UTILIZACIÓN DE SENSORES REMOTOS PARA LA EVALUACIÓN DEL

FENÓMENO DE ISLA DE CALOR URBANA EN LA CIUDAD DE CÓRDOBA.

INFORME PRELIMINAR

Laura Del Gesso César Romero

Observatorio Ambiental Municipal Municipalidad de Córdoba

Agosto de 2018

Introducción.

A medida que las áreas urbanas se desarrollan, numerosos cambios se suceden en su paisaje.

Los edificios, calles, rutas e infraestructura en general reemplazan la vegetación original. Las

superficies que hasta entonces eran húmedas y permeables generalmente se vuelven secas e

impermeables. Este desarrollo conduce a la formación de las islas de calor urbana, fenómeno

que se percibe como temperaturas más elevadas en las regiones urbanas consolidadas

respecto de su zona rural próxima circundante.

Las islas de calor ocurren tanto en la superficie como en la atmósfera. En un día soleado y

caluroso de verano, el sol puede calentar las superficies impermeables a temperaturas entre

30 y 50°C por encima de la temperatura del aire, mientras que superficies húmedas y menos

expuestas al calentamiento directo del sol se mantienen a temperaturas cercanas a la del aire.

La temperatura superficial y la temperatura del aire varían según los distintos usos del suelo y

según el momento del día. Las variaciones en la temperatura de superficie, en general, son

mayores que las del aire durante el día mientras que durante la noche ambas varían de forma

similar.

Las temperaturas elevadas derivadas del fenómeno de isla de calor urbana, particularmente

durante el verano, pueden afectar el ambiente y la calidad de vida de la comunidad incluyendo

Mayor consumo de energía

Mayor emisión de contaminantes locales y de gases de efecto invernadero

Comprometer el bienestar y la salud humanos

El crecimiento de las ciudades se está acelerando cada vez más por lo que entender el

fenómeno de isla de calor es importante para el desarrollo de medidas efectivas de adaptación

y estrategias de mitigación en un escenario de cambio climático global.

En Argentina, el 91% de la población es urbana y el 47% de la población total vive en centros

urbanos de más de 500.000 habitantes. Determinar la extensión geográfica, la intensidad y la

población involucrada es importante para poder evaluar el impacto real de este fenómeno.

El presente trabajo pretende mostrar cómo el uso de sensores remotos y el análisis de

imágenes satelitales multiespectrales en conjunto con otros datos geográficos y demográficos

pueden ser una herramienta de utilidad para evaluar el fenómeno en la Ciudad de Córdoba.

Con tal propósito se utilizaron imágenes satelitales obtenidas a través del catálogo de

imágenes con valor agregado de CONAE (imagen nocturna Temperatura Superficial de la Tierra

e Índice de Vegetación Normalizado) las cuales fueron procesadas con el software QGIS y

scripts propios en Python.

Imágenes utilizadas

Temperatura Superficial de la Tierra (LST):

Se ha utilizado una imagen nocturna de temperatura superficial (14/01/2018 23:37 Hora local)

con las siguientes especificaciones técnicas:

El producto Temperatura Superficial de Tierra de CONAE es equivalente al producto LST

desarrollado por NASA ¨Earth Science Data Systems Program¨ (https://lpdaac.usgs.gov), en

base a las bandas 31 y 32. El LST es un producto desarrollado por el grupo de ciencia de MODIS

y los valores de temperatura están expresado en grados Kelvin (°K). Es generado a partir del

Sensor Modis (AQUA/TERRA).

Características del producto:

Resolución espacial 1 km

Resolución temporal 4 imágenes por día según disponibilidad del dato MODIS

Tipo de dato Número de coma flotante de 32 bits

Sistema de referencia y proyección Coordenadas geográficas, ESFEROIDE y DATUM

WGS84 Valores

NoData -999

Características de la imagen:

Satélite: TERRA

Sensor: MODIS

Fecha de Inicio: 15-Ene-2018

Hora de Inicio (UTC): 02:37:11 AM

Orbita: 96152

Dirección: ASC

Modo de Adquisición: NIGHT

Tipo de Producto: TEMPERATURA SUPERFICIAL

DE LA TIERRA (LST)

Esquina Sup. Izq.: 47° 40' 7'' S / 35° 32' 46'' W

Esquina Sup. Der.: 52° 19' 41'' S / 73° 31' 9'' W

Esquina Inf. Izq.: 10° 52' 42'' S / 73° 41' 6'' W

Esquina Inf. Der.: 8° 7' 45'' S / 52° 37' 25'' W

INDICES DE VEGETACIÓN (NDVI)

Los índices de vegetación están diseñados para proporcionar una consistente comparación

tanto espacial como temporal de las condiciones de la vegetación.

Índice Normalizado de Vegetación (NDVI):

Los productos distribuidos se obtienen a partir del sensor MODIS (TERRA/AQUA).

Características del producto

Resolución espacial 1 km

Resolución temporal 4 imágenes por día según disponibilidad del dato MODIS

Tipo de dato Número de coma flotante de 32 bits

Sistema de referencia y proyección Coordenadas geográficas, ESFEROIDE y DATUM

WGS84

Valores NoData -999

Características de la imagen:

Satélite: AQUA

Sensor: MODIS

Fecha de Inicio: 15-Ene-2018

Hora de Inicio (UTC): 05:55:11 PM

Orbita: 83522

Dirección: ASC

Modo de Adquisición: DAY

Tipo de Producto: INDICE DE VEGETACIÓN

NORMALIZADO (NDVI)

Esquina Sup. Izq.: 47° 38' 28'' S / 38° 33' 7'' W

Esquina Sup. Der.: 52° 20' 50'' S / 77° 11' 34'' W

Esquina Inf. Izq.: 9° 15' 56'' S / 77° 7' 24'' W

Esquina Inf. Der.: 6° 30' 10'' S / 56° 12' 57'' W

Procesamiento

En primer lugar se construyó un raster virtual con dos

canales. En el Canal Verde se representó el Índice de

Vegetación Normalizado y en el Rojo la Temperatura

Superficial de la Tierra.

En segundo lugar se recortó la imagen a la zona de

interés que en nuestro caso es el ejido municipal de la

Ciudad de Córdoba y se fusionó sobre una imagen de

alta resolución en las bandas visibles.

Abundancia de vegetación.

En la siguiente imagen se observa las variaciones espaciales de la abundancia de vegetación a

través de la imagen correspondiente al NDVI dentro del ejido municipal

En la escena se puede observar claramente la disminución del índice de vegetación a medida

que nos aproximamos a las zonas más densamente construidas.

Distribución de Temperatura Superficial

En la imagen se puede observar cómo la temperatura superficial aumenta a medida que nos

aproximamos a las zonas más densamente construidas y disminuye sobre las zonas con mayor

índice de vegetación.

Imagen compuesta Abundancia de vegetación y Temperatura Superficial

En la imagen compuesta se puede observar gráficamente la relación inversa entre temperatura

y abundancia de vegetación. Esta imagen fue construida representando ndvi y temperatura

como los canales verde y rojo respectivamente de una imagen raster.

Patrón de isotermas

En la imagen de isotermas puede observarse la geometría concéntrica de la distribución de

temperaturas en la escena desde la zona central más densamente edificada hacia las zonas

menos urbanizadas. El mayor gradiente térmico se observa en el extremo cuadrante sudoeste

del ejido. Las isotermas están expresadas en grados Kelvin y separadas cada 1º.

Análisis estadístico.

Para poder conducir un análisis estadístico sobre las imágenes se utilizó un programa en

Python para extraer los datos de temperatura y ndvi pixel por pixel para luego calcular los

estadísticos en Excel.

Temperatura media superficial de la escena 15,4 ºC

Desviación estándar 1,34 ºC

Temperatura mínima de la escena 12,8 ºC

Temperatura máxima de la escena 18,6 ºC

Valor umbral UHI 15,383 ºC

Total de superficie con temperaturas superiores al umbral 237 km2

Porcentaje de superficie con temperaturas superiores al umbral 45%

Coeficiente de correlación entre el NDVI y la temperatura superficial -0,715484171

Máxima diferencia de temperatura en la ciudad 5,8 ºC

percentil 1 12,9 ºC

percentil 99 18,5 ºC

diferencia percentil 99 – 1 5,6 ºC

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ND

VI

Temperatura Superficial ºC

Correlación entre NDVI y Temperatura Superficial

Distribución de temperaturas

Conclusiones

Con los datos obtenidos ha sido posible comprobar cómo el uso de imágenes satelitales de

Temperatura Superficial de la Tierra puede ayudar a estudiar el fenómeno de isla de calor

urbana en la Ciudad de Córdoba. La utilidad de esta herramienta no solo reside en los valores

de temperatura que aporta sino también en cómo se distribuyen geográficamente. Esto facilita

la integración con otros productos geográficos como la distribución y características de la

población, la infraestructura implantada, datos meteorológicos de superficie proveniente de

estaciones meteorológicas en la región, usos de suelo, etc. En el caso de la imagen utilizada

que corresponde a época estival se ven diferencias de temperatura de superficie de hasta

5.8ºC pudiéndose observar que las mayores temperaturas coinciden con las zonas más

densamente edificadas y con menos vegetación (zona central) mientras las mínimas se

registran en zonas menos edificadas con mayor presencia de vegetación (zona sudoeste).

También puede observarse como las zonas de mayores temperaturas se extienden siguiendo la

mancha urbana en dirección noroeste (Argüello). Asimismo se pudo observar que

aproximadamente el 45% de la superficie total del ejido se encuentra a una temperatura

mayor que la media.

Si bien no es posible con una única imagen dar un diagnóstico preciso del fenómeno de isla de

calor en la Ciudad de Córdoba, creemos que numerosos trabajos pueden ser conducidos

siguiendo esta técnica para comprender mejor la situación y poder generar mejores

herramientas que faciliten la gestión de recursos en un escenario de cambio climático global.

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Frec

uen

cia

Temperaturas de superficie

Histograma de distribución de temperaturas de superficie