UAV-Based Thermal Sensing for Quantifying Diurnal Land Surface Temperature Variability in a Tropical Urban Heat Island Context

Resumo Técnico: Sensoriamento Térmico Baseado em UAV para Quantificação da Variabilidade Diurna da Temperatura da Superfície Terrestre em um Contexto de Ilha de Calor Urbana Tropical

Definição do Problema
A intensidade da Ilha de Calor Urbana (ICU) é impulsionada por atividades antropogênicas que substituem a cobertura natural por superfícies impermeáveis, levando a diferenciais de temperatura significativos entre ambientes urbanos e rurais. Embora as imagens de satélite sejam uma ferramenta convencional para monitorar a Temperatura da Superfície Terrestre (TST), sua resolução espacial (tipicamente de 30 a 1000 metros) é insuficiente para capturar a dinâmica térmica diurna em escala fina através de diversos microambientes, como telhados, estacionamentos e pequenos fragmentos vegetados. Essa limitação dificulta a capacidade de discernir o acúmulo de calor localizado e os mecanismos de resfriamento essenciais para estratégias eficazes de mitigação do calor urbano.

Metodologia
O estudo foi realizado no campus da Universiti Teknologi Malaysia (UTM) Johor Bahru, um ambiente de uso misto que apresenta edifícios acadêmicos, redes viárias, áreas de estacionamento, corpos d'água e espaços verdes. Para abordar as limitações de resolução dos dados de satélite, os pesquisadores empregaram uma abordagem de sensoriamento térmico assistida por drone, utilizando um UAV quadrotor DJI Matrice 4T equipado com um sensor infravermelho térmico (banda espectral de 8–14 µm).

• Aquisição de Dados: Os dados térmicos foram coletados em 3 de setembro de 2025, em três épocas temporais para capturar a variabilidade diurna: meio-dia (12:30), final da tarde (16:30) e noite (20:30). O UAV voou a uma altitude de 80 metros, alcançando uma Distância de Amostra de Solo (GSD) de aproximadamente 9–12 cm para as imagens térmicas.
• Verificação de Campo (Ground Truthing): Para garantir a precisão radiométrica, o estudo implementou um rigoroso protocolo de calibração. Medições terrestres concomitantes foram realizadas utilizando um termômetro digital de nível industrial sobre materiais de referência de temperatura preparados individualmente com emissividade conhecida. Essas medições foram utilizadas para derivar um modelo de correção para ajustar a atenuação atmosférica, o desvio do sensor e a variabilidade da emissividade da superfície.
• Processamento: As imagens térmicas brutas foram convertidas de formatos não radiométricos (.T) para radiométricos (.R). A Lei de Planck (limitada por banda) foi aplicada para converter a radiância espectral em valores reais de TST, utilizando parâmetros ambientais (umidade, distância, emissividade) obtidos dos registros de voo. Os dados processados foram ortorretificados usando o Agisoft Metashape para gerar ortomosaicos térmicos georreferenciados.
• Análise: O estudo realizou uma análise comparativa de dez materiais de superfície distintos: asfalto, grama, concreto, telhados cerâmicos novos e antigos, telhados de carros pretos e brancos, corpos d'água, metal e painéis solares.

Resultados Principais
Os ortomosaicos térmicos de alta resolução revelaram uma pronunciada heterogeneidade espacial e comportamentos térmicos dependentes do material ao longo das três épocas:

• Dinâmica Térmica Diurna: Superfícies impermeáveis e de cores escuras exibiram aquecimento diurno extremo e resfriamento noturno retardado. Por outro modo, superfícies cobertas por vegetação e água demonstraram temperaturas consistentemente mais baixas e dissipação térmica mais eficiente.
• Aquecimento de Pico Diurno (12:30): Todas as superfícies impermeáveis excederam a temperatura do ar ambiente (34°C). Telhados de carros pretos registraram a temperatura mais alta (65,5°C), seguidos pelo asfalto (52,0°C) e telhados cerâmicos novos (50,8°C). Em contraste, a grama vegetada permaneceu significativamente mais fria (35,6°C).
• Final da Tarde (16:30): À medida que a radiação solar diminuía, as temperaturas de superfície geralmente declinavam, mas os materiais construídos retinham calor. Telhados de carros pretos permaneceram os mais quentes (42,7°C), enquanto a grama (30,8°C) e corpos d'água (32,1°C) mostraram resfriamento eficaz.
• Persistência Noturna (20:30): Observou-se uma tendência geral de resfriamento, contudo, as superfícies impermeáveis permaneceram mais quentes do que as zonas vegetadas. O asfalto reteve calor a 33,3°C, enquanto a grama resfriou para 25,9°C. Esse resfriamento retardado destaca a alta inércia térmica dos materiais artificiais, que continuam a liberar a energia armazenada após o pôr do sol, sustentando os efeitos localizados de ICU.
• Influência do Material: O estudo confirmou que a cor da superfície e as propriedades do material são drivers críticos do comportamento térmico. Superfícies escuras absorveram significativamente mais calor do que superfícies brancas reflexivas, e áreas vegetadas proporcionaram benefícios consistentes de resfriamento através de sombreamento e evapotranspiração.

Significância e Alegações
O artigo afirma que o sensoriamento térmico baseado em UAV supera efetivamente as limitações espaciais e temporais das observações de satélite convencionais, particularmente para avaliações de escala de vizinhança, onde a variabilidade microclimática é mais pronunciada. Ao resolver contrastes térmicos de escala fina, o estudo fornece um conjunto de dados de base que serve como um padrão para avaliar a eficácia de planejamentos de revitalização de paisagens urbanas e estratégias de mitigação do calor urbano.

Os autores posicionam este trabalho como tendo um duplo impacto:

1. Utilidade Científica: Oferece uma ferramenta precisa para o monitoramento do microclima urbano, permitindo a identificação de pontos quentes (hotspots) térmicos e corredores de resfriamento para informar o design urbano sustentável e o planejamento resiliente ao clima.
2. Engajamento Comunitário: O estudo incorporou sessões de coleta de dados participativas com estudantes, promovendo a conscientização microclimática e a competência técnica em análise geoespacial.

Em última análise, a pesquisa ressalta o papel crítico das propriedades dos materiais de superfície, da cor e da inércia térmica no governo das dinâmicas de ICU localizadas. Sugere que a integração de materiais reflexivos, infraestrutura verde e elementos hídricos no design urbano é essencial para mitigar o estresse térmico e melhorar o conforto térmico ao ar livre em contextos urbanos tropicais.