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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
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
12,000 13,000 14,000 15,000 16,000 17,000 18,000 19,000
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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60
80
100
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140
160
180
12 13 14 15 16 17 18 19
Frec
uen
cia
Temperaturas de superficie
Histograma de distribución de temperaturas de superficie