Satellite-Based Assessment of Thermal Stress Conditions at Cairo International Airport (HECA): A 13-Year Landsat Analysis (2013–2025)

Resumo Técnico: Avaliação Baseada em Satélite das Condições de Estresse Térmico no Aeroporto Internacional do Cairo (HECA)

Definição do Problema
Aeroportos localizados em ambientes semiáridos e desérticos enfrentam um aquecimento superficial intenso que impõe riscos tangíveis à segurança operacional de aeronaves, sistemas de combustível e operações de movimentação em solo. Nesses climas, superfícies impermeáveis, como pistas de pouso e de táxi, absorvem a radiação solar de forma eficiente, gerando temperaturas de superfície (skin temperature) que excedem significativamente as temperaturas de bulbo seco ambiente registradas por instrumentos meteorológicos padrão. Apesar desses riscos, avaliações espacialmente explícitas e de longo prazo da Temperatura de Superfície da Terra (LST) dentro de perímetros aeroportuários permanecem raras, particularmente para aeroportos na África e no Oriente Médio. Antes deste estudo, nenhuma pesquisa aplicou dados do Sensor Infravermelho Térmico (TIRS) do Landsat para realizar uma avaliação de estresse térmico de longo prazo dentro do limite de um aeroporto nesta região.

Metodologia
Este estudo aborda a lacuna identificada analisando o Aeroporto Internacional do Cairo (HECA), o principal centro de aviação do Egito, utilizando um conjunto de dados de 13 anos (fevereiro de 2013–dezembro de 2025).

• Fontes de Dados: Os dados primários consistem em 358 cenas do Landsat 8 e 9 Collection 2 Level-2 (banda ST_B10) com resolução espacial de 30 m, após filtragem de nuvens. A validação cruzada foi realizada contra 132 composições mensais pareadas de 8 dias do MODIS MOD11A2 (resolução de 1 km).
• Área de Estudo: Um polígono digitalizado manualmente com precisão (53 vértices, ~36,8 km²) abrangendo as três pistas paralelas, taxiways, pátios e zonas de terminais.
• Processamento: As cenas foram filtradas para <15% de cobertura de nuvens. Composições mensais foram geradas através da média de pixels válidos.
• Estrutura Analítica:
  • Climatologia: Cálculo de estatísticas de média, sazonalidade e LST anual.
  • Análise de Tendência: Regressão linear de Mínimos Quadrados Ordinários (OLS) para detectar tendências de aquecimento de longo prazo.
  • Novos Indicadores: Dois métricas compostas foram introduzidas:
    1. Índice de Estresse Térmico (TSI): Uma escala normalizada de 0–100 que combina a LST média, a LST máxima e a inclinação da tendência de aquecimento (pesos de 0,6, 0,3 e 0,1, respectivamente).
    2. Pontuação de Exposição ao Calor do Aeroporto (AHES): A porcentagem da área de superfície do aeroporto que excede limiares de temperatura específicos (45°C, 50°C e 55°C).

Principais Resultados

• Climatologia Térmica: A LST média de 13 anos dentro do perímetro do aeroporto é de 40,90°C. O ciclo sazonal é fortemente unimodal, com um mínimo de inverno em janeiro (21,75°C) e um pico de verão em julho (49,95°C), resultando em uma amplitude térmica anual de 28,2°C.
• Tendência de Aquecimento: Foi identificada uma tendência de aquecimento estatisticamente significativa de +0,175°C por ano (R² = 0,326, p = 0,041), correspondendo a um aumento cumulativo de aproximadamente +2,3°C durante o período de estudo. O ano de 2025 registrou a maior média anual (43,11°C) e a temperatura máxima absoluta do pixel (47,23°C).
• Heterogeneidade Espacial: Superfícies de pistas, taxiways e zonas de pátio exibem consistentemente LSTs mais altas do que telhados de terminais e áreas verdes. O sistema de taxiway do nordeste emergiu como o hotspot térmico mais persistente, com valores médios de 13 anos aproximando-se de 45°C.
• Extremos de Estresse Térmico: Durante o pico do verão, condições termicamente extremas (LST > 45°C) afetam quase toda a superfície do aeroporto. Em agosto, 97,7% da área do aeroporto excedeu 45°C, e 57,8% excedeu 50°C em julho. A estação de alto risco (onde >50% da área excede 45°C) estende-se de junho a agosto, com exposição significativa de transição nos meses de maio e setembro.
• Validação: A validação cruzada com o MODIS mostrou uma forte correlação (Pearson R = 0,943), mas revelou um viés de aquecimento sistemático de +3,99°C no Landsat em relação ao MODIS. Essa discrepância é atribuída à resolução superior de 30 m do Landsat, que resolve a heterogeneidade sub-quilométrica da superfície (superfícies impermeáveis quentes vs. vegetação mais fria) que o MODIS suaviza em 1 km.

Significância e Alegações
O artigo afirma fornecer a primeira avaliação baseada em satélite e espacialmente explícita das condições de estresse térmico em um aeroporto na África ou no Oriente Médio. Suas principais contribuições são:

1. Inovação Metodológica: A introdução do TSI e do AHES fornece uma estrutura padronizada e transferível para avaliação comparativa de risco térmico, indo além de simples estatísticas escalares de temperatura.
2. Relevância Operacional: Os achados oferecem implicações diretas para gestão de frota, planejamento de combustível e design de infraestrutura no HECA. A identificação de hotspots térmicos específicos (ex: a taxiway nordeste) apoia o agendamento de manutenção direcionada e potenciais revisões de materiais de superfície (ex: revestimentos de alta refletância).
3. Integração de Risco: O estudo estabelece que o HECA opera sob um ambiente de estresse térmico severo e agravante. Os índices derivados foram projetados para alimentar diretamente o Índice de Risco Ambiental do Aeroporto (AERI) apresentado no artigo complementar (Artigo 3 da série), permitindo uma caracterização multidimensional da exposição térmica.

Os autores mantêm um escopo modesto, observando que a LST serve como um proxy para o ambiente térmico do aeroporto e que a inferência direta para temperaturas de pneus, combustível ou fuselagem de aeronaves requer modelagem de engenharia adicional, além do escopo desta análise de sensoriamento remoto. O estudo também reconhece limitações, incluindo o horário de aquisição de meio da manhã do Landsat (subestimando máximas diárias) e a exclusão de classificação específica por tipo de superfície, que são identificadas como prioridades para trabalhos futuros.