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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA E MEIO AMBIENTE
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: MUDANÇAS CLIMÁTICAS GLOBAIS
LINHA DE PESQUISA: INTERAÇÃO BIOSFERA-ATMOSFERA
BALANÇO DE ENERGIA EM UMA ÁREA DE FLORESTA
TROPICAL DE TRANSIÇÃO NA REGIÃO DE SINOP EM MATO GROSSO,
ENTRE AGOSTO DE 1999 A MAIO DE 2003
JOSÉ CARLOS DE ARRUDA
Orientador: Prof. Dr. José de Souza Nogueira
Cuiabá, MT, julho de 2004
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Livros Grátis
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II
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA E MEIO AMBIENTE
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: MUDANÇAS CLIMÁTICAS GLOBAIS
LINHA DE PESQUISA: INTERAÇÃO BIOSFERA-ATMOSFERA
BALANÇO DE ENERGIA EM UMA ÁREA DE FLORESTA TROPICAL DE
TRANSIÇÃO NA REGIÃO DE SINOP EM MATO GROSSO, ENTRE AGOSTO
DE 1999 A MAIO DE 2003
José Carlos de Arruda
Dissertação apresentada ao Programa
de Pós-Graduação em Física e Meio
Ambiente da Universidade Federal de
Mato Grosso, como parte dos
requisitos para obtenção do título de
Mestre em Física e Meio Ambiente.
Orientador: Prof. Dr. José de Souza Nogueira
Cuiabá, MT, julho de 2004
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III
DEDICATÓRIA
A Deus, pela proteção, saúde e paz familiar.
A minha esposa Neuza, pela força,
compreensão e companheirismo, aos meus
filhos, que nas nossas ausências souberam
superar as dificuldades e aos meus
familiares, pelo incentivo e apoio durante
todo o curso.
IV
AGRADECIMENTOS
• Ao Prof. José de Souza Nogueira, pela orientação, incentivo, apoio, confiança
e amizade, fatores decisivos para meu ingresso na pós-graduação e conclusão
deste trabalho;
• Ao Prof. Nicolau Priante Filho, pelo encorajamento, desprendimento de
informações, amizade, apoio e colaboração;
• Ao Prof. Sérgio Roberto de Paulo, pelo apoio e colaboração;
• Ao Prof. José Holanda Campelo Júnior pelo grande incentivo de iniciação ao
trabalho científico;
• Ao Prof. Alfredo Jorge pelo apoio e colaboração para solução das
dificuldades inerentes ao trabalho de análise;
• Ao Prof. Edilberto Ojeda de Almeida Filho, que compreendendo a
necessidade de reuniões permanentes em sua sala, soube nos apoiar e
colaborar com nosso trabalho;
• Aos colegas da pós-graduação pela força e apoio e em especial às colegas
Carla Maria e Luciana Sanches e ao Vinícius pela colaboração nos artigos,
sugestões ao nosso trabalho e auxilio na elaboração das tabelas;
• Aos professores do departamento de Física pela força, companheirismo e
colaboração, fatores decisivos para realização desta monografia;
• Ao amigo e companheiro Mauro Massao (in memoriam), e aos funcionários
técnicos administrativos do departamento de física e da pós-graduação, pela
colaboração e apoio.
• Ao Prof. Germano Aleixo, pela amizade e correção deste trabalho.
V
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS.................................................................................................i
LISTA DE TABELAS ..............................................................................................iv
LISTA DE ABREVIATURAS..................................................................................v
LISTA DE SÍMBOLOS...........................................................................................vii
RESUMO.................................................................................................................viii
ABSTRACT...............................................................................................................ix
INTRODUÇÃO..........................................................................................................1
CAPÍTULO I - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.......................................................4
2- DIFUSÃO TURBULENTA................................................................................7
2- BALANÇO DE ENERGIA...............................................................................14
3- ABORDAGEM AERODINÂMICA.................................................................18
CAPÍTULO II - MATERIAIS E MÉTODOS.......................................................21
1- LOCAL DE ESTUDO ......................................................................................21
2- VISTA PANORÂMICA DA TORRE..............................................................22
3- COLETA DE DADOS......................................................................................24
CAPÍTULO III - RESULTADOS E DISCUSSÕES.............................................30
1- PERÍODOS DE COLETA................................................................................30
1.1- PRIMEIRO ANO...........................................................................................30
1.2- SEGUNDO ANO...........................................................................................35
1.3- TERCEIRO ANO ..........................................................................................39
1.4- QUART0 ANO ..............................................................................................42
VI
2- PRECIPITAÇÃO..............................................................................................49
3- COMENTÁRIOS..............................................................................................50
CAPÍTULO IV – ANÁLISE DOS RESULTADOS..............................................52
CAPÍTULO V - CONCLUSÃO..............................................................................61
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................63
i
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Esquema representativo da energia que chega e sai da Terra......................... 16
Figura 2. Localização da área de estudo aproximadamente a 60km ao norte
da cidade de Sinop, Mato Grosso, Brasil (11º 24,75’ S; 55º
19,50’ W). .................................................................................................... 21
Figura 3. (a) Torre metálica de 40 m de altura e (b) vista panorâmica do topo
da torre ......................................................................................................... 22
Figura 4. Ilustração da torre metálica de 40 m, com a informação da posição
dos equipamentos instalados. O Anemômetro Sônico (Tv, u, v e
w), o analisador de gás (CO2 e Vapor d’água (H2O), e o
Pluviômetro (ppt) foram instalados na parte superior. A 42 m
foram instalados o Netradiômetro (Rn), o Psicrômetro
(temperatura úmida (Tw) e seca (Td)), e sensores PAR que
medem a radiação total (Q) e as radiações de ondas curtas
refletidas. Em outros pontos foram instalados sensores de
temperatura (Td)e pontos de coleta de CO2. O medidor de fluxo
de calor no solo G foi colocado a 2 cm de profundidade............................. 23
Figura 5. Conjunto anemômetro sônico e analisador.de gás (CO2 e Vapor
d’água) de circuito aberto NOAA-ATDD.................................................... 25
Figura 6. (a) Conjunto formado pelo Datalogger e módulo de memória, onde
se destaca o cabo de conecção para transferência de dados a um
computador portátil, (b) Palmtop para armazenar dados do
anemômetro sônico e analisador de gás....................................................... 26
Figura 7. Net radiômetro instalado acima da copa das árvores...................................... 27
Figura 8. Psicrômetro..................................................................................................... 28
Figura 9. Pluviômetro do tipo cubeta............................................................................. 29
Figura 10. Fluxo de energia (Rn, G, H e LE) em W/m
2
em função da hora
local. (a) período seco (PS), (b) intermediário seco/chuvoso
(ISC), (c) intermediário chuvoso/seco (ICS). .............................................. 31
Figura 11. Gráfico da variação da temperatura em ºC em função da hora
local. (a) período seco (PS), (b) intermediário seco/chuvoso
(ISC) e (c) intermediário chuvoso/seco (ICS).............................................. 32
Figura 12. Partições de energia H/Rn e LE/Rn em função da hora local. (a)
período seco (PS), (b) intermediário seco/chuvoso (ISC) e (c)
intermediário chuvoso/seco (ICS)................................................................ 33
Figura 13. Correlação H+LE e Rn-G, do primeiro ano. (a) período seco
(PS), (b) intermediário seco/chuvoso (ISC) e (c) intermediário
chuvoso/seco (ICS). ..................................................................................... 34
ii
Figura 14. Fluxo de energia (Rn, G, H e LE), em função da hora local nos
períodos: (a) seco (PS), (b) chuvoso (PC) e (c) intermediário
chuvoso/seco (ICS), do segundo ano........................................................... 36
Figura 15. Variação da temperatura, em função da hora local nos períodos:
(a) seco (PS), (b) chuvoso (ISC) e (c) intermediário chuvoso/seco
(ICS), do segundo ano.................................................................................. 37
Figura 16. Partições de energia H/Rn e LE/Rn em função da hora local. (a)
período seco (PS), (b) período chuvoso (PC) e (c) intermediário
chuvoso/seco (ICS). ..................................................................................... 38
Figura 17. Correlação H+LE e Rn-G, do segundo ano. (a) período seco (PS),
(b) período chuvoso (PC) e (c) intermediário chuvoso/seco (ICS).............. 39
Figura 18. Fluxo de energia (Rn, G, H e LE), em função da hora local nos
períodos: (a) seco (PS), e (b) intermediário chuvoso/seco (ICS),
do terceiro ano.............................................................................................. 40
Figura 19. Variação da temperatura, em função da hora local nos períodos:
(a) seco (PS), (b)) intermediário chuvoso/seco (ICS), do terceiro
ano................................................................................................................ 40
Figura 20. Partições de energia H/Rn e LE/Rn em função da hora local. (a)
período seco (PS), (b) intermediário chuvoso/seco (ICS)............................ 41
Figura 21. Correlação H+LE e Rn-G, do terceiro ano. (a) período seco (PS)
e (b) intermediário chuvoso/seco (ICS). ...................................................... 41
Figura 22. Fluxo de energia (Rn, G, H e LE), em função da hora local nos
períodos: (a) seco (PS), (b) intermediário seco/chuvoso (ISC), (c)
chuvoso (PC) e (d) intermediário chuvoso/seco (ICS), do quarto
ano................................................................................................................ 42
Figura 23. Variação da temperatura, em função da hora local nos períodos:
(a) seco (PS), (b) intermediário seco/ chuvoso (ISC), (c) chuvoso
(PC), (d) intermediário chuvoso/seco (ICS), do quarto ano......................... 43
Figura 24. Partições de energia H/Rn e LE/Rn em função da hora local. (a)
período seco (PS), (b) intermediário seco/chuvoso (ISC) e (c)
período chuvoso........................................................................................... 44
Figura 25. Correlação H+LE e Rn-G, do quarto ano. (a) período seco (PS),
(b) intermediário seco/chuvoso (ISC) e (c) período chuvoso (PC).............. 45
Figura 26. Precipitação ao longo dos quatro anos estação meteorológica
instalada na fazenda Maracaí na cidade de Sinop/MT, de agosto
de 1999 a maio de 2003. .............................................................................. 49
Figura 27. Comparação do fluxo de radiação líquida (Rn) dos períodos
analisados, considerando um dia típico com valor médio, durante
os quatro anos em foco................................................................................. 53
Figura 28. Radiação líquida (Rn) curva média de cada período considerado................ 54
Figura 29. Radiação líquida (Rn) curva média anual..................................................... 54
Figura 30. Comparação do fluxo de calor sensível (H) dos períodos
considerados................................................................................................. 56
Figura 31. Fluxo de calor sensível (H), curva média de cada período
considerado. ................................................................................................. 57
Figura 32. Fluxo de calor sensível (H), curva média anual ........................................... 58
Figura 33. Fluxo de calor latente (LE) dos períodos considerados................................ 59
iv
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Valores médios de H, LE, Rn, G, e T de agosto de 1999 a maio de
2003, medidos na torre experimental da floresta de transição em
Sinop MT. .................................................................................................... 47
Tabela 2. Balanço de energia empregando método estatístico para o cálculo
da correlação entre LE+H e Rn-G................................................................ 48
v
LISTA DE ABREVIATURAS
CO
2
= Dióxido de Carbono
CFC = clorofluorcarbonetos
CAMREX = Carbon in the Amazon River Experiment
ABRACOS = Anglo-Brazilian Amazonian Climate Observations Study
RBLE = Rondônia Boundary Layer Experiment
ARME = Amazon Region Micrometeorological Experiment
LBA = Large Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazônia
PS = Período Seco
ISC = Intermediário Seco/Chuvoso
PC = Período Chuvoso
ICS = Intermediário Chuvos/Seco
IPCC = Instituto de Pesquisa de Mudanças Climáticas
E = Evapotranspiração
T = Temperatura
BOC = Balanço de Ondas Curtas
BOL = Balanço de Ondas Longas
H = Calor sensível
LE = Calor latente
G = Fluxo de calor no solo
P = Fotossíntese
Rn = Radiação líquida
f = Densidade de fluxo
vi
K = Coeficiente de difusão turbulenta
EC = Eddy Covariance
S = Fonte/Sumidoro
D = Difusão molecular
u, v = Componentes da velocidade nas direções x e y
w = Componente da velocidade do vento na direção z
S
w
= Armazenamento de vapor de água
S
c
= Armazenamento de dióxido de carbono
V
c
= Advecção horizontal e vertical do dióxido de carbono
V
w
= Advecção horizontal e vertical do vapor de água
N
e
= Transferência do dióxido de carbono
F
c
= Fluxo de correlação turbulenta
F
w
= Fluxo de correlação turbulenta do vapor d’água
ton = Tonelada
C = Carbono
ha = Hectare
Hz = Hertz
T
v
= Temperatura virtual
E
r
= Energia emitida
vii
LISTA DE SÍMBOLOS
ε = Emissividade do corpo
σ = Constante de Stefan-Boltzmann
Kx = Coeficiente de transporte turbulento
ρ = Densidade do ar atmosférico
∂ρs = Massa específica da grandeza escalar considerada
z = normal da superfície
w e s = Valores médios da velocidade e da propriedade medida
w´ e s´ = Valores da diferença entre a média e o valor medido da velocidade e da
propriedade
ρ
m
= Massa específica da mistura de ar
C
m
= Calor específico da mistura de ar
w’T
v
’ = Média da covariância da velocidade vertical e temperatura do ar
M
w
= Massa molar da água
λ = Calor de vaporização da água
viii
RESUMO
Este trabalho teve como objetivo analisar o balanço de energia da floresta de
transição de agosto de 1999 a maio de 2003. O estudo foi desenvolvido em uma área
plana, localizada a aproximadamente 50km da cidade de Sinop, Norte do Estado de
Mato Grosso, Brasil (11º24,75” S, 55º19,50”W). Os valores medidos e estimados dos
fluxos de calor latente (LE) e sensível (H) foram determinados usando o método de
correlação de vórtices turbulentos com torre-baseada. Este método utilizou um
anemômetro-termômetro sônico tridimensional (SWS-211/3K) para medir as
flutuações médias das componentes da velocidade de vento (u, v, e w) e temperatura
(T
v
). As medidas de CO
2
e de Vapor d’água foram efetuadas em um analisador
infravermelho de gases em circuito aberto (NOAA-ATDD). O Fluxo de calor no solo
(G) foi medido usando um transdutor de fluxo de calor (n=2), (HFT-3.1, REBS),
instalado na base da torre. Para comparação da radiação líquida (Rn), calor sensível
(H) e calor latente (LE), considerou-se um dia médio por período. Os dados
analisados de Rn – G, como variável independente, e H + LE, como variável
dependente, mostraram, por método estatístico, correlação acima de 90%. A fração
do saldo de radiação - LE/Rn - variou entre 54% e 74%, e a fração do saldo de
radiação – H/Rn - variou entre 21% e 42%, durante todos os períodos observados.
Embora o fluxo de calor sensível, durante os períodos e anos analisados, não tenha
apresentado mudança significativa, o fluxo de calor latente mostrou grande variação
durante os períodos chuvoso (PC) e intermediário chuvoso/seco (ICS).
Palavras-chave: balanço de energia, calor sensível, calor latente, radiação líquida.
ix
ABSTRACT
The objective of this work was to analyze the energy exchange of a transition
forest from august 1999 to may 2003. The study was developed in a flat area located
approximately 50 km from Sinop, North of Mato Grosso, Brazil (11º24,75’ S;
55º19,50’ W). The soil has high porosity and quickly drains the rainfall.
Measurements of latent heat (LE) and sensible heat (H) fluxes had been made USING
the correlation of turbulent vortices method tower-based. This method used a three-
dimensional sonic anemometer-thermometer (SWS-211/3K).
To measure the mean
wind speed fluctuations (U, V, And W) and temperature (Tv)). The measurements
OF Co2 and water vapor had been made using an analytical infra-red gas analyzer in
open circuit (NOAA-ATDD). The soil heat fluxes (g) was measured using a flow heat
transducer (N=2), (HFT-3.1, REBS) installed in the base of the tower. For RN, H And
LE comparisons was considered one day average for period. The analyzed data of RN
- G, as independent variable, And H + LE, as dependent variable, had shown
correlation around 90%. The balance radiation fraction - LE/RN - varied between
54% and 74% and the fraction - H/RN - varied between 21% and 42%, during all
observed period. Although the flow of sensible heat, during the analyzed periods and
years, had not presented significant changes, the flow of latent heat showed high
variation during the wet period (PC) and transition period wet/dry (ICS).
Keywords: energy balance, sensible heat, latent heat, net radiation
1
INTRODUÇÃO
A preocupação mundial está voltada para os efeitos que a grande quantidade de CO
2
liberada pela ação do homem pode causar à Terra. É difícil prever a escala e os
efeitos do aquecimento global provocado pelo efeito estufa, e há debates e estudos
científicos ainda em andamento. Alguns cientistas, dentre os quais destacamos
SHUTTLEWORTH et al., (1984); WRIGHT et al., (1992); BASTABLE et al.,
(1993), afirmam que, nos próximos 50 anos, poderá haver aumento de
aproximadamente 2ºC na temperatura média do planeta.
Atualmente, os cálculos indicam que as quantidades de gás carbônico, liberadas na
atmosfera por ano, são da ordem de 1milhão de toneladas, produzidas por fontes
naturais (respiração e decomposição dos seres vivos, queimadas florestais
espontâneas, liberação pelos oceanos, etc.). Em adendo, 22 mil toneladas por fontes
artificiais, principalmente as combustões de carvão mineral e de derivados de petróleo
(TRENBERTH et al. 1996).
Segundo vários pesquisadores, dentre os quais citamos RODHE et al. (1997),
GRAEDEL & CRUTZEN, (1993), WANG et al., (1995), o efeito conjunto de tais
fatores pode vir a causar aumento da temperatura global nos próximos anos,
preocupação externada por Joseph Fourier em 1824, com aumento das atividades
industriais SANTOS (1999).
O grupo de trabalho do segundo painel intergovernamental de mudanças climáticas
(IPCC) concluiu, em seu relatório, que os níveis atuais de mudança climática induzida
pelo homem trazem riscos em larga escala e impactos irreversíveis, como degelo nos
pólos. Segundo esse grupo, os estudos indicam que se houver aumento significativo
de CO
2
, haverá aumento da temperatura e, conseqüentemente, o aquecimento da
Terra, derretendo as geleiras dos pólos. Este fenômeno provocará o aumento do
2
volume dos oceanos, inundando grandes áreas e dizimando populações,
principalmente aquelas que habitam continentes mais ao nível do mar (IPCC, 1996).
Entretanto, estudos vêm demonstrando que existem sistemas que absorvem grande
parte do CO
2
emitido, mantendo certo equilíbrio na natureza, dentre os quais
destacamos GRACE et al. (1996), MALHI et al. (1998), PHILLIPS et al. (1998).
Nesse sentido, a Amazônia tem atraído a atenção mundial não somente pela
possibilidade de ser a floresta um grande consumidor de CO
2
, importante fonte de
calor e vapor de água para a atmosfera, possuindo papel importante na circulação
geral da atmosfera (GARSTANG E FITZJARRALD, 1999), mas também pela sua
biodiversidade de espécies florestal e animal e pelos efeitos que o desmatamento em
grande escala poderá provocar no clima, na hidrologia e nos ciclos biogeoquímicos
em escalas regional e global (NOBRE et al., 1999).
Recentemente, esta região é atenção receptora da comunidade científica por ter
impacto fundamental no orçamento de energia. Além disso, esta região do planeta
pode fazer papéis críticos, especialmente no orçamento de carbono global e efeito
estufa [GASCH & NOBRE, 1997].
Os projetos de pesquisas têm centrado atenção nas florestas, a fim de compreender
seu papel como fornecedor e consumidor de carbono, bem assim sua relação nos
efeitos climáticos globais. Na Amazônia, muitas pesquisas vêm sendo conduzidas
com objetivo de conhecer cada dia mais a respeito do fluxo de gás carbônico. Embora
os dados oriundos das pesquisas tenham gerado informações micrometeorológicas e
de troca de energia importantes sobre floresta tropical, a floresta de transição, que
separa dois importantes ecossistemas, floresta e cerrado, não foi ainda
suficientemente estudada, representando parcela significativa da mata Brasileira na
bacia Amazônica.
Grande parte dessa floresta está localizada em solo mato-grossense. Em agosto de
1999, foi montada uma torre experimental a 50km da cidade de Sinop, Norte do
estado, por meio do projeto da LBA, onde foram instalados equipamentos e sensores
para coleta de dados que permitem acompanhar e analisar o fluxo de CO
2
, vapor
d’água, energia, e radiação solar que atuam diretamente sobre o desenvolvimento e
crescimento das plantas.
3
Com objetivo de analisar os dados coletados de balanço de energia da floresta de
transição, durante o período de agosto de 1999 a maio de 2003, dividiu-se este
trabalho em cinco capítulos. No primeiro - fundamentação teórica – fez-se uma
revisão bibliográfica, citando vários pesquisadores que trabalham com concentração
de CO2 e balanço de energia nas florestas tropicais, floresta de transição,
reflorestamentos, pastagens e culturas como melão, tomate, etc. Embora tenha sido
feita referência a vários métodos, destacamos que o empregado neste trabalho foi o
método do vórtice turbulento. No segundo – materiais e métodos-, mostrou-se o local
do estudo com suas características e os equipamentos empregados nas coletas de
dados. No terceiro – resultados e discussões –, evidenciou-se a dinâmica do trabalho
de análise. Cada ano considerado foi dividido em quatro períodos ( Período Seco -
PS, Intermediário Seco/Chuvoso -ISC, Período Chuvoso - PC e Intermediário
Chuvoso/Seco - ICS). Cada período foi analisado separadamente, considerando para
isso um dia médio por período. Posteriormente, os dias médios de cada período foram
transformados em um dia único médio do ano. Os resultados foram enfeixados em
tabelas e gráficos com vista a facilitar análise de cada período e ano. No quarto
capítulo, fizemos análise dos dados e finalmente, no capítulo cinco, a conclusão se
pautou na análise dos gráficos e de dados estatísticos que permitiram comparar os
resultados por período e de cada ano considerado.
Compreender as trocas de energia dos ecossistemas se torna importante, pois
compreendendo a dinâmica do balanço de energia poder-se-á entender o processo de
absorção e produção do CO
2
nas florestas, pastagens, cerrados, entre outros, além de
obter informações mais detalhadas sobre o ciclo da água. O entendimento do primeiro
pode nos levar a conhecer com mais exatidão o comportamento dos outros.
Dentro dessa compreensão, está o fato de estabelecer um conhecimento amplo da
troca de energia no sistema de floresta de transição com o consumo ou produção do
CO
2
.
4
CAPÍTULO I - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Diversos estudos sobre o balanço de energia em agricultura vêm sendo
desenvolvidos, com propósito de avaliar os mecanismos de desenvolvimento que
afetam e melhoram a produção. Dentre eles, podemos destacar estudos efetuados por
ALVES et al., (1998); CAMPELO JÚNIOR (1978); CUNHA & BERGAMASCHI
(1994); CUNHA et al. (1996); VILLA NOVA (1973); PRATES et al. (1987),
HAYASHI (2002), EVETT et al. (1992).
Em florestas, estudos de simulação numérica do clima em situações naturais e de
desmatamento (troca da superfície vegetada de floresta tropical por áreas de
pastagem) com o intuito de entender melhor o mecanismo dos ecossistemas naturais,
também vêm sendo realizados, dentre os quais citamos os trabalhos de NOBRE et al.
(1991; 1999); VOURLITIS & OECHEL, (1997 e 1999); VOURLITIS et al., (2001);
PRIANTE FILHO et al. (2003); AVISSAR (1991); GRACE (1992) .
De modo geral, os resultados obtidos por vários autores (SHUTTLEWORTH et al.,
1984a; WRIGHT et al., 1992; BASTABLE et al., 1993) que estudam o
comportamento do ecossistema, e da relação biosfera-atmosfera, convergem para a
conclusão que ocorrerá um aumento de temperatura do ar próximo à superfície
(variando de 0,6º C à 2,0º C), uma redução nos totais de precipitação e evaporação
(de 20% a 30% do valor do cenário de floresta) e uma estação seca mais prolongada.
Essas modificações, se confirmadas pela realidade, certamente acarretarão
implicações ecológicas importantes (NOBRE, et al., 1999).
Outro aspecto importante nesta problemática de mudanças climáticas globais é o
papel que o gás dióxido de carbono (CO
2
) desempenha no balaço de energia do
sistema biosfera-atmosfera. Por conta da sua grande extensão, as florestas são
5
importantes no ciclo global do carbono, por conterem aproximadamente 40% do C
estocado na biosfera terrestre, (PHILLIPS et al., 1998). Medidas recentes (GRACE et
al., 1996, MALHI et al., 1998, PHILLIPS et al., 1998) sugerem que a floresta
Amazônica seja um sorvedouro de CO
2
da atmosfera e que o desmatamento que está
ocorrendo libera grande quantidade de carbono para a atmosfera, da ordem de 1,6 ton
C .ha
-1
.ano
-1
(IPCC, 1996). Ainda não se conhece bem os limites de estocagem em
florestas tropicais, com base no qual se estabelece um equilíbrio dinâmico, onde os
ganhos se igualam às perdas, GOULDEN (1996). Portanto, para conhecermos a
associação entre a dinâmica do crescimento deste ecossistema e os limites de
estocagem, há a necessidade de monitoramento contínuo, em longo prazo das trocas
de carbono entre o ecossistema e o meio VOURLITIS (2001). A atmosfera representa
a maior fronteira destas trocas.
Embora as florestas funcionem como metabolizadores, produzindo e consumindo
CO
2
durante os processos de respiração e fotossíntese SANTOS (1999), a
comunidade científica vem discutindo seu papel dentro do processo de controle de
carbono.
Vários projetos na Amazônia já foram executados, tais como CAMREX (Carbon in
the Amazon River Experiment), ABRACOS (Anglo-Brazilian Amazonian Climate
Observations Study), RBLE (Rondônia Boundary Layer Experiment), ARME
(Amazon Region Micrometeorological Experiment). Recentemente, com grande
apoio Nacional e Internacional, o projeto LBA (Large Scale Biosphere-Atmosphere
Experiment in Amazônia) planeja gerar outros conhecimentos, necessários à
compreensão do funcionamento climatológicos, ecológicos, biogeoquímicos e
hidrológicos da Amazônia.
Questões apresentadas pelo LBA como: Qual é a magnitude dos fluxos líquidos de
CO
2
, de Vapor D’água, de Energia e de Momentum entre floresta e pastagem, de um
lado e a atmosfera do outro? Qual a magnitude das variações diária, sazonal e inter-
anual? Quais os principais fatores ambientais que controlam essas magnitudes e suas
variações? Estão ainda sem resposta.
Na Terra, durante milênios, os ciclos da água e do gás carbônico mantiveram a
entrada e a saída do calor de forma equilibrada, de tal forma que as variações do
6
clima no planeta foram vagarosas, mesmo obedecendo às variações de temperaturas
do dia para a noite, inverno e verão e assim por diante (AYOADE 1998). De cem
anos para cá, a quantidade de gás carbônico na atmosfera tem aumentado
consideravelmente, de forma muito rápida, em função da explosão demográfica, do
desenvolvimento industrial acelerado, desmatamentos e queimadas de florestas, tal
como acontece na Amazônia (NOBRE et al. 1991). Todo esse processo constitui
fonte de produção de CO
2
que, segundo NEFTEL et al. (1985), causou aumento
considerável desse gás, a partir da grande revolução industrial de 1850.
O efeito líquido do desmatamento, tal como a redução de florestas tropicais, uso
intensivo de fertilizantes e agrotóxicos, e a redução da matéria orgânica, também
contribuem para o aumento do CO2 na atmosfera (MANABE, 1985)
Diante desse quadro, os projetos de pesquisa têm centrado atenção para as florestas a
fim de compreender seu papel como consumidores de carbono e sua relação nos
efeitos climáticos globais, apesar das afirmações de BROECKER et al. (1979), de que
os oceanos é que constituem a maior fonte de consumo do CO
2
emitido. Nesse
contexto, compreender as trocas de energia dos ecossistemas se torna importante, pois
apreendendo a dinâmica do balanço de energia poder-se-á compreender o processo de
absorção e produção do CO
2
nas florestas tropicais, florestas de transição, pastagens,
e cerrados, entre outros.
A dinâmica do carbono no ecossistema tropical brasileiro tem recebido recentemente
considerável atenção, em razão da necessidade de compreender melhor o papel do
ecossistema tropical terrestre no contrapeso global do CO
2
(CERRI et al. 1995).
Estudos de variação sazonal na troca líquida de CO
2
do ecossistema da floresta
tropical de transição, com objetivo de estudar a dinâmica do carbono, receberam
atenção recente de VOURLITIS et al.,( 2001). Nesse trabalho, chegou-se à conclusão
de que a troca líquida de CO
2
com o ecossistema na floresta de transição foi bastante
semelhante ao comportamento da floresta tropical durante a estação chuvosa, mas
durante a estação seca, a troca líquida de CO
2
era mais similar com as savanas
tropicais.
7
ROCHA et al. (2003) ressaltam que a maior parte dos estudos que estão sendo
realizados na Amazônia enfoca preferencialmente os fluxos de CO
2
e que os fluxos
de energia merecem mais atenção.
Uma das técnicas mais comuns de medidas de fluxos de massa e de energia, de longa
duração nos ecossistemas da Amazônia, é o método de correlação de vórtices
turbulentos (BALDOCCHI, et al, 1988, PAW, et al., 2000, VOURLITIS &
OECHEL, 1997, 1999; GRACE et al.1995; GRACE, 1992; MCWILLIAM et al.,
1996, VOURLITIS et al. 2001 e 2002). Esse método se baseia em medidas de
flutuações da velocidade do vento e das concentrações de CO
2
e de vapor d’água,
geralmente efetuadas em 10Hz (MCMILLEN, 1988; LEUNING & MONCRIEFF.,
1990). Certamente por conta das dificuldades técnicas e da complexidade em manter
esse tipo de sistema funcionando continuamente, grande parte dos estudos já
publicados na Amazônia se baseia em séries curtas de dados e com diversas falhas
que precisam ser preenchidas para ter análises mais conclusivas sobre o
comportamento do ecossistema estudado (VOURLITIS et al., 2001; VOURLITIS et
al., 2002; ROCHA et al., 2003).
2- DIFUSÃO TURBULENTA
O estudo de difusão turbulenta se funda, notadamente, na teoria da camada limite. O
conceito da camada limite foi introduzida por Ludwing Prandtl, ao formular a
hipótese de que, independentemente da viscosidade do fluido, as forças viscosas são
desprezíveis, exceto em regiões próximas a contornos sólidos, sobre as quais deve ser
válida a condição de não-deslizamento ou aderência. Quando a velocidade de um
fluido que escoa sobre uma superfície excede certo valor crítico, o regime de
escoamento passa de laminar para turbulento, exceto em uma camada extremamente
fina junto à superfície, chamada camada limite, onde o escoamento permanece
laminar. O regime de escoamento, se laminar ou turbulento, é determinado pelo
número de Reynolds.
O número de Reynolds (Re) não tem dimensões. O valor de Re nos dá a indicação se
o escoamento é turbulento ou laminar. Um escoamento não deverá ser turbulento
8
enquanto Re < 1. Daí para cima, depende da geometria do escoamento e da
estabilidade inicial, o escoamento será turbulento. A espessura da camada limite será
maior quanto maiores forem os coeficientes cinéticos da viscosidade do fluido e as
dimensões do corpo e será menor quanto maior for a velocidade do fluido. A
espessura relativa da camada limite será tanto menor quanto maior for o número de
Reynolds (FEDIAEVSKI et al 1979).
Por definição, estudos prolongados de trocas entre a biosfera e a atmosfera requerem
medições diretas e contínuas da transferência de vapor d’água e dióxido de carbono
entre os sistemas. Técnicas micrometeorológicas, como o método da correlação de
vórtice turbulento, revelam-se assim ferramenta extremamente eficaz para
monitoração dessa troca entre a biosfera e a atmosfera (MONCRIEFF et al. 1997)
A técnica de correlação de vórtice turbulento (Eddy Covariance) está sendo
habitualmente usada para medidas diretas de fluxos de momentum, energia, CO
2
,
vapor d’água e outros gases que se colocam entre a superfície e a atmosfera
(MASSMAN, 2000). Trata-se de uma técnica que permite estudar a interação entre a
superfície da Terra e a atmosfera. É usada também, em biometeorologia, em
processos atmosféricos e biológicos (BALDOCCHI & MEYER, 1998).
A interação da atmosfera com a superfície resulta no aparecimento de turbilhões, que
se movem aleatoriamente, mudando constantemente de posição, misturando-se com
turbilhões de outros níveis, (PEREIRA, et al 1997).
A difusão do vapor d’água ocorre sob ação de pequenos turbilhões, que o transportam
para níveis mais elevados. Tal deslocamento ocorre ao acaso com trajetórias
irregulares. Segundo MONTEITH (1981), o transporte aos níveis superiores na
camada limite ocorre dentro das características de um processo de difusão turbulenta
e pode ser expressa por:
dz
dP
kf .
ρ
−=
.......................................................................1
onde f é o fluxo, ρ é a densidade do ar atmosférico, K é o coeficiente de difusão
turbulenta e dP/dz é o gradiente da propriedade considerada.
9
O fluxo turbulento de qualquer escalar pode ser escrito como:
cc
wF
ρ
=
................................................................................2
Onde F
c
é a densidade de fluxo do escalar, w é a velocidade vertical do vento e ρ
c
é a
densidade do escalar e a barra representa a média do produto sobre o intervalo da
amostragem.
A turbulência cria vórtices na atmosfera que se movem constantemente e que são os
principais responsáveis pelo transporte das propriedades desses volumes de ar
(BALDOCCHI, et al., 1988). Considerando que os registros de velocidade do vento,
temperatura e concentração são irregulares. As equações que se seguem usam a
decomposição de Reynolds, em que cada variável é igual à soma da média com uma
das partes flutuantes. Assim teremos:
'
www +=
c
c
'
ρρρ
+=
A equação 2 será então:
''
..
ρρ
wwF
c
+=
.......................................................................3
O fluxo vertical médio de uma propriedade s é dado por:
(
)
)'(.)'. sswwS +=
.................................................................4
ou
'.'.''.. swswswswS +++=
....................................................5
10
onde w e s corresponde aos valores médios da velocidade e da propriedade medida e
w´ e s´ correspondem aos valores da diferença entre a média e o valor medido da
velocidade e da propriedade respectivamente.
A equação 5 pode ainda ser reduzida. Os termos que contenham apenas uma
flutuação podem ser eliminados, pois, por definição, a média de todas as suas
flutuações é nula. Pode-se ainda desprezar o termo que envolve a velocidade média
vertical, pois em terreno uniforme e após a aplicação de rotação de dois eixos,
referidas no final, a média da componente vertical da velocidade é nula.
Assim tem-se:
''
.swS =
................................................................................6
Segundo ALBINET et al., 1998 a equação de conservação de um escalar é dada por:
DS
z
s
w
y
s
v
x
s
u
t
s
+=
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
ρ
ρ
ρ
ρ
…………..……………7
onde ∂ρs é a massa específica da grandeza escalar considerada, v, u são as
componentes da velocidade do vento na direções x, y do plano horizontal e w é a
velocidade na direção z normal da superfície. S é o termo que representa a
fonte/sumidouro e D é a difusão molecular. Aplicando a u, a v, e a w uma
decomposição de Reynolds, em que cada uma das componentes é decomposta numa
componente média e numa flutuação, a integração ao longo de z e a consideração de
ausência de fluxos horizontais divergentes de correlação turbulenta, levam a uma
alteração de equação 1 para:
VIVIIIIII
dz
z
s
wdz
x
s
udz
t
s
swzS
hmhmhm
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
+=∂
∫∫∫∫
ρρρ
ρ
00
''
0
.................8
11
Em que I representa o termo da transferência do escalar proveniente da
fonte/sumidouro. Quando o escalar for o CO
2
o termo de transferência será N
e
e
quando for o vapor d’água o termo de transferência E (evapotranspiração). O termo II
representa o fluxo correspondente à correlação turbulenta a uma altura h
m
, F
c
para o
CO
2
e F
w
para o vapor de água.
Em condições de estabilidade atmosférica e homogeneidade horizontal, todos os
outros termos da equação 8 podem ser desprezados, e o termo da correlação
turbulenta pode ser igualado ao termo correspondente à fonte/sumidouro.
O armazenamento do escalar abaixo do nível de medição é representado pelo termo
III. O armazenamento de vapor de água, S
w
é tipicamente pequeno durante a noite,
uma vez que a evapotranspiração é reduzida durante esse período. O armazenamento
de dióxido de carbono, S
c
, é tipicamente pequeno durante o dia, e durante as noites
com mais ventos, contudo, em noites de fraca mistura atmosférica, o CO
2
resultante
da respiração do ecossistema pode ficar acumulado abaixo do nível de medição. Por
outro lado, um pico negativo de S
c
é muitas vezes registrado durante a manhã. Este
fenômeno se deve a saída do CO
2
armazenado durante a noite ou à assimilação deste
pelo ecossistema (GRACE et al., 1996, GOULDEN et al., 1996). Torna-se assim
aceitável considerar S
c
nulo nas medições em longo prazo (BALDOCCHI, et al.
1988).
Os termos IV e V representam os fluxos das advecções horizontal e vertical
respectivamente (V
c
o CO
2
e V
w
o vapor de água). O termo da advecção horizontal é
significante quando existe um gradiente horizontal do escalar, ou seja, em terreno
heterogêneo ou, à noite, em terrenos de declive significativo, quando o CO
2
proveniente da respiração do ecossistema é drenado. A velocidade vertical w e,
conseqüentemente, a advecção vertical v são tipicamente nulas sobre culturas baixas,
como as de milho, arroz, algodão, etc. Contudo, tal evidência não se verifica sobre
vegetações elevadas, como as florestas, e LEE (1998) e BALDOCCHI & MEYER.,
(1998) documentam que a velocidade vertical w e, conseqüentemente, a advecção
vertical v não devem ser negligenciados, podendo inclusive ser mais importante que
o transporte turbulento durante períodos noturnos calmos. Raramente, o meio
12
ambiente se comporta como ideal. Mesmo sob as melhores condições, a
variabilidade geofísica restringe o nível da exatidão, geralmente entre 10 – 20 % ,
com que se pode medir um fluxo turbulento (WESELY, 1970). E a variabilidade
espacial da vegetação subjacente está melhor na ordem de dos 10 - 20%.
Conseqüentemente, tal erro deve ser considerado durante medidas de campo das
trocas de superfície (BALDOCCHI et al., 1988.)
A equação de conservação prevê o alicerce básico para medir e interpretar
medidas de fluxo micrometeorologicos (BALDOCCHI et al., 1988.).
Finalmente podemos escrever a equação 5 nos termos descritos acima:
Quando o escalar for o CO
2
a equação será:
ccce
VSFN
+
+=
.....................................................................9
onde: N
e
é a transferência do carbono; F
c
é o fluxo de correlação turbulenta do CO
2
;
S
c
é o armazenamento do dióxido de carbono e V
c
é o fluxos das advecções
horizontal e vertical do dióxido de carbono.
Se o escalar for o vapor d’água, a equação será:
www
VSFE ++=
.....................................................................10
onde: E é a evapotranspiração; F
w
é o fluxo de correlação turbulenta do vapor d’água;
S
w
é o armazenamento do vapor d’água e V
w
é o fluxos das advecções horizontal e
vertical do vapor d’água.
Os valores dos fluxos de calor sensível (H) e de calor latente (LE), determinados pelo
sistema de vórtices turbulentos, podem ser calculados pela equação:
''
..
Vmm
TwCH
ρ
=
............................................................11
ww
FMLE ..
λ
=
.................................................................12
13
onde ρ
m
e C
m
são respectivamente a massa e o calor específico da mistura de ar,
w’T
v
’ é a média da covariância da velocidade vertical e temperatura do ar fornecida
pelo anemômetro sônico. M
w
é a massa molar da água, F
w
é o fluxo de correlação
turbulenta do vapor d’água, e λ é o calor de vaporização da água.
É freqüentemente impossível orientar o sensor de velocidade vertical de maneira que
a velocidade não desejada seja zero, ou achar um lugar absolutamente plano. A
influência de inclinação do sensor ou a irregularidade do terreno pode alterar a
informação do fluxo de vórtice turbulento, causando aparente média da velocidade
vertical não nula (KAIMAL & HAUGEN, 1969, HYSON et al., 1981). Se a pessoa
estiver medindo fluxos com a técnica de correlação de vórtices turbulentos em
terrenos que se inclinam suavemente, é recomendado girar o sistema de captação de
velocidade do vento em três direções a um ângulo que faça as velocidades vertical e
lateral se igualarem a zero, para proceder à medida dos dados do fluxo turbulento
vertical (HYSON et al., 1977). Como uma regra de dedo polegar, é assumido que
podem ser feitas medidas de fluxo turbulentas seguras, depois de rotação de
coordenada apropriada, quando o declive do terreno está compreendida entre 8 % e
15%. Detalhes deste procedimento descritos por WESELY (1969) são esboçados por
BUSINGER (1986) e BALDOCCHI et al., (1988).
O método de vórtices turbulentos é mais exato quando o vento, a temperatura, a
umidade e o CO
2
forem constantes e a vegetação subjacente for homogênea e situada
em terreno plano e de grande extensão. Quando o método é aplicado sobre paisagens
naturais e complexas, ou durante as condições atmosféricas que variam com o tempo
a quantificação da troca do CO
2
entre a biosfera-atmosfera, devem-se incluir medidas
do armazenamento atmosférico (BALDOCCHI, 2003).
Segundo BALDOCCHI (2003), calcular as médias dos períodos longos do excesso
das medidas do fluxo de CO
2
reduz o erro da amostragem aleatória a valores muito
pequenos. Infelizmente, as lacunas nos períodos de aquisição dos dados são
inevitáveis ao construir registros de dados durante longos intervalos de tempo. As
lacunas são preenchidas geralmente com valores produzidos dos modelos estatísticos
e empíricos para produzir dados diários e anuais. As lacunas preenchidas por tais
14
modelos não introduzem erros significativos porque os algoritmos empíricos são
derivados das populações estatísticas grandes. De outro lado, os erros de medidas de
fluxo podem ser influenciados na noite em que os ventos são fracos e intermitentes.
Os erros de conceito noturno tendem a produzir redução na medida de respiração do
ecossistema. A verificação da estratificação turbulenta em camada limite atmosférica
é complicada por uma multiplicidade de influências físicas, incluindo clara
divergência no fluxo de radiação atmosférica, elevado corte associado com baixo
nível de sinal, movimento sinuoso, vibrações gravitacionais, escoamento do fluido, e
aumento sensível da heterogeneidade da superfície (MAHRT et al., 1998,
FINNIGAN, 2000, KATUL, et al. 2002).
Além da técnica de vórtice turbulento, as medidas de fluxos de energia também se
baseiam em outra abordagem fundamental conhecida como balanço de energia.
2- BALANÇO DE ENERGIA
A principal fonte de energia da Terra é o Sol. Essa energia é responsável por todo
processo natural que ocorre na superfície terrestre. O balanço de energia passa a
representar o resultado final entre a energia que chega até a superfície e a que sai.
A Terra, ao receber radiação solar, direta ou difusa (ondas curtas), terá sua
temperatura aumentada, emitindo conseqüentemente radiação de ondas longas,
obedecendo à Lei de Stefan-Boltzmann: “ a energia emitida por um corpo E
r
, em
(W/m
2
) é proporcional a quarta potência de sua temperatura absoluta T, em (K)”.
4
TE
r
σε
=
..............................................................................13
onde ε é a emissividade do corpo (≅ 1) e σ é a constante de Stefan-Boltzmann (5,67
10
-8
W/m
2
K
4
). Na floresta, a emissividade é aproximadamente 0,9 (AYOADE, 1998)
15
A quantidade de radiação solar incidente sobre o topo da atmosfera da Terra depende
de três fatores, principalmente do período do ano, do período do dia e da latitude.
A quantidade total de radiação recebida em determinado local é afetada pela duração
do dia. A duração do dia, geralmente, aumenta ou diminui com o aumento da latitude,
a depender da estação. No verão, por exemplo, a duração do dia aumenta do Equador
em direção ao pólo Norte e diminui em direção ao pólo Sul (AYOADE, 1998).
Segundo SELLERS (1965), a distribuição da radiação solar não é simétrica. Isto
ocorre porque a Terra, em seu movimento de rotação e translação, encontra-se em
janeiro em sua posição mais próxima do Sol, de modo que em todas as latitudes se
recebe mais radiação durante o inverno no hemisfério norte que durante o verão.
O balanço de radiação, que é característico da superfície e que representa a radiação
líquida (Rn), é definido como sendo igual à soma do balanço de ondas curtas (BOC) e
balanço de ondas longas (BOL).
Rn = BOC + BOL................................................................. 14
Em função dos valores de cada um desses fluxos, Rn poderá ter valor positivo ou
negativo. Durante o período diurno, o BOC é positivo, sendo nulo no período
noturno. Segundo PEREIRA (2002), normalmente o valor diário do BOL em uma
superfície natural é negativo. Isso faz com que, nas superfícies naturais, o valor
diurno do BOC (maior do que o do BOL) torne Rn positivo nesse período do dia e
negativo no período noturno. Esse é um modo da superfície eliminar parte da energia
solar absorvida e que se transformou em calor sensível.
O balanço energético é uma aplicação da primeira lei da termodinâmica, em que deve
existir uma igualdade entre o balanço de energia recebida pelo ecossistema e a soma
da energia liberada sob forma de calor sensível e latente, e da energia armazenada
pelo ecossistema, isto é, solo e biomassa (ROBINSON, 1966).
16
Figura 1. Esquema representativo da energia que chega e sai da Terra.
No período diurno o solo recebe radiação solar em forma de ondas curtas. Parte dessa
radiação é devolvida ao espaço devido ao albedo (Rs). O solo aquecido ira emitir
radiação longa (Rl) e parte é retransmitida pelas nuvens (Ra). A superfície do solo,
quando aquecida, cede energia para aquecimento do ar (H), para evaporação da água
(LE), e para aquecimento do solo (G).
Durante a noite, devido a ausência do sol, a Terra continua perdendo rapidamente
energia resfriando mais que o ar adjacente e que camadas mais profundas do solo.
Consequentemente, no balanço de energia noturno, a Terra emite radiação longa (Rl),
a atmosfera emite para a Terra radiação longa refletida pelas nuvens (Ra). Como o
solo está mais frio que o ar adjacente, o vapor d’água ao atingi-lo é condensado, dessa
forma, a Terra recebe calor latente (LE) de condensação.
A superfície com temperatura baixa faz com que a condução de calor das camadas
mais profundas do solo (G) seja dirigida para cima em direção a ela e finalmente o ar
mais aquecido imediatamente acima da superfície do solo (H) transfira energia por
meio de condução para a superfície do solo.
A essência do conceito de balanço de energia está na afirmação de que a diferença
entre a energia que entra e a energia que sai de um sistema é a energia captada ou
utilizada por ele. Da energia que chega à superfície da Terra, parte é utilizada para
aquecer o ambiente na forma de calor sensível (H), parte para evaporar a água na
forma de calor latente (LE), parte para aquecer a terra, fluxo de calor no solo (G), e
17
parte é utilizada na fotossíntese (P), (PEREIRA, 2002). O saldo de radiação líquida
(Rn) é dada por:
Rn + H + LE + G + P = 0......................................................15
Como a quantidade de energia usada para a fotossíntese é muito pequena, em relação
a radiação líquida, a equação 2 pode ser escrita desprezando-se o valor de P,
(AYOADE, 1998).
Segundo AYOADE (1998), nos continentes, o fluxo de calor latente (LE) é mais alto
no equador, diminuindo em direção aos pólos, e o fluxo de calor sensível (H) ou troca
turbulenta de calor é maior nas zonas subtropicais, diminuindo tanto em direção aos
pólos quanto em direção ao equador.
O balanço de energia é uma maneira de calcular o fluxo de vapor de uma superfície
vegetada. BOWEN (1926) realizou estudos de evapotranspiração em superfícies
vegetadas, usando o método de balanço de energia. Determinou a razão entre os
fluxos de calor sensível e latente, durante o processo de evaporação, em função da
temperatura e da pressão de vapor, cuja razão ficou conhecida como razão de
BOWEN, (equação 4).
LE
H
=
β
..................................................................................16
Segundo VILA NOVA (1973), a determinação da razão de BOWEN, em função da
teoria introduzida por SCHMIDT (1925), a “Austach Theory”, simplificou bastante a
sua utilização. Na abordagem de balanço energético, o problema se resolve
determinando-se a quantidade de radiação líquida utilizada para evaporar a água,
(AYOADE, 1998).
Na evapotranspiração, parte da energia radiante é transformada em calor latente de
vaporização. Para evaporar 1 kg de água a 20ºC é necessário 2,45 MJ de energia.
Portanto, toda vez que a superfície estiver bem umedecida, a maior parte da energia
disponível será utilizada na evapotranspiração, o que representa 70% a 80% da Rn. O
18
restante de energia disponível será utilizada no aquecimento das plantas, do ar e do
solo (PEREIRA, 2002). Quando existe boa disponibilidade de água no solo, a relação
LE/Rn se mantém dentro da faixa acima considerada, desde que não haja advecção
de calor sensível (H) de áreas adjacentes.
Para condições onde há advecção de calor sensível, a relação LE/Rn passa de 100%.
Essa situação foi observada em cultura de melão por ALVES et al. (1998), em que
LE/Rn chegou a 182% (PEREIRA, 2002). Se a superfície não estiver bem suprida de
água, a fração de Rn destinada a LE diminui, aumentando assim a fração para H + G.
Para o sistema Terra-atmosfera como um todo, o balanço de energia é positivo entre
as latitudes 30º S e 40º N, e negativo no restante (AYOADE, 1998).
Diversos métodos micrometeorológicos de medidas de fluxos de energia, foram
descritos por VERMA (1990). Segundo esse trabalho, os fluxos de calor sensível,
latente e de momentum, podem ser calculados em função dos gradientes médios de
temperatura, da umidade específica e da velocidade do vento no interior da camada
limite.
Outra maneira para calcular o fluxo de calor sensível e latente é por meio do método
da abordagem aerodinâmica
3- ABORDAGEM AERODINÂMICA
O método aerodinâmico é também empregado para cálculo do fluxo de calor latente e
sensível, notadamente para culturas agrícolas. Embora seja um método utilizado, ele é
pouco empregado na floresta provavelmente por conta das dificuldades na obtenção
de dados que permitam o cálculo da resistência aerodinâmica expressa por PENMAN
(1948) e por MONTEITH (1965)
Segundo MENDONÇA (1995), pesquisa como as de BERKOWICZ & PRAHM
(1982), consideram que as resistências aerodinâmicas são geralmente diferentes para
diferentes fluxos e dependem das propriedades do meio no qual o fluxo é
considerado. Afirmam, ainda, que é razoável assumir que a resistência aerodinâmica
19
ao transporte do vapor d’água seja igual a resistência aerodinâmica do transporte
turbulento para o calor.
Na abordagem aerodinâmica, o fluxo do vapor que advém de uma superfície onde
ocorre evaporação está relacionado com processos de difusão turbulenta.
A transferência natural de água no estado líquido na superfície, para o gasoso na
atmosfera, complica-se quando a superfície evaporante não é uniforme. O vapor
d’água é removido por difusão turbulenta, ocasionada pelas correntes de convecção
provocadas pelas diferenças de densidade e do deslocamento do ar na camada
atmosférica junto à superfície (OMETTO, 1981).
A abordagem aerodinâmica tem embasamento teórico na dinâmica dos fluidos e
transporte turbulento. Isto porque o escoamento atmosférico acima da superfície
rugosa é predominantemente turbulento. Nessas condições, a densidade de fluxo (f),
de uma propriedade qualquer (X) pode ser assim escrita (PEREIRA et al. 1997):
dz
dX
Kf
x
−=
...........................................................................17
Onde K
x
é o coeficiente de transporte turbulento (eddy diffusvityi, Austausch
coefficientt), e z é a altura acima da superfície.
Segundo MONTEITH (1973 e 1981), quando o transporte de qualquer entidade
depende da difusão (molecular ou turbulenta), a densidade do fluxo vertical dessa
entidade, F
z
, dentro da camada limite que caracteriza uma superfície, pode ser
expressa por:
z
zKzF
z
∂
∂
−=
ϕ
ρ
)()(
...............................................................18
onde ρ(z) é a densidade no ponto z, K(z) é a difusividade ou coeficiente de difusão
àquela entidade no ponto z, e ∂ϕ/∂z é o gradiente da entidade no ponto considerado.
20
MONTEITH (1973) afirma que quando o processo se trata só de difusão molecular, o
coeficiente de difusão para momentum, calor e vapor d’água são similares na ordem
de grandeza e em sua dependência com a temperatura. No entanto, na atmosfera, onde
a turbulência é o mecanismo dominante de difusão, os coeficientes de difusão são
muitas ordens de grandeza maiores que o valor molecular correspondente e
aumentam com a altura acima do chão.
21
CAPÍTULO II - MATERIAIS E MÉTODOS
1- LOCAL DE ESTUDO
Figura 2. Localização da área de estudo aproximadamente a 60km ao norte
da cidade de Sinop, Mato Grosso, Brasil (11º 24,75’ S; 55º
19,50’ W).
22
Este estudo foi desenvolvido em uma área plana localizada a aproximadamente 60 km
NE de Sinop, Norte de Mato Grosso, Brasil (11°24,75'S: 55°19,50'W), com floresta
madura e intacta, seletivamente escolhida, (fig. 2).
O solo da área de estudo é muito arenoso, pobre em nutrientes que são comuns na
bacia Amazônica (MORAES et al. 1995; RATTER 1992). Este solo tem alta
porosidade e drena rapidamente as chuvas. A vegetação consiste de árvores perenes
que é característica da floresta de transição em Mato Grosso, tal como Qualea sp.,
Vochysia sp., Ocotea sp e Mezilaurus itauba e a diversidade é alta, não havendo
predominância de uma única espécie de árvore. (VOURLITIS, et al., 2001)
2- VISTA PANORÂMICA DA TORRE
(a)
(b)
Figura 3. (a) Torre metálica de 40 m de altura e (b) vista panorâmica do
topo da torre
A temperatura média anual nesta área de Sinop é de 24 °C com pequena variação nas
estações, e uma precipitação media anual de 2000 mm ano
–1
com estações, seca e
chuvosa, bem definidas. As características climatológicas da floresta de transição são
similares às da floresta tropical e do cerrado. Entretanto, a região de floresta de
23
transição recebe, aproximadamente, menos 200 mm de precipitação anual em relação
à floresta tropical, e 500 mm de precipitação a mais que o cerrado, (VOURLITIS et
al., 2002).
Figura 4. Ilustração da torre metálica de 40 m, com a informação da
posição dos equipamentos instalados. O Anemômetro Sônico
(Tv, u, v e w), o analisador de gás (CO2 e Vapor d’água (H2O),
e o Pluviômetro (ppt) foram instalados na parte superior. A 42 m
foram instalados o Netradiômetro (Rn), o Psicrômetro
(temperatura úmida (Tw) e seca (Td)), e sensores PAR que
medem a radiação total (Q) e as radiações de ondas curtas
refletidas. Em outros pontos foram instalados sensores de
temperatura (Td)e pontos de coleta de CO2. O medidor de fluxo
de calor no solo G foi colocado a 2 cm de profundidade
24
3- COLETA DE DADOS
3.1- Equipamento de Correlação de Vórtice Turbulento (Eddy
covariance em inglês)
Na torre metálica de 40 m de altura, (fig. 4), que constitui base da pesquisa que vem
sendo desenvolvida na floresta de transição, foram instalados sensores que permitem
a coleta de dados, o ano todo, durante 24 horas.
Os valores medidos e estimados dos fluxos de calor latente (LE) e sensível (H), foram
determinados usando o método de correlação de vórtices turbulentos com torre-
baseada (BALDOCCHI et al. 1988; VERMA, 1990; VOURLITIS & OECHEL, 1997,
1999]. Esta técnica micrometeorológica quantifica diretamente a troca de massa e
energia entre superfície e atmosfera, medindo o transporte turbulento de vapor de
H
2
O e calor [BALDOCCHI et al. 1988; VERMA, 1990]. Os sensores de correlação
de vórtice turbulento foram montados a uma altura de 42 m sobre o nível de chão ou
12-14 m sobre o topo da floresta (Fig. 4).
3.1.1 – Anemômetro Sônico e Analisador de gás
O sistema de correlação de vórtice turbulento utilizou um anemômetro-termômetro
sônico tridimensional (SWS-211/3K, Applied Technologies, Inc., Boulder, Colorado,
E.U.A.), com resposta rápida de 10 Hz para medir as flutuações médias da
velocidade de vento (u, v, e w) e temperatura (T
v
), (fig. 5).
Para medidas de CO
2
e de Vapor d’água, foi utilizado um analisador infra-vermelho
de gases (fig. 5) em circuito aberto (NOAA-ATDD, Oak Ridger, Tennessee, USA). O
analisador de gás de circuito aberto, que está baseado no sistema adotado pela
NOAA- Divisão de Difusão de Turbulência Atmosférica (NOAA-ATDD) (AUBLE
& MEYERS, 1992), opera a uma freqüência de 10 Hz e uma sensibilidade de 6.8
µmol m
-3
e 0.5 mmol m
-3
para o CO
2
e o vapor de H
2
O, respectivamente.
25
Figura 5. Conjunto anemômetro sônico e analisador.de gás (CO2 e Vapor
d’água) de circuito aberto NOAA-ATDD
As flutuações naturais de CO
2
e de vapor de H
2
O produzem voltagens que foram
convertidas em densidades, multiplicando pelas constantes de calibração requeridas
(LEUNING & MONCRIEFF, 1990). Os dados de fluxos de CO
2
, vapor de H
2
O e de
calor sensível foram computados usando o software de NOAA-ATDD (MCMILLEN,
1986 e 1988), segundo uma rotação de coordenada dos vetores de vento. Os fluxos
de resposta rápida (10 Hz) foram calculados e armazenados em um computador
laptop como médias de 30 minutos, usando a técnica de médias de 200 s com
filtragem digital recursiva. O analisador de gás teve a calibração do ponto de orvalho
a cada 4 semanas. Para essa calibração, que consiste na obtenção da temperatura para
a qual o vapor de água presente na atmosfera satura o ar e começa a condensar-se,
isto é, começa a formar-se o orvalho, foi utilizado o gerador de ponto de orvalho
portátil LI 610 (LICOR, Inc., Lincoln, Nebraska, E.U.A.).
26
3.2- Medidas Micrometeorológicas
3.2.1 – Sistema de aquisição de dados
Os dados micrometeorológicos foram coletados por meio de equipamentos com
sensores de aquisição de dados, ligados a um datalogger (CR 10X, Campbell
Scientific, Inc., Ogden, Utah), e as médias de 30 min foram armazenadas em um
módulo de memória (fig. 6), e coletados a cada 15 dias.
(a) (b)
Figura 6. (a) Conjunto formado pelo Datalogger e módulo de memória,
onde se destaca o cabo de conecção para transferência de dados a
um computador portátil, (b) Palmtop para armazenar dados do
anemômetro sônico e analisador de gás
Este equipamento possui um painel de ligação com vários terminais que possibilitam
a entrada e armazenamento de dados provenientes de vários equipamentos tais como
sensores de temperatura, de radiação, entre outros. O software PC 208 W utiliza
linguagem própria com 95 instruções diferentes, que são elaboradas de acordo com as
necessidades da pesquisa.
27
3.2.2 - Net Radiômetro
As medidas de radiação líquida foram efetuadas sobre a copa das árvores, utilizando
um radiômetro ventilado (Q*7.1, REBS, Inc., Seattle, Washington) (fig.7), colocado a
42 m de altura.
Figura 7. Net radiômetro instalado acima da copa das árvores
Trata-se de um equipamento que mede o resultado líquido da diferença entre radiação
incidente oriunda do sol e a refletida pela superfície, que consiste na radiação de
ondas curtas refletidas e as ondas longas.
3.2.3 – Fluxo de calor no solo e Psicrômetro
O Fluxo de calor no solo (G) foi medido usando um transdutor de fluxo de calor
(n=2), (HFT-3.1, REBS, Inc., Seattle, Washington). A temperatura ambiente e a
pressão de vapor foram medidas a 42 m de altura, usando um sensor de umidade
relativa (HMP-35 Vaisala, Inc., Helsinki, Finland). A pressão vertical de vapor são
registradas por meio de psicrômetros (HMP 45 C, Campbell Scientific Inc, Ogde,
Utah USA), instalados a 28 e 40m, (fig. 8). Os dados produzidos por pulsos elétricos
foram armazenados no módulo de memória, com médias de 30 minutos.
28
Figura 8. Psicrômetro
3.2.4 - Pluviômetro
A precipitação pluviométrica foi medida usando o equipamento do tipo cubeta que,
ao encher, entorna e esse movimento é registrado (2501, Sierra-Misco, Inc.,
Beckerley, Califórnia) (fig. 9). O pluviômetro foi instalado no ponto mais alto da
torre. As informações de chuvas são enviadas por pulsos elétricos e armazenadas no
módulo de memória, juntamente com informações dos demais equipamentos
instalados na torre.
Durante o ano de 1999, os registros mostraram uma média de precipitação em torno
de 1820 mm no período chuvoso. Em 2000, os registros foram de 1730 mm. Em 2001
e 2002, não foram obtidos dados de chuva, em razão da infestação de abelhas e danos
no equipamento.
29
Figura 9. Pluviômetro do tipo cubeta
Os dados coletados por meio dos sistemas de vórtice turbulento e
micrometeorológicos foram coletados em médias quinzenais armazenados em
computadores e transformados em tabelas. As calibrações dos equipamentos, como o
psicrômetro, foram efetuadas em relação a outro equipamento idêntico, considerado
padrão.
30
CAPÍTULO III - RESULTADOS E DISCUSSÕES
1- PERÍODOS DE COLETA
As coletas de dados na cidade de Sinop tiveram início em meados de agosto de 1999.
Para análise dos dados obtidos, foram definidos (04) quatro anos de estudo, assim
distribuídos: o primeiro ano (01) compreendido entre agosto de 1999 a maio de 2000;
o segundo (02) de junho de 2000 a maio de 2001; o terceiro (03) de junho de 2001 a
maio de 2002 e o quarto (04) de junho de 2002 a maio de 2003. Cada um deles foi
dividido em quatro (04) períodos: 1- Período Seco (PS), compreendido entre os meses
de junho a agosto; 2- Período Intermediário Seco/Chuvoso (ISC), compreendido entre
os meses de setembro a novembro; 3- Período Chuvoso (PC), compreendido entre os
meses de dezembro a fevereiro e 4- Período Intermediário Chuvoso/Seco (ICS),
compreendido entre os meses de março a maio. Os dados enfeixados representam um
dia típico, com a média dos valores obtidos a cada 30 minutos, durante cada período.
1.1- PRIMEIRO ANO
O primeiro ano, compreendido entre agosto/1999 a maio/2000, no período seco,
foram registrados dados de 19 (dezenove) dias, no período intermediário
seco/chuvoso foram registrados dados de 58 (cinqüenta e oito) dias, no período
chuvoso não foram registrados dados, e no período intermediário chuvoso/seco foram
registrados dados de apenas 3 (três) dias. A figura 10 mostra o fluxo de energia (Rn,
31
G, H e LE) e a figura 11 mostra a variação da temperatura no dossel da floresta, em
função da hora local nos períodos considerados deste ano.
(a)
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Fluxo de Energia ( W/m
2
)
Rn H LE G
(b)
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Fluxo de Energia (W/m
2
)
Rn G H LE
(c)
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Fluxo de Energia ( W/m
2
)
Rn H LE G
Figura 10. Fluxo de energia (Rn, G, H e LE) em W/m
2
em função da hora
local. (a) período seco (PS), (b) intermediário seco/chuvoso
(ISC), (c) intermediário chuvoso/seco (ICS).
32
(a)
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
0 6 12 18 24
Hora Local ( h )
Temperatura ( ºC
)
(b)
15
17
19
21
23
25
27
29
31
0 6 12 18 24
Hora Local ( h )
Temperatura ( ºC
)
(c)
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
0 6 12 18 24
Hora Local ( h )
Temperatura ( ºC
)
Figura 11. Gráfico da variação da temperatura em ºC em função da hora
local. (a) período seco (PS), (b) intermediário seco/chuvoso
(ISC) e (c) intermediário chuvoso/seco (ICS).
A temperatura do primeiro ano se manteve dentro da faixa média dos 25º C, com
picos máximos variando na casa de 17º C e 32º C.
A variação sazonal da partição de energia dos componentes do balanço de energia
expressa pelo método da correlação de vórtices turbulentos, consumidas em calor
sensível e calor latente, esta estampada nas figuras 12, 16, 20 e 24. Nas figuras,
33
observa-se que as variações abruptas ocorrem ao nascer e ao pôr do sol. No período
seco, há uma aproximação significativa entre as frações de H/Rn e LE/Rn,
demonstrando que, mesmo no período onde não existe chuva, a floresta de transição
possui água em grande quantidade.
(a)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
6101418
Hora Local (h)
Partição de Energia (%
)
H/Rn LE/Rn
(b)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
6101418
Hora Local (h)
Partição de Energia (%
)
H/Rn LE/Rn
(c)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
6 101418
Hora Local (h)
Partição de Energia (%
)
H/Rn LE/Rn
Figura 12. Partições de energia H/Rn e LE/Rn em função da hora local. (a)
período seco (PS), (b) intermediário seco/chuvoso (ISC) e (c)
intermediário chuvoso/seco (ICS).
Nos demais períodos, ocorreram um distanciamento maior entre as partições,
motivado pelo aparecimento da chuva que começa a cair geralmente após o mês de
setembro. Nesse primeiro ano, as frações utilizadas no processo de evaporação da
34
água (LE/Rn) variaram entre 0,60% e 0,70%, e no aquecimento da floresta (H/Rn)
apresentaram variações entre 0,24% e 0,42%, tabela 1.
A correlação entre os fluxos de energia H+LE e Rn-G, figura 13, notadamente no
período ICS, apresentou um resultado que não era esperado, em virtude da grande
oscilação de energia apresentada nesse período.
(a)
y = 0,8277x + 23,688
R
2
= 0,9599
0
100
200
300
400
500
600
0 200 400 600
Rn-G ( W/m
2
)
H+LE ( W/m
2
)
(b)
y = 0,8944x + 7,6773
R
2
= 0,9756
0
100
200
300
400
500
600
0 200 400 600
Rn - G ( W/m
2
)
H+LE ( W/m
2
)
(c)
y = 0,8915x + 6,4787
R
2
= 0,8737
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 200 400 600 800
Rn-G (W/m
2
)
H+LE (W/m
2
)
Figura 13. Correlação H+LE e Rn-G, do primeiro ano. (a) período seco
(PS), (b) intermediário seco/chuvoso (ISC) e (c) intermediário
chuvoso/seco (ICS).
35
Os valores médios de H, LE, RN, H/Rn, LE/Rn, G, e T, dos anos considerados, estão
apresentados na tabela 1. As médias foram obtidas por método estatístico, e as
unidades dos fluxos de energia em W/m
2
, e da temperatura em ºC. Verifica-se que a
temperatura média da floresta de transição, durante todos os períodos, manteve-se
próximo dos 25 ºC, não ultrapassando em média os 30 ºC. Os dados de Rn no 3º ano
período ICS e no 4º ano no mesmo período estiveram muito baixos, resultando em
frações elevadas de LE/Rn. Os valores de H e LE registram médias cujas somas são,
na sua totalidade, próximas da diferença entre Rn e G. A diferença observada pode
representar a energia usada, principalmente no processo de fotossíntese, conforme
descreve AYOADE (1998) e outras perdas entrópicas.
1.2- SEGUNDO ANO
No segundo ano, compreendido entre junho/2000 a maio/2001, foram registrados
dados de 10 dias no período seco. No período intermediário seco/chuvoso não houve
registro de dados. No período chuvoso, foram 60 dias de registro, e no intermediário
chuvoso/seco, registraram-se dados de 88 dias. As figuras 14 e 15 mostram os fluxos
de energia (Rn, G, H e LE) e a variação da temperatura no dossel da floresta, em
função da hora local.
36
(a)
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Fluxo de energia (W/m
2
)
Rn H LE G
(b)
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Fluxo de Energia (W/m
2
)
Rn H LE G
(c)
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Fluxo de Energia (W/m
2
)
Rn H LE G
Figura 14. Fluxo de energia (Rn, G, H e LE), em função da hora local nos
períodos: (a) seco (PS), (b) chuvoso (PC) e (c) intermediário
chuvoso/seco (ICS), do segundo ano
37
(a)
15
20
25
30
0 6 12 18 24
Hora Local ( h )
Temperatura ( ºC
)
(b)
15
20
25
30
0 6 12 18 24
Hora Local ( h )
Temperatura (ºC
)
(c)
15
20
25
30
0 6 12 18 24
Hora Local ( h )
Temperatura ( ºC
)
Figura 15. Variação da temperatura, em função da hora local nos
períodos: (a) seco (PS), (b) chuvoso (ISC) e (c) intermediário
chuvoso/seco (ICS), do segundo ano
A temperatura registrada no segundo ano obteve uma média por período, tabela 1,
ligeiramente menor do que no primeiro ano. Manteve-se dentro da faixa média dos
24ºC, com picos máximos variando na casa de 16ºC e 30ºC.
Nesse ano, as frações utilizadas no processo de evaporação da água (LE/Rn), e no
aquecimento da floresta (H/Rn), apresentaram variações significativas notadamente
nos períodos PC e ICS, figura 16.
38
(a)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
6101418
Hora Local (h)
Partição de
Energia (%)
H/Rn LE/Rn
(b)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
6101418
Hora Local (h)
Partição de
Energia (%)
H/Rn LE/Rn
(c)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
6101418
Hora Local (h)
Partição de
energia (%)
H/Rn LE/Rn
Figura 16. Partições de energia H/Rn e LE/Rn em função da hora local.
(a) período seco (PS), (b) período chuvoso (PC) e (c)
intermediário chuvoso/seco (ICS).
Verificou-se, neste ano, que a correlação entre a soma do calor sensível (H) e de calor
latente (LE) como variável dependente, e a diferença entre a radiação líquida (Rn) e o
fluxo de calor no solo (G) como variável independente, figura 17, apresentou R
2
que
variaram entre 0,9732 no período seco e 0,9943 no período intermediário
chuvoso/seco, enquanto que no período chuvoso a covariância atingiu o valor de
0,9919.
A correlação mostrada na figura 17, nos períodos seco, chuvoso e intermediário
chuvoso/seco também foi mostrada por VOURLITIS et al, 2001.
39
(a)
y = 0,7526x + 15,847
R
2
= 0,9732
-100
0
100
200
300
400
500
0 200 400 600
Rn-G (W/m
2
)
H+LE (W/m
2
)
(b)
y = 0,8926x + 6,9462
R
2
= 0,9919
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 200 400 600
Rn-G (W/m
2
)
H+LE (W/m
2
)
(c)
y = 0,9683x + 3,5718
R
2
= 0,9943
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 200 400 600
Rn-G (W/m
2
)
H+LE (W/m
2
)
Figura 17. Correlação H+LE e Rn-G, do segundo ano. (a) período seco
(PS), (b) período chuvoso (PC) e (c) intermediário chuvoso/seco
(ICS).
1.3- TERCEIRO ANO
No terceiro ano, compreendido entre junho/2001 a maio/2002, no período seco,
registraram-se dados de 13 dias. Nos períodos intermediário seco/chuvoso e chuvoso
não houve registro de dados. No período intermediário chuvoso/seco, registraram-se
dados de cinco (5) dias.
40
A figura 18 mostra o fluxo de energia (Rn, G, H e LE), em função da hora local nos
períodos: seco (PS), e intermediário chuvoso/seco (ICS) do terceiro ano.
(a)
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Fluxo de Energia
(W/m
2
)
Rn G H LE
(b)
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Fluxo de Energia
W/m
2
)
Rn G H LE
Figura 18. Fluxo de energia (Rn, G, H e LE), em função da hora local nos
períodos: (a) seco (PS), e (b) intermediário chuvoso/seco (ICS),
do terceiro ano.
A oscilação verificada no período intermediário chuvoso/seco, figura 18 b, ocorreu
em razão do primeiro dia de medida desse período, o que resultou, na média, em
valores de LE superiores aos de Rn.
A temperatura registrada do terceiro ano apresentou uma média nos períodos
coletados de 25º C, com picos máximos variando na casa de 18º C e 30º C, figura 19.
(a)
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
0 6 12 18 24
Hora Local ( h )
Temperatura ( ºC)
(b)
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
0 6 12 18 24
Hora Local ( h )
Temperatura ( ºC )
Figura 19. Variação da temperatura, em função da hora local nos períodos:
(a) seco (PS), (b)) intermediário chuvoso/seco (ICS), do terceiro
ano.
41
As frações utilizadas no processo de evaporação da água (LE/Rn), e no aquecimento
da floresta (H/Rn) apresentaram variações significativas notadamente no período ICS,
figura 20.
(a)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
6101418
Hora Local (h)
Partição de Energi
a
(%)
H/Rn LE/Rn
(b)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
6101418
Hora Local (h)
Partição de Energi
a
(%)
H/Rn LE/Rn
Figura 20. Partições de energia H/Rn e LE/Rn em função da hora local. (a)
período seco (PS), (b) intermediário chuvoso/seco (ICS).
Verificou-se, neste ano, que a covariância entre a soma do calor sensível (H) e de
calor latente (LE) como variável dependente e a diferença entre a radiação líquida
(Rn) e o fluxo de calor no solo (G) como variável independente, figura 21, apresentou
R
2
igual a 0,966 no período seco e 0,953 no período intermediário chuvoso/seco.
(a)
y = 0,8005x - 0,9831
R
2
= 0,9666
-100
0
100
200
300
400
500
0 200 400 600
Rn-G ( W/m
2
)
H+LE ( W/m
2
)
(b)
y = 1,3856x + 6,8604
R
2
= 0,9538
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
0 200 400 600
Rn-G ( W/m
2
)
H+LE ( W/m
2
)
Figura 21. Correlação H+LE e Rn-G, do terceiro ano. (a) período seco
(PS) e (b) intermediário chuvoso/seco (ICS).
42
1.4- QUART0 ANO
No quarto ano, compreendido entre junho/2002 a maio/2003, registraram-se dados em
todos os períodos. No período seco, foram 69 dias de registro, no período
intermediário seco/chuvoso foram registrados dados de 21 dias, no período chuvoso
de 62 dias e no intermediário chuvoso/seco foram coletados dados de 22 dias.
As figuras 22 e 23 mostram o fluxo de energia (Rn, G, H e LE) e a variação da
temperatura no dossel, em função da hora local nos períodos: seco (PS), intermediário
seco/chuvoso (ISC) e período chuvoso (PC) e intermediário chuvoso / seco (ICS) .
(a)
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Fluxo de Energi
a
(W/m
2
)
Rn G H LE
(b)
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Fluxo de Energi
a
(W/m
2
)
Rn G H LE
(c)
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Fluxo de Energi
a
(W/m
2
)
Rn G H LE
(d)
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Fluxo de Energi
a
(W/m2)
Rn G H LE
Figura 22. Fluxo de energia (Rn, G, H e LE), em função da hora local nos
períodos: (a) seco (PS), (b) intermediário seco/chuvoso (ISC), (c)
chuvoso (PC) e (d) intermediário chuvoso/seco (ICS), do quarto
ano.
43
Neste ano, verificou-se grande oscilação nos valores do fluxo de calor latente,
principalmente nos dois períodos intermediários seco/chuvoso e chuvoso/seco, figura
22 b e 22 d. Na figura 22 d, verifica-se que houve falhas na leitura da radiação líquida
Rn e, com isso, ocorreram sensíveis alterações nos valores do fluxo de calor latente e
sensível. As oscilações verificadas nesses períodos ocorreram durante todo período de
coleta, apresentando valores de LE superiores aos de Rn em vários momentos.
A temperatura registrada do quarto ano oscilou bastante, principalmente nos períodos
chuvoso e intermediário chuvoso/seco, figura 23. No ano, a temperatura apresentou
uma média nos períodos coletados de 25º C, com picos máximos variando na casa de
19º C e 33º C.
(a)
15
20
25
30
35
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Temperatura (ºC
)
(b)
15
20
25
30
35
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Temperatura (ºC
)
(c)
15
17
19
21
23
25
27
29
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Temperatura (ºC
)
(d)
15
20
25
30
35
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Temperatura (ºC
)
Figura 23. Variação da temperatura, em função da hora local nos períodos:
(a) seco (PS), (b) intermediário seco/ chuvoso (ISC), (c) chuvoso
(PC), (d) intermediário chuvoso/seco (ICS), do quarto ano
44
Na análise da partição de energia, figura 24, e na análise de regressão (H+LE e Rn-
G), figura 25, foi desconsiderado o período intermediário chuvoso/seco, por
apresentar dados de radiação líquida abaixo de 100 W/m
2
e dados de fluxo de calor
latente próximo dos 200 W/m
2
, figura 22d. As frações utilizadas no processo de
evaporação da água (LE/Rn), e no aquecimento da floresta (H/Rn), apresentaram
variações significativas após as 14 h em todos os períodos, figura 24.
(a)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
6 101418
Hora Local (h)
Partição de Energia (%
)
H/Rn LE/Rn
(b)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
6101418
Hora Local (h)
Partição de Energi
a
(%)
H/Rn LE/Rn
(c)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
6101418
Hora Local (h)
Partição de Energi
a
(%)
H/Rn LE/Rn
Figura 24. Partições de energia H/Rn e LE/Rn em função da hora local. (a)
período seco (PS), (b) intermediário seco/chuvoso (ISC) e (c)
período chuvoso.
Verificou-se, neste ano, que a correlação entre a soma do calor sensível (H) e de calor
latente (LE,) como variável dependente, e a diferença entre a radiação líquida (Rn) e
o fluxo de calor no solo (G), como variável independente, figura 25, apresentou R
2
45
que variaram entre 0,8685 no período intermediário seco/chuvoso e 0,989 no período
chuvoso.
(a)
y = 0,7576x + 9,6038
R
2
= 0,9475
-100
0
100
200
300
400
500
0 200 400 600
Rn-G ( W/m
2
)
H+LE ( W/m
2
)
(b)
y = 0,7107x - 2,9455
R
2
= 0,8685
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 200 400 600 800
Rn-G ( W/m
2
)
H+LE ( W/m
2
)
(c)
y = 0,8918x + 7,427
R
2
= 0,9894
-100
0
100
200
300
400
500
0 200 400 600
Rn-G ( W/m
2
)
H+LE ( W/m
2
)
Figura 25. Correlação H+LE e Rn-G, do quarto ano. (a) período seco (PS),
(b) intermediário seco/chuvoso (ISC) e (c) período chuvoso
(PC).
Os valores médios de H, LE, RN, H/Rn, LE/Rn, G, e T, dos anos considerados, estão
apresentados na tabela 1, cujas médias, obtidas por método estatístico, indicam os
fluxos de energia em W/m
2
, e a temperatura em ºC. Verifica-se que a temperatura
média da floresta de transição, durante todos os períodos, manteve-se na média dos
25,1 ºC, não ultrapassando em nenhum período os 30 ºC. A variação sazonal dos
valores médios do saldo de radiação apresentou resultados compatíveis com os
indicados por AYOADE (1998) para as florestas. A razão H/Rn esteve sempre na
46
casa dos 40% da radiação liquida, enquanto LE/Rn esteve sempre na casa dos 50% da
mesma radiação líquida disponível. Observa-se, nos períodos onde os valores
ultrapassaram os 100% da radiação líquida disponível, ou seja , período chuvoso do
primeiro ano e o intermediário chuvoso/seco do quarto ano, que a radiação líquida
medida foi muito baixa, muito aquém da sua média anual. Os valores negativos para
G na maioria dos períodos estão a indicar que a energia que sai da Terra é maior que a
armazenada durante o dia. Segundo AYOADE (1998), a energia armazenada na
floresta é muito baixo e na equação do balanço térmico anual o termo de
armazenamento de calor (G) pode ser negligenciado ou considerado constante. Isto
acontece porque o calor armazenado na primavera e no verão é liberado no outono e
no inverno. Igualmente, o calor armazenado de manhã, e no começo da tarde, é
perdido no final da tarde e à noite. .
No terceiro ano, no período intermediário chuvoso/seco, mostrou uma fração utilizada
no processo de evaporação da água (LE/Rn) igual a 1,15 % da radiação líquida
medida, superando a casa dos 100% da radiação liquida disponível. Resultado
semelhante somente foi verificada em cultura como a de melão, quando havia muita
disponibilidade de água,( ALVES, 1998).
O valor apresentado na tabela 1, no período intermediário chuvoso/seco do terceiro
ano, superando a casa dos 100% da radiação líquida disponível, atingiu um valor que
não é esperado. Pode-se dizer que tais valores, para a razão de LE/Rn, não
representam qualquer resultado esperado para a floresta de transição, apesar de
ALVES (1998) ter encontrado valores da razão LE/Rn para cultura agrícolas
superiores a 180%.
A tabela 2 mostra a correlação entre H+LE, como variável dependente, e Rn-G, como
variável independente para todos os anos e períodos considerados. A correlação R
2
,
durante todos os períodos, e a variação, para mais ou para menos, foram obtidos por
meio do cálculo estatístico de regressão
47
Tabela 1. Valores médios de H, LE, Rn, G, e T de agosto de 1999 a maio de 2003, medidos na torre experimental da floresta de
transição em Sinop MT.
ANO 1
2 3
4
Grand. Unid. PS ISC PC ICS PS ISC PC ICS PS ISC PC ICS PS ISC PC ICS
H W/m
2
48,02 42,96 s/r 36,28 39,29 s/r 38,99 35,04 30,88 s/r s/r 30,57 25,26 34,14 27,95 21,37
LE W/m
2
67,96 78,85 s/r 106,72 76,88 s/r 100,65 93,93 65,79 s/r s/r 109,91 73,10 72,02 97,23 78,63
Rn W/m
2
113,16 127,38 s/r 151,95 133,33 s/r 147,97 128,99 121,08 s/r s/r 95,31 116,31 153,52 131,32 s/r
H/Rn % 0,42 0,34 s/r 0,24 0,29 s/r 0,26 0,27 0,26 s/r s/r 0,32 0,22 0,22 0,21 s/r
LE/Rn % 0,60 0,62 s/r 0,70 0,58 s/r 0,68 0,73 0,54 s/r s/r 1,15 0,63 0,47 0,74 s/r
G W/m
2
1,66 -0,25 s/r -1,19 0,04 s/r -0,69 -0,53 -0,91 s/r s/r -1,12 -0,86 1,84 -0,72 -0,16
T ºc 24,36 25,179 s/r 26,89 22,38 s/r 25,31 25,26 24,85 s/r s/r 24,73 26,11 28,20 23,75 24,20
A tabela 1 mostra os valores médios do fluxo de energia em W/m
2
, das partições de energia em porcentagem e da temperatura em ºC,
entre os meses de agosto de 1999 a maio de 2003, por período. As médias foram obtidas por método estatístico. Verifica-se que a
temperatura média da floresta de transição, durante todos os períodos, manteve-se entre 22ºC e 29ºC. Os valores de H e LE registram
médias cujas somas, são na sua totalidade, próximas da diferença entre Rn e G. A fração H/Rn esteve sempre abaixo dos 40% da
radiação liquida disponível, e a fração LE/Rn sempre acima dos 50% da radiação liquida disponível. Os valores negativos de G
correspondem ao fluxo de energia entrando na Terra.
48
Tabela 2. Balanço de energia empregando método estatístico para o cálculo da correlação entre LE+H e Rn-G.
Perío
do
Coeficient
e
Angular
Intercep
taçãoem y
R
2
Coeficiente
Angular
Intercep
taçãoem y
R
2
Coeficiente
Angular
Intercep
taçãoem y
R
2
Coeficiente
Angular
Intercep
tacãoem y
R
2
PS
0,8277 ±
0,025
23,68 ±
5,92
0,9599 ±
0,36
0,752 ±
0,018
17,846 ±
4,67
0,973 ±
0,27
0,800 ± 0,02 -0,983 ±
4,7
0,966 ±
0,26
0,757 ± 0,02 9,603 ±
5,79
0,947 ±
0,33
ISC
0,8943 ±
0,021
7,677 ±
4,73
0,9756 ±
0,27
s/r s/r s/r s/r s/r s/r
0,710 ± 0,04 -2,945 ±
10,69
0,868 ±
0,60
PC s/r s/r s/r
0,892 ±
0,011
6,946 ±
2,96
0,991 ±
0,16
s/r s/r s/r
0,891 ± 0,01 7,427 ±
3,05
0,989 ±
0,17
ICS
0,8914 ±
0,049
6,478 ±
13,72
0,8737 ±
0,78
0,968 ±
0,01
3,571 ±
2,39
0,994 ±
0,13
1,385 ± 0,04 6,860 ±
7,7
0,953 ±
0,44
1,012 ± 0,43 78,565 ±
26,32
s/r
4
ANO 321
A tabela 2 mostra o coeficiente angular da reta, sua intersecção com o eixo y e a correlação entre H + LE como variável dependente, e
Rn – G como variável independente. A correlação R
2
, durante todos os períodos, mostrou-se dentro dos limites próximos de 1,
demonstrando boa correlação.
49
2- PRECIPITAÇÃO
Um dos dados micrometeorológicos usados para estudo das condições meteorológicas
da floresta é a precipitação atmosférica. Nos anos estudados, a quantidade de
informações registradas revelou que a precipitação esteve abaixo dos valores médios
considerados para a região, tendo em vista as médias históricas obtidas em estações
meteorológicas da região. Em função disso, os dados de chuva, apresentados na
figura 26, foram colhidos da estação meteorológica de uma fazenda nas proximidades
da área onde a torre está montada.
0
500
1000
1500
1234
Ano
Precipitação (mm)
Int.Sec/Chu
Chuvoso
Int. Chu/sec
Figura 26. Precipitação ao longo dos quatro anos estação meteorológica
instalada na fazenda Maracaí na cidade de Sinop/MT, de agosto
de 1999 a maio de 2003.
50
3- COMENTÁRIOS
Durante o trabalho de coleta de dados, motivado provavelmente por descarga elétrica,
falta de energia ou até mesmo danos dos equipamentos, o sistema deixou de registrar
dados do Analisador de gás e do Anemômetro Sônico em vários períodos, conforme
mostram os dados da tabela 1 e 2, onde os valores aparecem com o termo sem
registro (s/r) e comentários sobre os dados coletados em cada ano.
No primeiro ano, início da pesquisa e ajuste dos equipamentos, coletaram-se dados de
15 de agosto a 17 de novembro. A partir dessa data, o sistema parou de funcionar,
voltando a fazê-lo por três (3) dias no mês de fevereiro e, posteriormente, em meados
de março.
Nos três dias do mês de fevereiro, que compõe o período chuvoso, os resultados de
Rn foram muito ruins, ficando em média no valor de 15,79 W/m
2
, e não foram
registrados também o valor da temperatura.
Na figura 10 c, observa-se uma oscilação muito grande dos fluxos de energia. Embora
tenha ocorrido essa oscilação, os resultados médios apresentados nas tabelas 1 e 2
mantiveram-se dentro de valores esperados, já apresentados por VOURLITIS, (2001).
Observa-se, em todas as figuras de partição de energia, que o sistema parece falhar
toda vez que a temperatura Tv (temperatura virtual) medida pelo anemômetro sônico
registra temperatura acima de 29 ºC, aparecendo picos de descontinuidade para
valores da partição de energia superiores a 100% ou inferiores a 0%.
No terceiro ano período intermediário chuvoso/seco, o valor de Rn está abaixo de LE,
figura 18 b. Esse resultado pode ter ocorrido em razão da grande presença de nuvens
no período. Embora haja demonstração de irregularidades, as médias apresentadas na
tabela 1 demonstram um resultado significativamente igual aos demais períodos cujos
gráficos são mais comportados e semelhantes com os apresentados por GOULDEN,
et al., 1996.
O fechamento do balanço foi determinado com a média de instantâneos de 30 min
para cada período, usando o R
2
da regressão linear, considerando a soma do calor
51
latente e do calor sensível como variável dependente, e a diferença entre a radiação
líquida e o fluxo de calor no solo como variável independente.
Na tabela 1 observa-se que, em vários períodos, a soma de H+LE supera a diferença
entre Rn-G. Segundo JONES (1992), tal resultado pode ser decorrente do efeito de
oásis.
Durante os anos de coleta, os registros de chuva na torre, efetuados pelo pluviomêtro,
foram prejudicados por danos nos equipamentos de registros e por infestação de
abelhas no pluviômetro. Por essa razão, para construção da figura 17, foram
utilizados dados coletados na estação meteorológica de uma fazenda próxima da torre
onde a pesquisa está sendo realizada.
Na floresta de transição, as estações são bem definidas. Na estação seca, raramente
chove. Apenas em 2002, houve precipitação de 17 mm. Nos demais anos, nesse
período, não houve registro de chuva. No período intermediário seco/chuvoso, a
média ficou em torno de 440 mm. Na estação chuvosa, o volume de precipitação
ficou na média em torno de 1100 mm, e no período intermediário chuvoso/seco o
volume de chuva, na média, ficou em torno de 480mm anual, o que demonstra que a
floresta estudada fica em média somente três meses sem chuva.
52
CAPÍTULO IV – ANÁLISE DOS RESULTADOS
4.1 - Radiação Líquida (Rn)
Comparando as médias anuais de cada período, figura 27, verifica-se que o
comportamento da radiação líquida no período seco teve pequena variação de ano
para ano. Os valores encontrados no seu pico máximo, entre 11 h e 12 h, foram:
564,30 W/m
2
no ano 1, 572,06 W/m
2
no ano 2, 478,26 W/m
2
no ano 3 e 503,38
W/m
2
no ano 4, figura 27 a. No período intermediário seco/chuvoso, foram
registrados dados apenas dos anos 1 e 4 . Os valores foram significativamente iguais e
os picos máximos foram 526,47 W/m
2
no ano 1 e 584,53 W/m
2
no ano 4, figura 27 b.
Durante os períodos de chuva, foram diagnosticados vários problemas de
equipamento motivados principalmente por falta de energia, queima de equipamento
e dificuldades de coleta em razão das chuvas constantes. Foram coletados dados
apenas nos anos 2 e 4, e mesmo assim com poucos os dias de registro. Nesse período,
as curvas mostradas na figura 27c mostraram comportamento significativamente
iguais, e os valores máximos foram 573,41 W/m
2
no ano 2 e 500,56 W/m
2
no ano 4.
O período intermediário chuvoso/seco, figura 27d, também foi comprometido por
falha nos equipamentos, notadamente no primeiro e quarto ano, cujos dados deixaram
de ser registrados. No primeiro ano, desse período, o valor de Rn foi muito oscilante,
chegando ao nível de 737,07 W/m
2
no pico máximo às 11 horas, e 488 W/m
2
às 11
horas e 30 minutos, cuja curva se mostrou totalmente fora de padrão, quando
comparado com os demais anos.
53
(a)
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Rn (W/m
2
)
P S 1 P S 2 P S 3 P S 4
(b)
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Rn (W/m
2
)
I S C 1 I S C 4
(c)
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Rn (W/m
2
)
P C 2 P C 4
(d)
-100
50
200
350
500
650
800
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Rn (W/m
2
)
I C S 1 I C S 2 I C S 3
Figura 27. Comparação do fluxo de radiação líquida (Rn) dos períodos
analisados, considerando um dia típico com valor médio, durante
os quatro anos em foco.
Quando se fez a comparação da curva média de cada período, observa-se que a
radiação foi significativamente igual, com pequena variação no período intermediário
chuvoso/seco, figura 28, motivado pela grande variação do primeiro ano e, em menor
escala, a apresentada no 3º ano da figura 27.
54
-100
50
200
350
500
650
800
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Rn período (W/m
2
)
PS I S C P C I C S
Figura 28. Radiação líquida (Rn) curva média de cada período
considerado.
Analisando os dados de Rn para um dia médio anual, verifica-se que as curvas são
significativamente iguais, com picos máximos de 594,07 W/m
2
, no primeiro ano, e
525,92 W/m
2
, no segundo ano, mas diferem do 3º e 4º ano, que apresentaram picos
máximos de 426,37W/m
2
, no terceiro ano, e 411,47 W/m
2
, no quarto ano.
-100
50
200
350
500
650
800
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
Rn anual (W/m
2
)
Ano1 Ano2
Ano3 Ano4
Figura 29. Radiação líquida (Rn) curva média anual
55
4.2 – Calor Sensível (H)
Comparando as médias anuais do fluxo de calor sensível de cada período, figura 30,
verifica-se no período seco grande variação de ano para ano. Os valores encontrados
no seu pico máximo, entre 11 h e 12 h, foram: 263,19 W/m
2
no ano 1; 207,99 W/m
2
no ano 2; 161,95 W/m
2
no ano 3 e 122,87 W/m
2
no ano 4, figura 30a. No período
intermediário seco/chuvoso, foram registrados dados apenas dos anos 1 e 4 . Os
valores foram significativamente iguais e os picos máximos foram 206,43 W/m
2
no
ano 1 e 169,26 W/m
2
no ano 4, figura 30b. Durante os períodos de chuva, foram
coletados dados apenas dos anos, 2 e 4. Nesse período, as curvas mostradas na figura
30c foram significativamente iguais, com valores máximos de 166,58 W/m
2
no ano 2,
e 131,33 W/m
2
no ano 4. O período intermediário chuvoso/seco, figura 30d, também
foi comprometido por falha nos equipamentos, notadamente no primeiro e quarto ano,
cujas curvas se mostraram totalmente irregulares, quando comparadas com os outros
anos.
Observando a figura 30ª, verifica-se que as curvas dos anos 2 e 3 apresentam o
mesmo comportamento entre 7 h e 15 h, as oscilações foram as mesmas, variando
apenas de intensidade. Na figura 30 d, no mesmo horário, entre 7 h e 15 h, nota-se
que o primeiro ano apresentou irregularidades nas medidas, fazendo surgir oscilações
que denotam falhas de equipamento. Entretanto, a mesma oscilação aparece, em
menor intensidade, no quarto ano, permitindo o entendimento de que esses dois anos
tiveram comportamentos idênticos.
Os valores médios do fluxo de calor sensível, por período estudado, encontra-se na
tabela 1. Nela verificamos que o valor máximo atingiu 48,02 W/m
2
no período seco
do primeiro ano e 21,37 W/m
2
no período intermediário chuvoso/seco. È evidente
também, em todos os anos, que o valor do fluxo de calor sensível é sempre maior no
período seco, porém, no quarto ano, o maior valor foi atingido no período
intermediário seco/chuvoso. Esse resultado evidencia que os valores encontrados para
o fluxo de calor sensível do quarto ano, período seco, foi muito inferior, quando
comparado com os valores do primeiro e segundo ano, figura 30a.
56
(a)
-20
80
180
280
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
H (W/m
2
)
P S 1 P S 2 P S 3 P S 4
(b)
-20
80
180
280
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
H (W/m
2
)
I S C 1 I S C 4
(c)
-20
80
180
280
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
H (W/m
2
)
P C 2 P C 4
(d)
-20
80
180
280
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
H (W/m
2
)
I C S 1 I C S 2
I C S 3 I C S 4
Figura 30. Comparação do fluxo de calor sensível (H) dos períodos
considerados
Na comparação da curva média de cada período, figura 31, observa-se que as curvas
foram significativamente iguais até as 10 h e 30 min. A partir desse horário, os
períodos seco e o intermediário seco/chuvoso seguem a mesma tendência, enquanto o
período chuvoso sofre oscilações até 13h 30(min), voltando a acompanhar a tendência
dos demais períodos. Observando as figuras 23c e 23d, que mostram a temperatura
dos períodos chuvoso e intermediário chuvoso/seco do quarto ano, verificamos que
houve algum problema de registro de dados pelo anemômetro sônico, pois a variação
da temperatura foi muito grande, apesar da tendência de a curva ser idêntica às
demais. Essa falha está refletindo na curva média do período chuvoso e do
intermediário chuvoso/seco. A figura 31 representa a comparação das curvas médias
57
de cada período analisado anteriormente. Ela mostra que, na média de cada período, o
fluxo de calor sensível é significativamente igual.
(a)
-20
80
180
280
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
H período(W/m
2
)
P S I S C P C I C S
Figura 31. Fluxo de calor sensível (H), curva média de cada período
considerado.
Considerando um dia médio para cada ano, verifica-se que o comportamento do fluxo
de calor sensível foi muito semelhante, figura 32. Apesar do comportamento idêntico,
o valor do pico máximo do primeiro ano superou em mais de 30% a média geral e o
pico máximo do quarto ano foi 20% inferior a essa mesma média. Esses valores
podem ser justificados pelos valores apresentados nos picos máximos do primeiro
ano, aparecendo nas figuras 30a e 30d.
58
-20
80
180
280
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
H anual (W/m
2
)
Ano1 Ano2 Ano3 Ano4
Figura 32. Fluxo de calor sensível (H), curva média anual
4.3 – Fluxo de Calor Latente (LE)
Analisando as médias anuais do fluxo de calor latente de cada período, figura 33,
verifica-se que no período seco não ocorreu variação significativa. Os valores
encontrados no seu pico máximo, entre 11 h e 12 h, foram: 255,63 W/m
2
no ano 1;
275,94 W/m
2
no ano 2; 272,81 W/m
2
no ano 3 e 294,30 W/m
2
no ano 4, figura 33a.
No período intermediário seco/chuvoso do quarto ano, houve irregularidade durante
todo o período considerado, mas, mesmo assim, a tendência da curva acompanhou a
tendência da curva do primeiro ano. Os valores foram significativamente iguais, e os
picos máximos foram 291,00 W/m
2
no ano 1 e 321,69 W/m
2
no ano 4, figura 33b.
Durante os períodos de chuva, foram coletados dados apenas dos anos, 2 e 4. Nesse
período, as curvas mostradas na figura 33c foram significativamente iguais, com
valores máximos de 351,68 W/m
2
no ano 2 e 340,15 W/m
2
no ano 4. O período
intermediário chuvoso/seco, figura 33d, foi muito inconstante. As curvas se
mostraram totalmente irregulares, exceto o segundo ano.
59
(a)
-20
80
180
280
380
480
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
LE (W/m
2
)
P S 1 P S 2 P S 3 P S 4
(b)
-20
80
180
280
380
480
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
LE (W/m
2
)
I S C 1 I S C 4
(c)
-20
80
180
280
380
480
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
LE (W/m
2
)
P C 2 P C 4
(d)
-20
80
180
280
380
480
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
LE (W/m
2
)
I C S 1 I C S 2
I C S 3 I C S 4
Figura 33. Fluxo de calor latente (LE) dos períodos considerados
Na curva média de cada período, figura 34, os resultados foram menos irregulares,
mas os efeitos verificados no período intermediário chuvoso/seco, figura 33d,
refletiram na curva média, figura 34.
Considerando um dia médio para cada ano, verifica-se que o comportamento do fluxo
de calor latente foi muito semelhante, figura 35. Analisando o gráfico, vê-se que as
curvas anuais são significativamente iguais, com oscilações que alteram ano a ano,
motivadas provavelmente pelos problemas de obtenção de dados de longo período.
60
-20
80
180
280
380
480
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
LE período(W/m
2
)
P S I S C P C I C S
Figura34. Fluxo de calor latente (LE), curva média de cada período
considerado
Entretanto, na tabela 1, observa-se que, na média por período considerado, o valor de
LE atingiu valores que variaram entre 111,14 W/m
2
, no período chuvoso do primeiro
ano, a 65,79 W/m
2
, no período seco do terceiro ano. Observa-se, também, que LE
superou Rn no período intermediário chuvoso/seco do terceiro ano e no intermediário
chuvoso seco do quarto ano.
Esses resultados podem refletir apenas falhas nos registros. Entretanto, deve-se
continuar acompanhando os resultados nos próximos períodos e anos, para comprovar
se houve erro ou se a floresta ocasionalmente possui tal comportamento.
-20
80
180
280
380
480
0 6 12 18 24
Hora Local (h)
LE (W/m
2
)
Ano1 Ano2 Ano3 Ano4
Figura35. Fluxo de calor latente (LE), curva média anual
61
CAPÍTULO V - CONCLUSÃO
Analisar e comparar dados de longo prazo, com constantes quebra de seqüência,
dificultam o confronto entre períodos de vários anos. Entretanto, quando se trabalha
com um dia médio, essas falhas são compensadas. Os gráficos patenteiam que, para
um dia médio, há uma tendência constante nas curvas da radiação líquida, fluxo de
calor sensível e latente e de temperatura, apesar do grande número de falhas de
registros de dados.
Na análise estatística de correlação dos fluxos de energia H + LE e Rn –G, observou-
se um resultado, na maioria dos períodos, muito próximo de 1, demonstrando que,
para fechamento do balanço de energia da floresta, deve-se levar em consideração a
parcela da energia utilizada no processo fotossintético.
A curva média da radiação liquida por período, na floresta de transição, mostrou-se
significativamente igual em todos os períodos, apesar da oscilação verificada
principalmente no período chuvoso e intermediário chuvoso/seco, provocada
possivelmente pela presença de densas nuvens de chuva. O valor médio de Rn atingiu
525,84 W/m
2
.
O fluxo de calor no solo, durante todos os anos pesquisados, sempre foi muito baixo,
conforme dados da tabela 1. O valor máximo atingido foi de 1,88 W/m
2
, e o mínimo
igual a -1,19 W/m
2
. Vários foram os períodos em que G foi negativo, revelando que,
nesses períodos de fluxo negativo, ocorreu absorção de energia.
O fluxo de calor sensível no período seco variou muito de ano para ano. Nos períodos
intermediário seco/chuvoso e no chuvoso, as variações observadas foram
significativamente iguais. No período intermediário chuvoso/seco, as oscilações
apresentadas sugerem presença de densas nuvens ou problemas de equipamento, pois
as curvas do primeiro e quarto ano foram irregulares, apresentando valores muito
62
diferentes da curva dos demais anos. Quando comparados por meio da curva média
de cada período, obteve-se um resultado muito próximo de 175 W/m
2
nos períodos
PS, ISC e ICS, enquanto o período chuvoso ficou em torno de 145 W/m
2
. Tais
resultados confirmam que, aproximadamente, 33% de energia líquida disponível foi
utilizada como forma de calor sensível.
O fluxo de calor latente apresentou comportamento significativamente igual nos
períodos seco, intermediário seco/chuvoso e chuvoso, entre às 7 h e 17 h. O período
intermediário chuvoso seco foi muito irregular entre 9 h e 14 h, dando impressão de
que, no momento de maior incidência da radiação solar, a quantidade de água
evaporada estava oscilando muito, figura 33d. É fundamental que se observe com
mais atenção esse período nos próximos anos, afastada a hipótese de problemas de
equipamento, para verificar se tal comportamento persiste. Analisando a figura 34 da
curva média por período, verifica-se que o fluxo de calor latente, quando começam a
cair as primeiras chuvas (ISC), passa dos 300 W/m
2
, indicando um consumo médio
em torno dos 64 % da radiação liquida disponível.
A fração de energia utilizada no fluxo de calor sensível e latente mostrou que a maior
parte da energia líquida disponível é utilizada no fluxo de calor latente. Nota-se que
mesmo no período seco, em todos os anos, o fluxo de calor latente foi maior que o
fluxo de calor sensível, indicando que mesmo nesse período a floresta dispõe de boa
quantidade de água.
No período seco o fluxo de calor latente foi superior ao fluxo de calor sensível, apesar
de não haver registro de chuva na região, demonstrando que a floresta mantém
umidade relativamente grande. Essa umidade pode estar relacionada com água no
solo, e também, com a quantidade de água acumulada nas folhas durante o período
noturno, por meio da condensação do vapor d’água.
Por meio dos dados analisados, constata-se a necessidade de recolher as informações
com mais freqüência, com o propósito de reduzir falha de registro por falta de energia
ou pane mecânico dos equipamentos. Esse controle reduz o número de buracos,
aumentando a certeza e a confiança nos dados registrados.
63
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