XXIII CONGRESSO DE PÓS-GRADUAÇÃO DA UFLA

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1 TEMPERATURAS DO AR DO MODELO DE REANÁLISE GLDAS PARA AS MESORREGIÕES CAMPO DAS VERTENTES E SUL DE MINAS, MG JOÃO GABRIEL NOTEL DE SOUZA 1, OTÁVIO AUGUSTO CARVALHO NASSUR 2, ELIZABETH FERREIRA 3, ANTONIO AUGUSTO AGUILAR DANTAS 4 RESUMO: O sensoriamento remoto (SR) faz o monitoramento dos recursos naturais e do clima em escala regional e global. A temperatura tem importância agronômica e traduz os estados energéticos e dinâmicos da atmosfera. A temperatura média diária do ar no Brasil é estimada através da temperatura média compensada (TMC) pelas as estações do INMET (Instituto Nacional de Meteorologia). As estações meteorológicas possuem acurácia pontual e seus dados são utilizados para validar produtos derivados de SR como o GLDAS. O GLDAS é um produto tradicionalmente usado como input em modelos de evapotranspiração em escala regional e global e a avaliação dos dados de temperatura do ar é essencial para a acurácia desses modelos. Este trabalho comparou as temperaturas do ar médias diárias, mensais e anual entre as estações do INMET e o produto GLDAS para as cidades mineiras das mesorregiões do Campo das Vertentes e do Sul de Minas no ano de O GLDAS se mostrou confiável para a estimação das temperaturas médias mensais e anual de 2010, com exceção dos meses de Junho e Dezembro. As temperaturas médias diárias obtidas do modelo GLDAS apresentaram correlações baixas, para valores abaixo de 16 o C e acima de 21 o C nas mesorregiões estudadas. Na faixa entre 16 o C e 21 o C as correlações foram consideradas satisfatórias. Palavras-chave: Temperatura do ar, INMET, GLDAS, Validação. INTRODUÇÃO Durante as últimas décadas o Sensoriamento Remoto (SR) substituiu a fotografia aérea com várias vantagens no monitoramento dos recursos naturais e do clima. Essa expansão também foi facilitada pelo o grande aumento do acesso aos programas Sistemas de Informação Geográfica (SIG) livres. O aumento da capacidade de processamento e armazenamento de dados dos computadores, combinado com a redução custo de equipamentos sofisticados e eficiência energética, também contribuíram para o desenvolvimento do SR e permitiram a construção de bancos de dados que podem ser facilmente acessados por cientistas e interessados do mundo todo (COHEN et al., 1996) (LOTSCH; FRIEDL; ANDERSON, 2003) (RACOVITEANU; WILLIAMS; BARRY, 2008). O SR permite o monitoramento ambiental em escala regional e global, e é fonte de dados para a reforma e/ou criação de políticas para o uso dos recursos ambientais, como por exemplo: a água, bem como para o melhor entendimento dos mecanismos de mudanças ambientais como o ciclo hidrológico (ELHAG et al., 2011) (GONG, 2012). Além de traduzir os estados energéticos e dinâmicos da atmosfera, a temperatura também tem importância agronômica, pois muitos processos fisiológicos das plantas superiores ocorrem entre 0 e 40 o C, apesar do melhoramento genético ter ampliado esta faixa. O crescimento, o desenvolvimento e produtividade das plantas são fortemente influenciados pela temperatura (MEDEIROS et al., 2012). Em vários paises, incluindo o Brasil, a temperatura média diária do ar é estimada através de temperatura compensada (TMC). A Organização Meteorológica Mundial considera temperatura média diária a média das temperaturas observadas em 24 intervalos cronológicos seguidos e TMC é uma combinação de temperaturas observadas em uma frequencia ajustada que possua o menor desvio em relação a média definida. A partir de 1938, As observações foram regulamentadas a ser feitas nos horário de 0h, 12h, 18h (UTM), que no meridiano 45 o W, devido ao fuso horário, são os horários locais de 9h, 15h e 21h. Serra, no mesmo ano propôs a Equação 1 que desde então é adotada pelo INMET. 1 Mestrando em Engenharia Agrícola, UFLA/DEG, joaonotel@yahoo.com.br 2 Doutorando em Engenharia Agrícola, UFLA/DEG, otavionassur@yahoo.com.br 3 Professora Titular, UFLA/DEG, bethf@deg.ufla.br 4 Professor Titular, UFLA/DEG, auau@deg.ufla.br

2 Em que T 9 é a temperatura registrada às 9 horas no horário local (6 horas no horário UTC), T 21 é a temperatura registrada às 21 horas do horário local (18 horas no horário UTC), T n é a temperatura mínima diária e T x é a temperatura máxima diária (VAREJÃO SILVA, 2000). As redes estações meteorológicas, apesar de não serem capazes de prover cobertura espaçotemporal necessárias para modelagens regionais, possuem acurácia pontual e são a melhor resposta para a validação de produtos climáticos (RODELL et al., 2011). O GLDAS é um produto tradicionalmente usado como input em modelos de estimativas de Evapotranspiração em escala regional ou global. Foi desenvolvido pela National Aeronautics and Space Administration, Goddard Space Flight Center, National Oceanic and Atmospheric Administration e National Centers for Environmental Prediction conjuntamente. É um produto global, que possibilita a comparação de diferentes lugares do Planeta Terra (RODELL et al., 2004). Neste trabalho foi utilizado o produto GLDAS-2.0 com resolução espacial de 0,25 o e resolução temporal de três horas. O GLDAS-2.0 é inteiramente forçado com dados meteorológicos de Princeton e tem como principal objetivo gerar um conjunto de dados climatologicamente consistente (RUI; BEAUDOING, 2013). MATERIAL E MÉTODOS Local e dados climáticos. Para a realização deste estudo foram utilizados dados de temperatura média do ar do ano de 2010 obtidos das estações meteorológicas convencionais do INMET, que estão disponíveis no sítio As mesorregiões do Estado de Minas Gerais avaliadas foram Campo das Vertentes e Sul de Minas, que possui estações localizadas em Barbacena, Lavras, São Lourenço, Machado e Poços de Caldas. A estação de Lambari, que é pertencente ao Sul de Minas não apresenta dados para o ano A estação de Poços de Caldas não registrou dados entre os dias 15 e 18 de Fevereiro. Não houve presença de outliers. Os produtos GLDAS estão disponíveis no endereço eletrônico O produto GLDAS-2.0 tem resolução espacial de 0,25 o e resolução temporal de três horas, totalizando 2920 imagens para o ano de Processamento do produto GLDAS O produto GLDAS foi adquirido no formato NetCDF (.nc). Para a transformação do formato NetCDF para o formato ILWIS foram utilizados dois softwares livres. No pré-processamento do produto GLDAS foram utilizados o software BEAM e a biblioteca GDAL. Para o processamento do produto GLDAS foi utilizado o programa ILWIS, que é um software que integra SIG e ferramentas para trabalhar dados de SR. O ILWIS que tem sido desenvolvido nas ultimas duas décadas pela Faculty of Geo-Information Science and Earth Observation (ITC) da Universidade de Twente. O ILWIS tem código aberto e sua manutenção é responsabilidade da 52 o North. Mais informações no sítio (BLOK et al., 2011). Uma excelente ferramenta do ILWIS é o script. O Script é uma lista de comandos e expressões que sequencialmente será realizada pelo ILWIS. Esta ferramenta permite o pesquisador construa uma análise completa de SIG e SR na área de seu interesse. Para este trabalho foi criado um batch file que gera um Documento de texto, com extensão.txt com todos os comandos necessários para o processamento do produto GLDAS. Esses comandos foram inseridos no script do ILWIS, que executa o processo automaticamente. (1)

3 Cálculo da temperatura média A temperatura média compensada (TMC) diária foi calculada a partir dos dados das estações do INMET das mesorregiões do Campo das Vertentes e Sul de Minas, utilizando a Equação 1. O produto GLDAS-2.0 gera oito imagens de temperatura por dia, nos horários UTC de 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18 e 21 horas. A temperatura média do GLDAS ( GLDAS ) é a média aritmética dessas oito imagens, como exemplificada na Equação 2. Em que I representa a imagem matricial de temperatura do produto GLDAS e o índice h é o horário UTC que a temperatura foi registrada. A exceção foi do dia primeiro de Setembro, que não possui registro da temperatura no horário de 6 horas. Assim a GLDAS desse dia foi a média aritmética das outras sete imagens. RESULTADOS E DISCUSSÃO As temperaturas médias registradas nas estações obtiveram uma amplitude maior do que as registradas pelo produto GLDAS, como mostra a Tabela 1. Tabela 1 Avaliação das temperaturas médias em graus Celsius para o Cidades Estação GLDAS Estação GLDAS Estação Mínima Mínima Máxima Máxima Amplitude Barbacena 9,48 12,81 24,30 24,29 14,82 11,48 Lavras 12,16 15,15 25,84 26,16 13,68 11,01 São Lorenço 10,54 13,47 24,72 24,48 14,18 11,01 Machado 11,58 14,26 26,30 25,04 14,72 10,78 Poços de Caldas (2) GLDAS Amplitude 7,06 12,47 24,04 23,60 16,98 11,13 Isso acontece porque o produto GLDAS não captou com eficiência temperaturas médias menores que 16 o C e as temperaturas médias maiores que 21 o C. Na Figura 1Figura 1 Temperaturas médias diárias obtidas do modelo de reanálise GLDAS comparadas com as temperaturas médias diárias obtidas nas estações do INMET. as TMC foram classificadas do menor para o maior valor e comparada com o GLDAS correspondente. A Figura 1 mostra claramente que o GLDAS superestima temperaturas menores que 16 o C e indica uma subestimação de temperaturas menores que 21 o C.

4 Figura 1 Temperaturas médias diárias obtidas do modelo de reanálise GLDAS comparadas com as temperaturas médias diárias obtidas nas estações do INMET. A média anual de temperaturas obtidas do modelo GLDAS foram muito similares às temperaturas registradas pelas as estações nas cidades estudadas. A Tabela 2 mostra a média anual e o erro médio em cada cidade. Tabela 2 Temperaturas médias anuais ( o C) das cidades estudadas registradas pelas estações do INMET, pelo produto GLDAS e o Erro médio do GLDAS para o ano de Cidades Média anual Estação Média anual GLDAS Erro Médio do GLDAS Barbacena 18,62 18,93 0,31 Lavras 20,67 20,96 0,29 São Lourenço 19,08 19,23 0,15 Machado 20,23 19,85-0,38 Poços de Caldas 18,32 18,53 0,21 O GLDAS também estima com muita qualidade as temperaturas médias mensais, ocorrendo os maiores erros nos meses de Junho e Dezembro em todas as cidades. Em Junho o GLDAS superestima a temperatura média e em Dezembro ocorre o oposto. O mês de Junho na cidade de Poços de Caldas foi, em média o mês mais frio deste estudo (13,21 o C), o GLDAS superestimou este valor em 2,98 o C, o que demonstra a falha do produto GLDAS em registrar temperaturas abaixo de 16 o C. O GLDAS subestimou a temperatura mensal do mês de Dezembro na cidade de Machado em 1,94 o C, sendo este o maior erro médio mensal encontrado. O mês mais quente registrado no estudo ocorreu em Lavras, no mês de Janeiro, mas neste caso o erro foi de apenas -0,11 o C, o que indica que o modelo GLDAS tem também uma tendência temporal, atuando com menor precisão nos meses de Junho e Dezembro no de A Figura 2 exibe a variação das temperaturas médias diárias e das temperaturas médias mensais registradas pelas as estações do INMET e pelo produto GLDAS. É possível perceber que, apesar do GLDAS registar com muita eficiência as médias mensais e anuais, existe uma perda de acuidade nas temperaturas médias diárias, com um erro médio quadrático de 1,72 o C quando se avalia todas as cidades conjuntamente.

5 Figura 2 Comparação das médias diárias e mensais das estações do INMET e de produto GLDAS de temperatura do ar CONCLUSÃO O produto GLDAS-2.0 para temperatura do ar é muito eficiente para o cálculo de temperatura média anual, com erros sempre menores que 0,4 o C, em módulo, nas cidades avaliadas, quando comparadas com as estações do INMET. As médias mensais também apresentaram excelentes resultados, com restrições para os meses de Junho e Dezembro de 2010, que apresentaram sistematicamente os maiores erros. As temperaturas médias diárias calculadas com o GLDAS, em relação com a TMC das estações do INMET, não apresentaram bom comportamento, com um erro médio quadrático de 1,72 o C. Os resultados são discrepantes para as temperaturas abaixo de 16 o C e existe uma indicação de piora para dados acima de 21 o C.

6 Conclui-se que a temperatura do ar obtida do produto GLDAS pode ser usada em modelos de evapotranspiração regional, entre outras aplicações, para cálculos médios mensais e anuais nas mesorregiões do Campo das Vertentes e Sul de Minas no ano de Para cálculos diários é necessário a correção das temperaturas menores que 16 o C e maiores que 21 o C. AGREDECIMENTOS Agradecimentos à FAPEMIG, pelo financiamento do projeto CAG-APQ REFERÊNCIAS COHEN, W. B. et al. An introduction to digital methods in remote sensing of forested ecosystems: Focus on the Pacific Northwest, USA. Environmental management, v. 20, p , Maio/Junho DOI: /BF ELHAG, M. et al. Application of the Sebs Water Balance Model in Estimating Daily Evapotranspiration and Evaporative Fraction from Remote Sensing Data Over the Nile Delta. Water Resour Manage, v. 25, p , 24 Maio DOI: /s GONG, P. Remote sensing of environmental change over China: A review. Chinese Science Bulletin, v. 57, p , 9 Agosto DOI: /s y. LOTSCH, A.; FRIEDL, M. A.; ANDERSON, B. T. Coupled vegetation-precipitation variability observed from satellite and climate records. Geophysical Research Letters, v. 30, 30 Julho DOI: /2003GL MEDEIROS, R. M. D. et al. Metodologias de cálculo da temperatura média diária do ar: Aplicação para os municípios de Parnaíba, Picos e Gilbués, PI. Revista Brasileira de Agricultura Irrigada, Fortaleza, v. 6, p , DOI: /rbai.v6n RACOVITEANU, A. E.; WILLIAMS, M. W.; BARRY, R. G. Optical Remote Sensing of Glacier Characteristics: A Review with Focus on the Himalaya. Sensors, v. 8, p , 23 Maio DOI: /s RODELL, M. et al. Estimating evapotranspiration using an observation based terrestrial water budget. Hydrological processes, v. 25, p , 7 Dezembro DOI: /hyp RUI, H.; BEAUDOING, H. GLDAS The Global Land Data Assimilation System, p. 1-22, 15 Novembro Disponivel em: < Acesso em: 18 Agosto VAREJÃO SILVA, M. A. Meteorologia e Climatologia. Brasília: INMET, p. 532 p.