Análise espacial da intensidade da ilha de calor urbana durante episódios de ondas de calor na região metropolitana de São Paulo

A previsão de eventos extremos é um dos grandes desafios da meteorologia operacional. Entender os processos dinâmicos e termodinâmicos associados a eventos extremos, como as ondas de calor e ilhas de calor urbanas na América do Sul, é de suma importância para o avanço da Previsão Numérica de Tempo (PNT), que por sua vez contribui para haver formas de mitigação e emissão de alerta para a população. Além disso, a maior complexidade dos modelos numéricos, especialmente no esquema de superfície associado com as regiões altamente urbanizadas torna-se mais deficiente a avaliação de produtos de PNT com métricas estatísticas tradicionais. A presente pesquisa representa a primeira investigação sobre a sinergia entre ilhas de calor urbanas e eventos de ondas de calor conduzida em área tropical na América do Sul. O objetivo principal desta pesquisa foi analisar os processos de interação espacial entre eventos de ondas de calor e Ilha de Calor Urbana (ICU) sobre a Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) durante o verão austral. Foram identificados 24 casos de ondas de calor que impactaram diretamente a RMSP no verão entre 2002 e 2022. Os resultados indicam que a maioria dos eventos estão associados à atuação da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) e aos sistemas anticiclônicos persistentes, que favoreceram o aumento das temperaturas extremas. Durante os episódios, observou-se amplificação da ICU tanto em intensidade quanto em extensão espacial, especialmente nas zonas leste e nordeste da área urbana da RMSP. Durante a onda de calor foi observado aumento no fluxo de calor sensível e da radiação líquida na área urbana, enquanto regiões suburbanas apresentaram maior fluxo de calor latente. A Camada Limite Urbana (CLU) mostrou-se mais profunda, estável e com inversões térmicas durante os eventos de ondas de calor, limitando a mistura vertical e intensificando a retenção de calor. O estudo de caso de fevereiro de 2014 confirmou esses padrões médios, com menor velocidade do vento e aumento das temperaturas durante os eventos de ondas de calor, além de mostrar a influência da brisa marítima na ICU noturna. A avaliação do modelo atmosférico MPAS-A (Model for Prediction Across ScalesAtmosphere), mesmo sem parametrização urbana, indicou capacidade de representar a magnitude térmica, apesar de a ausência de um esquema urbano ter resultado em uma representação irrealista da hidrologia de superfície (umidade do solo), demonstrando a necessidade de futuras simulações com parametrizações para superfícies urbanas. ABSTRACT: The forecast of extreme events is one of the major challenges of operational meteorology. To understand dynamic and thermodynamic processes associated with extreme events such as heat waves and urban heat islands in South America, it is important for the advancement of the Numerical Weather Forecast (NWF), which in turn contributes to the existence of forms of mitigation and warning for the population. In addition, the greater complexity of numerical models, especially in the surface scheme associated with highly urbanized regions, makes it more difficult to evaluate PNT products with traditional statistical metrics. Therefore, the use of more robust metrics helps quantify systematic errors, which can also contribute to the understanding of the interaction of the components of the Earth system. This study represents the first investigation of the synergy between urban heat islands and Heatwave (HW) events conducted in a tropical region of South America. The objective of this research was to analyze the spatial interaction processes between heatwaves and the Urban Heat Island (UHI) over the São Paulo Metropolitan Region (SPMR) during the austral summer. A total of 24 HW that directly impacted the SPMR during the austral summer between 2002 and 2022 were identified. The results indicate that most episodes were associated with the South Atlantic Convergence Zone (SACZ) and persistent anticyclonic systems, which contributed to increased extreme temperatures. During these episodes, amplification of UHI was observed both in intensity and spatial extent, especially in the eastern and northeastern zones of the SPMR urban area. During the HW, an increase in sensible heat flux and net radiation was observed in urban areas, while suburban regions showed a higher latent heat flux. The Urban Boundary Layer (UBL) was deeper, more stable, and characterized by thermal inversions during HW, limiting vertical mixing and intensifying heat retention. The February 2014 case study confirmed these average patterns, with lower wind speeds and increased temperatures during HW events, in addition to showing the influence of the sea breeze on nocturnal ICU. The evaluation of the MPAS-A atmospheric model (Model for Prediction Across ScalesAtmosphere), even without urban parameterization, indicated an ability to represent thermal magnitude. However, the absence of an urban scheme resulted in an unrealistic representation of surface hydrology (soil moisture), demonstrating the need for future simulations with urban surface parameterizations.