveis Fonte: Elaborado pelo autor

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Os gráficos de variâncias móveis demonstram os níveis de ruído vermelho junto aos sinais temporais, o ruído vermelho ocorre mais frequentemente em período seco, ou nos períodos intermediários úmido-seco e seco-úmido. No entanto, a série de dados estudada demonstra temperaturas diurnas do ar em alta e com decréscimos rápidos (chegada de massas de ar do Atlântico), em fenômeno de inversão térmica para os primeiros 50 dias juliano (NOGUEIRA et al, 2012). As frequências sazonais diárias urbanas do cerrado obtidas para este período chuvoso, podem ser observadas por meio da Figura 2. A Figura 3 representa um gráfico auxiliar para análises considerando o recorte do período estudado.

Figura 3 – Gráfico auxiliar para Fração Urbana Fonte: Elaborado pelo autor

Para este período chuvoso, iniciado em 22 de setembro de 2015 e finalizado em 22 de março de 2016, as séries de temperatura do ar, umidade relativa do ar e vento, sugerem maiores níveis de ruído vermelho no início do período chuvoso; nem sempre nesta época do ano ocorrem chuvas, e sim instabilidades devido à chegada das massas de ar do Atlântico; houveram duas inversões térmicas gerando os aumentos de ruídos vermelhos neste período. Primeiramente por volta dos 50 dias juliano do ano de 2015 e no final do período chuvoso, por volta do dia juliano 116 do ano de 2016 em período subsequente de novas instabilidades, estando as temperaturas do ar por exemplo em 56

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variações abruptas. Os dados de umidade relativa do ar seguem o padrão exposto para temperaturas do ar. Para os dados de vento, as variâncias não demonstram variações abruptas, o que é confirmado pela baixa velocidade dos ventos na depressão do relevo cuiabano. Pelas propriedades elementares da Wavelet de Morlet, linearidade e conservação de energia, covariância e localização no espaço e na escala, bem como, nas condições de admissibilidade, similaridade, inversibilidade e regularidade, conforme (Addison, 2017), a Transformada Wavelet tradicional TWC resulta em escalogramas coloridos de energia anual médio, que possibilitam as analises sazonais. E essas frequências sazonais urbanas do cerrado para os períodos seco e chuvoso, são visualizadas por meio dos Espectros Wavelets Globais, EPG, (Figura 4). Os escalogramas são formados por coeficientes que representam a intensidade e a fase da variação do sinal; os módulos desses coeficientes mostram a amplitude do sinal, e a energia fornecida é a densidade da mesma. Conjuntamente, o Espectrograma de Potência Global EPG é o gráfico da variância global sendo interpretado como a contribuição da energia da escala na energia total da função Morlet em relação ao tempo. A paleta de cores utilizada possui distribuição logarítmica, e a significância das amplitudes dos coeficientes encontrados pelas TWC verificam: as fronteiras do espectro, onde o chamado cone de influência COI define o decaimento do espectro em cada escala; bem como, o nível de significância de 95% para ruído vermelho de fundo para áreas circuladas em cor preta no domínio temporal, ocorridas para variável vento, e nos períodos de variação da pressão atmosférica do ar. As TWC´s fornecidas na Figura 4 para temperatura do ar, umidade relativa do ar e vento demonstram periodicidades de 24 horas (ciclo diário) conforme movimento de rotação do planeta, com leve pico na alta frequência para temperatura Coletânea física Ambiental

do ar e umidade relativa do ar em seus espectrogramas globais EPG, representadas pela cor vermelha e alaranjada nos escalogramas; para a variável vento a periodicidade do ciclo diário não é efetivamente uniforme ao longo do ano, apesar de possuir pico de alta frequência no espectro de potência EPG para o período chuvoso. Periodicidades de 4, 8 e 16 dias em alta frequência na cor vermelha, em domínios temporais de 1000 a 2000 horas, 3000 a 4500 horas, pertencentes ao período seco para as duas primeiras variáveis; bem como, periodicidade de 32 dias em alta potência a 4500 a 6500 horas para variável umidade relativa do ar. A variável vento apresenta comportamento quiçá estranho, sugestivo de possível fenômeno sistemático ter ocorrido em parte do período seco do ano de 2016, ou a conformidade física do local devido as variações na pressão atmosférica do ar serem percebidas durante o período de insolação.

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Figura 4 - TWC tradicionais para temperatura do ar e umidade relativa do ar Fonte: Elaborado pelo autor

ColetĂ˘nea fĂsica Ambientalâ&#x20AC;&#x192;

Para período sazonal chuvoso, praticamente não ocorrem periodicidades coincidentes nas TWC das variáveis, pois a variabilidade do calor latente do vapor de água, não permite periodicidades dominantes de temperatura do ar; ainda assim a sazonalidade tropical de cerrado foi bem marcada para as variáveis. Fica ressaltada a relação de defasagem entre a variável temperatura do ar e umidade relativa do ar, demonstrando a inversibilidade que existe entre elas. Notamos ainda periodicidades de 4 a 64 dias em domínio temporal de 8000 a 10000 horas em alta potência para período sazonal seco subsequente ao chuvoso, em cores vermelha e vermelha escura, com espectros de potência em baixa e alta frequência no espectrograma EPG. Os resultados das TWX (Figura 5) demonstram os espectros de fundo formado pelos coeficientes das inter-relações entre as variáveis, verificamos que a sazonalidade esta presente em todas elas, bem como, o ciclo diário.

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Figura 5 - TWX das variáveis temperatura do ar, umidade relativa do ar e vento Fonte: Elaborado pelo autor

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Os coeficientes que sugerem as inter-relações fornecem apenas pequenas áreas circuladas pelo critério de confiabilidade do 95%; no entanto, as três TWX’s apresentam coincidências em suas áreas de padrão intermediário, cores alaranjada e amarela. As análises wavelets por serem sugestivas da distribuição de seus coeficientes por meio da energia dos mesmos, acabam sendo sugestivas dos fluxos de calor, por exemplo, o fluxo de calor sensível alijado aos fluxos de calor antropogênico, ao calor das superfícies urbanas, às concentrações de aerossóis e a nebulosidade, bem como aos fluxos de calor do solo, podem complementar os balanços de radiação e de energia nos diversos microclimas. De modo geral, o fluxo de calor latente possui maior importância no balanço de energia das áreas rurais; mas, para as cidades, o fluxo de calor sensível apresenta maior contribuição quanto ao conforto térmico (GRIMMOND, 2006), (MILLS et al, 2015), (QUERINO, 2016). As análises wavelets aliadas a dados coletados por estações micrometeorológicas simples, em conjunto por exemplo aos estudos da Razão de Bowen, nos permite visualizar os balanços de energia, completando a dinâmica urbana (PENG et al, 2016). Os coeficientes da Coerência Wavelet CW são mostrados também em escalograma (mapa de cores) para os três sinais originais. O eixo horizontal representa o domínio temporal e o vertical às escalas utilizadas para realizar o cálculo da Coerência. Se os sinais possuírem as mesmas frequências e as mesmas amplitudes, isto é, se forem praticamente iguais, o grau de correlação entre eles será alto, quer dizer, próximo de 1. Este fato é percebido por meio da intensidade das cores dos coeficientes nos escalogramas. Sendo assim, a Coerência Wavelet apresenta valores entre 0(zero) e 1(um). Para valores próximos de 1(um) a correlação é alta e a cor com que se representa isso é o vermelho escuro; para valores próximos de 0(zero) a correlação é baixa, e a cor representante é o azul escuro. As cores azul claro, verde, ama62

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relo e alaranjado, perfazem os valores intermediários crescentes e decrescentes. Todas as áreas em vermelho escuro foram agrupadas por testes de Monte Carlo para nível de confiança de 95% para modelo de ruído branco gaussiano. Neste trabalho usamos a CW utilizada pelos pesquisadores (TORRENCE & WEBSTER, 1999). A Figura 6 mostra as CW para teste de significância de inter-relações entre as séries temporais analisadas (FRICK & GROSSMANN, 1998) e (GEISSBUEHLER, 2013).

Figura 6 - CW para variáveis temperatura do ar, umidades relativa do ar e vento Fonte: Elaborado pelo autor

Pela Teoria Cinética dos Gases, quando um gás ideal passa de um estado inicial para um estado final de temperatura e volume, a variação de entropia existente é real. A medida Coletânea física Ambiental

da temperatura de um gás, por exemplo, o vapor de água na atmosfera, também se obtém pela informação sobre a energia cinética média de suas moléculas, já que a temperatura do ar é a variável que permite saber para onde vai o fluxo de calor; sendo assim, existe cada vez mais a necessidade do conhecimento de como variam os transientes de temperatura do ar nos microclimas e topoclimas urbanos (ARAGHI et al, 2015), (VAL et al, 2016). As regiões tropicais do Centro-Oeste brasileiro, por serem extremamente influenciadas pela sazonalidade, podem utilizar as ferramentas Wavelets nas diversas escalas climáticas, pois as mesmas demonstram eficiência nos estudos qualitativas, tão necessárias para o desenvolvimento urbano. As análises Wavelets foram realizadas conjuntamente com outras variáveis microclimáticas não apresentadas neste trabalho, como radiação solar global e precipitação, ajudando a compreender o comportamento das variáveis aqui estudadas.

5 Conclusões Os fenômenos físicos são naturalmente carregados de aleatoriedade, e as mudanças climáticas que ocorrem nas cidades com o passar dos anos, exigem cada vez mais representatividade dos fenômenos, que são, por exemplo, influenciados a cada segundo. Quando trabalhamos com valores médios de alguma variável micrometeorológica, a temperatura do ar, por exemplo, estamos diminuindo a dimensionalidade dessa variável, perdendo informações a respeita da mesma, e não somente representando um comportamento médio. Quando outras variáveis do mesmo microclima são tratadas do mesmo modo, corremos o risco de interpretações falseadas, modificando o perfil energético e parte da dinâmica real desse microclima. 64

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A temperatura do ar e a umidade relativa do ar são consideradas como termômetros iniciais dos ambientes, aliadas à variável vento, uma maior representatividade dos fenômenos é conseguida. As análises wavelets TWC, TWX e CW utilizadas são multiescala e qualitativas, sugerindo prospecção comportamental real de um microclima urbano. Sendo assim, podem contribuir com o planejamento urbano.

Agradecimentos Ao Instituto Federal de Ciência e Tecnologia de Mato Grosso, IFMT pelo apoio e suporte. Ao Departamento de Construção Civil, DACC, IFMT. Ao Instituto de Física, Pós-Graduação em Física Ambiental, PPGFA, Universidade Federal de Mato Grosso, UFMT.

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EHLERS, R. S. Análise de Séries Temporais. Curso de Séries Temporais. 2009. FENG Y., LIANG C. Developing a termal atlas for climateresponsive urban design based on empirical modeling and urban morphological analysis. Energy and Buildings. Shanghai, China.v.111, p. 120-130, jan. 2016. FRICK, P., GROSSMANN A. and TCHAMITCHIAN, P. Wavelet analysis of signals with gaps. Journal of Mathematical Physics, v.39, 4091-4107, 1998. GEISSBUEHLER M.; LASSER T., Optics Express v.21, 9862, 2013. GRINSTED, A., MOORE, J.C.S. and JEVREJEVA, S. Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series, Nonlinear. Processes in Geophysical, 11, 5/6, pp.561-566, 2004. JEVREJEVA, S., MOORE, J.C., GRINSTED, A. Influence of the Arctic Oscillation and El Niño-Southern Oscillation (ENSO) on ice conditions in the Baltic Sea: The wavelet approach, Journal Geophysical Research, 108(D21), 4677, doi:10.1029/2003JD003417, 2003. MISITI, M.;MISITI, Y.; OPPENHEIM, G.; POGGI, J.M. Wavelet Toolbox User’s Guide: for use with matlab. The MathWorks, R2017b, 2017. Disponível: <http://www. mathworks.com/access/helpdesk /help/pdf_doc/wavelet/ wavelet_ug.pdf>. Acesso em: 02 out. 2017. OKE, T. R. Initial guidance to obtain representative meteorological observations at urban sites. IOM Report, TD. World Meteorological Organization, Geneva, 2006. PENG, J., ZHAO, S., LIU, Y., TIAN, L. Identifying the urban-rural fringe using wavelet transform and kernel density estimation: A case study in Beijing City. Environmental Modelling & Software, 2016; v.83; p.286-302. TORRENCE, C.; COMPO, Y.G.P. A practical guide to Wavelet analysis. Bulletins of American Meteorological Society, v.79, p.61-78, 1998. 66

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PARTE 4 Análise qualitativa de fatores favoráveis a sinistros de incêndio urbano: Um estudo de caso no campus Cuiabá da UFMT Antônio Ramos Corrêia1; Carlo Ralph De Musis2; Denilton Gaio3 1 Doutorando do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT, Cuiabá/ MT E-mail: antonioramoseng@terra.com.br 2 Professor do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT e da Universidade de Cuiabá/ UNIC, Cuiabá/ MT E-mail: carlo.demusis@gmail.com 3 Professor do Instituto de Física/ IF e Professor do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/ IF/ UFMT, Cuiabá/ MT E-mail: deniltongaio@if.ufmt.br

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1 Introdução A imediata necessidade de investigação para estudos referentes a conforto ambiental (ANDREAS, et Al, 2015) nos remete à obtenção de dados dos fatores do tempo. De fato, a radiação solar, temperatura, umidade do ar, precipitação e ventos são condicionantes importantes em especial para a cidade de Cuiabá localizada a baixa altitude. Assim, tendo uma radiação solar abundante, por consequência, forma uma condição bem desfavorável, por um lado a temperatura alta e por outro a baixa umidade do ar, aliado a ausência de ventos (estes são mais frequentes na véspera e ao final da estação chuvosa), e a ausência de precipitações na estação seca, garantem um ambiente altamente favorável ao chamado triangulo do fogo condições estas originárias do incêndio. Certo é que a grande maioria dos incêndios sejam eles urbanos ou não, são provocados intencionalmente e proliferam pela combustibilidade natural da massa seca vegetal, amontoados de lixo e outros resíduos abundantes na cidade. A ocorrência de incêndios, tem como principais efeitos nocivos a população, a formação de efeitos de ilhas de calor urbano, a formação de fuligem na atmosfera desencadeando efeitos maléficos ao sistema respiratório, problemas na visão, desconforto psicológico, facilidades em acidentes em rodovias, ao tráfego aéreo, possibilidades da ignição de incêndio em edificações próximas às áreas incendiadas. O estudo consistiu em qualificar a temperatura externa de uma edificação de madeira em horários de seis em seis horas, identificando qual o horário mais provável e em que condições têm maior tendência em possibilitar a ignição. Em paralelo, no Coletânea física Ambiental

transecto móvel foi observado temperatura em superfícies de materiais diferentes e em dias diferentes para análise da contribuição da temperatura do solo incrementado a temperatura da parede; demonstrando assim um ambiente favorável a ignição e o desconforto urbano de um modo geral. Essa situação é consequência da mudança de hábitos sociais, emigração do meio rural para o urbano ou periferia urbana na frenética transformação social no continuo crescimento urbano frente ao êxodo rural. (LUCA et Al 2015). Os fatores do tempo catalogados correspondem a tendência esperada para ambiente propicio ao incêndio urbano, associados aos fatores do tempo. O objetivo é portanto, estabelecer a condição espaço temporal mais desfavorável para a eclosão de incêndio urbano, horário e tipo de ambiente em que a vulnerabilidade maior acontece. Este trabalho mostra a evolução da temperatura durante o dia de seis em seis horas, em substrato de madeira (como parede de uma edificação), de forma a possibilitar o entendimento da evolução térmica durante o decorrer do dia. O resultado ilustra bem a amplitude da quantidade de calor em horários específicos facilitando a compreensão do risco a ignição natural e intencional. Fica claro ainda que as ocorrências tenderão a acontecer nos horários em que a umidade do ar encontra muito baixa e a temperatura muito alta. As considerações principais, neste estudo fixam aos níveis de temperatura e umidade do ar, por serem fatores mais importantes para o chamado “triangulo do fogo”. A radiação solar ficou considerada como principal, mas como um fator indireto que condiciona a temperatura e a umidade do ar. Os demais fatores como ventos e precipitação relacionam ao chamado “tetraedro do fogo” ligados a continuidade do incêndio. Como o objeto do estudo é direcionado para a estação seca, e neste período os registros mostram a ausência de precipitação e ventos, (em particular no microclima analisado), a opção mais 72

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conservadora é a não consideração de ventos significativos (por que funcionaria como um transportador e acelerador de queima e calor) e ainda a ausencia de precipitação (pelo fato de ser um fator inibidor do risco de incêndio). Os ventos incentivam o transporte de calor, a chuva funciona como o extintor, os dois fatores não são considerados para os estudos de riscos de incêndio na estação seca na região de Cuiabá. Devido a grande ocorrência de incêndios em áreas urbanas abertas com propagação natural pela existência de combustível, fonte de calor e oxigênio disponíveis sem turbulência na dinâmica da “atmosfera” de queima. Os resultados obtidos possibilitam uma avaliação qualitativa do potencial de incêndio urbano em edificações, o gradiente térmico necessário para eclosão de incêndio em interiores de edificações, podendo avaliar até que ponto, a legislação de prevenção e combate a incêndio estão validadas para as edificações, seu combate, e outras ações que possam serem indicadas na melhoria do planejamento de incêndio em edificações na cidade.

2 Materiais e Métodos 2.1 Materiais Os equipamentos utilizados para obtenção de dados: – De temperatura para paredes de edificação foram: 01Termopar em Arduíno nano devidamente calibrado; – para os dados do transecto móvel foram utilizados sensor data logger HOBO, câmara de imagem térmica FLIR, e anemômetro warming. Coletânea física Ambiental

2.2 Área de Estudo O objeto de estudo consistiu em uma edificação de madeira localizadas no campus da UFMT, referente a medições de temperatura das paredes. A edificação de madeira é considerada de meia idade (mais de dez anos). Quanto as medidas de temperatura de solo e umidade do ar foram realizadas através de transecto móvel também em âmbito da UFMT, conforme mostra a figura 01 A e 01 B.

Figura 1A – O trajeto do transecto móvel realizado. Figura 1B a edificação de madeira.(Adaptado do Google Earth 2017).

2.3 Método O conceito da evapotranspiração de referencia (PENMAN, 1948), estabelece que o fluxo de calor latente é invariável com a altura dentro da camada limite. A constatação ao analisar o produto: Kw . [∆e. (∆z)-1] é que o resultado é sempre constante uma vez que são termos inversamente proporcionais. A consideração básica, para utilizar o conceito de evapotranspiração de 74

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referência para o caso deste estudo é considerado, pela coleta de dados no transecto móvel que na estação seca para Cuiabá a velocidade do vento seja desprezível, em microclimas, adicionada ao fato de que a energia absorvida pelo solo seja máxima para aqueles revestidos por asfalto ou concreto. Tabela 01 – Dados de temperatura e umidade do ar nos pontos do transecto móvel. MANHÃ

TARDE

DIA

TEMPERATURA

UMIDADE

DIA

TEMPERATURA

UMIDADE

12/09

(°C)

(%)

12/09

(°C)

(%)

23.232

67.224

25.113

59.109

23.232

68.418

25.113

59.078

23.208

69.157

25.113

59.573

23.232

66.296

25.113

58.644

23.256

65.909

25.137

58.586

23.256

65.759

25.137

58.71

23.256

65.609

25.137

58.741

23.256

65.037

25.137

58.927

23.28

64.196

25.162

56.911

23.28

68.135

25.162

55.975

23.209

69.143

25.162

55.818

23.304

61.466

25.162

55.943

23.328

60.614

25.162

55.662

23.352

59.759

25.162

55.568

MANHÃ

TARDE

DIA

TEMPERATURA

UMIDADE

DIA

TEMPERATURA

UMIDADE

15/09

(°C)

(%)

15/09

(°C)

(%)

23.352

60.985

25.137

58.586

23.136

61.255

25.137

58.71

Coletânea física Ambiental

MANHÃ

TARDE

DIA

TEMPERATURA

UMIDADE

DIA

TEMPERATURA

UMIDADE

15/09

(°C)

(%)

15/09

(°C)

(%)

22.657

62.091

25.137

58.927

22.657

62.274

25.162

56.911

22.585

63.383

25.162

55.975

22.178

63.557

25.162

55.818

22.154

63.281

25.162

55.943

22.178

63.617

25.162

55.662

22.226

63.565

25.162

55.568

22.226

63.354

25.162

55.631

23.136

61.255

25.137

55.627

23.136

59.94

25.016

53.758

23.136

61.255

25.089

54.491

As anotações colhidas no transecto móvel da figura 01 A (transecto móvel) revelam temperaturas e umidades medianas e velocidades de vento muito baixas (consideradas nulas), o que permite assegurar para fins de consideração básica que a equação de PENMAN resume na anulação da variável vento, o que implica dizer que a energia disponível seja a energia do solo (G) e a energia latente (E). Assumindo então a energia disponível como sendo o somatório do calor em G e o calor LE considerando a camada limite. As tabelas 01 e 02, apresentam as temperaturas ambiente (a 1,5m do solo), e a temperatura no solo. O ambiente urbano fica então submetido a influencia da temperatura do solo, e ao calor latente e demais energias do saldo de energia atuantes. A tabela 2 apresenta dados de temperatura do solo obtidos nos pontos do transecto móvel em cinco dias (dados apresentados apenas para um dos dias). Os dados da TABELA 1 apresentam os valores para a temperatura e umidade do ar a 1,5 m de altura do solo. 76

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A tabela 02 apresenta a temperatura do solo nos pontos considerados do transecto, revelando alta temperatura (57,9º C para o ponto 13) nível de temperatura próximo da metade da temperatura de pirolise da madeira. Tabela 02 – Temperatura máxima nos pontos do transecto móvel (14:00hs). Ponto de Coleta

Temperatura em ºC (FLIR)

39,7

38,8

39,7

40,2

45,2

36,7

40,4

46,2

43,5

39,8

57,9

A metodologia adotada: a) Obter temperatura de substratos verticais (paredes) de edificação existentes no campus da UFMT, (FIGURA 1B; b) Obter dados de temperatura de solo, em transecto móvel as margens de vias internas da UFMT, dados estes medidos no intervalo das 8:00hs as 14:00hs Coletânea física Ambiental

c) Obtenção de dados referentes a outro trabalho de pesquisa (ALMEIDA JUNIOR et al, Nicacio Lemos de Almeida Junior et Al) demonstrando similaridade de dados em outra região de Cuiabá. d) Após a obtenção dos dados, analisa-se os valores separando para a condição externa e interna, comparando com o risco de incêndio para cada tipo ocorrência de material combustível e sua respectiva temperatura de fulgor como condição mínima de ignição. Os dados de temperatura obtidos pelo termopar das superfícies em madeira foram tomados no período de 10 a 12 de julho de 2017 sendo de seis em seis horas, conforme tabelas 03 a 05. Tabela 03 – Temperatura obtida pelo equipamento termopar para data e horários em paredes de madeira.

Data

Material

Horário

Temperatura Term.

10/07/2017

Madeira