TAXAS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA E FLUXOS DE CALOR NOS TRONCOS EM FLORESTA DE TERRA FIRME NA AMAZÔNIA CENTRAL

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1 INPE TDI/992 TAXAS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA E FLUXOS DE CALOR NOS TRONCOS EM FLORESTA DE TERRA FIRME NA AMAZÔNIA CENTRAL Alessandro Augusto dos Santos Michiles Dissertação de Mestrado do Curso de Pós-Graduação em Meteorologia, orientada pelo Dr. Ralf Gielow aprovada em 27 de fevereiro de 24. INPE São José dos Campos 25

2 (811.3) MICHILES, A. A. S. Taxas de armazenamento de energia e fluxos de calor nos troncos em floresta de terra firme na Amazônia Central / A. A. S. Michiles. São José dos Campos: INPE, p. (INPE TDI/992). 1.Camada limite superficial. 2.Micrometeorologia. 3.Floresta tropical. 4.Armazenamento de energia. 5.Transferência de calor. 6.Fluxos de calor. 7.Tronco. I.Título.

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5 Para realizar grandes coisas, precisamos viver como se nunca tivéssemos que morrer. Ernest Renan

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7 A meu filho Augusto Lucas de Almeida Michiles, pela alegria que traz à minha vida, dedico.

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9 AGRADECIMENTOS Ao Dr. Ralf Gielow pela dedicação e pelo esforço empregados para que este trabalho se concretizasse, pelas experiências compartilhadas através de sua orientação atenciosa e dinâmica e, sobretudo, por sua amizade. Ao Dr. Antônio Ocimar Manzi, coordenador do Escritório Central do LBA Manaus, pelo incentivo e significativo apoio dispensados para a efetivação do trabalho de campo. Ao Dr. Flávio Luizão, coordenador do sub-projeto do Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA) no Instituto do Milênio/LBA, pelo suporte para a realização do trabalho de campo e pela viabilização das análises de solo. Ao Dr. Paulo Artaxo, coordenador do Instituto do Milênio, pelo apoio e recursos fornecidos. Ao Dr. Ari de Oliveira Marques Filho, da Coordenação de Pesquisas em Clima e Recursos Hídricos/INPA, pela minha iniciação na área de micrometeorologia e pelo apoio dispensado durante a campanha experimental. Ao Dr. Gilberto Fernando Fisch, do Centro Técnico Aeroespacial, pela disponibilização de material básico concernente ao armazenamento de energia na floresta da Reserva Florestal Adolpho Ducke do INPA. À Dra. Regina Célia dos Santos Alvalá, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), pela sugestões recebidas e pelo incentivo à realização do curso de doutorado. À Arlem Nascimento de Oliveira, da Coordenação de Pesquisas em Ciências Agronômicas/INPA, pela valiosa colaboração através da cessão dos dados do inventário florestal completo do levantamento realizado na floresta do sítio. Ao Jorge Martins de Melo e Paulo Rogério de Aquino Arlino, do INPE, pela instalação de equipamentos e pelo apoio técnico dispensado durante a campanha experimental. À Dra. Claudete Catanhede do Nascimento, da Coordenação de Pesquisas em Produtos Florestais/INPA, pela realização das análises das amostras retiradas dos troncos das árvores instrumentadas na floresta do sítio. Ao Euler Melo Nogueira e Bruce Walker Nelson, da Coordenação de Pesquisas em Ecologia/INPA, pela cessão dos dados de massa específica de madeira de espécies de árvores encontradas na Amazônia Central.

10 Aos técnicos Hermes, Júlio, José Ramos, Glauco e Antônio, do INPA, pelas colaborações no trabalho de campo. Ao Geraldo Orlando Mendes, do Setor de Mecânica e Desenho do INPE, pela confecção das brocas utilizadas durante a campanha experimental. À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, pela bolsa concedida durante o primeiro ano de mestrado e pelos recursos fornecidos para a estadia em Manaus durante o trabalho de campo. Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, pela bolsa concedida durante o segundo ano de mestrado. Ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, em nome de todos aqueles que direta ou indiretamente contribuíram para o meu desenvolvimento intelectual e humano. A meus pais e irmãos, que acompanham e apóiam minha trajetória em busca do conhecimento científico. E, especialmente, à minha querida esposa, Neila de Almeida Braga, pelo incentivo, companheirismo, carinho e, acima de tudo, por seu amor dedicado.

11 RESUMO Os termos da Taxa de Armazenamento de Energia (TAE) em um hectare selecionado em sítio de floresta de terra firme na Amazônia Central foram computados para um conjunto de dias típicos durante a estação seca. Assim, para obter a TAE em parte da biomassa aérea da floresta (troncos, ramos e liteira), as temperaturas de quatro troncos de árvores de espécies dominantes foram medidas em três níveis de altura e em diversas profundidades radiais. Para computar a TAE na parte restante da biomassa aérea (galhos, folhas e outros componentes como palmáceas e cipós) e a TAE na fração atmosférica devido às variações da temperatura do ar, mediu-se esta temperatura em diversas alturas na floresta, incluindo as mencionadas acima. Para o cálculo da TAE no ar devido às mudanças na umidade específica mediu-se, também, a umidade relativa do ar durante um experimento micrometeorológico realizado entre julho e setembro de 23 na Estação de Manejo Florestal ZF-2, a noroeste de Manaus-AM ( S e O). Obteve-se a TAE nos troncos através de três métodos. No primeiro deles utilizam-se todas as medidas de temperatura dos troncos. Os outros dois métodos, baseados em uma solução analítica da equação de condução do calor, utilizam medidas de temperatura em uma única profundidade radial do tronco de uma árvore padrão, a qual apresenta as características médias do conjunto das 67 árvores do hectare selecionado. Os resultados do primeiro método encontram-se sistematicamente entre os dos dois outros. Um terço da TAE na floresta é devido aos troncos, enquanto outro terço é devido ao ar; finalmente o último terço é dividido entre as outras partes: liteira, outros componentes como palmáceas e cipós, ramos, galhos e folhas. Em termos horários, durante o ciclo diurno, a TAE na floresta (S) apresenta valores usualmente entre 3 e 4 W m 2, mas com máximos de até 9 W m 2 ; outrossim, durante eventos de chuva, S apresenta mínimos de até 225 W m 2. Durante a noite e em períodos de transição S pode ser uma fração bastante significativa ou mesmo exceder o saldo de radiação (R n ). Em totais diários, observaram-se valores de S entre 1 e 1% de R n, sendo estes dependentes das condições do tempo ao longo do dia.

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13 RATES OF ENERGY STORAGE AND STEM HEAT FLUXES IN A "TERRA FIRME" FOREST IN CENTRAL AMAZONIA ABSTRACT The parts of the Rate of Energy Storage (RES) in a one hectare site of a Terra Firme forest in Central Amazonia was determined for a set of typical days during the dry season. Thus, to obtain the RES in part of the above ground biomass fraction of the forest (stem, branches, and litter), the temperatures of four stems of the dominating tree species were measured in three height levels and several radial depths. To compute the RES in the other part of the above ground biomass fraction (twigs, leaves and other components such as palm trees and lianas) and the RES atmospheric fraction due the variations of the air temperature, the temperature of the air was measured at several heights inside the forest, including the ones mentioned. To compute the RES in the air due the changes in the moisture content, the relative humidity of the air was also measured at the same levels. The site ( S, W) is part of the Estação de Manejo Florestal ZF-2, located at NW of Manaus, AM. To obtain the RES of the stems, three methods were used. The first one depends on all stem temperature measurements. The other two methods, which are based on an analytical solution of the heat conduction equation, depend only on the temperature measurements in one radial depth of a tree with the average characteristics of the complete set of 67 trees of the site. The results of the first method remain systematically between the ones of the other two methods. One third of the RES of the forest is due to the stems, while other third is due to the air; finally, the last one is divided among the other parts: litter, other components such as palm trees and lianas, branches, twigs and leaves. Considering the hourly terms during the daylight cycle, the RES of the forest (S) presents values usually between 3 and 4 W m 2, but with maxima up to 9 W m 2 ; however, during rain events, S presents minima of up to 225 W m 2. During the night and the transition periods S may constitute a sizable fraction of the net radiation (R n ), or even exceed it. On a daily basis, the values of S were observed between 1 and 1% of R n, depending on the weather conditions along the day.

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15 SUMÁRIO Pág. LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS LISTA DE SÍMBOLOS LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E FUNDAMENTOS TEÓRI- COS Balanço de Energia na Superfície Terrestre Balanço de Energia em Superfícies Vegetadas Taxa de Armazenamento de Energia em uma Floresta CAPÍTULO 3 - METODOLOGIA E DADOS Cálculo da Taxa de Armazenamento de Energia na Floresta Taxa de Armazenamento de Energia no Ar Taxa de Armazenamento de Energia nos Troncos Raios para o Cálculo das Áreas dos Anéis Cilíndricos dos Troncos Taxa de Armazenamento de Energia nos Troncos a partir da Solução Analítica da Equação de Condução do Calor Taxa de Armazenamento de Energia nos Ramos, nos Galhos e nas Folhas Taxa de Armazenamento de Energia na Liteira e em Outros Componentes Obtenção da Massa Específica e das Propriedades Térmicas Sítio Experimental e Climatologia da Região Características da Floresta do Sítio Experimental Estimativa das Dimensões Espaciais das Árvores... 83

16 Estimativa da Distribuição da Biomassa da Parte Aérea das Árvores Distribuição Espacial das Árvores Instrumentação e Medidas Árvores Instrumentadas CAPÍTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSÕES Taxa de Armazenamento de Energia no Ar Taxa de Armazenamento de Energia nos Troncos Condutância Superficial de Calor dos Troncos Taxa de Armazenamento de Energia nos Ramos, nos Galhos e nas Folhas Taxa de Armazenamento de Energia na Liteira e em Outros Componentes Taxa de Armazenamento Total de Energia CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE A - RESULTADOS DAS ANÁLISES DAS AMOSTRAS DE TRONCO DAS ÁRVORES INSTRUMENTADAS E DAS DE SOLO DA FLORESTA APÊNDICE B - INVENTÁRIO FLORESTAL COMPLETO DO HECTARE NO PLATÔ DO TRANSECTO LESTE-OESTE E ESCOLHA DAS ÁRVORES INSTRUMENTADAS APÊNDICE C - COMPARAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS OBTIDOS UTI- LIZANDO DADOS DA FLORESTA E DADOS DA TORRE PARA S T E S q, E VALORES CALCULADOS PARA S q... 29

17 LISTA DE FIGURAS Ilustração esquemática das trocas de energia durante a) o dia e b) a noite, em dia sem chuva Ilustração esquemática do balanço de energia numa cobertura vegetal durante o ciclo diurno, em dia sem chuva Esquema da divisão da interface solo-vegetação-atmosfera utilizado para o cálculo da TAE total na floresta Ilustração esquemática do fluxo vertical de calor sobre um volume elementar de ar Perfis perimetrais (Norte-N; Leste-L; Sul-L; Oeste-O) de temperatura, de 2 em 2 h, medidos na árvore 4 (Eschweilera micrantha) na altura de 1,5 m e nas profundidades de,5; 3, e 1, cm, em 15/9/3 (DJ 258) Perfis radiais de temperatura, de 2 em 2 h, medidos na árvore 3 (Anacardium microsepalum) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3,; 1, e 37,2 cm, em 11/9/3 (DJ 254) Perfis verticais de temperatura, de 2 em 2 h, medidos na árvore 2 (Chrysophylum sanguinolentum) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3, e 1, cm, em 16/9/3 (DJ 259) Ilustração esquemática da densidade de fluxo superficial de calor sobre uma área elementar de tronco Imagem de Satélite LandSat 7 da Estação ZF-2, de coordenadas S e O Estrada ZF-2 localizada no Distrito Agropecuário da SUFRAMA a noroeste da cidade de Manaus-AM Base do projeto LBA localizada no km 34 da estrada ZF Localização geográfica da Estação Experimental de Silvicultura Tropical, a 45 km ao norte da cidade de Manaus-AM Pág.

18 Visão superior de um conjunto de copas de árvores que compõem a floresta da Estação ZF Árvores características do platô da floresta de terra firme da Estação ZF Visão inferior do dossel de um conjunto de árvores típicas da floresta da Estação ZF Igarapé (riacho), característico da região Amazônica, encontrado na floresta da Estação ZF Classes diamétricas (DAP 1 cm) dos 67 indivíduos amostrados no hectare escolhido na floresta da Estação ZF Distribuição espacial das árvores inventariadas no entorno da primeira árvore (Licania davillifolia) selecionada e instrumentada no hectare de floresta do sítio experimental Distribuição espacial das árvores inventariadas no entorno da segunda árvore (Chrysophylum sanguinolentum) selecionada e instrumentada no hectare de floresta do sítio experimental Distribuição espacial das árvores inventariadas no entorno da terceira árvore (Anacardium microsepalum) selecionada e instrumentada no hectare de floresta do sítio experimental Distribuição espacial das árvores inventariadas no entorno da quarta árvore (Eschweilera micrantha) selecionada e instrumentada no hectare de floresta do sítio experimental Torre micrometeorológica instalada na Estação de Manejo Florestal ZF-2, Manaus-AM Regressão entre a umidade relativa, u r, e a temperatura do ar, T, medidos na altura de 1,5 m Regressão entre a umidade relativa, u r, e a temperatura do ar, T, medidos na altura de 9, m Regressão entre a umidade relativa, u r, e a temperatura do ar, T, medidos na altura de 18, m Instrumentos instalados na árvore 1 (Licania davillifolia) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3,; 1, e 12,3 cm (a última apenas em 1,5 m)... 97

19 Instrumentos instalados na face norte da árvore 2 (Chrysophylum sanguinolentum) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3,; 1, e 15, cm (a última apenas em 1,5 m) Instrumentos instalados na face norte da árvore 3 (Anacardium microsepalum) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3,; 1, e 37,2 cm (a última apenas em 1,5 m) Instrumentos instalados na árvore 4 (Eschweilera micrantha) nas alturas de 1,5 m (em,5; 3, e 1, cm) nas faces N, L, S, O e 9, m (em,5; 3,; 1, e 13,2 cm) na face norte Instrumentação das quatro árvores selecionadas no hectare de floresta da Estação ZF-2 durante o início da campanha experimental, entre os dias 22/7 (DJ 23) e 31/7/3 (DJ 212) Variação horária do saldo de radiação e da precipitação pluviométrica na floresta do sítio nos dias 23/8 (DJ 235), 28/8 (DJ 24), 3/8 (DJ 242), 3/9 (DJ 246), 11/9 (DJ 254), 13/9 (DJ 256), 15/9 (DJ 258) e 16/9/3 (DJ 259) Variação horária da temperatura e da umidade relativa do ar, na altura de 9, m, na floresta do sítio nos mesmos dias da Figura Variação horária da velocidade do vento, na altura de 9, m, na floresta do sítio nos mesmos dias da Figura Variação horária dos componentes da TAE no ar, S T e S q, calculados para a floresta do sítio para o dia 23/8/3 (DJ 235) dia sem chuva Como na Figura 4.4, para o dia 28/8/3 (DJ 24) dia com chuva de 16,6 mm entre 16 e 17 h Como na Figura 4.4, para o dia 3/8/3 (DJ 242) dia com chuva de 49,6 mm entre 19 e 21 h Como na Figura 4.4, para o dia 3/9/3 (DJ 246) dia com chuva de 6,2 mm entre 1 e 11 h Como na Figura 4.4, para o dia 11/9/3 (DJ 254) dia sem chuva Como na Figura 4.4, para o dia 13/9/3 (DJ 256) dia com chuva de 6,6 mm entre 14 e 15 h

20 4.1 - Como na Figura 4.4, para o dia 15/9/3 (DJ 258) dia com chuva de 3,4 mm às 16 h Como na Figura 4.4, para o dia 16/9/3 (DJ 259) dia com chuva de 27, mm entre 14 e 17 h Séries de temperatura medidas na árvore 1 (Licania davillifolia) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3,; 1, e 12,3 cm (a última apenas em 1,5 m), em 23/8/3 (DJ 235) dia sem chuva Séries de temperatura medidas na árvore 2 (Chrysophylum sanguinolentum) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3,; 1, e 15, cm (a última apenas em 1,5 m), em 13/9/3 (DJ 256) dia com chuva de 6,6 mm entre 14 e 15 h Séries de temperatura medidas na árvore 1 (Licania davillifolia), árvore 2 (Chrysophylum sanguinolentum) e árvore 3 (Anacardium microsepalum) na altura de 9, m e nas profundidades de,5; 3, e 1, cm, em 28/8/3 (DJ 24) dia com chuva de 16,6 mm entre 16 e 17 h Séries de temperatura medidas na árvore 1 (Licania davillifolia) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3, e 1, cm, em 3/8/3 (DJ 242) dia com chuva de 49,6 mm entre 19 e 21 h Variação horária da TAE nos troncos calculada pelos três métodos, S tr (F), S tr (T s ) e S tr (T i ), para a floresta do sítio para o dia 23/8/3 (DJ 235) dia sem chuva Como na Figura 4.16, para o dia 28/8/3 (DJ 24) dia com chuva de 16,6 mm entre 16 e 17 h Como na Figura 4.16, para o dia 3/8/3 (DJ 242) dia com chuva de 49,6 mm entre 19 e 21 h Como na Figura 4.16, para o dia 3/9/3 (DJ 246) dia com chuva de 6,2 mm entre 1 e 11 h Como na Figura 4.16, para o dia 11/9/3 (DJ 254) dia sem chuva Como na Figura 4.16, para o dia 13/9/3 (DJ 256) dia com chuva de 6,6 mm entre 14 e 15 h Como na Figura 4.16, para o dia 15/9/3 (DJ 258) dia com chuva de 3,4 mm às 16 h

21 Como na Figura 4.16, para o dia 16/9/3 (DJ 259) dia com chuva de 27, mm entre 14 e 17 h Perfil horário da condutância superficial do tronco da árvore 1 e da velocidade do vento na floresta do sítio, durante os dias 23/8 (DJ 235) e 28/8/3 (DJ 24) Como na Figura 4.24, durante os dias 13/9 (DJ 256) e 16/9/3 (DJ 258) Como na Figura 4.24, para a árvore 2, durante os dias 23/8 (DJ 235) e 28/8/3 (DJ 24) Como na Figura 4.24, para a árvore 2, durante os dias 3/8 (DJ 242) e 13/9/3 (DJ 256) Como na Figura 4.24, para a árvore 3, durante os dias 23/8 (DJ 235) e 28/8/3 (DJ 24) Como na Figura 4.24, para a árvore 3, durante os dias 11/9 (DJ 254) e 16/9/3 (DJ 259) Variação horária dos componentes da TAE na copa, S r, S g e S f, calculados para a floresta do sítio para o dia 23/8/3 (DJ 235) dia sem chuva Como na Figura 4.3, para o dia 28/8/3 (DJ 24) dia com chuva de 16,6 mm entre 16 e 17 h Como na Figura 4.3, para o dia 3/8/3 (DJ 242) dia com chuva de 49,6 mm entre 19 e 21 h Como na Figura 4.3, para o dia 3/9/3 (DJ 246) dia com chuva de 6,2 mm entre 1 e 11 h Como na Figura 4.3, para o dia 11/9/3 (DJ 254) dia sem chuva Como na Figura 4.3, para o dia 13/9/3 (DJ 256) dia com chuva de 6,6 mm entre 14 e 15 h Como na Figura 4.3, para o dia 15/9/3 (DJ 258) dia com chuva de 3,4 mm às 16 h Como na Figura 4.3, para o dia 16/9/3 (DJ 259) dia com chuva de 27, mm entre 14 e 17 h Variação horária dos componentes S l e S o, calculados para a floresta do sítio para o dia 23/8/3 (DJ 235) dia sem chuva

22 Como na Figura 4.38, para o dia 28/8/3 (DJ 24) dia com chuva de 16,6 mm entre 16 e 17 h Como na Figura 4.38, para o dia 3/8/3 (DJ 242) dia com chuva de 49,6 mm entre 19 e 21 h Como na Figura 4.38, para o dia 3/9/3 (DJ 246) dia com chuva de 6,2 mm entre 1 e 11 h Como na Figura 4.38, para o dia 11/9/3 (DJ 254) dia sem chuva Como na Figura 4.38, para o dia 13/9/3 (DJ 256) dia com chuva de 6,6 mm entre 1 e 11 h Como na Figura 4.38, para o dia 15/9/3 (DJ 258) dia com chuva de 3,4 mm às 16 h Como na Figura 4.38, para o dia 16/9/3 (DJ 259) dia com chuva de 27, mm entre 14 e 17 h Variação horária do saldo de radiação, R n, da TAE total, S, e da precipitação pluviométrica na floresta do sítio no dia 23/8/3 (DJ 235) Como na Figura 4.46, no dia 28/8/3 (DJ 24) Como na Figura 4.46, no dia 3/8/3 (DJ 242) Como na Figura 4.46, no dia 3/9/3 (DJ 246) Como na Figura 4.46, no dia 11/9/3 (DJ 254) Como na Figura 4.46, no dia 13/9/3 (DJ 256) Como na Figura 4.46, no dia 13/9/3 (DJ 258) Como na Figura 4.46, no dia 13/9/3 (DJ 259) Como na Figura 4.46, nos dias 23/8 (DJ 235), 28/8 (DJ 24), 3/8 (DJ 242), 3/9 (DJ 246), 11/9 (DJ 254), 13/9 (DJ 256), 15/9 (DJ 258) e 16/9/3 (DJ 259) Evaporação da floresta logo após a ocorrência de uma chuva rápida, fenômeno comum durante a estação seca na região Amazônica Como na Figura

23 Variação horária da partição da TAE total, S, e da precipitação pluviométrica na floresta do sítio durante o dia 23/8/3 (DJ 235) Como na Figura 4.57, durante o dia 28/8/3 (DJ 24) Como na Figura 4.57, durante o dia 3/8/3 (DJ 242) Como na Figura 4.57, durante o dia 3/9/3 (DJ 246) Como na Figura 4.57, durante o dia 11/9/3 (DJ 254) Como na Figura 4.57, durante o dia 13/9/3 (DJ 256) Como na Figura 4.57, durante o dia 15/9/3 (DJ 258) Como na Figura 4.57, durante o dia 16/9/3 (DJ 259) Variação horária, para os oito dias selecionados, da TAE total na floresta da Estação ZF-2 calculada através: a) do método desenvolvido neste trabalho, S, e b) da expressão empírica obtida por Moore e Fisch (1986), S(M&F) Regressão entre o termo S(M&F), calculado através da expressão empírica obtida por Moore e Fisch (1986) e S, calculado através do método desenvolvido neste trabalho C.1 - Variação horária do termo S T obtido com: a) dados da estação automática da torre micrometeorológica e b) dados coletados no interior da floresta para o dia 11/9/3 (DJ 254) C.2 - Como na Figura C.1, para o dia 12/9/3 (DJ 255) C.3 - Como na Figura C.1, para o dia 13/9/3 (DJ 256) C.4 - Como na Figura C.1, para o dia 14/9/3 (DJ 257) C.5 - Regressão entre o termo S T obtido com os dados da torre e S T obtido com os dados da floresta C.6 - Variação horária do termo S q obtido com a) dados da estação automática da torre micrometeorológica, b) dados coletados no interior da floresta e c) valores de umidade relativa calculados a partir da temperatura do ar, para o dia 11/9/3 (DJ 254) C.7 - Como na Figura C.6, para o dia 12/9/3 (DJ 255)

24 C.8 - Como na Figura C.6, para o dia 13/9/3 (DJ 256) C.9 - Como na Figura C.6, para o dia 14/9/3 (DJ 257) C.1 - Regressão entre o termo S q obtido com os dados da torre e S q obtido com os dados da floresta C.11 - Regressão entre o termo S q obtido com os valores calculados a partir das temperaturas e S q obtido com os dados da floresta

25 LISTA DE TABELAS Inventário das árvores identificadas na floresta da Estação ZF-2, nos entornos das árvores instrumentadas Totais diários dos termos S t, S q, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais diurnos dos termos S t, S q, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais noturnos dos termos S t, S q, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais horários dos termos S t, S q, S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o dia 3/8/ Totais horários dos termos S t, S q, S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o dia 16/9/ Totais diários dos termos S tr (F), S tr (T s ), S tr (T i ), S(F), S(T s ), S(T i ), em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais diurnos dos termos S tr (F), S tr (T s ), S tr (T i ), S(F), S(T s ), S(T i ), em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais noturnos dos termos S tr (F), S tr (T s ), S tr (T i ), S(F), S(T s ), S(T i ), em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais horários dos termos S tr (F), S tr (T s ), S tr (T i ), S(F), S(T s ), S(T i ), R n, em W m 2, e P, em mm, para o dia 3/9/ Totais horários dos termos S tr (F), S tr (T s ), S tr (T i ), S(F), S(T s ), S(T i ), R n, em W m 2, e P, em mm, para o dia 15/9/ Pág.

26 Valores médios diários das condutâncias superficiais h c1, h c2 e h c3, em unidades de W m 2 C 1, calculadas para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais diários dos termos S r, S g, S f, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais diurnos dos termos S r, S g, S f, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais noturnos dos termos S r, S g, S f, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais horários dos termos S r, S g, S f, S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o dia 28/8/ Totais horários dos termos S r, S g, S f, S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o dia 13/9/ Totais diários dos termos S l, S o, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais diurnos dos termos S l, S o, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais noturnos dos termos S l, S o, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais horários dos termos S l, S o, S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o dia 23/8/ Totais horários dos termos S l, S o, S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o dia 11/9/ Totais diários dos termos S, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais diurnos dos termos S, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/

27 Totais noturnos dos termos S, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais horários dos termos S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o dia 3/8/ Totais horários dos termos S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o dia 15/9/ Totais diários dos termos S(M&F), S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais diurnos dos termos S(M&F), S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ Totais noturnos dos termos S(M&F), S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/ A.1 - Resultados das análises das amostras de tronco das árvores intrumentadas na floresta do sítio experimental A.2 - Resultados de granulometria das amostras de solo da floresta do sítio experimental A.3 - Resultados do conteúdo de umidade das amostras de solo da floresta do sítio experimental A.4 - Resultados das análises de composição química das amostras de solo da floresta do sítio experimental B.1 - Inventário completo das árvores identificadas no transecto leste-oeste demarcado na floresta da Estação ZF B.2 - Ordenação das vinte espécies com maior Índice de Valor de Importância no hectare estudado na estação ZF B.3 - Árvores com os maiores valores de DAP apresentados no hectare estudado na estação ZF

28

29 LISTA DE SÍMBOLOS Latinos A - área para integração, m 2 A B - área basal de tronco, m 2 A S - área superficial de tronco, m 2 A t - área topográfica ocupada pela floresta do sítio, m 2 B - constante de integração (Equação 3.37), ºC bei p ber p C 1 C 2 c ag c cel c f c g c p c r c tr d ap D F E tr F - função de Kelvin complexa de ordem p, adimensional - função de Kelvin real de ordem p, adimensional - constante (Equação 2.6), adimensional - constante (Equação 2.6), W m 2 - calor específico da água, J kg 1 ºC 1 - calor específico da celulose, J kg 1 ºC 1 - calor específico das folhas, J kg 1 ºC 1 - calor específico dos galhos, J kg 1 ºC 1 - calor específico à pressão constante do ar, J kg 1 ºC 1 - calor específico dos ramos, J kg 1 ºC 1 - calor específico do tronco, J kg 1 ºC 1 - diâmetro de tronco medido na altura de 1,5 m, m - densidade de fluxo superficial de calor no tronco, W m 2 - energia armazenada em tronco por unidade de biomassa, J kg 1 - fluxo superficial de calor, W

30 F yr F yt G H h h c h tr l L LE M bi M f m f M g m g m i m l m o M r m r M tr m tr - fluxo superficial de calor num tronco representativo de uma dada espécie y, W - fluxo superficial total de calor para uma dada espécie y, W - taxa de armazenamento de energia no solo, W m 2 - fluxo turbulento de calor sensível, W m 2 - altura de árvore, m - condutância superficial de calor de tronco, W m 2 ºC 1 - altura de tronco, m - número total de camadas horizontais da floresta - calor latente de vaporização da água, J kg 1 - fluxo turbulento de calor latente ou taxa de evapotranspiração, W m 2 - massa do tronco b na camada i, kg - massa de folhas, kg - massa de folhas por unidade de área topográfica, kg m 2 - massa de galhos, kg - massa de galhos por unidade de área topográfica, kg m 2 - massa de troncos por unidade de área topográfica na camada i, kg m 2 - massa de matéria orgânica depositada sobre o solo da floresta por unidade de área topográfica, kg m 2 - massa total dos componentes de pequeno porte da vegetação por unidade de área topográfica, kg m 2 - massa de ramos, kg - massa de ramos por unidade de área topográfica, kg m 2 - massa de tronco, kg - massa total de troncos por unidade de área topográfica, kg m 2

31 M v m v n N e N y P p i q q - massa de árvore, kg - massa da vegetação por unidade de área horizontal, kg m 2 - número total de intervalos de tempo - número de amostras de tronco da espécie y - número total de indivíduos da espécie y - precipitação pluviométrica, mm - perímetro de tronco na camada i, m - umidade específica do ar, kg kg 1 - umidade específica média do ar na camada horizontal i, kg kg 1 q e Q p q tr r R R n r pd s S S a S b S f S g S l - conteúdo de umidade em tronco da amostra e da espécie y, kg kg 1 - taxa de absorção de energia para a realização de fotossíntese, W m 2 - conteúdo de umidade em tronco, kg kg 1 - variável radial para integração, m - raio de tronco, m - saldo de radiação, W m 2 - raio correspondente à profundidade d, m - número total de espécies - taxa de armazenamento total de energia na floresta, W m 2 - taxa de armazenamento total de energia no ar da floresta, W m 2 - taxa de armazenamento total de energia na biomassa da floresta, W m 2 - taxa de armazenamento de energia nas folhas das árvores da floresta, W m 2 - taxa de armazenamento de energia nos galhos das árvores da floresta, W m 2 - taxa de armazenamento de energia na matéria orgânica depositada sobre o solo da floresta, W m 2

32 S o S q S r S T S tr - taxa de armazenamento de energia nos componentes de pequeno porte da vegetação, W m 2 - taxa de armazenamento de energia no ar da vegetação relacionada com as variações de umidade específica, W m 2 - taxa de armazenamento de energia nos ramos das árvores da floresta, W m 2 - taxa de armazenamento de energia no ar adjacente à vegetação relacionada com as variações de temperatura, W m 2 - taxa de armazenamento de energia nos troncos das árvores da floresta, W m 2 S tr (F) - taxa de armazenamento de energia nos troncos das árvores da floresta calculada através do fluxo superficial total de calor, W m 2 S tr (T i ) - taxa de armazenamento de energia nos troncos das árvores da floresta calculada utilizando medidas de temperaturas internas do tronco da árvore padrão, W m 2 S tr (T s )- taxa de armazenamento de energia nos troncos das árvores da floresta calculada utilizando medidas de temperaturas da superfície do tronco da árvore padrão, W m 2 t - tempo, s T - temperatura do ar, ºC T - temperatura média do ar na camada horizontal i, C T tr - temperatura de tronco, ºC T tr - temperatura média do tronco na camada horizontal i, no anel cilíndrico j, C u - número total de amostras de tronco da espécie y u r - umidade relativa do ar, % V - volume para integração, m 3 V bi - volume do tronco b na camada i, m 3 z z r - altura para integração, m - nível de referência para integração, m

33 Gregos α β γ δ p δq r δt r δt r * c F t z i φ r ϕ ϕ R κ tr λ - difusividade térmica de tronco, m 2 s 1 - amplitude do calor específico complexo com relação à temperatura da superfície do tronco (Equação 3.49), adimensional - fase do calor específico complexo com relação à temperatura da superfície do tronco (Equação 3.5), adimensional - fase da função de Kelvin de ordem p, adimensional - taxa de variação horária da umidade específica representativa do ar da floresta, kg kg 1 s 1 - taxa de variação horária da temperatura representativa do ar da floresta, ºC s 1 - taxa de variação horária da temperatura representativa do ar da floresta adiantada em uma hora, ºC s 1 - fator de correção devido ao calor de umedecimento dos poros da celulose seca, J kg 1 C 1 - fluxo horizontal de calor sensível no subsolo, W m 2 - intervalo de tempo, s - altura da camada horizontal i, m - diferença de fase da onda de temperatura, rad - variável radial adimensional definida como (ω /α) 1/2 r, adimensional - raio adimensional definido como (ω /α) 1/2 R, adimensional - condutividade térmica de tronco, W m 1 ºC 1 - amplitude do calor específico complexo com relação à temperatura interna do tronco (Equação 3.56), adimensional µ p - amplitude da função de Kelvin de ordem p, adimensional π - 3,

34 θ ρ a ρ e ρ s ρ tr σ tr - ângulo para integração, rad - massa específica do ar, kg m 3 - massa específica (fresca) de tronco da amostra e da espécie y, kg m 3 - massa específica seca de tronco, kg m 3 - massa específica (fresca) de tronco, kg m 3 - taxa de armazenamento de energia na espessura de tronco entre 1,75 cm de profundidade e a superfície, W m 2 τ - amplitude da onda de temperatura, ºC ω ψ - freqüência angular da onda de temperatura, rad s 1 - fase do calor específico complexo com relação à temperatura interna do tronco (Equação 3.57), adimensional Índices b d e i j k y - troncos - profundidades - amostras de tronco - camadas horizontais da floresta - anéis concêntricos de tronco - intervalo total de tempo em que se deseja realizar o cálculo - espécies de árvores

35 LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS ABLE ABRACOS ARME CPCA CPPF CPTEC DAP DJ DP ECC EEST FLUMAZON IBAMA INPA INPE LBA LIM MACOE MCGA RBLE SUFRAMA - Amazonian Boundary Layer Experiment - Anglo-Brazilian Amazonian Climate Observational Study - Amazonian Research Micrometeorological Experiment - Coordenação de Pesquisas em Ciências Agronômicas / INPA - Coordenação de Pesquisas em Produtos Florestais / INPA - Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos / INPE - Diâmetro na altura do peito - Dia juliano - Desvio padrão - Equação de condução do calor - Estação Experimental de Silvicultura Tropical - Fluxo de Umidade na Região Amazônica - Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis - Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - Large Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia - Laboratório de Instrumentação Meteorológica / CPTEC - Manaus Atmospheric CO 2 Experiment - Modelos numéricos de circulação geral da atmosfera - Rondônia Boundary Layer Experiment - Superintendência da Zona Franca de Manaus

36 TAE UFAC UFAM - Taxa de variação do armazenamento de energia - Universidade Federal do Acre - Universidade Federal do Amazonas

37 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO A região Amazônica, situada entre 5º N e 1º S, agrega uma área de aproximadamente 6,3 milhões de km 2, onde estão localizadas a maior bacia hidrográfica do mundo e a mais extensa floresta tropical das remanescentes no globo. A área da Amazônia Legal brasileira é estimada em torno de 5 milhões de km 2, o que equivale a 61% do território nacional, distribuída entre os Estados do Acre, Amapá, Amazonas, Pará, Rondônia, Roraima e em parte do Tocantins, Maranhão e Mato Grosso. A Floresta Amazônica, de nome científico Hiléia brasiliensis, também conhecida como Inferno Verde pela sua insalubridade, tem uma extensão tão significativa que a parte brasileira contém aproximadamente 4% das florestas tropicais úmidas existentes no planeta. Tendo em vista a vasta extensão de floresta contínua envolvida, a contribuição da região Amazônica às trocas convectivas de calor tem um papel importante no aquecimento da atmosfera tropical e potencialidade para provocar efeitos nos balanços globais de energia. Deste modo, nas últimas décadas, a Amazônia tem sido vista com bastante atenção pela comunidade científica mundial, não somente pelos efeitos que o desmatamento e exploração de recursos naturais em grande escala podem provocar no clima da Terra, como também por sua grande biodiversidade, representando uma enorme reserva destes recursos, entre eles, muita riqueza mineral, além das espécies vegetais (cerca de 8 mil) que podem ser o caminho para a cura de muitas doenças, e cerca de 3 milhões de espécies animais, em sua maioria insetos (Dandão, 23). Estes e outros fatores atribuem à Floresta Amazônica uma importância única no cenário científico internacional. Nestas duas últimas décadas (198 e 199) a Floresta Amazônica foi escolhida como palco para a realização de experimentos micrometeorológicos que apresentam como questionamento central a relação ou interdependência entre as variáveis climáticas e a vegetação e seus efeitos nos transportes de massa e calor em escala local, regional e, até 35

38 mesmo, global. Os principais experimentos, que contaram com esforços de vários profissionais e instituições de forma integrada, foram o Amazonian Research Micrometeorological Experiment (ARME), realizado entre 1983 e 1986, com o intuito de coletar dados micrometeorológicos da partição de energia pela Floresta Amazônica e estimativas de evapotranspiração; o Amazon Boundary Layer Experiment (ABLE), realizado em 1985 (2A) e 1987 (2B), tendo como objetivo a coleta de dados da estrutura da atmosfera da região Amazônica para o estudo da liberação e ciclo de gases e aerossóis; o Fluxo de Umidade na Região Amazônica (FLUMAZON), realizado em 1989, para coletar dados de ar superior, juntamente com medidas isotópicas do vapor d água, e estudar o balanço de umidade na Bacia Amazônica; o Anglo-Brazilian Climate Observacional Study (ABRACOS), realizado durante , objetivando recolher dados dos fluxos de energia e dos elementos climáticos sobre as superfícies de floresta tropical e de pastagem em três diferentes localizações da Amazônia; o Rondônia Boundary Layer Experiment (RBLE), realizado entre 1992 e 1994, para aprimorar os conhecimentos sobre a influência do desmatamento no clima na camada limite atmosférica; o Manaus Atmospheric CO 2 Experiment (MACOE), realizado em 1995, com o objetivo de coletar dados do perfil de CO 2 na camada limite diurna em floresta tropical (Fisch et al., 1998). O mais recente destes experimentos, atualmente em realização, é o Large Escale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia (LBA), iniciado em 1999 e planejado para gerar novos conhecimentos sobre os mecanismos de funcionamento climatológico, ecológico, bioquímico e hidrológico da Amazônia, sobre o impacto das mudanças nos usos da terra nesse funcionamento e sobre as interações entre a Amazônia e o sistema biogeofísico global (INPE, 23). Através dos experimentos citados acima, uma grande quantidade de dados micrometeorológicos tem sido coletada em diferentes pontos da região Amazônica e inúmeros estudos procuram evidenciar os fluxos de massa e de calor (ocorrência, variabilidade, mecanismos de transporte) desde o solo, passando pelo corpo vegetal até chegar à atmosfera. Os processos de liberação de vapor d água ou de calor pela vegetação são controlados pela disponibilidade de energia, cuja fonte principal é a radiação solar complementada por contribuições de radiação de ondas longas da 36

39 atmosfera e da própria superfície natural envolvida, num balanço que se estabelece em função das disponibilidades de água do solo e da vegetação, esta última tendo um papel ativo associado aos parâmetros fisiológicos próprios. Neste contexto, a taxa de variação do armazenamento de energia (TAE) no interior da vegetação pode apresentar-se como um componente significativo para o balanço de energia, num curto período de tempo, uma vez que as florestas da Amazônia enquadram-se na classe de vegetação densa, apresentando uma grande biomassa. De acordo com Stewart e Thom (1973), Aston (1985), McCaughey (1985), McCaughey e Saxton (1988), Moore e Fisch (1986) e Silberstein et al. (21) os termos horários de armazenamento no interior de uma floresta podem ser uma fração bastante significativa do saldo de radiação, principalmente durante o amanhecer e o anoitecer e em períodos nublados ou chuvosos. Portanto, a inclusão da TAE no interior da floresta é necessária em modelos e métodos desenvolvidos para estudar fenômenos com respostas em curta escala de tempo (períodos mais curtos que um dia). Assim, pode-se destacar o uso da TAE no interior da vegetação para melhorar a precisão na estimativa dos fluxos turbulentos de calor sensível e latente que ocorrem no topo da vegetação (Aston, 1985), para aprimorar os modelos numéricos de circulação geral da atmosfera (MCGA), que necessitam de parametrizações mais realísticas dos vários processos de superfície, como os que acontecem entre vegetação e atmosfera, e para entender os detalhes das trocas de energia dentro de coberturas vegetais que ocorrem durante fenômenos convectivos de curta duração, como tempestades tropicais, quando mudanças no microclima podem ser muito rápidas (Shuttleworth et al., 1985). Considerando que a energia no interior de uma cobertura vegetal é em parte armazenada no ar adjacente à vegetação e em outra parte na biomassa dessa vegetação, e que a maior parcela da biomassa acima do solo é constituída por troncos, compondo aproximadamente 6% da Floresta Amazônica de terra firme (Takeuchi, 1961, Fittkau e Klinge, 1973 e Higuchi e Carvalho Jr., 1994), o armazenamento de energia na biomassa é explicado em mais da metade pela energia guardada nos troncos (Moore e Fisch, 1985 e Meesters e Vugts, 1996). 37

40 No desenvolvimento deste trabalho de pesquisa, teve-se como objetivo geral a determinação e caracterização dos componentes da TAE na biomassa e no ar, e correlações pertinentes, utilizando medidas de temperatura de troncos de árvores selecionadas e instrumentadas no platô do transecto leste-oeste levantado por Oliveira et al. (22) no sítio de floresta de terra firme da Estação de Manejo Florestal ZF-2, na Amazônia Central, localizada ao norte da cidade de Manaus-AM, e das séries de temperatura e umidade do ar medidas pela torre micrometeorológica mantida no sítio pelo projeto LBA. Os objetivos específicos do trabalho foram: Determinação da TAE na matéria orgânica depositada sobre o solo da floresta (liteira) e da TAE nos componentes de pequeno porte da vegetação (palmáceas, cipós, etc.). Comparação entre as TAEs nos troncos determinadas por diferentes métodos. Obtenção de relações entre os componentes da TAE na biomassa e no ar. Obtenção das relações entre a TAE total e a) os componentes de sua partição, b) o saldo de radiação, c) a precipitação pluviométrica local. Obtenção das massas específicas e de propriedades térmicas (calor específico, condutividade térmica, difusividade térmica e condutância superficial de calor) das espécies arbóreas dominantes no sítio. 38

41 CAPÍTULO 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E FUNDAMENTOS TEÓRICOS Balanço de Energia na Superfície Terrestre As trocas locais de energia dependem de vários fatores, dentre os quais podem ser citados: insolação, características da superfície tais como cobertura vegetal e albedo, além das características da atmosfera logo acima da superfície. O balanço de energia na superfície está estreitamente relacionado ao ciclo hidrológico, uma vez que a evaporação da superfície é um componente chave nos balanços hídricos e de energia (Hartmann, 1994). O entendimento do balanço de energia na superfície terrestre é necessário para a compreensão dos processos climáticos, nas diversas escalas espaciais e temporais, e de suas influências externas. O balanço de energia pode ser escrito em termos de fluxos de energia por unidade de área (densidades de fluxo superficiais de energia) passando verticalmente através de uma superfície ideal relativamente lisa, horizontal, homogênea, extensa e opaca à radiação, representando a interface ar-superfície. Abaixo desta interface considera-se uma coluna que se estende até a profundidade na qual os fluxos verticais de calor são desprezíveis (Sellers, 1966). Assim, através do princípio da conservação de energia, a equação do balanço de energia para a situação apresentada pode ser escrita como: R n = H + LE + G + F (2.1) em que R n é o saldo de radiação, resultante do balanço entre radiação de ondas curtas e longas na superfície, H e LE são os fluxos turbulentos de calor sensível e de calor latente entre a superfície e o ar atmosférico, G é a TAE na coluna abaixo da superfície, e F é o fluxo horizontal de calor sensível entre a coluna abaixo da superfície e suas vizinhanças. Como resultado deste balanço de energia, a superfície aquece durante o 39

42 dia, enquanto esfria durante a noite, especialmente sob céu claro e condições estáveis do tempo (Arya, 1988). Esta situação é apresentada esquematicamente na Figura 2.1. a) R n Atmosfera Superfície H LE Coluna de Subsolo G F b) Atmosfera Superfície R n H LE Coluna de Subsolo G F FIGURA Ilustração esquemática das trocas de energia durante a) o dia e b) a noite, em dia sem chuva. A equação do balanço de energia, na forma apropriada, é aplicável em qualquer período de tempo, de forma que vários outros termos importantes localmente ou num determinado momento devem ser incluídos. Por exemplo, para o caso de eventos em florestas, estes termos adicionais podem incluir (Hartmann, 1994): 4

43 a transferência de calor por precipitação pluviométrica através da inversão do fluxo turbulento de calor sensível, H (mecanismo importante durante tempestades de verão); o armazenamento bioquímico de energia na vegetação para a realização de fotossíntese; a liberação de calor devido à oxidação de substâncias encontradas na matéria orgânica ou por queimadas na floresta; o armazenamento físico de energia no interior da floresta Balanço de Energia em Superfícies Vegetadas Nas superfícies em que há presença de cobertura vegetal, o balanço de energia torna-se mais complexo devido às diversas complicações introduzidas pela distribuição espacial variável dos fluxos radiativos e de calor dentro do corpo da vegetação. Portanto, o balanço de energia deve ser tratado para o dossel inteiro, e não somente para a superfície, considerando os fluxos de R n, H e LE no topo da vegetação e incluindo os termos de armazenamento. Assim, de acordo com as considerações feitas, a equação do balanço de energia para uma superfície vegetada, desprezando os fluxos horizontais, pode ser expressa por: R = H + LE + Q + S G (2.2) n p + sendo H e G definidos da mesma maneira que na Equação 2.1, LE representando, agora, o fluxo turbulento de calor latente devido à combinação da evaporação e transpiração, chamada de evapotranspiração, Q p a taxa de absorção de energia para a realização de fotossíntese e respiração e S a TAE no interior da vegetação. O balanço usualmente não fecha tanto por erros instrumentais nas medidas de cada termo, quanto pela nãoconsideração da possível advecção. Uma ilustração esquemática da situação para 41

44 coberturas vegetais durante o ciclo diurno, em dia sem chuva, é mostrada na Figura 2.2; no ciclo noturno correspondente, os fluxos se invertem. R n Atmosfera H LE Q p S Superfície Coluna de Subsolo G FIGURA Ilustração esquemática do balanço de energia numa cobertura vegetal durante o ciclo diurno, em dia sem chuva. Para o caso de coberturas vegetais, o fluxo turbulento de calor latente devido à evapotranspiração, LE, é o componente (não-radiativo) dominante que está, aproximadamente, em balanço com o saldo de radiação, R n, enquanto H e G são de menor magnitude. O termo de armazenamento bioquímico, Q p, apresenta valores muito baixos, equivalentes, em média, a 1% de R n, podendo alcançar 5% em determinados locais e períodos limitados de tempo. A TAE, S, usualmente é muito pequena para dosséis vegetais de pequeno porte, como plantações ou florestas pouco densas e secas. Porém, o tamanho e arquitetura de florestas de grande porte com árvores mais altas e sua biomassa associada, situação na qual a Floresta Amazônica se enquadra, sugerem que o armazenamento de energia pode ser significativo, principalmente sobre curtos períodos de tempo, de poucas horas a um dia, comumente usados em micrometeorologia. No entanto, a TAE numa floresta não é fácil de medir ou calcular (Arya, 1988). 42

45 2.3 - Taxa de Armazenamento de Energia em uma Floresta A TAE total em uma floresta é composta pelos termos de armazenamento no ar (S a ) e de armazenamento na biomassa da floresta (S b ), ou seja: S = S a + S b (2.3) A TAE no ar é composta por dois componentes, um relacionado com as mudanças de temperatura no ar, S T, e outro relacionado com as variações de umidade específica, S q : S = S + S (2.4) a T q A TAE na biomassa da floresta pode ser subdividida em 6 partes, a saber: S = S + S + S + S + S + S (2.5) b tr r g f l o em que S tr representa a TAE nos troncos da floresta, S r é a TAE nos ramos das árvores, S g a TAE nos galhos, S f a TAE nas folhas, S l a TAE na matéria orgânica depositada no solo da floresta (liteira) e S o a TAE nos outros componentes, de pequeno porte, da vegetação (palmáceas, cipós, etc). Dentre estes termos, S tr é o mais significativo e também de obtenção mais complexa pois, para determiná-lo, é necessária a realização de medidas das temperaturas internas e, se possível, superficiais dos troncos aferidas cuidadosamente, uma vez que existem diversos fatores naturais que podem interferir ou provocar erros nestas medidas. Além disso, é necessário o conhecimento da difusividade térmica e da condutância superficial de calor dos troncos, já que a temperatura da superfície destes é diferente da temperatura do ar circundante. Outro problema a considerar é a ocorrência de um número muito grande de espécies, o que caracteriza a não-homogeneidade natural de coberturas vegetais, sendo a Floresta Amazônica a maior de suas representantes. Conseqüentemente, existe uma variação muito grande nas dimensões espaciais e nas propriedades térmicas dos troncos. 43

46 Apesar do termo de armazenamento de energia na vegetação, S, poder apresentar valores significativos para o balanço horário ou, até mesmo, diário de energia (dependendo do tipo de vegetação, da cobertura de nuvens ou da ocorrência de chuva), em alguns estudos sobre trocas energéticas em florestas, este termo é desprezado ou sua importância não é considerada, seja por simplicidade ou por dificuldades em sua obtenção. Pinker et al. (198), num estudo sobre o balanço de energia numa floresta tropical seca na Tailândia, não incluíram em suas análises os componentes de armazenamento de energia no solo e na vegetação, mesmo sendo uma floresta densa e contínua e serem trabalhadas médias diárias dos termos de energia. Outros pesquisadores consideraram que o armazenamento de energia na vegetação era da mesma magnitude que o armazenamento de energia no solo (Sinclair et al., 1975), ou assumiram que G + S era aproximadamente 1% do saldo de radiação. No trabalho de Tajchman (1971), desenvolvido para uma floresta norueguesa, foi incluído, nos cálculos do balanço de energia, o armazenamento de energia no interior da vegetação, cujos componentes foram a TAE no solo, G, a TAE no ar da floresta, S T, e a TAE nos troncos da vegetação, S tr. De acordo com os dados obtidos neste trabalho, durante dias ensolarados, a TAE total, S, pode ser expressa como função linear do saldo de radiação, ou seja: S = G + S (2.6) T + Str = C1Rn + C 2 em que C 1 e C 2 são constantes dependentes das características da floresta. Conforme suas considerações, durante dias nublados, S não tem significância prática nos cálculos do balanço de energia, porém seus resultados apresentam valores horários de 17% do saldo de radiação durante o ciclo diurno para tais dias. McNaughton e Black (1973), para o Canadá, e Hicks et al. (1975), para a Austrália, trabalhando com o balanço de energia em plantações de pinheiros, e considerando o termo de armazenamento de energia composto por S T + S q + S tr, obtiveram, a partir de medidas da temperatura e pressão de vapor do ar da vegetação e estimativas do volume 44

47 da biomassa e da capacidade térmica das árvores, uma estimativa rústica deste armazenamento, com valores horários alcançando 12% do saldo de radiação durante o ciclo diurno. Stewart e Thom (1973), desenvolvendo um trabalho com dados de uma floresta de pinheiros, verificaram que após o nascer-do-sol e próximo ao pôr-do-sol, em ocasiões com pouca cobertura de nuvens, S (= S T + S q + S tr ) tinha um valor de aproximadamente 4 W m 2, sendo da mesma ordem de magnitude de R n nestas horas. Thom (1975) sugeriu que a TAE na biomassa, acima do solo, S b, poderia ser reduzida a: S b =,8m δt (2.7) v r sendo m v a massa da vegetação por unidade de área horizontal e δt r a taxa de variação horária de uma temperatura representativa do ar. Porém, de acordo com Moore e Fisch (1986), esta aproximação não é adequada para florestas de grande biomassa, nas quais podem ocorrer variações nas propriedades térmicas de acordo com a estrutura e distribuição de material dentro delas. Munro (1979), expressando o armazenamento de energia através da somatória S T + S q + S tr + G para um pântano canadense, verificou que o termo de armazenamento dominante era S tr, sendo responsável por aproximadamente metade do armazenamento total, S. Aston (1985), desenvolvendo um trabalho de natureza experimental bastante ampla numa floresta jovem de eucalipto, na Austrália, e considerando quase todos os termos do armazenamento em floresta apresentados nas Equações 2.3, 2.4 e 2.5 (excluindo apenas S o ), concluiu que a TAE, em dias claros, era positiva durante a manhã e negativa durante a tarde e que, em dias com nebulosidade variada, este armazenamento flutuava, principalmente à tarde. Além disso, obteve que uma variação de 1 C h 1 na temperatura do ar no interior da floresta provocava uma TAE de aproximadamente,39 W m 2 para cada kg m 2 de material da biomassa. 45

48 McCaughey (1985) e McCaughey e Saxton (1988), em seus estudos sobre os termos de armazenamento numa floresta madura no Canadá, considerando S = S T + S q + S tr + G, verificaram que durante a noite, sob céu limpo, S podia exceder 6 W m 2 em magnitude, permanecendo geralmente entre 35 e 5 W m 2. Em casos de chuva e coberturas de nuvens, S diminuía em magnitude, mas sua importância em relação ao balanço de energia permanecia similar ou aumentava. Após o nascer-do-sol havia um rápido crescimento no armazenamento, geralmente excedendo 1 W m 2, em torno das 9 h, permanecendo alto até o meio-dia, quando ocorria um declínio brusco em S, começando a liberar energia no início da tarde, entre 14 e 16 h. Normalmente S tr era o maior fluxo individual. Considerando as propriedades térmicas dos troncos constantes, o campo de temperatura dentro dos troncos com simetria radial e que estes troncos estavam em equilíbrio radiativo com o ar adjacente, Meesters e Vugts (1996) desenvolveram um método mais completo para o cálculo do armazenamento de energia nos troncos a partir de medidas da temperatura do ar da vegetação, e aplicaram-no a uma plantação de pinheiros em Fiji. De acordo com seus resultados, a correspondência entre os valores medidos e calculados foi boa e os troncos explicam metade do fluxo total de calor na biomassa. No trabalho sobre o balanço de energia de uma floresta de eucalipto australiana, Silberstein et al. (21), tendo como componentes da TAE, S, os termos S T, S q, S f, e S tr, observaram que durante as primeiras horas de luz solar o armazenamento era 45% do saldo de radiação, R n, na primavera e 69% no verão, enquanto que nas últimas horas de sol as proporções foram 17 e 19% na primavera e no verão, respectivamente. Dentre os componentes do armazenamento, os dois maiores foram S T e S tr, com uma taxa de armazenamento total de energia excedendo, às vezes, 1 W m 2. O trabalho de Moore e Fisch (1986), desenvolvido com dados da vegetação da Floresta Amazônica, apresentou como resultado uma TAE total, considerando S = S T + S q + S b (sendo S b = S tr + S g ) que, durante o dia, freqüentemente excedia 5 W m 2 e, 46

49 ocasionalmente, 8 W m 2. Em horas durante a manhã e no final da tarde, a TAE excedia 5% do saldo de radiação. Foi encontrado, também, que cada um dos três termos (S T, S q e S b ) contribuía igualmente para a TAE no interior da vegetação. Ainda neste trabalho, foram obtidas expressões empíricas simples para o cálculo da TAE em florestas de terra firme da Amazônia usando dados de temperatura e umidade específica do ar, a saber: S * = ST + S q + Sb = 16,7δ Tr + 28,δqr + 12,6δTr (2.8) * em que δt r, δq r e δt r são, respectivamente, as taxas de variação horária da temperatura, da umidade específica e da temperatura adiantada em uma hora, representativas do ar da vegetação. Usando a Equação 2.8, Galvão (1999) estimou a TAE no interior de uma floresta em uma região da Amazônia diferente da estudada por Moore e Fisch (1986) observando, para o período chuvoso, que nas primeiras horas da manhã (entre 8 e 1 h), S alcançava valores de até 56 W m 2 ; para o período seco, entre 7 e 9 h, atingia valores de até 93 W m 2. Confirmando, portanto, a significância da TAE em florestas da Amazônia, no seu balanço de energia. No que concerne a medidas de temperatura em troncos, utilizadas para o cálculo da TAE nestes, possivelmente devido a dificuldades práticas, poucas árvores foram instrumentadas no desenvolvimento dos trabalhos reportados anteriormente. Além disso, estas medidas de temperatura são muitas vezes representadas, ou seja, a maioria dos autores restringiu-se a medidas em uma ou duas profundidades radiais para poucas espécies ou classes de raio de tronco. Assim, a(s) série(s) de temperatura medida(s) é (são) usada(s) como uma série de temperatura representativa para o conjunto, dependendo da profundidade radial escolhida e do procedimento para a obtenção das médias caso haja mais profundidades (Meesters e Vugts, 1996). Aston (1985) instrumentou um tronco em quatro alturas e, numa única altura, em quatro profundidades radiais, obtendo oito séries de temperatura. McCaughey (1985) instalou 47

50 termopares em dois troncos, em cinco alturas, numa única profundidade radial, obtendo dez séries de temperatura. No trabalho de McCaughey e Saxton (1988), o número de medidas foi ampliado para vinte séries utilizando sensores inseridos em três troncos, em três alturas, em duas ou três profundidades radiais, sendo que, em um dos troncos, uma outra face foi instrumentada numa altura e em duas profundidades, para efeito de comparação, não se obtendo diferenças significativas em suas medidas. Meesters e Vugts (1996) instrumentaram apenas um tronco em dois níveis de profundidade e duas alturas, resultando em quatro séries de temperatura. Silberstein et al. (21), instrumentaram um único tronco em uma altura e duas profundidades, estas últimas em três faces, obtendo seis séries de temperatura. Moore e Fisch (1986), utilizaram como amostra para a realização de suas medidas, um tronco que apresentava as propriedades médias do sítio de floresta da Reserva Ducke, instrumentando-o em três alturas e um nível de profundidade radial para obter as três séries de temperatura utilizadas para a determinação do armazenamento de energia na biomassa do sítio. Esta profundidade única, entretanto, corresponde àquela em que a temperatura é igual à da média neste tronco, tendo sido determinada por considerações teóricas. 48

51 CAPÍTULO 3 METODOLOGIA E DADOS Cálculo da Taxa de Armazenamento de Energia na Floresta Para a realização do cálculo da TAE total na floresta do sítio experimental selecionado, a interface solo-vegetação-atmosfera foi dividida em cinco camadas de espessuras diferentes (Figura 3.1) e todos os termos que contribuem para o armazenamento de energia em cada uma das camadas foram considerados. Ao fazer esta divisão por camadas, foram considerados a) a altura média das árvores do hectare escolhido na floresta (19, ± 6,6 m) e a altura média dos troncos das árvores (12,4 ± 4,3 m) (Apêndice B), b) os níveis em que se realizaram as medições das temperaturas do ar e das árvores (1,5; 9, e 18, m), e c) a camada de ar que sofre influência imediata das trocas energéticas com a vegetação. Para cada uma das camadas, considerou-se que as taxas de variação horária de temperatura do ar e dos troncos e de umidade específica do ar fossem representadas por uma medida pontual num determinado nível da camada. A primeira camada (1) inicia na superfície do solo (z = ), apresenta uma espessura de 5 metros, e nela encontram-se as primeiras parcelas de ar e de troncos, além de estarem distribuídos a liteira (fina e grossa) e os outros componentes, de pequeno porte, da vegetação, predominantemente palmáceas e cipós. A segunda camada (2) começa no nível z 1 = 5 m, possui uma espessura de 8 metros, e nela apresentam-se as segundas parcelas de ar e de troncos. Na terceira camada (3), iniciando em z 2 = 13 m e de espessura igual a 6 metros, estão a terceira e última parcela de troncos e o terceiro quinto da camada de ar. A quarta camada (4), que inicia em z 3 = 19 m e possui espessura igual a 5 metros, foi escolhida como aquela em que estão concentrados os ramos (diâmetro basal 1 cm), os galhos e as folhas, além da quarta parcela de ar. De acordo com Klinge e Rodrigues (1973), que dividiram a biomassa aérea de uma floresta da Amazônia Central em seis camadas horizontais estratificadas, as duas camadas superiores possuem contribuições de tronco e de copa, não havendo uma única camada 49

52 em que estaria separada apenas a copa. Porém, para os objetivos do presente trabalho, é bastante razoável haver a separação entre tronco e copa, uma vez que simplifica o modelo matemático e não implica em alterações significativas nos resultados da TAE total. Assim, a idéia foi separar os ramos, galhos e folhas numa única camada erguendo a copa para uma altura em que não houvesse a presença de tronco, ficando o último exclusivamente nas camadas inferiores da floresta. A quinta e última camada (5), de limite inferior em z 4 = 24 m e superior em z 5 = 3 m, isto é, de espessura igual a 6 metros, concentra apenas a quinta parcela da camada de ar considerada. A taxa de armazenamento de energia é definida como a taxa de variação temporal de energia armazenada num volume, devido ao fluxo superficial de calor, por unidade de área topográfica ocupada pelo volume total dos elementos que armazenam energia. Assim, pode-se escrever: F S = (3.1) A t sendo S a TAE, F o fluxo superficial de calor e A t a área topográfica. O fluxo superficial de calor é dado por: d F = ρ ctdv (3.2) dt V na qual ρ, c e T são, respectivamente, a massa específica, o calor específico e a temperatura da substância que compõe o volume V. Então, substituindo a Equação 3.2 na 3.1, fica-se com: S = 1 A t d dt V ρctdv (3.3) 5

53 z5 = 3 m AR 6 m Camada 5: ar z4 = 24 m 5 m Camada 4: ar, ramos, galhos e folhas 18, m z3 = 19 m 6 m Camada 3: ar e troncos z2 = 13 m 9, m 8 m Camada 2: ar e troncos z1 = 5 m 1,5 m 5 m Camada 1: ar, troncos, liteira e outros FIGURA Esquema da divisão da interface solo-vegetação-atmosfera utilizado para o cálculo da TAE total na floresta. FONTE: (fotografia) INPA (23). 51

54 A partir das considerações apresentadas nesta seção, das Equações 3.2 e 3.3 e dos resultados de levantamentos florestais realizados no sítio, sejam estes obtidos na campanha experimental empreendida para este trabalho ou apresentados na literatura, todos os termos da TAE total foram obtidos e calculados para o hectare escolhido na floresta da Estação de Manejo Florestal ZF Taxa de Armazenamento de Energia no Ar Considerando um volume elementar de ar dv, de área superficial da pela qual o calor flui verticalmente (Figura 3.2), tem-se, a partir da Equação 3.2, que este fluxo pode ser calculado através de: F = d dt z r S ρ ac ptda dz (3.4) em que ρ a, c p e T são, respectivamente, a massa específica, o calor específico à pressão constante e a temperatura do volume de ar e z r é o nível de referência para a integração. F da dz Camada horizontal de ar FIGURA Ilustração esquemática do fluxo vertical de calor sobre um volume elementar de ar. Admitindo que ρ a e c p não variam com o tempo, a Equação 3.4 fica: 52

55 F = z r S dt ρ ac p da dz (3.5) dt Calculando a integral de superfície da Equação 3.5, obtém-se: F = A z r dt ρ ac p dz (3.6) dt A TAE no ar, devido às variações de temperatura, S T, através da Equação 3.3 é dada por: S T = A A t z r dt ρ ac p dz (3.7) dt Como o valor da área A em que ocorre o fluxo vertical de calor é, aproximadamente, o mesmo da área topográfica A t ocupada pela floresta, uma vez que o volume de ar é muito maior que o volume da biomassa, representando em torno de 99,7% do volume total da floresta (Oliveira et al., 22), a Equação 3.7 fica: S T = z r dt ρ ac p dz (3.8) dt Finalmente, assumindo que ρ a e c p são constantes com z e que z r = z 5, fica-se com: z 5 dt ST = ρ ac p dz (3.9) dt Considerando l camadas horizontais de alturas variáveis z i e T representando a temperatura média do ar aferida em cada camada i num intervalo de tempo t, a Equação 3.9, escrita em aproximações por diferenças finitas, fica: 53

56 l = 5 n T ik ST = ρ ac zi (3.1) t p i= 1 k= 1 k na qual i e k representam, respectivamente, o índice de camadas horizontais da floresta e o índice de intervalo total de tempo em que se deseja calcular a TAE. Na prática, os intervalos de tempo são considerados iguais, ou seja, t 1 = t 2 =... = t. Assim, obtémse para o cálculo da TAE no ar, devido às variações de temperatura, a expressão: S T ρ ac = t p 5 n i= 1 k= 1 T ik z i (3.11) De maneira análoga à S T, a TAE no ar devido às variações de umidade específica é dada por: S q = z r dq ρ al dz (3.12) dt na qual L e q são, respectivamente, o calor latente de vaporização da água e a umidade específica do ar. Admitindo que ρ a e L são invariáveis com z, fica-se com a expressão: z 5 dq Sq = ρ al dz (3.13) dt Em aproximações por diferenças finitas, para intervalos de tempo iguais, S q é calculada através de: S q ρ al = t 5 n i= 1 k= 1 q ik z i (3.14) 54

57 em que q representa a umidade específica média do ar aferida em cada camada i, de altura z i, num intervalo de tempo t Taxa de Armazenamento de Energia nos Troncos Considerando um tronco representativo que apresenta as características médias da floresta em termos de dimensões (altura total, altura de tronco e diâmetro), massa específica e calor específico, o fluxo de calor que atravessa sua superfície é dado pela Equação 3.2 escrita em coordenadas cilíndricas, ou seja: F = zr 2π R dttr ρ trctr rdrdθdz (3.15) dt na qual ρ tr, c tr, T tr e R são, respectivamente, a massa específica (fresca), o calor específico, a temperatura e o raio do tronco e z r é o nível de referência para a integração. A partir de doze séries de temperatura obtidas segundo os quadrantes cardeais (N, L, S, O) numa árvore de espécie dominante instrumentada (ver Seção 3.5.1) na floresta do sítio experimental (Figura 3.3), foi observado que as temperaturas dos troncos apresentam uma variação tangencial pequena. Portanto, pode-se utilizar a série de temperatura obtida na face norte da árvore como sendo uma temperatura representativa média em cada anel cilíndrico de tronco em que foram realizadas as medidas. Então, por conseguinte, a Equação 3.15, considerando a aproximação em que ρ tr e c tr são constantes radialmente e verticalmente, fica: zr R dttr F = 2πρ trctr rdr dz (3.16) dt Uma vez que foram realizadas medidas suficientes para considerar as variações espaciais de temperatura encontradas na floresta do sítio, em outras três árvores de espécies dominantes e representativas desta floresta (ver Seção 3.5.1), obtendo-se um 55

58 total de trinta séries de temperatura, utilizou-se, para o cálculo da TAE nos troncos da floresta a partir de todas as séries medidas, a metodologia apresentada a seguir. FIGURA Perfis perimetrais (Norte-N; Leste-L; Sul-S; Oeste-O) de temperatura, de 2 em 2 h, medidos na árvore 4 (Eschweilera micrantha) na altura de 1,5 m e nas profundidades de,5; 3, e 1, cm, em 15/9/3 (DJ 258). 56

59 A partir da Equação 3.16, com z r = z 3, o fluxo de calor que atravessa a superfície de um tronco representativo instrumentado de uma dada espécie dominante y na floresta do sítio, F yr, é dado por: z3 R dttr Fyr = 2πρ tryctry rdr dz (3.17) dt em que ρ try e c try são, respectivamente, a massa específica e o calor específico do tronco representativo da espécie y. O fluxo superficial total de calor para uma dada espécie y, F yt, é obtido através de: F = F N (3.18) yt yr y na qual N y representa o número de indivíduos da espécie y encontrados no hectare selecionado na floresta do sítio. Assim, utilizando as Equações 3.17 e 3.18 obtém-se o fluxo de calor total para cada uma das três espécies dominantes instrumentadas. Para estimar o fluxo total de calor para as outras espécies encontradas no sítio, aplica-se o cálculo do fluxo superficial de calor para o tronco representativo (F t ) que apresenta a média da floresta, dado pela Equação 3.16, utilizando as séries de temperatura da árvore instrumentada que mais se aproxima das características do tronco representativo e multiplicando o resultado pelo número de indivíduos das espécies em questão (N ), como na Equação Considerando m anéis cilíndricos concêntricos de larguras variáveis (r j r j 1 ) i (com r = ), em que se dividiu cada camada i de altura z i do tronco, e T tr representando a temperatura média de tronco aferida em cada anel cilíndrico j para intervalos de tempo iguais a t, a Equação 3.17, escrita em aproximações por diferenças finitas fica: 57

60 F yt πρ c t l= 3 m try try = n i= 1 j= 1 k= 1 ( T ) tr ijk ( r 2 j r 2 j 1 ) i zi N y (3.19) Finalmente, a TAE nos troncos das árvores do hectare escolhido na floresta do sítio, S tr, é obtida através da expressão: S tr s y= F t yt = (3.2) A Na qual A t representa a área topográfica ocupada pela floresta do sítio (= 1 ha) Raios para o Cálculo das Áreas dos Anéis Cilíndricos dos Troncos Para o cálculo do fluxo superficial de calor nos troncos, dado pela Equação 3.19, foi necessária a determinação das áreas dos anéis cilíndricos j em que se dividiram os troncos, para cada camada i. Para tanto, inicialmente, obtiveram-se as distâncias (r pd ), ao centro de cada tronco, onde se encontravam os termopares, os quais foram instalados em profundidades radiais fixas em todos os troncos. Na camada 1 as profundidades foram:,5; 3,; 1, cm e centro do tronco; nas camadas 2 e 3 os termopares foram inseridos em,5; 3, e 1, cm. Assim, através das médias logarítmicas das duplas de distâncias r pd mais próximas, foram calculados os raios dos círculos a partir dos quais, pela diferença entre os quadrados dos valores resultantes, obtiveram-se as áreas dos anéis cilíndricos. A média logarítmica entre r pd e r pd 1 (com j = d 1) é dada por (Coimbra, 196, p ): rpd rpd 1 ( rj ) i = r (3.21) pd ln r pd 1 i 58

61 Por conseguinte a área de cada anel cilíndrico j na camada i, é obtida por: A = π ( r r ) (3.22) ij 2 j 2 j 1 i sendo que para j = 1, isto é, na região mais próxima ao centro do tronco, e r =, a área é A i1 = π(r 2 1 ) i. Portanto, na parte central dos troncos, para todas as camadas i, tem-se uma área circular e não um anel cilíndrico. Desse modo, o termopar mais interno permaneceu medindo a série de temperatura na área circular, enquanto que os termopares mais externos mediam as séries nos anéis cilíndricos, tendo as distâncias entre cada dupla de termopares diminuindo do centro à superfície do tronco, levando em consideração que os maiores gradientes de temperatura ocorrem nas camadas mais externas (Figura 3.4) Taxa de Armazenamento de Energia nos Troncos a partir da Solução Analítica da Equação de Condução do Calor Em virtude da grande quantidade de espécies arbóreas encontradas em florestas de terra firme da Amazônia e da ocorrência de troncos com grandes diâmetros, Moore e Fisch (1986) criaram uma metodologia em que, essencialmente, faz-se um levantamento florestal no sítio de interesse e se determina a árvore padrão que apresenta as características médias do conjunto em termos de dimensões, massa específica e propriedades térmicas. Assim, seleciona-se a árvore do sítio que mais se aproxima desta árvore padrão para se medir a temperatura na profundidade correspondente ao valor da temperatura representativa para o cômputo da TAE na seção horizontal considerada. O cálculo da TAE nos troncos é baseado na solução analítica da equação de condução do calor (ECC) apresentada por Eckert e Drake (1959) e Herrington (1969), considerando a temperatura constante na interface tronco-ar e utilizando geometria retangular, para quando se dispõe de poucas medidas de temperatura nos troncos. Meesters e Vugts (1996) aperfeiçoaram esta solução resolvendo o problema em coordenadas cilíndricas com simetria angular seguindo Carslaw e Jaeger (1959) e mostrando como, sob certas 59

62 considerações, a TAE nos troncos pode ser calculada diretamente ou de medidas das temperaturas do ar da floresta, ou das temperaturas da superfície dos troncos ou, ainda, das temperaturas internas dos troncos, independentemente da profundidade escolhida. FIGURA Perfis radiais de temperatura, de 2 em 2 h, medidos na árvore 3 (Anacardium microsepalum) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3,; 1, e 37,2 cm, em 11/9/3 (DJ 254). 6

63 Assim, de acordo com os trabalhos citados anteriomente, quando poucas amostras de temperatura de tronco estão disponíveis, deve-se buscar soluções que levem em consideração o transporte de calor através dos troncos pois, em partes volumosas da vegetação, a maioria das temperaturas internas permanece relativamente não-perturbada pelas trocas de calor entre a vegetação e as redondezas e são atrasadas em fase com relação às temperaturas mais externas. Nesta seção reproduz-se a resolução apresentada por Meesters e Vugts (1996), com determinadas modificações e adaptações relativas ao objetivo e à natureza do presente trabalho, para o cálculo da TAE nos troncos a partir de medidas das temperaturas da superfície e internas dos troncos, utilizando as séries de temperatura da árvore padrão segundo a metodologia de Moore e Fisch (1986). Assim, das quatro árvores de espécies dominantes na floresta da Estação ZF-2 instrumentadas durante o período de realização da campanha experimental (Seção 3.5.1), a que mais se aproxima da árvore padrão é um exemplar da espécie Chrysophylum sanguinolentum, sendo as séries de temperatura nela medidas (nas profundidades de,5 e 3, cm), utilizadas para o cálculo da TAE nos troncos a partir dos resultados obtidos nesta seção. Considerando as propriedades térmicas dos troncos isotrópicas, homogêneas e invariantes com a temperatura e que não há taxa de produção de calor, a ECC assume a forma (Herrington, 1969): T t tr 2 ρ trctr = κ tr Ttr (3.23) sendo ρ tr, c tr e T tr definidos da mesma maneira que na Equação 3.15 e κ tr representa a condutividade térmica do tronco considerado. Especificando os troncos como corpos cilíndricos circulares, deve-se escrever o laplaciano da Equação 3.23 em coordenadas cilíndricas obtendo, assim: 61

64 2 2 2 T tr Ttr 1 Ttr 1 Ttr Ttr ρ = trctr κ tr (3.24) t r r r r θ z Se existe um gradiente vertical de temperatura no tronco, então haverá um fluxo de calor na direção axial. Porém, novamente a partir de séries de temperatura obtidas em árvore de espécie dominante instrumentada na floresta do sítio experimental (Figura 3.5), foi observado que os gradientes verticais de temperatura nos troncos são pequenos quando comparados aos gradientes radiais. Portanto, o termo 2 T tr / z 2 pode ser desprezado para fins práticos. Pode-se desconsiderar, também, o termo (1/r 2 ) 2 2 T tr / θ 1 usando a justificativa apresentada na Seção 3.1.2, na qual se verificou a pequena variação tangencial na temperatura dos troncos. Por conseguinte, após as simplificações citadas, a ECC pode ser reescrita como: T t 2 T tr Ttr = α + (3.25) 2 r r r tr 1 na qual α é a difusividade térmica de tronco definida por: κ ρ c tr α = (3.26) tr tr Para a resolução do problema é necessário considerar as condições de contorno, isto é, a densidade de fluxo superficial de calor e o ciclo diário de temperatura superficial do tronco. A densidade de fluxo superficial de calor, D F, ocorre pela transferência de energia entre o ar e o tronco através de uma espessura infinitesimal de ar, em função da existência de uma diferença de temperatura entre os dois meios naturais, portanto: D F Ttr = κ tr = hc [ T ( t) Ttr ( R, t) ] (3.27) r r R 62

65 na qual h c é a condutância superficial de calor de tronco, T(t) e T tr (R,t) são, respectivamente, as temperaturas do ar e da superfície do tronco. FIGURA Perfis verticais de temperatura, de 2 em 2 h, medidos na árvore 2 (Chrysophylum sanguinolentum) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3, e 1, cm, em 16/9/3 (DJ 259). 63

66 Pelo princípio da conservação de energia, o fluxo superficial total de calor (Equação 3.2) deve ser igual à taxa de variação de energia armazenada no volume (Figura 3.6), ou seja: d DFdA = ρ trctrttrdv (3.28) dt S V Chamando E tr = c tr T tr de energia armazenada por unidade de biomassa e considerando que ρ tr não varia com o tempo, a Equação 3.28 fica: detr DF AS = ρ tr dv (3.29) dt V na qual A S é a área da superfície do tronco pelo qual flui o calor. Uma vez que as grandezas ρ tr e E tr não devem depender do volume, tem-se a partir da Equação 3.29 que: D F ρtrv detr = (3.3) A dt S Como V = πr 2 h tr e A S = 2πRh tr, sendo R e h tr, respectivamente, o raio e a altura do tronco, obtém-se da Equação 3.3 que: D F ρtr R detr = (3.31) 2 dt O problema a resolver é determinar a energia armazenada por unidade de biomassa, E tr, e calcular a TAE nos troncos, S tr, através de: detr Str = mv (3.32) dt 64

67 na qual m v é a massa da vegetação (em termos de troncos) por unidade de área horizontal. da D F FIGURA Ilustração esquemática da densidade de fluxo superficial de calor sobre uma área elementar de tronco. O ciclo de temperatura superficial do tronco pode ser considerado, por uma aproximação inicial, como uma onda cossenoidal de amplitude τ e freqüência angular ω, ou seja: T tr ( R, t) = τ ( R) cosωt (3.33) A temperatura média T tr não aparece na Equação 3.33 por simplicidade. A onda de temperatura dada pela Equação 3.33 pode ser escrita na sua forma complexa, uma vez que é matematicamente vantajoso tratar com séries temporais complexas, portanto: T iωt tr ( R, t) = τ ( R) e (3.34) A parte real da solução complexa da pela Equação 3.34 iguala-se à solução dada pela Equação Assim, assume-se que a solução para T tr (r,t) tem a forma: T ( ωt+ φ ) i r tr ( r, t) = τ ( r) e (3.35) 65

68 na qual φ r representa a diferença de fase da onda de temperatura dada pela Equação Aplicando a solução dada pela Equação 3.35 na 3.25, obtém-se uma equação diferencial para T tr que envolve apenas a variável r, isto é: 2 d τ ( r) 1 dτ ( r) ω + i τ ( r) = 2 dt r dr α (3.36) Utilizando uma coordenada adimensional ϕ e raio adimensional ϕ R, definidos por: 1 2 r 1 2 ω ω ϕ = ; ϕ R = R (3.37) α α a Equação 3.36 torna-se adimensional, ficando-se com: 2 d τ ( ϕ) 1 dτ ( ϕ) + iτ ( ϕ) = 2 dt ϕ dϕ (3.38) A solução da Equação 3.38 com sua parte dependente do tempo, apresentada em Carslaw e Jaeger (1959, p. 193), é: T i [ ] ( ωt+ φ ) r ( ϕ) + ibei ( ϕ e tr ( ϕ, t) B ber = ) (3.39) em que B é uma constante indeterminada resultante de integração, ber e bei são, respectivamente, as funções tabeladas de Kelvin, real e complexa. Segue-se para o ciclo de temperatura superficial do tronco dado pela Equação 3.34 que: T iωt [ ( ϕ ) ibei ( ϕ ] e tr ( R, t) B ber R + ϕ = ) (3.4) R Usando a Equação 3.4 na 3.27 combinada com a 3.26 obtém-se, para a densidade de fluxo superficial de calor, o resultado: 66

69 D F 1 d d 2 = ρtrctr ( αω) B ber ( ϕ R ) + i bei ( ϕ R ) e dϕ dϕ iωt (3.41) Admitindo que D F pode ser obtida de E tr pela multiplicação de ambas por um fator complexo dependente do tempo e iω t, tem-se da Equação 3.31 que: D F ρ R 2 tr = iω Etr (3.42) Combinando a Equação 3.41 com o resultado dado pela Equação 3.42, obtém-se: E tr 2c d d tr iωt = B ber ϕ R i bei ϕ R e iϕ ( ) + ( ) R dϕ dϕ (3.43) Segundo uma combinação de fórmulas e funções tabeladas em Abramowitz e Stegun (1965, p. 38 e 432), pode-se expressar a soma das funções de Kelvin (ber + ibei ) e sua derivada através de: e d dϕ iδ ( ϕ ) ber ϕ) + ibei ( ϕ) = µ ( ϕ) e (3.44) ( i 4 iδ1( ϕ ) [ ber ϕ) ibei ( ϕ) ] = e µ ( ϕ) e ( 1 π + (3.45) nas quais µ p e δ p representam, respectivamente, a amplitude e a fase da função de Kelvin de ordem p. Portanto, as Equações 3.4 e 3.43 podem ser reescritas como: e T [ ωt+ δ ( ϕ )] i R tr ( ϕ R, t) = Bµ ( ϕ R ) e (3.46) 67

70 i ωt+ 2 R 3 c 1 tr 4 E tr = Bµ 1( ϕ R ) e (3.47) ϕ R δ ( ϕ ) π Pode-se obter a energia armazenada por unidade de biomassa através da combinação das Equações 3.46 e 3.47 e de medidas das temperaturas da superfície de tronco, portanto: E tr iγ ( ϕ ) R = β ( ϕ ) e c T ( ϕ, t) (3.48) R tr tr R na qual β(ϕ R ) e γ (ϕ R ) são funções adimensionais especiais definidas como: e 2 µ 1( ϕ R ) β ( ϕ R ) = (3.49) ϕ µ ( ϕ ) R R 3 γ ( ϕ R ) = δ ( ϕ R ) δ1( ϕ R ) + π (3.5) 4 Como a solução válida para o problema está no domínio real, deve-se utilizar a parte real da Equação 3.48, ou seja: E tr = β ( ϕ )secγ ( ϕ ) c T ( ϕ, t) (3.51) R R tr tr R Dividindo o tronco representativo da árvore padrão em l camadas com raios característicos R 1, R 2,..., R l e massas por unidade de área topográfica (do conjunto completo de troncos da floresta) m 1, m 2,..., m l correspondentes, a energia armazenada por unidade de biomassa, E tr, pode ser calculada por: E tr c = m tr l v i= 1 i Ri Ri [ T (, t) ] m β ( ϕ )secγ ( ϕ ) ϕ (3.52) tr Ri i 68

71 Finalmente, a TAE nos troncos, de acordo com as Equações 3.32 e 3.52 é dada por: S tr ctr = t l [ = 3 n Ttr ( Ri )] i= 1 k= 1 ik m β ( ϕ )secγ ( ϕ ) (3.53) i Ri Ri A energia armazenada por unidade de biomassa e, conseqüentemente, a TAE nos troncos, pode também ser obtida de medidas de temperaturas internas de tronco. Combinando as Equações 3.39 e 3.4 obtém-se a relação entre as temperaturas da superfície e internas de tronco, ou seja: T µ ( ϕ R ) i[ δ ( ϕr ) δ ( ϕ ) φr ] ϕ R, t) = e Ttr ( ϕ, t) (3.54) µ ( ϕ) tr ( Substituindo a parte real da Equação 3.54 na 3.51 segue-se que: E tr = λ( ϕ, ϕ )secψ ( ϕ, ϕ, φ ) c T ( ϕ, t) (3.55) R R r tr tr na qual λ(ϕ,ϕ R ) e ψ (ϕ,ϕ R,φ r ) são funções adimensionais definidas como: e 2 µ 1( ϕ R ) λ( ϕ, ϕ R ) = (3.56) ϕ µ ( ϕ) 3 ψ ϕ ϕ φ = δ ϕ δ ϕ + π + φ 4 R (, R, r ) ( ) 1( R ) r (3.57) Fazendo a mesma divisão de camadas citadas anteriormente e substituindo a Equação 3.55 na 3.32, a TAE nos troncos, a partir de medidas de temperaturas internas nestes, é dada por: S tr ctr = t l [ = 3 n Ttr ( ri )] i= 1 k= 1 ik m λ ( ϕ, ϕ )secψ ( ϕ, ϕ, φ ) (3.58) i i Ri i Ri ri 69

72 Taxa de Armazenamento de Energia nos Ramos, nos Galhos e nas Folhas A TAE nos ramos, S r, para intervalos de tempo iguais a t, escrita na forma diferencial e em aproximações por diferenças finitas, é expressa, respectivamente por: S r n Ttr mrcr = mrcr Sr = ( Ttr ) (3.59) 23 k t 2, R t k= 1 na qual m r é a massa (fresca) de ramos, por unidade de área topográfica, estimada para a floresta do sítio, c r é o calor específico dos ramos e a série de temperatura é a obtida na superfície do tronco (em R ou j = 3) da árvore padrão na segunda camada em que se dividiu a floresta (9, m). A escolha desta série de temperatura para representar a variação temporal da temperatura dos ramos, deve-se ao fato de estar, aproximadamente, em fase com a série do ar e apresentar uma pequena suavização na temperatura do ar, o que equivaleria à inércia térmica dos ramos (Moore e Fisch, 1986 e McCaughey e Saxton, 1988). Analogamente à S r, para o cálculo da TAE nos galhos, S g,pode-se utilizar: S g T m n gcg = mgcg S g = T 3 k (3.6) t t 3 k= 1 sendo m g e c g a massa, por unidade de área topográfica, e o calor específico dos galhos, respectivamente, e a série de temperatura é a obtida para o ar na terceira camada em que foi dividida a floresta (18, m). Diferentemente dos ramos, os galhos devem responder mais rapidamente às variações de temperatura no ar e apresentam uma suavização mínima nesta temperatura, justificando a escolha da série do ar na terceira camada. Finalmente, a TAE nas folhas, S f, considerando as mesmas condições apresentadas para S r e S g, pode ser calculada através de: 7

73 S f T m n f c f = m f c f S f = T 4 k (3.61) t t 4 k= 1 na qual m f e c f são, respectivamente, a biomassa aérea (kg m 2 ) e o calor específico das folhas. A série de temperatura utilizada na Equação 3.61 é aquela medida para o ar na quarta camada da floresta (22, m), uma vez que a temperatura das folhas é mais próxima da temperatura do ar nesta camada Taxa de Armazenamento de Energia na Liteira e em Outros Componentes Nos trabalhos que tratam da TAE em florestas pesquisados, os termos referentes à liteira (matéria orgânica morta) ou a outros componentes vivos de pequeno porte não foram incluídos ou sequer mencionados. Provavelmente isto tenha ocorrido pela falta de dados referentes à estimativa da biomassa destes componentes ou pela pequena significância prática para o cálculo da TAE em determinados tipos de floresta. Porém, em florestas de terra firme na Amazônia, os valores da biomassa de liteira fina (folhas e destroços finos de madeira), de liteira grossa (troncos de árvores mortas em pé ou sobre a superfície do solo e destroços grossos de madeira) e dos componentes vivos de pequeno porte (em sua maioria palmáceas e cipós) podem apresentar-se significativos para a biomassa total quando somados aos outros termos que a compõem. Conseqüentemente, para obter resultados mais completos dever-se-ia incluir no cálculo da TAE total, S, os termos que representam a TAE na liteira, S l, e TAE nos outros componentes da vegetação, S o. De acordo com estimativas de Luizão e Schubart (1987), a biomassa da liteira fina permanente nas partes intocadas da floresta da Estação ZF-2 é de, aproximadamente, 7,9 t ha 1. Já o estoque de liteira grossa chega a 3, t ha 1 (Summers, 1998 e Chambers et al. 2). No trabalho de Cummings et al. (22), com campanhas experimentais realizadas em 2 sítios na porção sul da Floresta Amazônica, a biomassa média dos componentes vivos de pequeno porte foi estimada em torno de 22, t ha 1. Uma vez que foi percebida a importância da liteira e dos outros componentes da vegetação para um cálculo refinado da TAE total em florestas da Amazônia, estes foram 71

74 estimados, com algumas considerações, de maneira semelhante ao que foi feito para os ramos, galhos e folhas. Assim, a TAE na liteira, S l, pode ser obtida através de: S l T m n tr lcg = mlcg Sl = ( Ttr ) k t 1, R t k= 1 14 (3.62) sendo m l a massa da liteira, por unidade de área topográfica, estimada para a floresta do sítio, c g o calor específico dos galhos, usado como uma aproximação para o calor específico dos componentes da liteira (fina e grossa), uma vez que não se dispõe de medidas do conteúdo de umidade da mesma e a série de temperatura é a medida na superfície do tronco (em R ou j = 4) da árvore padrão na camada inferior da floresta (1,5 m). A escolha desta série de temperatura deve-se à maior representatividade da liteira grossa que é constituída, em sua maior parte, de troncos de árvores mortas, cujas respostas às variações de temperatura do ar não são imediatas e devem apresentar uma suavização na onda de temperatura. Semelhantemente à S l, a TAE nos componentes de pequeno porte da vegetação, S o, pode ser estimado por: S o T m n oc f = moc f So = T 1 k (3.63) t t 1 k= 1 na qual m o é a massa dos componentes de pequeno porte, por unidade de área topográfica, c f é o calor específico das folhas, escolhido para representar o calor específico destes componentes, já que são constituídos, em sua maioria, de palmáceas que, por sua vez, são compostas predominantemente de folhas. A série de temperatura escolhida foi a do ar na camada inferior da floresta, pela mesma motivação apresentada para as folhas. 72

75 3.2 - Obtenção da Massa Específica e das Propriedades Térmicas Os procedimentos descritos na Seção anterior requereram a determinação da massa específica (fresca), do calor específico, da condutividade térmica e da difusividade térmica dos troncos das árvores instrumentadas na floresta da Estação ZF-2. Para obter as massas específicas, coletaram-se amostras de tronco das quatro árvores instrumentadas (Seção 3.5.1) e foram feitas determinações de seus valores, juntamente com o conteúdo de umidade, em labortatório especializado da Coordenação de Pesquisas em Produtos Florestais (CPPF) do Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA). Com os resultados das análises das amostras (Apêndice A), calcularam-se as massas e umidades específicas de cada uma das quatro espécies através das seguintes relações: e u ρey e= try = 1 N ey ρ (3.64) q try u ey e= = 1 (3.65) N q ey nas quais ρ try e q try representam, respectivamente, a massa e umidade específicas de cada espécie y, e ρ ey, q ey e N ey são, respectivamente, a massa e umidade específicas da amostra e e número de amostras da espécie y. Apenas a massa específica (fresca) do tronco representativo que apresenta a média da floresta, foi calculada de maneira diferente. Para tal, utilizaram-se o valor médio da massa específica seca, ρ s, apresentado por Fearnside (1997) e Nogueira et al. (23) para a Floresta Amazônica, e o conteúdo de umidade, q tr, apresentado por Higuchi et al. (1998) para a floresta da Estação ZF-2; portanto: 73

76 ρ = ρ (3.66) tr s 1 qtr O calor específico (de madeira fresca) de cada espécie y, c try, foi determinado em função do calor específico da celulose, c cel, do conteúdo de umidade, q try, e do calor específico da água, c ag, através da expressão (Moore e Fisch, 1986): c try c = cel + q 1+ q try try c ag + c (3.67) na qual c é um fator de correção devido ao calor de umedecimento dos poros da celulose seca e c cel foi obtida em função da temperatura média anual do ar da floresta da Estação ZF-2, T, pela relação: c cel = , 85T (3.68) A condutividade térmica de cada espécie y, foi calculada em função da massa específica seca, ρ sy, e do conteúdo de umidade, q try, através da equação apresentada por Herrington (1969) e adaptada por Moore e Fisch (1986) para a Floresta Amazônica, ou seja: 4 κ try = [ ρ sy (2, + 5,5qtry ) + 238] 1 (3.69) Com relação à difusividade térmica de tronco, α, utilizou-se a Equação 3.26 para calcular somente aquela correspondente ao tronco representativo, requerida pela Equação 3.37, para o cálculo da TAE nos troncos através da solução analítica da ECC. A condutância superficial de calor de tronco, h cy, de cada espécie y instrumentada na floresta do sítio, foi calculada através da aplicação da Equação 3.27 e das séries de temperatura medidas nas profundidades radiais de,5 e 3, cm, para a camada 2 (9, m). Porém, utilizando as temperaturas medidas nestas profundidades, obtém-se a 74

77 densidade de fluxo de calor que ocorre na profundidade radial de 1,75 cm. Assim, para obter a condutância superficial de calor de forma mais correta, deve-se somar à densidade de fluxo de calor calculada, a taxa de armazenamento de energia na espessura de tronco que fica entre 1,75 cm e a superfície. Esta TAE na espessura de tronco, na camada 2, para cada espécie y, é dada por: ρtryctry σ try = ( R r (3.7) t n [ ( Ttr ) 23k ( Ttr 22k ] 2 ) 2 ) k= 1 em que R é o raio do tronco e r 2 é o raio obtido pela média logarítmica dada pela Equação 3.21 entre r p3 e r p2, que são os raios equivalentes às profundidades de,5 e 3, cm na camada 2. Portanto, a condutância superficial de calor, considerando a TAE na espessura de tronco, σ try, é calculada pela expressão: h cy ( r κ try r p3 p2 2 k= 1 = n ) n [( T ) ( T ) ] [ T 2k ( Ttr ) 23k ] k= 1 tr 23k tr 22k + σ try (3.71) Sítio Experimental e Climatologia da Região A efetivação dos objetivos deste trabalho, além das atividades normais a ele atinentes, requereu um trabalho de campo que foi realizado entre julho e setembro de 23 (estação seca), com a duração de dois meses. O local selecionado, para a realização deste trabalho de campo e da coleta de dados, foi a Estação de Manejo Florestal ZF-2 ( S e O), localizada a noroeste da cidade de Manaus-AM, na Amazônia Central (Figura 3.7). 75

78 FIGURA Imagem de Satélite LandSat 7 da Estação ZF-2, de coordenadas S e O. FONTE: Oliveira et al. (22). O nome ZF-2 foi dado à estação devido à existência da estrada ZF-2 dentro do Distrito Agropecuário da Superintendência da Zona Franca de Manaus (SUFRAMA). A estrada ZF-2 tem aproximadamente 5 km de extensão, até o Rio Cueiras, mas está aberta somente até o km 35 (Figura 3.8). O lado esquerdo da estrada ZF-2, uma área de aproximadamente 5 mil ha, foi reservado para órgãos públicos como o INPA, a Universidade Federal do Amazonas (UFAM) e o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA). O lado direito foi destinado à produção agrícola, mas continua praticamente intacto (INPA, 23). A Estação de Manejo Florestal ZF-2 ocupa uma área de aproximadamente 18 mil ha e tem parcelas submetidas à extração seletiva de madeira com impacto baixo ou moderado (Luizão, 1989). A base do projeto LBA (Figura 3.9) no sítio de pesquisa fica localizada no km 34 da estrada ZF-2 que, por sua vez, inicia-se à esquerda do km 5 da BR-174 (Manaus Boa Vista Venezuela). 76

79 FIGURA Estrada ZF-2 localizada no Distrito Agropecuário da SUFRAMA a noroeste da cidade de Manaus-AM. FONTE: INPA (23). FIGURA Base do projeto LBA localizada no km 34 da estrada ZF-2. 77

80 Formalmente, a Estação ZF-2 faz parte da Estação Experimental de Silvicultura Tropical (EEST) do INPA que, situada a 45 km ao norte da cidade de Manaus-AM, possui 18 mil ha (Figura 3.1). A EEST, juntamente com a Reserva Ducke, é uma área onde um grande número de estudos ecológicos, hidrológicos e climatológicos têm sido realizados (INPA, 23). FIGURA Localização geográfica da Estação Experimental de Silvicultura Tropical, a 45 km ao norte da cidade de Manaus-AM. FONTE: INPA (23). 78

81 O clima da região é do tipo Am na classificação de Köppen (Radam, 1978), com temperatura média anual do ar em torno de 26 C (mínima 19 C e máxima 39 C). A baixa variação de temperatura é conseqüência do vapor d água sempre alto na atmosfera: a umidade relativa do ar varia de 77 a 9% com média anual de 84% (Leopoldo et al., 1987). A precipitação anual varia de 14 a 28 mm, com uma estação chuvosa de dezembro a maio e uma estação seca de junho a novembro; os meses mais chuvosos são março e abril (> 3 mm de precipitação) e os mais secos, julho, agosto setembro (< 1 mm) (Luizão, 1989). A interceptação de chuva pela floresta na ZF-2 é de 25,6% e a transpiração da floresta é de 48,5%, produzindo, então, uma evapotranspiração de 74,1%, com média diária de 4,1 mm dia 1 (Leopoldo et al., 1987). Quase não há evaporação do solo sob floresta intocada (Luizão, 1989) Características da Floresta do Sítio Experimental A Estação de Manejo Florestal ZF-2 é predominantemente coberta por uma típica floresta tropical úmida de terra firme da Amazônia, ou floresta densa tropical segundo a classificação de Radam (1978). A paisagem vegetal é exuberante e homogênea (Figura 3.11), com grande número de árvores altas e finas (Figura 3.12), sendo que a altura de mais da metade destas encontra-se entre 14 e 25 m, com emergentes ocasionais estimadas em até 44 m. O dossel é uniforme e possui aspecto rugoso, com copas globosas, próximas umas das outras, resultando em pouca passagem de luz para os estratos inferiores (Figura 3.13) (Oliveira et al., 22). Além da predominante floresta tropical úmida de terra firme da Amazônia, outros tipos de vegetação, como florestas de baixio, campinas e campinaranas, também ocorrem, em menores extensões, na Estação ZF-2 (Guillaumet, 1987). 79

82 FIGURA Visão superior de um conjunto de copas de árvores que compõem a floresta da Estação ZF-2. FIGURA Árvores características do platô da floresta de terra firme da Estação ZF-2. FONTE: INPA (23) 8

83 FIGURA Visão inferior do dossel de um conjunto de árvores típicas da floresta da Estação ZF-2. A maioria dos igarapés (ou riachos), que em certos locais formam planícies de alagação, têm suas nascentes dentro da área da Estação ZF-2, constituindo-se, portanto, partes integrantes essenciais do funcionamento da floresta (Figura 3.14) (Walker, 1987). Os solos sob a vegetação florestal (resultados de análises da composição e umidade do solo são apresentados no Apêndice A) são predominantemente do tipo Latossolo Amarelo de textura argilosa, poroso e fortemente micro-agregado (Higuchi et al., 1985 e Oliveira et al., 22). A hidrologia do solo nos Latossolos Amarelos sofre fortes variações sazonais, porém com pequenas mudanças no conteúdo de água do solo, devido à baixa disponibilidade de água nos solos predominantes (Nortcliff e Thornes, 1981). Na atmosfera, há uma correlação entre a temperatura e a umidade da camada de ar sobre a floresta e a copa das árvores, o que reflete a distribuição mais uniforme da estrutura da área foliar da floresta, como resultado de uma progressiva captura da radiação através do dossel (Shuttleworth et al., 1985). 81

84 Por meio de um levantamento florestal realizado por Oliveira et al. (22), foram inventariadas todas as árvores com diâmetro na altura do peito (DAP) maior que 1 cm em um hectare de floresta densa de terra firme, da Estação ZF-2, sobre o platô de latossolo, em dois transectos de 5 x 1 m, orientados no sentido Leste-Oeste (ver Apêndice B). Daí, foram encontrados 67 indivíduos distribuídos em 48 famílias, 133 gêneros e 245 espécies. Fabaceae, Sapotaceae e Lecythidaceae constituem as três famílias com maior riqueza de espécies. FIGURA Igarapé (riacho), característico da região Amazônica, encontrado na floresta da Estação ZF-2. As espécies mais representativas constituintes do estrato superior, com alturas em torno de 34 m, foram Swartzia panacoco, Dinizia excelsa, Cariniana decandra e Eschweilera micrantha. As espécies de árvores lenhosas mais freqüentes no sub-bosque foram Eschweilera micrantha, Chrysophyllum sanguinolentum e Licania davillifolia. O estrato 82

85 médio apresentou-se menos denso que o sub-bosque, sendo dominado pelas espécies Protium apiculatum, Eschweilera micrantha, Licania davillifolia e Oenocarpus bacaba. Com relação às palmeiras, estas foram inexpressivas na composição florística da área, contribuindo com apenas duas espécies com DAP 1 cm: Oenocarpus bacaba, com 4 indivíduos e Oenocarpus bataua, com apenas 1 exemplar. A ausência de outras palmeiras de grande porte, tipicamente de florestas antrópicas, sugere que até o momento, esse ambiente florestal não sofreu muita perturbação. A partir dos dados completos do inventário florestal (Apêndice B) realizado no hectare escolhido na floresta do sítio experimental (Oliveira, 23), foram estimadas, por meio de expressões publicadas na literatura, as dimensões espaciais e a distribuição da biomassa da parte aérea das árvores Estimativa das Dimensões Espaciais das Árvores O DAP foi o primeiro parâmetro determinado para o conjunto completo de árvores, obtido a partir das medidas dos perímetros, p 1, realizadas a 1,5 m de altura (Oliveira et al., 22) e da relação simples: p d 1 ap = (3.72) π O valor médio de DAP obtido para os 67 indivíduos do conjunto foi 2,8 ± 14,5 cm. Segundo Oliveira et al. (22), 494 indivíduos apresentaram DAP 23,6 cm, perfazendo 74% do total amostrado. Abarema mataybifolia, Leonia glycycarpa, Swartzia reticulata e Aspidosperma oblongum, foram as únicas espécies a apresentarem valores superiores a 9 cm de DAP. Além disso, a distribuição diamétrica dos indivíduos amostrados apresentou uma curva exponencial negativa (Figura 3.15). Esse comportamento exponencial é típico de muitas florestas da região e sugere que esse ambiente florestal, até o momento, não sofreu nenhum tipo de perturbação mais severa, o que também é confirmado pela alta diversidade de espécies na amostragem. 83

86 Número de indivíduos por hectare Number of individuals per hectare <= 23,6 (23,6;37,7] (37,7;51,9] (51,9;66,] (66,;8,1] (8,1;94,2] (94,2;18,4] > 18,4 Diameter class (cm) Classe de diâmetro (cm) FIGURA Classes diamétricas (DAP 1 cm) dos 67 indivíduos amostrados no hectare escolhido na floresta da Estação ZF-2. FONTE: Oliveira et al. (22). Uma vez obtido o valor do DAP, calcula-se a área basal, A B, de cada indivíduo por: A B 2 ( d ap ) = π (3.73) 4 Somando-se os valores de área basal calculados para os 67 indivíduos obteve-se o valor de 33,85 m 2 para o conjunto. Ainda, somente com o valor de DAP, calcularam-se as alturas das árvores, h, através das expressões obtidas, para a Floresta Amazônica, por Cummings et al. (22). Para DAP < 2 cm: 84

87 h exp[,6387 +,7988ln( d 1)] (3.74) = ap e para DAP 2 cm: h 19, ,2823ln( d 1) (3.75) = ap Daí, a altura de tronco, h tr, é dada por: h tr = h,656 (3.76) Os valores médios obtidos para a altura das árvores e altura de troncos foram, respectivamente, 19, ± 6,6 m e 12,4 ± 4,3 m. Com o objetivo de estimar a distribuição vertical de massa nos troncos da floresta do sítio, requerida para o cálculo da TAE nos troncos através das Equações 3.53 e 3.58, foi necessário calcular primeiramente o volume de tronco para cada camada i, considerada como um tronco de cone: z = π (3.77) 3 i 2 2 V bi ( R1 + R1R2 + R2 ) i na qual V bi, representa o volume do tronco b na camada i, de altura z i, e R 1 e R 2 são, respectivamente, os raios medidos nos níveis inferior e superior da camada i Estimativa da Distribuição da Biomassa da Parte Aérea das Árvores Para o cálculo da TAE nos troncos (analítico), nos ramos, nos galhos, nas folhas, na liteira e em outros componentes, são necessários os valores de biomassa por unidade de área topográfica obtidos a partir de relações empíricas, de valores publicados na literatura e de expressões baseadas na geometria espacial. 85

88 Inicialmente, usando os valores de DAP, fizeram-se estimativas das massas (frescas) totais, M v, de cada indivíduo do conjunto por meio das expressões apresentadas por Higuchi et al. (1998). Para DAP < 2 cm: e para DAP 2 cm: M exp[ 1, ,665ln( d 1)] (3.78) v = ap M exp[,151+ 2,17ln( d 1)] (3.79) v = ap O resultado de biomassa (fresca) total obtido para o conjunto completo de 67 indivíduos do hectare foi 667,56 toneladas. De acordo com os resultados obtidos pelas pesquisas de manejo florestal realizadas na Estação ZF-2 por Higuchi e Carvalho Jr. (1994), a contribuição média de cada componente à massa fresca total de uma árvore é: 65,6% de tronco; 17,8% de ramos; 14,6% de galhos e 2,% de folhas. Ou seja, aproximadamente 66% é tronco e 34% é copa. Com relação às concentrações de água, em cada componente da árvore, obteve-se: 39% no tronco; 39% nos ramos; 43% nos galhos e 52% nas folhas. Assim, em torno de 4% da massa fresca total é água e 6% é biomassa seca. Assim, através destes resultados, foram calculadas as massas (frescas) dos troncos, M tr, dos ramos, M r, dos galhos, M g, e das folhas, M f, usando as seguintes expressões: M M,656, (3.8) tr = v M M,178, (3.81) r = v M M,146, (3.82) g = v e M M,2 (3.83) f = v Para a estimativa da distribuição vertical de massa nos troncos, primeiramente calcularam-se as massas totais por tronco, M trb, e as massas de tronco por camada, M bi, utilizando os volumes totais, V b, e os volumes por camada, V bi, obtidos pela Equação 86

89 3.77 de cada um dos quatro troncos instrumentados na floresta do sítio e suas respectivas massas específicas, através de: M = ρ (3.84) trb V b trb e M = ρ (3.85) bi V bi trb Por conseguinte, a massa de troncos por unidade de área topográfica em cada camada i, m i, foi calculada por meio da expressão: m i = 4 b= 4 b= 1 M bi 1 mtr (3.86) M trb na qual m tr é a massa de troncos por unidade de área topográfica. Conforme Higuchi et al. (1998), a floresta intacta, medida durante 15 anos, aumentou sua biomassa fresca em 4,3 t ha 1 ano 1, o que representa uma absorção de 1,2 t C ha 1 ano 1. Segundo Luizão (1989), a produção de liteira fina situa-se dentro da faixa média para florestas tropicais: a floresta sobre o platô na Estação ZF-2 produz 8,2 t ha 1 ano 1 de liteira fina de rápida decomposição. O estoque de liteira fina sobre o solo da floresta intacta é de, aproximadamente, 7,9 t ha 1, ao passo que o estoque de liteira grossa foi estimado em cerca de 3, t ha 1 (Summers, 1998 e Chambers et al. 2) Distribuição Espacial das Árvores Para obter a distribuição espacial das árvores e uma melhor caracterização fisionômica e florística das micro-regiões, na floresta do sítio em que foram instalados os equipamentos, realizou-se um novo levantamento florestal em que se mediram os 87

90 perímetros e as distâncias entre as árvores com DAP 1 cm em áreas circulares de, aproximadamente, 15 m de raio centradas em cada uma das quatro árvores previamente selecionadas e instrumentadas. Algumas das árvores inventariadas não se encontravam na área coberta pelos transectos ou não tinham sido classificadas pelo levantamento realizado por Oliveira et al. (22), sendo, então, identificadas e classificadas em famílias e espécies. Das 13 árvores inventariadas (incluindo as quatro instrumentadas), 39 foram classificadas no entorno da primeira árvore instrumentada (Figura 3.16), 35 no entorno da segunda (Figura 3.17), 22 no entorno da terceira (Figura 3.18) e 3 no entorno da quarta (Figura 3.19). Desse total, 44 árvores não estavam incluídas no inventário de Oliveira et al. (22) sendo, então, apresentadas na Tabela 3.1 com sua identificação, família, espécie, DAP, área basal e altura. O DAP e altura médios deste subconjunto (22,6 ± 11,5 cm e 2,6 ± 5,9 m) comparam-se bem com os das 67 árvores do hectare (2,8 ± 14,5 cm e 19, ± 6,6 m Apêndice B). Árv Inst Transecto Extra Escala 1 m 2 FIGURA Distribuição espacial das árvores inventariadas no entorno da primeira árvore (Licania davillifolia) selecionada e instrumentada no hectare de floresta do sítio experimental. 88

91 Árv Inst Transecto Extra Escala 1 m 2 FIGURA Distribuição espacial das árvores inventariadas no entorno da segunda árvore (Chrysophylum sanguinolentum) selecionada e instrumentada no hectare de floresta do sítio experimental. Árv Inst Transecto Extra Escala 1 m 2 FIGURA Distribuição espacial das árvores inventariadas no entorno da terceira árvore (Anacardium microsepalum) selecionada e instrumentada no hectare de floresta do sítio experimental. 89

92 Árv Inst Transecto Extra Escala 1 m 2 FIGURA Distribuição espacial das árvores inventariadas no entorno da quarta árvore (Eschweilera micrantha) selecionada e instrumentada no hectare de floresta do sítio experimental. TABELA Inventário das Árvores Identificadas na Floresta da Estação ZF-2, nos Entornos das Árvores Instrumentadas. Número Família Espécie DAP (cm) Altura (m) Área Basal (m 2 ) 1.1 Lecythidaceae Eschweilera sp. 1,5 12,4, Annonaceae Guatteria sp. 11,5 13,3, Euphorbiaceae Sagotia brachysepala 15,3 16,7, Sapotaceae Ecclinusa guianensis 1, 11,9, Fabaceae Dipteryx odorata 19,4 2,2, Fabaceae Bocoa viridiflora 15, 16,5, Sapotaceae Ecclinusa guianensis 2,4 2,5, Annonaceae Guatteria sp. 1,8 12,7, Euphorbiaceae Mabea caudata 11,8 13,6, Caesalpinioideae Eperua glabriflora 38,8 29,, Mimosoideae Parkia sp. 51,6 32,8,291 (continua) 9

93 TABELA 3.1: Conclusão Euphorbiaceae Sagotia brachysepala 18,1 19,1, Sapotaceae Pouteria sp. 15,6 17,, Sapotaceae Pouteria sp. 1 2,4 2,5, Fabaceae Swartzia cuspidata 28,6 25,, Lecythidaceae Eschweilera sp. 15,3 16,7, Lecythidaceae Eschweilera sp. 17,5 18,6, Sapotaceae Pouteria sp. 32,5 26,7, Lecythidaceae Eschweilera sp. 15,9 17,3, Lecythidaceae Eschweilera sp. 15,3 16,7, Fabaceae Andira unifoliolata 35,7 27,9, Violaceae Rinodera guianensis 17,8 18,9, Nyctaginaceae Neea oppositifolia 24,5 22,9, Sapotaceae Pouteria sp. 33,4 27,, Lecythidaceae Eschweilera sp. 18,5 19,5, Mimosoideae Inga sp. 13,1 14,8, Lecythidaceae Gustavia elliptica 16,6 17,9, Lecythidaceae Eschweilera sp. 1 22,6 21,8, Fabaceae Swartzia cuspidata 18,5 19,5, Vochysiaceae Qualea sp. 43, 3,4, Euphorbiaceae Mabea caudata 15,9 17,3, Fabaceae Swartzia reticulata 21, 2,9, Humiriaceae Sacoglotis guianensis 43, 3,4, Chrysobalanaceae Licania sp. 15,9 17,3, Nyctaginaceae Neea oppositifolia 12,7 14,4, Lecythidaceae Eschweilera sp. 17,8 18,9, Sapotaceae Pouteria sp. 17,5 18,6, Moraceae Maquira selerophylla 24,5 22,9, Olacaceae Midquartia guianensis 25,1 23,2, Apocynaceae Geissopermum argentum 55,1 33,7, Sapindaceae Toulicia guianensis 22,6 21,8, Ebenaceae Diospyros carbonaria 3,6 25,9, Burseraceae Protium sp. 1,2 12,1, Caesalpinioideae Macrolobium gracile 45,8 31,2,1647 Média 22,6 2,6 Total = 2,21 DP a 11,5 5,9 91

94 3.5 - Instrumentação e Medidas Os dados necessários para o cálculo da TAE no ar, isto é, temperatura e umidade específica do ar, foram obtidos através da estação automática montada na torre micrometeorológica de 54 m ( S e O) mantida no sítio pelo projeto LBA (Figura 3.2) e de três termo-higrômetros instalados numa árvore da floresta. Estes termo-higrômetros, do tipo HMP-45C, foram instalados numa árvore da espécie Eschweilera micrantha ( S e O) a uma distância de, aproximadamente, 5 m da torre, e próxima de uma das árvores monitoradas, nas alturas de 1,5; 9, e 18, m, com o intuito de correlacionar as medidas realizadas na floresta com as da torre. A aquisição e armazenamento de dados foram realizados através de um datalloger, modelo CR-1 (fabricado pela Campbell Scientific, EUA), sendo medidos de minuto em minuto e tendo suas médias calculadas e armazenadas a cada 3 minutos (da mesma maneira que o sistema da estação automática na torre). As variáveis microclimáticas foram medidas com termo-higrômetros entre os dias 1/9 (DJ 253), e 14/9/3 (DJ 257). Portanto, para o cálculo da TAE no ar durante o período completo de observação, compreendido entre 15/8 (DJ 227) e 18/9/3 (DJ 261), foram utilizados os dados obtidos pela estação automática da torre corrigidos pelas correlações obtidas com as medidas dos termo-higrômetros na floresta. Como as medidas de umidade relativa do ar são realizadas pela torre micrometeorológica em apenas um nível de altura, e para o cálculo da TAE no ar devido às variações de umidade específica, S q, são necessários dados em cinco níveis, optou-se por um método alternativo. Através dos dados de temperatura e umidade relativa do ar obtidos em três níveis de altura pelos termo-higrômetros instalados na árvore da floresta, foram feitas regressões entre a umidade relativa, u r, e a temperatura do ar, T, (Figuras 3.21, 3.22 e 3.23) a partir das quais obtiveram-se curvas ajustadas representando polinômios de 4º grau. 92

95 FIGURA Torre micrometeorológica instalada na Estação de Manejo Florestal ZF-2, Manaus-AM. 93

96 95 Umidade Relativa do Ar (%) u r =,186T 4-1,8882T ,312T ,2T ,4 r 2 =, Temperatura do Ar ( C) FIGURA Regressão entre a umidade relativa, u r, e a temperatura do ar, T, medidas na altura de 1,5 m. 1 9 Umidade Relativa do Ar (%) u r = -,5T 4 +,82T 3-4,541T ,99T - 73,48 r 2 =, Temperatura do Ar ( C) FIGURA Regressão entre a umidade relativa, u r, e a temperatura do ar, T, medidas na altura de 9, m. 94

97 1 9 Umidade Relativa do Ar (%) u r = -,38T 4 +,4363T 3-18,952T ,92T ,7 r 2 =, Temperatura do Ar ( C) FIGURA Regressão entre a umidade relativa, u r, e a temperatura do ar, T, medidas na altura de 18, m. Para o cálculo da umidade relativa do ar nas camadas 1, 2 e 3 utilizaram-se suas regressões quárticas com as temperaturas do ar medidas na torre para cada uma destas camadas, respectivamente: u r =,186T 1,8882T + 71,312T 1191,2 T 7528,4 (3.87) u r =,5T +,82T 4,541T + 11,99T 73,48 (3.88) u r =,38T +,4363T 18,952T + 359,92T 2415,7 (3.89) O cálculo da umidade relativa do ar nas camadas 4 e 5 foi realizado através das medidas de temperatura do ar obtidas pela torre para estas camadas e das expressões que melhor se ajustaram a cada camada, ou seja, Equações 3.88 e 3.89, respectivamente. No Apêndice C são apresentados resultados do cálculo de S T com dados de temperatura do 95

98 ar e S q com dados de umidade relativa do ar, obtidos no interior da floresta e na torre micrometeorológica. Para S q apresentam-se, também, resultados obtidos com os valores calculados através das Equações 3.87, 3.88 e Para avaliar a TAE nos troncos, foram selecionadas três árvores de espécies dominantes e representativas da floresta do sítio tendo, os seus troncos, sido instrumentados na face norte com termopares (3 no total) inseridos nas alturas de 1,5; 9, e 18, m. Quatro destes termopares, do tipo K (cromo-alumínio) e com 5 mm de diâmetro, foram instalados no primeiro nível de altura (1,5 m) nas profundidades radiais de,5; 3,; 1, cm e centro do tronco (com o valor dependente do DAP de cada tronco). No segundo (9, m) e terceiro (18, m) níveis de altura, os termopares foram inseridos em,5; 3, e 1, cm de profundidade radial. Para a aquisição e armazenamento de dados foram utilizados três dataloggers, modelo CR-1 (fabricados pela Campbell Scientific, um nos EUA e dois na Inglaterra), realizando medidas de minuto em minuto e calculando as médias para armazená-las a cada 1 minutos. O conjunto de dados foram obtidos pelos termopares durante o ciclo completo de observação na floresta, ou seja, entre os dias 15/8 (DJ 227) e 18/9/3 (DJ 261) Árvores Instrumentadas A escolha das árvores que foram instrumentadas, dentre as espécies dominantes, seguiu a sistemática apresentada no Apêndice B. A primeira árvore (1) foi uma representante da espécie Licania davillifolia, com DAP igual a 24,9 cm, ρ tr1 = 1261 kg m 3 e coordenadas geográficas S e O (Figura 3.24). Para a segunda árvore (2), da espécie Chrysophylum sanguinolentum, obteve-se um DAP de 3,2 cm, ρ tr2 = 1264 kg m 3 e coordenadas S e O (Figura 3.25). A terceira árvore (3) ( S e O), da espécie Anacardium microsepalum (Figura 3.26), foi escolhida devido ao valor de seu DAP: 74,5 cm (ρ tr3 = 115 kg m 3 ). De acordo com o levantamento florestal de Oliveira et al. (22), foram encontrados apenas dois representantes desta espécie no hectare levantado; porém, estima-se que os dois 96

99 indivíduos sozinhos sejam responsáveis por 4% da TAE nos troncos neste hectare da floresta do sítio. FIGURA Instrumentos instalados na árvore 1 (Licania davillifolia) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3,; 1, e 12,3 cm (a última apenas em 1,5 m). 97

100 FIGURA Instrumentos instalados na face norte da árvore 2 (Chrysophylum sanguinolentum) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3,; 1, e 15, cm (a última apenas em 1,5 m). 98

101 FIGURA Instrumentos instalados na face norte da árvore 3 (Anacardium microsepalum) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3,; 1, e 37,2 cm (a última apenas em 1,5 m). 99

102 Com o objetivo de determinar a variação tangencial de temperatura nos troncos, mais uma árvore da espécie (dominante) Eschweilera micrantha ( S e O), de DAP igual a 31,2 cm, foi instrumentada na altura de 1,5 m, nas profundidades de,5; 3, e 1, cm, em conjuntos segundo os quadrantes cardeais (N, L, S, O) (Figura 3.27). Instalaram-se, também, quatro termopares na altura de 9, m, apenas na face norte, nas profundidades radiais de,5; 3,; 1, e 13,2 cm (centro), para correlacionar suas medidas com as das outras três árvores instrumentadas na floresta do sítio. A aquisição e armazenamento de dados foram realizados por um datalloger, modelo 21- X (fabricado pela Campbell Scientific, EUA), sendo medidos de minuto em minuto e tendo suas médias calculadas e armazenadas a cada 1 minutos. O conjunto de dados obtidos pelos termopares instalados no tronco desta árvore, corresponde ao período entre os dias 12/9 (DJ 255) e 18/9/3 (DJ 257). Para a instalação dos termopares nas árvores (Figura 3.28), perfuraram-se os troncos utilizando-se brocas, de 6 mm de diâmetro e de diferentes comprimentos, especialmente confeccionadas na oficina de mecânica do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), e furadeiras portáteis com energia fornecida por baterias recarregáveis próprias. Além da instalação dos termopares, em cada uma das árvores, foram medidos os perímetros nos três níveis de altura e retiradas amostras de tronco em 1,5 m de altura com comprimentos de 2,5 cm (árvores 1, 2 e 4) e 5, cm (árvore 3). Para a retirada destas amostras utilizaram-se duas serras cilíndricas circulares, uma de 3, cm de diâmetro e 3,5 cm de comprimento e outra de 2, cm de diâmetro e 6, cm de comprimento, uma furadeira elétrica de alta potência acionada por um gerador elétrico portátil (1 kg) movido à gasolina. Ao serem retiradas, as amostras de tronco foram imediatamente armazenadas em embalagens plásticas hermeticamente lacradas, as quais foram posteriormente levadas para análises em laboratório especializado do INPA. Os demais dados instrumentais, como saldo de radiação, precipitação pluviométrica e velocidade do vento, necessários para a análise dos resultados obtidos para a TAE na floresta e outros, foram medidos por equipamentos instalados na torre micrometeorológica do sítio experimental, cujos resultados foram disponibilizados pelo 1

103 Laboratório de Instrumentação Meteorológica (LIM), do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) do INPE. FIGURA Instrumentos instalados na árvore 4 (Eschweilera micrantha) nas alturas de 1,5 m (em,5; 3, e 1, cm) nas faces N, L, S, O e 9, m (em,5; 3,; 1, e 13,2 cm) na face norte. 11

104 FIGURA Instrumentação das quatro árvores selecionadas no hectare de floresta da Estação ZF-2 durante o início da campanha experimental, entre os dias 22/7 (DJ 23) e 31/7/3 (DJ 212). 12

105 CAPÍTULO 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Todos os termos que compõem a TAE total, isto é, S T, S q, S tr, S r, S g, S f, S l e S o, para o hectare selecionado na floresta do sítio experimental localizado na Estação de Manejo Florestal ZF-2, a noroeste de Manaus-AM, foram calculados para uma amostra de oito dias dentre aqueles correspondentes às cinco semanas do ciclo completo de observação, iniciado em 15/8 (DJ 227) e finalizado em 18/9/3 (DJ 261), durante a estação seca. Apesar do trabalho de campo e da coleta de dados terem sido realizados durante o período da estação seca na região da Amazônia Central (julho, agosto e setembro), na qual ocorre em média uma precipitação pluviométrica acumulada menor que 1, mm (Luizão, 1989), teve-se para os 35 dias de dados, um valor acumulado de 18,2 mm, com 2 destes dias recebendo alguma quantidade de chuva. No que concerne à quantidade e à freqüência de chuvas, no ano de 23 verificou-se um comportamento atípico para a região e período citados. Considerando o comportamento das chuvas em 23, escolheram-se oito dias com diferentes características relacionadas às variáveis microclimáticas, ou seja, ao saldo de radiação, à precipitação pluviométrica, à temperatura e à umidade relativa do ar e à velocidade do vento. A Figura 4.1 apresenta a variação horária do saldo de radiação e da precipitação pluviométrica na floresta do sítio para os oito dias selecionados. Nas Figuras 4.2 e 4.3 são mostradas, respectivamente, a variação horária da temperatura e da umidade relativa do ar e a variação horária da velocidade do vento, todas no interior da floresta do sítio. Através das Figuras 4.1, 4.2 e 4.3, e das observações realizadas em campo, é possível descrever os oito dias escolhidos em termos das variáveis microclimáticas apresentadas nas figuras e da nebulosidade, como segue: 13

106 Saldo de Radiação (W m -2 ) Prec Rn Precipitação Pluviométrica (mm h -1 ) Dia Juliano FIGURA Variação horária do saldo de radiação e da precipitação pluviométrica na floresta do sítio nos dias 23/8 (DJ 235), 28/8 (DJ 24), 3/8 (DJ 242), 3/9 (DJ 246), 11/9 (DJ 254), 13/9 (DJ 256), 15/9 (DJ 258) e 16/9/3 (DJ 259) Temp_ar Umid_ar Umidade Relativa (%) Temperatura ( C) Dia Juliano FIGURA Variação horária da temperatura e da umidade relativa do ar, na altura de 9, m, na floresta do sítio nos mesmos dias da Figura

107 3, 2,5 Velocidade (m s -1 ) 2, 1,5 1,,5, Dia Juliano FIGURA Variação horária da velocidade do vento, na altura de 9, m, na floresta do sítio nos mesmos dias da Figura 4.1. DJ 235, 23/8/3, escolhido por apresentar o maior saldo diário de radiação (16,9 MJ m 2 dia 1 ) dos 35 cinco dias de observação e, conseqüentemente, a maior temperatura e a menor umidade relativa do ar, além de pouca nebulosidade e nenhuma chuva; DJ 24, 28/8/3, apresentou-se como um dia bastante perturbado: temperaturas altas e baixas umidades relativas do ar, nebulosidade variável e chuvas rápidas próximo do final da tarde, fenômeno muito freqüente durante a estação seca em florestas da região Amazônica; DJ 242, 3/8/3, escolha que se justifica pela maior precipitação horária (29, mm) e acumulada num único dia (5,6 mm), e pela ocorrência desta no período noturno, fenômeno que ocorreu poucas vezes durante o ciclo de observação. 15

108 DJ 246, 3/9/3, em que houve a ocorrência de chuva durante o período da manhã, sendo este o único dia, dentre os observados, que apresentou este comportamento. DJ 254, 11/9/3, escolhido por apresentar nebulosidade variável durante todo o ciclo diurno, sem a ocorrência de precipitação pluviométrica. DJ 256, 13/9/3, ao contrário do DJ 235, foi aquele que apresentou o menor saldo diário de radiação (5,4 MJ m 2 dia 1 ), a menor temperatura e a maior umidade relativa do ar, muita nebulosidade e a ocorrência de chuva no meio da tarde. DJ 258, 15/9/3, é justificado pela baixa nebulosidade, pelo alto saldo diário de radiação (14,8 MJ m 2 dia 1 ) e pela perturbação causada pela chuva na temperatura e na umidade relativa do ar. DJ 259, 16/9/3, escolhido devido à ocorrência de chuvas rápidas por várias vezes durante o período da tarde, sendo o segundo dia, daqueles monitorados, com maior precipitação horária (24,8 mm); além disso, foram altos seus valores de temperatura do ar Taxa de Armazenamento de Energia no Ar Utilizando a divisão por camadas, da interface solo-vegetação-atmosfera, descrita no Capítulo 3, e considerando que a taxas de variação horária de temperatura e de umidade específica do ar fossem representadas por uma medida pontual em cada uma das cinco camadas (1,5; 9,; 18,; 22, e 27, m), calcularam-se os termos que compõem a TAE no ar, isto é, S T, relacionado às mudanças na temperatura do ar e S q, relacionado com as variações de umidade específica do ar. 16

109 Para o cálculo de S T utilizou-se a Equação 3.11 com a massa específica do ar, ρ a, igual a 1,2 kg m 3, o calor específico à pressão constante do ar, c p, igual a 15 J kg 1 C 1 e o intervalo de tempo, t, igual a 36 s (1 hora), além dos valores definidos para cada uma das cinco camadas: z 1 = 5 m; z 2 = 8 m; z 3 = 6 m; z 4 = 5m e z 5 = 6 m. Antes da realização do cálculo de S q, foi necessária a transformação dos valores de umidade relativa para umidade específica do ar. Para tanto, utilizou-se a seguinte expressão, adaptada de Reichardt (1996): u exp 17,269T 1,992 1 ri i 2 q i = (4.1) (273,15 + Ti ) (237,3 + Ti ) em que u r e T são, respectivamente, a umidade relativa e a temperatura do ar obtidas em cada camada i. Utilizando os valores de q calculados e com o calor latente de vaporização da água, L, igual a 2,44 MJ kg 1 e ρ a e t com os mesmos valores utilizados para o cálculo de S T, obteve-se S q através da Equação Os totais diários calculados para S T, S q e S, juntamente com as relações S T / S e S q / S, assim como os valores do saldo de radiação, R n, e da precipitação pluviométrica, P, são apresentados na Tabela 4.1; a obtenção de S está descrita na Seção 4.5. Quando os totais diários da TAE são considerados, verifica-se que os componentes da TAE no ar, S T e S q, acompanham a TAE total, S, em termos de sentido do fluxo de energia (positivo ou negativo) e de magnitude (quando S aumenta, S T e S q também aumentam); são geralmente negativos em dias com chuva ou com alta nebulosidade, e contribuem em proporções semelhantes para S: S T em 16,2 ± 2,9% e S q em 16,8 ± 3,1%. O termo S q é em geral maior que S T ; porém, em dias com nebulosidade prolongada e sem chuva, S T passa a ser o termo dominante da TAE no ar, S a, apresentando maiores contribuições para a TAE total, S. Isto pode acontecer, também, em dias em que ocorrem chuvas matutinas, pois com a superfície molhada, as variações de umidade específica do ar são menos significativas para S q, que as variações de temperatura do ar para S T. 17

110 TABELA Totais Diários dos Termos S T, S q, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S T S q S S T / S S q / S R n P /8/ ,13,152 16,9, 24 28/8/ ,168,19 11,6 16, /8/ ,194,25 12,6 5, /9/ ,167,163 11,3 6, /9/ ,24,16 9,, /9/ ,143,165 5,4 6, /9/ ,169,194 14,8 3, /9/ ,122,171 12,3 27, Média,162,168 DP,29,31 Nas Tabelas 4.2 e 4.3 são apresentados, respectivamente, os valores diurnos e noturnos calculados para S T, S q e S, além das relações S T / S e S q / S. Durante o ciclo diurno, os termos S T e S q continuam acompanhando o crescimento da magnitude de S, mas em proporções diferentes: S T em 22,7 ± 7,% e S q em 17,2 ± 1,4%. Há, também, uma boa concordância entre os sinais dos fluxos de S T, S q e S, a não ser em dias com chuvas mais intensas durante a tarde, quando S pode ser positivo, pois outros termos que o compõem dependem de temperaturas que podem apresentar um certo atraso de fase com relação à temperatura do ar, e os termos S T e S q são negativos. No período noturno, S T e S q, assim como S, são negativos, pois o sentido do fluxo é mantido de forma para que haja liberação de energia e não aconteçam variações bruscas na temperatura do ar mantendose, assim, o equilíbrio energético do meio. Os maiores valores absolutos de S T e S q durante a noite ocorrem em dias com precipitação forte, da mesma maneira que acontece com os valores diários para estes dias. Com relação às proporções, S T e S q representam, 17,4 ± 7,2% e 12,3 ± 4,7% de S, respectivamente. 18

111 TABELA Totais Diurnos dos Termos S T, S q, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S T S q S S T / S S q / S R n P /8/ ,257,35 18,8, 24 28/8/ ,378,395 12,6 16, /8/ ,229,129 13,4, /9/ ,188,155 12,9 6, /9/ ,22,157 1,2, /9/ ,24,219 6,4 6, /9/ ,25,161 16,3 3, /9/ ,138 -,125 13,7 27, Média,227,172 DP,7,14 TABELA Totais Noturnos dos Termos S T, S q, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S T S q S S T / S S q / S R n P /8/ ,269,23-2,, 24 28/8/ ,131,153-1,, 242 3/8/ ,213,165 -,7, /9/ ,195,152-1,6 5, /9/ ,21,125-1,2, /9/ ,15,131-1,, /9/ ,219,147-1,5, /9/ ,49,87-1,4, Média,174,123 DP,72,47 19

112 O comportamento horário dos termos de armazenamento no ar, S T e S q, é ilustrado para os dias típicos 3/8 (DJ 242) e 16/9/3 (DJ 259) nas Tabelas 4.4 e 4.5, respectivamente, e para o conjunto dos oito dias nas Figuras 4.4 a O termo S T apresenta um perfil horário em que, durante a noite, permanece com valores baixos e geralmente negativos, alcançando seu valor máximo entre 8 e 1 h, com proporções entre 3 e 4% de S, sendo 26 W m 2 a magnitude mais alta atingida. Entre 14 e 16 h torna-se novamente negativo, chegando ao seu valor mínimo entre 17 e 19 h, em proporções entre 2 e 5% de S e com magnitudes que não excedem, em valor absoluto, 16 W m 2. Em dias com precipitação pluviométrica significativa, principalmente durante a tarde ou à noite, S T alcança valores de até 67 W m 2, correspondendo entre 3 e 7% de S. Similarmente a S T, o termo S q permanece com valores próximos de zero e geralmente negativos durante o período da noite, torna-se positivo entre 6 e 7 h, mas apresenta uma característica mais variável que S T, com vários picos ao longo do dia, atingindo os máximos e mínimos, para cada dia, em diferentes horários. Os máximos de S q correspondem entre 25 e 4% de S, atingindo valores de até 3 W m 2, enquanto que os mínimos, para dias com saldo diário de radiação típico e sem chuva, chegam a 8 W m 2, com valores oscilando entre 1 e 16% de S. Em dias com saldo diário de radiação muito alto ( 15 MJ m 2 dia 1 ), ou com chuvas fortes, S q pode atingir até 4 W m 2, sendo em torno de 3 a 4% de S. É interessante notar, a partir da Tabela 4.4, que às 4 h do dia 3/8/3 (DJ 242), os sentidos dos fluxos de S T, S q e S se inverteram durante o início de uma chuva rápida de apenas,8 mm, porém com temperatura provavelmente mais alta que a do ar o suficiente para fornecer energia ao meio. 11

113 TABELA Totais Horários dos Termos S T, S q, S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o Dia 3/8/3. DJ 242 Data 3/8/3 Hora S T S q S S T / S S q / S R n P 1: -6,4-5,7-25,6,251,222-43,6, 2: -5,2-5,6-22,2,233,252-4,3, 3: -5,9-6,9-28,9,23,241-35,7, 4: 2,5 3,1 6,6,378,465-13,1, 5: -2,7-3,7-16,2,165,226-9,3,8 6: -2,1-2,8-12,8,163,216-2,9, 7: 7,2 8,4 18,4,393,456 19,2, 8: 14,4 12,7 48,1,299, ,, 9: 17,9-1, 44,6,42 -,23 266,8, 1: 1,3-1,4 34,3,299 -,4 56,3,2 11: 11,5-4,9 45,,256 -,11 632,7, 12:,6 -,3 5,9,99 -,45 558,1, 13: 5,8,5 29,8,194,17 366,3, 14: -3,9-1,7 3,5-1,111 -, ,3, 15: 7,2 5,1 19,8,366,257 38,1, 16: -17,8 1, -36,6,487 -,26 291,8, 17: 1,9-1,7-4,9 -,381,351 6,5, 18: -11,3 8,2-16,2,694 -,52 1,2, 19: -57,3-37,3-21,8,284,185-26,4 19,8 2:,6 -,6-24,3 -,23,24-3, 29, 21: -,8 -,4-15,2,53,29-2,1,8 22:,5,2-6,8 -,8 -,33-2,5, 23:,2,4-7,9 -,26 -,47-2,8, 24: -,1 -,2-5,5,12,37-4,3, 111

114 TABELA Totais Horários dos Termos S T, S q, S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o Dia 16/9/3. DJ 259 Data 16/9/3 Hora S T S q S S T / S S q / S R n P 1: -2,3-2,8-1,7,22,26-38,6, 2: -1,3-1,6-7,6,17,25-36,5, 3: -1,2-1,7-1,7,114,16-35,3, 4: 1,5 2,1 2,5,596,817-29,3, 5: -,7-1, -5,5,131,185-38,1, 6: -1,1-1,5-7,4,152,21-36,2, 7: 22,5 1,2 44,1,51,27 23,2, 8: 12,6 4,2 39,9,316,16 152,9, 9: 15,7-1,4 52,8,296 -,27 398,2, 1: 11,8 5,6 51,1,231,19 69,1, 11: 5,7 7,1 36,7,156, ,9, 12: 8,3 29,1 7,2,118,414 52,1, 13: -3,8-17,9-18,8,21, ,9, 14: -18,3-22,5-59,8,37, ,6,4 15: -13,6 9,8-24,8,547 -, ,4,2 16: -42,7-15,8-14,4,34,113 28,9 24,8 17: -,9-1,1-24,3,37,46 38, 1,6 18: -,2 -,8-5,6,37,147 19,, 19: -,7-1, -12,6,54,81-17,3, 2: -1,4-1,7-13,4,16,123-24,1, 21: -3,8-4,5-2,2,189,224-33,3, 22:,3,1-6,1 -,43 -,15-31,1, 23: 2,6 2,7 4,7,558,59-29,4, 24: 4,6 4,3 12,3,375,351-27,3, 112

115 4 3 St Sq Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 235) FIGURA Variação horária dos componentes da TAE no ar, S T e S q, calculados para a floresta do sítio para o dia 23/8/3 (DJ 235) dia sem chuva. 4 3 St Sq Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 24) FIGURA Como na Figura 4.4, para o dia 28/8/3 (DJ 24) dia com chuva de 16,6 mm entre 16 e 17 h. 113

116 4 3 St Sq Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 242) FIGURA Como na Figura 4.4, para o dia 3/8/3 (DJ 242) dia com chuva de 49,6 mm entre 19 e 21 h. 4 3 St Sq Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 246) FIGURA Como na Figura 4.4, para o dia 3/9/3 (DJ 246) dia com chuva de 6,2 mm entre 1 e 11 h. 114

117 4 3 St Sq Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 254) FIGURA Como na Figura 4.4, para o dia 11/9/3 (DJ 254) dia sem chuva. 4 3 St Sq Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 256) FIGURA Como na Figura 4.4, para o dia 13/9/3 (DJ 256) dia com chuva de 6,6 mm entre 14 e 15 h. 115

118 4 3 St Sq Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 258) FIGURA Como na Figura 4.4, para o dia 15/9/3 (DJ 258) dia com chuva de 3,4 mm às 16 h. 4 3 St Sq Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 259) FIGURA Como na Figura 4.4, para o dia 16/9/3 (DJ 259) dia com chuva de 27, mm entre 14 e 17 h. 116

119 4.2 - Taxa de Armazenamento de Energia nos Troncos Obteve-se a TAE nos troncos, S tr, considerando a divisão da interface solo-vegetaçãoatmosfera em camadas apresentada na Seção 3.1 e que, nestas camadas ( z 1 = 5 m; z 2 = 8 m e z 3 = 6 m), as taxas de variação horárias das temperaturas de tronco fossem representadas por medidas pontuais nas alturas de 1,5; 9,; e 18, m em determinadas profundidades. O comportamento horário das temperaturas medidas na árvore 1, durante o dia 23/8 (DJ 235), e daquelas medidas na árvore 2, durante o dia 13/9/3 (DJ 256), é ilustrado, respectivamente, nas Figuras 4.12 e Observa-se que as amplitudes das séries de temperatura aumentam do centro para a casca do tronco e das camadas mais baixas para as mais altas na floresta, com a temperatura mais interna apresentando um atraso de fase de até oito horas com relação à mais externa. É verificado também, que em dias claros e quentes, como no DJ 235, ocorrem poucas perturbações nas séries de temperatura e estas alcançam valores altos. No DJ 256, dia nublado e com chuva no meio da tarde, as séries de temperatura apresentam pouca variação entre os máximos e mínimos alcançados durante o dia, mas respondem quase que imediatamente, em todas as alturas e profundidades, às variações na temperatura causadas pela ocorrência de precipitação. Na Figura 4.14 são apresentadas as séries de temperatura medidas nas árvores 1, 2 e 3, na altura de 9, m durante o dia 28/8/3 (DJ 24). Observa-se que não existem grandes diferenças de amplitude e de perfil entre as séries de temperatura medidas em troncos de árvores de diferentes espécies (e, conseqüentemente, diferentes propriedades térmicas), dimensões espaciais e localizadas em diferentes micro-regiões da floresta. A maior diferença entre as séries de temperatura medidas nas três árvores ocorre entre 12:3 e 13:1 h, quando a radiação penetra por entre a folhagem das árvores e o termopar instalado na árvore 2, em 9, m e na profundidade de,5 cm, recebe alguma insolação direta. Com relação às respostas à ocorrência de precipitação pluviométrica (às 16 h no dia 28/8), percebe-se que as séries de temperatura nas três árvores apresentam comportamento similar. 117

120 FIGURA Séries de temperatura medidas na árvore 1 (Licania davillifolia) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3,; 1, e 12,3 cm (a última apenas em 1,5 m), em 23/8/3 (DJ 235) dia sem chuva. 118

121 FIGURA Séries de temperatura medidas na árvore 2 (Chrysophylum sanguinolentum) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3,; 1, e 15, cm (a última apenas em 1,5 m), em 13/9/3 (DJ 256) dia com chuva de 6,6 mm entre 14 e 15 h. 119

122 FIGURA Séries de temperatura medidas na árvore 1 (Licania davillifolia), árvore 2 (Chrysophylum sanguinolentum) e árvore 3 (Anacardium microsepalum) na altura de 9, m e nas profundidades de,5; 3, e 1, cm, em 28/8/3 (DJ 24) dia com chuva de 16,6 mm entre 16 e 17 h. 12

123 A Figura 4.15 ilustra o comportamento horário das temperaturas medidas na árvore 1, durante o dia 3/8/3 (DJ 242), comparando as amplitudes das séries numa mesma profundidade e em diferentes alturas. FIGURA Séries de temperatura medidas na árvore 1 (Licania davillifolia) nas alturas de 1,5; 9, e 18, m e nas profundidades de,5; 3, e 1, cm, em 3/8/3 (DJ 242) dia com chuva de 49,6 mm entre 19 e 21 h. 121

124 O cálculo da TAE nos troncos foi realizado através dos três métodos apresentados no Capítulo 3 (Seções e 3.1.4). O primeiro destes métodos, resultando S tr (F), leva em consideração todas as medidas de temperatura de tronco realizadas na floresta, em todas as alturas e profundidades radiais, e em todas as árvores instrumentadas, além de utilizar um tronco representativo que apresenta as características médias da floresta em termos de dimensões (obtidas através do inventário florestal completo), massa específica (obtida a partir de valores publicados na literatura) e calor específico (calculado). Então, por este método, o termo S tr é obtido pela Equação 3.2 calculando-se, inicialmente, o fluxo superficial de calor nos troncos através da Equação 3.19 e considerando a área topográfica do sítio igual a 1 ha. Os valores de massas específicas e de calores específicos utilizados para este cálculo, de cada uma das espécies de árvore (1, 2 e 3) e do tronco representativo foram (Apêndice A): ρ tr1 = 1261 kg m 3 e c tr1 = 2395,8 J kg 1 C 1 (Licania davillifolia); ρ tr2 = 1264 kg m 3 e c tr2 = 2472,5 J kg 1 C 1 (Chrysophylum sanguinolentum); ρ tr3 = 115 kg m 3 e c tr3 = 279, J kg 1 C 1 (Anacardium microsepalum); ρ tr = 1131 kg m 3 e c tr = 24,4 J kg 1 C 1 (tronco representativo). Com relação ao número de indivíduos para cada espécie, N y, foram encontrados no hectare selecionado (Oliveira et al., 22), 11 representantes da espécie 1, 17 da espécie 2 e 2 da espécie 3. Para o tronco representativo foi utilizado o número restante de indivíduos no hectare, ou seja, N = 64. Cada espécie de tronco teve seu fluxo total de calor correspondente, F yt, calculado utilizando-se as respectivas séries de temperatura medidas em suas representantes, enquanto que para o tronco representativo foi utilizada a série medida na árvore 2 (Chrysophylum sanguinolentum). O segundo e o terceiro método utilizados para o cálculo de S tr, resultando respectivamente S tr (T s ) e S tr (T i ), são baseados na solução analítica da ECC (Meesters e Vugts, 1996) e apresentados na Seção Ambos utilizam a distribuição vertical de massa nos troncos da floresta em cada camada i (i = 1, 2, 3), m i, a difusividade térmica de tronco α, os raios médios, R i, e o calor específico de tronco, c tr. A diferença básica entre os métodos está nas séries de temperatura utilizadas como dados de entrada para o cálculo, uma vez que um deles requer medidas de temperaturas de superfície, enquanto o outro, de temperaturas internas do tronco de uma árvore padrão de modo semelhante a 122

125 Moore e Fisch (1986). Assim, para o cálculo da TAE nos troncos a partir destes dois métodos, foram utilizadas as Equações 3.53 e 3.58 considerando os valores obtidos para a distribuição vertical de massa, m 1 = 15,11 kg m 3, m 2 = 18,35 kg m 3 e m 3 = 1,33 kg m 3 (Equações 3.84, 3.85 e 3.86); a difusividade térmica, α = 1, m 2 s 1 (Equações 3.26 e 3.69); o calor específico do tronco representativo, c tr. = 24,4 J kg 1 C 1 ; e as séries de temperatura medidas nas profundidades de,5 (segundo método) e 3, cm (terceiro método), na árvore 2 (Chrysophylum sanguinolentum). Para os três métodos, utilizou-se o intervalo de tempo t igual a 36 s (1 hora). Alguns resultados obtidos pela aplicação de cada um dos três métodos podem ser verificados através das Figuras 4.16 a 4.23, que apresentam as variações horárias de S tr (F), S tr (T s ) e S tr (T s ) para os oito dias selecionados, ou seja, 23/8 (DJ 235), 28/8 (DJ 24), 3/8 (DJ 242), 3/9 (DJ 246), 11/9 (DJ 254), 13/9 (DJ 256), 15/9 (DJ 258) e 16/9/3 (DJ 259). Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Str(F) Str(Ts) Str(Ti) Hora Local (DJ 235) FIGURA Variação horária da TAE nos troncos calculada pelos três métodos, S tr (F), S tr (T s ) e S tr (T i ), para a floresta do sítio para o dia 23/8/3 (DJ 235) dia sem chuva. 123

126 Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Str(F) Str(Ts) Str(Ti) Hora Local (DJ 24) FIGURA Como na Figura 4.16, para o dia 28/8/3 (DJ 24) dia com chuva de 16,6 mm entre 16 e 17 h. Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Str(F) Str(Ts) Str(Ti) Hora Local (DJ 242) FIGURA Como na Figura 4.16, para o dia 3/8/3 (DJ 242) dia com chuva de 49,6 mm entre 19 e 21 h. 124

127 Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Str(F) Str(Ts) Str(Ti) Hora Local (DJ 246) FIGURA Como na Figura 4.16, para o dia 3/9/3 (DJ 246) dia com chuva de 6,2 mm entre 1 e 11 h. Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Str(F) Str(Ts) Str(Ti) Hora Local (DJ 254) FIGURA Como na Figura 4.16, para o dia 11/9/3 (DJ 254) dia sem chuva. 125

128 Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Str(F) Str(Ts) Str(Ti) Hora Local (DJ 256) FIGURA Como na Figura 4.16, para o dia 13/9/3 (DJ 256) dia com chuva de 6,6 mm entre 14 e 15 h. Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Str(F) Str(Ts) Str(Ti) Hora Local (DJ 258) FIGURA Como na Figura 4.16, para o dia 15/9/3 (DJ 258) dia com chuva de 3,4 mm às 16 h. 126

129 Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Str(F) Str(Ts) Str(Ti) Hora Local (DJ 259) FIGURA Como na Figura 4.16, para o dia 16/9/3 (DJ 259) dia com chuva de 27, mm entre 14 e 17 h. A TAE nos troncos calculada pelo método que utiliza as temperaturas de superfície de tronco, S tr (T s ), representa um perfil horário com a maior variabilidade temporal dos três métodos, e em que são alcançados os maiores picos durante o dia, tanto de máximo quanto de mínimo. Ao contrário de S tr (T s ), a TAE calculada pelo método que utiliza as temperaturas internas de tronco, S tr (T i ), apresenta um perfil horário em que a variabilidade temporal é a menor dos três métodos, com os menores picos durante o dia. Além disso, em dias em que ocorrem variações rápidas na temperatura do ar devido a mudanças na cobertura de nuvens ou por precipitação, S tr (T i ) apresenta um atraso de fase com relação à S tr (T s ) e à TAE calculada através do método do fluxo superficial integrado, S tr (F). Portanto, os valores horários da TAE nos troncos calculada através da solução analítica da ECC, dependem da profundidade de medida de temperatura de tronco e da variabilidade temporal da temperatura do ar; porém, apresentam perfis com comportamentos semelhantes. Nota-se pelas Figuras 4.16 a 4.23 que o perfil horário de S tr (F) aparece sempre como se fosse uma média entre S tr (T s ) e S tr (T i ). Possivelmente, isto se deve ao fato de na obtenção de S tr (F) utilizarem-se mais medidas de temperatura de 127

130 tronco, em diferentes espécies de árvores e em distintas micro-regiões da floresta, deste modo melhor representando a variabilidade espacial das propriedades da floresta (densidade de troncos, conteúdo de umidade, etc.) e das temperaturas no interior desta. Os totais diários calculados para a TAE nos troncos através dos três métodos, S tr (F), S tr (T s ) e S tr (T i ), e a TAE total obtida por cada um dos métodos S(F), S(T s ) e S(T i ), além do quociente S tr (F) / S(F), são apresentados na Tabela 4.6. Quando os totais diários são considerados, os três métodos apresentam resultados calculados para a TAE nos troncos bastante próximos, sendo que, geralmente, S tr (T i ) é termo que alcança os valores mais altos em magnitude, enquanto que S tr (T s ), os mais baixos em magnitude. Novamente, como para o caso horário, S tr (F) manteve-se com valores entre S tr (T s ) e S tr (T i ), para a maioria dos dias considerados. De maneira semelhante ao que ocorre com os componentes da TAE no ar, S T e S q, a TAE nos troncos, S tr, acompanha a TAE total, S, em termos de magnitude e sentido de fluxo de energia, sendo negativo em dias com precipitação acumulada acima de 15 mm ou com alta nebulosidade e contribuindo para S com 35,2 ± 7,4%, durante os oito dias considerados. TABELA Totais Diários dos Termos S tr (F), S tr (T s ), S tr (T i ), S(F), S(T s ), S(T i ), em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S tr (F) S tr (T s ) S tr (T i ) S(F) S(T s ) S(T i ) S tr (F)/S(F) R n P /8/ ,49 16,9, 24 28/8/ ,35 11,6 16, /8/ ,268 12,6 5, /9/ ,272 11,3 6, /9/ ,32 9,, /9/ ,392 5,4 6, /9/ ,34 14,8 3, /9/ ,485 12,3 27, Média,352 DP,74 128

131 Os valores diurnos e noturnos para S tr (F), S tr (T s ), S tr (T i ), S(F), S(T s ), S(T i ) e a relação S tr (F) / S(F), são apresentados nas Tabelas 4.7 e 4.8, respectivamente. Tanto no período diurno, quanto no noturno, os três métodos para o cálculo da TAE nos troncos continuam apresentando resultados semelhantes, com S tr (T s ) e S tr (T i ) alternando as magnitudes mais altas e S tr (F), geralmente, apresentando as magnitudes mais baixas. Durante o ciclo diurno a TAE nos troncos, S tr é geralmente positiva, apresentando valor negativo apenas no dia 13/9/3 (DJ 256), assim como S, quando houve muita nebulosidade ao longo do dia e chuva no meio da tarde. No período noturno S tr é sempre negativo e alcança grandes valores absolutos em noites com forte precipitação, da mesma maneira que S para estes dias. As contribuições de S tr para S, tanto no ciclo diurno quanto no noturno, ficam em torno de 39,%. TABELA Totais Diurnos dos Termos S tr (F), S tr (T s ), S tr (T i ), S(F), S(T s ), S(T i ), em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S tr (F) S tr (T s ) S tr (T i ) S(F) S(T s ) S(T i ) S tr (F)/S(F) R n P /8/ ,325 18,8, 24 28/8/ ,195 12,6 16, /8/ ,34 13,4, /9/ ,329 12,9 6, /9/ ,278 1,2, /9/ ,249 6,4 6, /9/ ,295 16,3 3, /9/ ,145 13,7 27, Média,39 DP,38 Nas Tabelas 4.9 e 4.1 são apresentados os valores horários da TAE nos troncos calculados por cada um dos três métodos, S tr (F), S tr (T s ) e S tr (T i ) e da TAE total, S(F), S(T s ), S(T i ), para os dias 3/9 (DJ 246) e 15/9/9 (DJ 258), respectivamente. As comparações entre os valores horários de S tr (F), S tr (T s ) e S tr (T i ) puderam ser feitas 129

132 através das Figuras 4.16 a 4.23 e comentadas em parte apropriada do texto. O comportamento horário de S tr é caracterizado, durante o período noturno, por valores negativos e de pequena magnitude, tornando-se positivo entre 7 e 8 h, e aumentando de magnitude até alcançar seu máximo entre 11 e 13 h, com proporções entre 4 e 6% de S, chegando até 44 W m 2. Entre 14 e 16 h torna-se novamente negativo, sem horário certo para atingir o seu valor mínimo, em proporções que podem chegar a mais de 1% de S, porém apenas devido a S tr e S apresentarem valores de pequena magnitude, geralmente, próximos de zero. Nos horários em que ocorre precipitação, S tr torna-se negativo, podendo alcançar valores até 43 W m 2, correspondendo geralmente entre 4 e 7% de S. TABELA Totais Noturnos dos Termos S tr (F), S tr (T s ), S tr (T i ), S(F), S(T s ), S(T i ), em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S tr (F) S tr (T s ) S tr (T i ) S(F) S(T s ) S(T i ) S tr (F)/S(F) R n P /8/ ,317-2,, 24 28/8/ ,446-1,, 242 3/8/ ,287 -,7, /9/ ,349-1,6 5, /9/ ,293-1,2, /9/ ,481-1,, /9/ ,277-1,5, /9/ ,672-1,4, Média,39 DP,136 Na análise dos componentes diários, diurno, noturno e horário da TAE nos troncos, S tr, foram considerados apenas os valores de S tr (F), por este ter sido o termo usado para o cálculo da TAE total, S, utilizada para a análise dos outros termos que a compõem. 13

133 TABELA Totais Horários dos Termos S tr (F), S tr (T s ), S tr (T i ), S(F), S(T s ), S(T i ), R n, em W m 2, e P, em mm, para o Dia 3/9/3. DJ 246 Data 3/9/3 Hora S tr (F) S tr (T s ) S tr (T i ) S(F) S(T s ) S(T i ) S tr (F)/S(F) R n P 1: -2,4-2,9-2,3-13,8-14,3-13,8,171-21,2, 2: -2,7-3,1-2,8-9,8-1,2-1,,27-15,8, 3: -3,3-3,3-3,9-3,7-3,8-4,3,875-23,, 4: -1,6-1,4-2, -9,1-8,8-9,4,18-22,5, 5: -2,8-3,3-2,8-6,9-7,4-6,9,46-24,, 6: -2,5-2,3-3,2 1,4 1,7 9,7 -,244-29,, 7: 1,2 4,7 -,6 39,5 43, 37,7,31 28,6, 8: 11,4 21,2 7,9 69,9 79,8 66,4, ,4, 9: 13,6 2,5 12,8 41,3 48,2 4,5,329 4,3, 1: -3,1-14,3 5,9-75,6-86,7-66,6,41 283,7 6, 11: 5,7 12,7,5 54, 61,1 48,8,15 227,5,2 12: 14,3 22,4 12,2 45,9 54, 43,8,312 46,3, 13: 33,2 62,8 23, 77, 16,7 66,8,431 77,9, 14: -2,8-21,5 9,1-9,4-28,2 2,5,299 45,1, 15:,1-1,3 6,4 3,6-6,8 9,9,15 385,1, 16: -,3-7,6 3, -8,2-15,5-4,9,37 245,8, 17: -7,7-17,5-4,2-45,6-55,3-42,1,17 57,3, 18: -7,6-13, -7,5-16,8-22,2-16,7,451-4,7, 19: -6, -7,8-7,4-15,4-17,1-16,8,392-48,9, 2: -2,7-3,3-3,6-5,8-6,4-6,7,46-52,6, 21: -6,1-8,3-6,4-18,6-2,8-18,8,33-53,7, 22: -5,7-7,3-6,2-28,9-3,5-29,4,199-53,1, 23: -6,1-6,9-6,8-21,1-21,9-21,9,288-53,5, 24: -3,7-3,8-4,5-7,9-8, -8,6,471-51,1, 131

134 TABELA Totais Horários dos Termos S tr (F), S tr (T s ), S tr (T i ), S(F), S(T s ), S(T i ), R n, em W m 2, e P, em mm, para o Dia 15/9/3. DJ 258 Data 15/9/3 Hora S tr (F) S tr (T s ) S tr (T i ) S(F) S(T s ) S(T i ) S tr (F)/S(F) R n P 1: -3,9-4,6-4,1-2,6-21,3-2,8,19-34,2, 2: -3,9-3,7-4,8-16,6-16,5-17,5,232-32,1, 3: -4,2-4,9-4,6-7,8-8,5-8,2,54-31,1, 4: -3,9-3,7-4,6-1,9-1,7-11,6,36-32,, 5: -2,8-1,6-4,2-7,1-5,9-8,4,4-27,2, 6: -2,6-2,4-2,9-4,4-4,2-4,7,587-17,9, 7: -,3 2, -1,6 17,5 19,8 16,1 -,15 34,3, 8: 7,5 14,9 4,4 61, 68,4 57,9, ,2, 9: 11,8 19, 1,2 54,8 62,1 53,3, ,4, 1: 18,2 29,4 13,4 64,7 75,9 59,9, ,8, 11: 12,7 16,9 15,2 35, 39,2 37,5,362 66,4, 12: 18,2 28, 16,3 34,3 44,1 32,4,53 64,5, 13: 33,3 64,2 21,9 59, 89,8 47,5,565 71,, 14: -9,3-48,1 17,1-33,8-72,6-7,3, ,8, 15: -1,4-1,1,8-4, -48,7-37,8,35 392,5, 16: -24,5-45,1-18,9-4,2-6,8-34,6,68 253,6 3,4 17: 1,3 3, -2,3 31,3 33, 27,7,42 19,6, 18: -3,9-6,4-4, -28,1-3,5-28,2,138 14,, 19: -1,3-2,2-1,8-6,6-7,4-7,,23-49,, 2: -5,3-7,3-5,4-29,5-31,6-29,7,178-39,9, 21: -4,5-6, -4,9-2,4-3,9-2,8 1,852-41,2, 22: -2,9-3,1-3,5-7,3-7,6-8,,395-39,8, 23: -3,3-4, -3,6-19,5-2,2-19,8,171-39,7, 24: -3,6-4,1-3,9-2, -2,5-2,3,182-42,6, 132

135 Condutância Superficial de Calor dos Troncos O cálculo da condutância superficial de calor dos troncos das árvores 1, 2 e 3, foi realizado utilizando as Equações 3.7 e 3.71 e as séries de temperaturas do ar e de tronco medidas na altura de 9, m, e nas profundidades de,5 e 3, cm na face Norte dos troncos. Para tal, os valores de condutividade térmica de cada um dos troncos das árvores 1, 2 e 3, obtidos através da Equação 3.69, foram: κ tr1 =,34 W m 1 C 1 (Licania davillifolia); κ tr2 =,34 W m 1 C 1 (Chrysophylum sanguinolentum); κ tr3 =,25 W m 1 C 1 (Anacardium microsepalum). Na Tabela 4.11 são apresentados os valores médios diários das condutâncias superficiais dos troncos das árvores 1, 2 e 3, h c1, h c2 e h c3. Os perfis horários destas condutâncias, juntamente com a velocidade do vento, são apresentados nas Figuras 4.24 a 4.29, durante os dias 23/8 (DJ 235) e 28/8 (DJ 24) para as árvores 1, 2 e 3, 13/9 (DJ 256) e 15/9 (DJ 258) para a árvore 1, 3/8 (DJ 242) e 13/9 (DJ 256) para a árvore 2, 11/9 (DJ 254) e 16/9 (DJ 259) para a árvore 3. TABELA Valores Médios Diários das Condutâncias Superficiais h c1, h c2 e h c3, em Unidades de W m 2 C 1, Calculados para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data h c1 h c2 h c /8/3 13,1 16,7 18, /8/3 17,9 18,3 17, /8/3 14,5 25, 15, /9/3 15,6 24,7 -, /9/3 8,2 11,6 18, /9/3 2,1 15,2 2, /9/3 16,1-2, 5, /9/3 16, 52,7 24,1 Média 15,2 2,3 2,6 DP 3,5 15,6 14, 133

136 Condutância (W m -1 C -1 ) Cond1 Vento Hora Local (DJ 235 e DJ 24) Velocidade do Vento (m s -1 ) FIGURA Perfil horário da condutância superficial do tronco da árvore 1 e da velocidade do vento na floresta do sítio, durante os dias 23/8 (DJ 235) e 28/8/3 (DJ 24). Condutância (W m -1 C -1 ) Cond1 Vento Hora Local (DJ 256 e DJ 258) Velocidade do Vento (m s -1 ) FIGURA Como na Figura 4.24, durante os dias 13/9 (DJ 256) e 16/9/3 (DJ 258). 134

137 Condutância (W m -1 C -1 ) Cond2 Vento Hora Local (DJ 235 e DJ 24) Velocidade do Vento (m s -1 ) FIGURA Como na Figura 4.24, para a árvore 2, durante os dias 23/8 (DJ 235) e 28/8/3 (DJ 24). Condutância (W m -1 C -1 ) Cond2 Vento Hora Local (DJ 242 e DJ 256) Velocidade do Vento (m s -1 ) FIGURA Como na Figura 4.24, para a árvore 2, durante os dias 3/8 (DJ 242) e 13/9/3 (DJ 256). 135

138 Condutância (W m -1 C -1 ) Cond3 Vento Hora Local (DJ 235 e DJ 24) Velocidade do Vento (m s -1 ) FIGURA Como na Figura 4.24, para a árvore 3, durante os dias 23/8 (DJ 235) e 28/8/3 (DJ 24). Condutância (W m -1 C -1 ) Cond3 Vento Hora Local (DJ 254 e DJ 259) Velocidade do Vento (m s -1 ) FIGURA Como na Figura 4.24, para a árvore 3, durante os dias 11/9 (DJ 254) e 16/9/3 (DJ 259). 136

139 A partir dos resultados obtidos, verifica-se que a condutância superficial de calor dos troncos apresenta, em seu comportamento horário, picos durante as horas de transição, ou seja, ao nascer e o pôr-do-sol, não responde imediatamente à ocorrência de precipitação pluviométrica e tende a diminuir durante o ciclo diurno, quando são alcançados maiores valores de velocidade do vento. Outros fatores que devem influenciar a condutância superficial são: espécie, dimensões espaciais (DAP, altura) e localização geográfica da árvore; interceptação de chuva pelo tronco e sua exposição ao vento e à radiação; direção do vento Taxa de Armazenamento de Energia nos Ramos, nos Galhos e nas Folhas No que concerne ao cálculo da TAE nos ramos, nos galhos e nas folhas, considerando estes componentes da vegetação concentrados na quarta camada ( z 4 = 5 m) em que se dividiu a floresta, e que as variações de temperatura de cada um destes componentes fossem representadas conforme especificado na Seção 3.1.5, obtiveram-se os termos S r, S g e S f, a partir das Equações 3.59, 3.6 e 3.61, respectivamente. Para este cálculo, foram utilizados os seguintes valores de massa por unidade de área topográfica (Equações 3.81, 3.82 e 3.83) e de calor específico (Equação 3.67) para os ramos, galhos e folhas, respectivamente: m r = 11,88 kg m 2 e c r = 24,4 J kg 1 C 1 ; m g = 9,75 kg m 2 e c g = 2459,6 J kg 1 C 1 ; m f = 1,34 kg m 2 e c f = 2581,6 J kg 1 C 1. Assim como para o cálculo de S T, S q e S tr, utilizou-se o intervalo de tempo t igual a 36 s. Na Tabela 4.12 são representados os valores diários calculados para a TAE nos ramos, S r, a TAE nos galhos, S g, a TAE nas folhas, S f, a TAE total, S, e os quocientes, S r / S, S g / S e S f / S. Em totais diários, os termos S r e S g apresentam-se relativamente representativos para a TAE total, S, contribuindo para esta, com 1,6 ± 3,2 e 13,8 ± 9,1%, respectivamente. Este não é o caso da TAE nas folhas, S f, que contribui apenas com 1,7 ± 1,1% para a TAE total, S. Somando as contribuições médias diárias dos três termos, S r, S g e S f, para S, obtém-se um total de, aproximadamente, 26%, o que mostra a importância da inclusão destes termos no cálculo da TAE em florestas de grande porte, 137

140 tais como a Amazônica, uma vez que as TAEs no ar, S a, e nos troncos, S tr, correspondem, em média, a 33 e 35% de S, respectivamente. Com relação às magnitudes e aos sentidos do fluxo de energia, assim como os outros componentes da TAE total (S T, S q e S tr ), os termos S r, S g e S f tendem a apresentar magnitudes maiores quando S é maior e são negativos em dias com precipitação representativa ou nebulosidade prolongada. Apenas a TAE nas folhas, S f, apresenta valores negativos em dias muito quentes e com pouca nebulosidade. Segundo Aston (1985), que mediu as temperaturas da folhagem em seu trabalho experimental, em dias quentes e ensolarados, as temperaturas das folhas seguem a irradiância e alcançam valores entre 5 e 6 C acima da temperatura do ar no meio dia. Portanto, em tais dias, as folhas tendem a liberar, em proporções pequenas, mais energia do que absorvem. TABELA Totais Diários dos Termos S r, S g, S f, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S r S g S f S S r / S S g / S S f / S R n P /8/ ,12,47 -,1 16,9, 24 28/8/ ,118,98,16 11,6 16, /8/ ,14,154,21 12,6 5, /9/ ,53,299,31 11,3 6, /9/ ,9,234,31 9,, /9/ ,116,115,15 5,4 6, /9/ ,97,13,17 14,8 3, /9/ ,167 -,29 -,2 12,3 27, Média,16,138,17 DP,32,91,11 Os totais diurnos e noturnos calculados para S r, S g, S f e S, juntamente com suas respectivas relações, são apresentados nas Tabelas 4.13 e 4.14, respectivamente. No período diurno, a representatividade dos termos S g e S f para a TAE total, S, aumenta para 17,1 ± 4,6 % e 2,5 ±,7 %, respectivamente, enquanto que o termo S r permanece 138

141 apresentando a mesma contribuição para S, com 1,6 ± 5, %. Então, durante o dia, a proporção de S r + S g + S f na TAE total, S, é, em média, 3%, mostrando, assim, a representatividade destes termos para o cálculo diurno também. No período noturno, S g continua sendo o termo que apresenta o maior valor médio de contribuição para S, com 12,8 ± 5,8%; porém, durante estas horas, S r alcança sua maior proporção: 12,4 ± 2,7 % de S. No total, os três termos, S r, S g e S f, representam, em média, 27% da TAE total, S, durante a noite. TABELA Totais Diurnos dos Termos S r, S g, S f, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S r S g S f S S r / S S g / S S f / S R n P /8/ ,125,169,25 18,8, 24 28/8/ ,17,283,41 12,6 16, /8/ ,111,143,21 13,4, /9/ ,15,147,21 12,9 6, /9/ ,15,154,22 1,2, /9/ ,88,159,22 6,4 6, /9/ ,95,169,22 16,3 3, /9/ ,199 -,145 -,24 13,7 27, Média,16,171,25 DP,5,46,7 O comportamento horário dos termos S r, S g, S f para os dias 28/8 (DJ 24) e 13/9/3 (DJ 256) é apresentados nas Tabelas 4.15 e 4.16, respectivamente, e para o conjunto completo nas Figuras 4.3 a Quando são considerados os valores horários, verifica-se que o comportamento dos três termos, S r, S g e S f, é bastante semelhante: permanecem com valores negativos e quase nulos durante a noite, tornam-se positivos às 7 h, alcançam seus máximos, S g e S f entre 8 e 9 h e S r entre 11 e 13 h, voltam a ser negativos às 16 h e chegam aos valores mínimos entre 17 e 19 h. Os valores mais altos 139

142 observados para S r, S g e S f foram, respectivamente, 22, 16 e 3 W m 2, enquanto que os mais baixos foram, respectivamente, 1, 17 e 3 W m 2. Em dias com chuva, os valores encontrados para S r, S g e S f não ultrapassam, em valores numéricos, respectivamente, 21, 45 e 7 W m 2. TABELA Totais Noturnos dos Termos S r, S g, S f, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S r S g S f S S r / S S g / S S f / S R n P /8/ ,127,18,27-2,, 24 28/8/ ,135,65,11-1,, 242 3/8/ ,18,148,21 -,7, /9/ ,123,95,18-1,6 5, /9/ ,96,24,27-1,2, /9/ ,133,87,1-1,, /9/ ,94,184,25-1,5, /9/ ,176 -,62 -,8-1,4, Média,124,128,19 DP,27,58,8 TABELA Totais Horários dos Termos S r, S g, S f, S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o dia 28/8/3. DJ 24 Data 28/8/3 Hora S r S g S f S S r / S S g / S S f / S R n P 1: -1,2-2,7 -,4-13,7,87,2,27-27,, 2: -1,7-3,3 -,5-21,3,78,156,23-35,, 3: -3,2-3,5 -,5-29,7,19,119,18-34,7, 4: -2,1-2,1 -,3-21,2,11,97,14-32,8, 5: -2,1 -,7 -,2-15,1,136,48,11-31,5, 6: -1,3 -,1, -5,8,233,23 -,2-18,8, 7:,1 11,3 1,8 42,2,2,267,42 16,6, (continua) 14

143 TABELA 4.15 : Conclusão. 8: 4,8 8,2 1,3 49,3,96,166,27 22,3, 9: 4, 11,5 1,7 46,7,85,247,36 33,1, 1: 6,6 9,1 1,3 44,3,148,25,29 577,8, 11: 8,8 2,3,2 41,2,214,57,6 715,9, 12: -4,4-2,9 -,4-27,4,162,17,15 199,9, 13: 9,3 3,3,6 36,8,252,89,15 467,5, 14: -3,6-8,1-1,3-17,,29,477,77 421,2, 15: 1,3 1,9,4 1,8,124,178,35 394,4, 16: -21,3-44,6-6,7-224,8,95,199,3 156,9 13,4 17: -4,3,2,1-17,5,245 -,11 -,8 14,5 3,2 18: -1,7,1, -12,,139 -,11,4 -,9, 19: -2,7 1,1,2-9,4,286 -,113 -,18-8,5, 2: -1,7 -,8 -,1-11,,151,73,9-11,5, 21: -1,3,2, -7,9,171 -,25,1-15,9, 22: -1,3,1 -,1-1,3,131 -,13,13-19,2, 23: -1, -,7 -,1-8,5,112,79,15-22,1, 24: -1,5 2,5,3-2,2,682-1,118 -,144-26,6, TABELA Totais Horários dos Termos S r, S g, S f, S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o Dia 13/9/3. DJ 256 Data 13/9/3 Hora S r S g S f S S r / S S g / S S f / S R n P 1: -2, -3, -,5-22,5,88,133,2-33,4, 2: -1,7 -,8, -1,1,166,8,3-31,4, 3: -,6-1,6 -,2-8,1,69,198,26-31,3, 4: -2,3 -,7 -,2-15,9,144,42,1-34,5, 5: -,2-1,5, -5,3,3,291,9-28,1, 6: -1,1 -,5 -,1-6,9,161,77,17-29,5, 7:,6 5,4 1, 27,9,23,194,34 19,, 8: 3,3 4,3,6 34,6,96,123,18 147,6, 9: 2,1 3,8,5 21,4,1,177,25 147,, 1: 2,2 4,7,6 24,3,91,192,26 219,5, 11: 3,4 7,1 1,2 31,5,18,224,38 291,6, 12: 3,1 4,7,7 21,7,142,218,3 322,4, (continua) 141

144 TABELA 4.16 : Conclusão. 13: -2,2-32,3-5, -114,8,19,281,43 278,4, 14: -15,1-6,8-1, -91,9,164,74,1 58,7 6,4 15:,3 5,5,8 24,2,13,228,35 13,1,2 16: -,6-1,8 -,1-6,4,87,282,23 126,1, 17: -1,3-2, -,3-15,7,86,127,2 41,3, 18: -1, -1,6 -,3-13,7,69,117,23-3,5, 19: -1,7,3, -9,2,181 -,36 -,2-25,1, 2: -,9 -,6, -5,7,153,15,5-2,9, 21: -,8 2,1,2,8 -,997 2,598,218-14,2, 22: -,7 -,4 -,1-4,7,152,85,12-17,3, 23: -1, -1,1, -5,5,173,194,5-14,6, 24:,6 -,1, 1,5,369 -,89,6-3,8, Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Sr Sg Sf Hora Local (DJ 235) FIGURA Variação horária dos componentes da TAE na copa, S r, S g e S f, calculados para a floresta do sítio para o dia 23/8/3 (DJ 235) dia sem chuva. 142

145 Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Sr Sg Sf Hora Local (DJ 24) FIGURA Como na Figura 4.3, para o dia 28/8/3 (DJ 24) dia com chuva de 16,6 mm entre 16 e 17 h. Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Sr Sg Sf Hora Local (DJ 242) FIGURA Como na Figura 4.3, para o dia 3/8/3 (DJ 242) dia com chuva de 49,6 mm entre 19 e 21 h. 143

146 Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Sr Sg Sf Hora Local (DJ 246) FIGURA Como na Figura 4.3, para o dia 3/9/3 (DJ 246) dia com chuva de 6,2 mm entre 1 e 11 h. Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Sr Sg Sf Hora Local (DJ 254) FIGURA Como na Figura 4.3, para o dia 11/9/3 (DJ 254) dia sem chuva. 144

147 Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Sr Sg Sf Hora Local (DJ 256) FIGURA Como na Figura 4.3, para o dia 13/9/3 (DJ 256) dia com chuva de 6,6 mm entre 14 e 15 h. Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Sr Sg Sf Hora Local (DJ 258) FIGURA Como na Figura 4.3, para o dia 15/9/3 (DJ 258) dia com chuva de 3,4 mm às 16 h. 145

148 Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Sr Sg Sf Hora Local (DJ 259) FIGURA Como na Figura 4.3, para o dia 16/9/3 (DJ 259) dia com chuva de 27, mm entre 14 e 17 h Taxa de Armazenamento de Energia na Liteira e em Outros Componentes Considerando a liteira e os componentes de pequeno porte da vegetação concentrados na camada 1 ( z 1 = 5 m) da floresta, com as variações de temperatura representadas de acordo com a Seção 3.1.6, calcularam-se as TAEs para estes componentes, isto é, S l e S o. Para a realização deste cálculo, utilizaram-se as Equações 3.62 e 3.63, com os valores de massa por unidade de área topográfica apresentados na literatura para a liteira (Luizão, 1989), m l = 3,79 kg m 2, e para os outros componentes (Cummings et al., 22), m o = 2,2 kg m 2, os calores específicos dos galhos para a liteira, e das folhas para os outros componentes, e o intervalo de tempo, t, igual a 36 s. Os resultados do cálculo dos totais diários de S l, S o e S, juntamente com os quocientes S l / S e S o / S, estão sumarizados na Tabela Os totais diários dos termos S l e S o, somados, representam, em média, 6% da TAE total, S, sendo individualmente mais representativos apenas que a TAE nas folhas, S f. Geralmente, a TAE na liteira, S l, 146

149 apresenta valores totais diários maiores que a TAE em outros componentes, S o ; porém, em dias muito quentes, S o parece ser o termo dominante entre os dois. TABELA Totais Diários dos Termos S l, S o, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S l S o S S l / S S o / S R n P /8/ ,3,131 16,9, 24 28/8/ ,34,28 11,6 16, /8/ ,29,24 12,6 5, /9/ ,1,6 11,3 6, /9/ ,21,12 9,, /9/ ,35,21 5,4 6, /9/ ,32,2 14,8 3, /9/ ,47,37 12,3 27, Média,3,35 DP,11,4 Nas Tabelas 4.18 e 4.19 são apresentados os valores dos totais diurnos e noturnos, respectivamente, calculados para os termos S l, S o e S, além de suas relações S l / S e S o / S. Tanto no período diurno quanto no noturno, os padrões de comportamento dos termos S l e S o assemelham-se àqueles apresentados durante o ciclo diário, ou seja, contribuem, juntos, em torno de 6% para a TAE total, S, com S l sendo, em geral, o termo que apresenta os maiores valores, enquanto S o aparece como o termo dominante durante os dias mais quentes. O comportamento horário dos termos S l e S o, é ilustrado para os dias 23/8 (DJ 235) e 11/9 (DJ 254) nas Tabelas 4.2 e 4.21, respectivamente, e nas Figuras 4.38 a Em termos horários, os componentes S l e S o apresentam, a maior parte do dia, valores muito baixos e sempre próximos de zero, sendo negativos durante o período noturno e após as 16 h, com valores máximos de S l chegando a 2,5 W m 2 e de S o alcançando 4, W m

150 Geralmente o termo S o torna-se positivo e alcança seu valor máximo uma hora antes de S l. Em dias com nebulosidade intensa e prolongada, e sem ocorrência de chuvas, os valores horários de S l e S o não ultrapassam, na maior parte do dia, 1, W m 2. Nos horas de chuva, os valores máximos, em valor absoluto, alcançados pelos termos S l e S o foram, respectivamente, 5,7 e 9,5 W m 2. TABELA Totais Diurnos dos Termos S l, S o, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S l S o S S l / S S o / S R n P /8/ ,27,37 18,8, 24 28/8/ ,26,54 12,6 16, /8/ ,29,34 13,4, /9/ ,29,25 12,9 6, /9/ ,29,34 1,2, /9/ ,29,29 6,4 6, /9/ ,28,25 16,3 3, /9/ ,75,14 13,7 27, Média,34,32 DP,16,12 TABELA Totais Noturnos dos Termos S l, S o, S, em kj m 2 dia 1, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S l S o S S l / S S o / S R n P /8/ ,27,28-2,, 24 28/8/ ,35,23-1,, 242 3/8/ ,29,3 -,7, /9/ ,35,32-1,6 5, /9/ ,24,2-1,2, /9/ ,38,15-1,, (continua) 148

151 TABELA 4.19 : Conclusão /9/ ,27,28-1,5, /9/ ,55,31-1,4, Média,34,26 DP,1,6 TABELA Totais Horários dos Termos S l, S o, S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o Dia 23/8/3. DJ 235 Data 23/8/3 Hora S l S o S S l / S S o / S R n P 1: -,3 -,4-18,8,14,19-22,5, 2: -,6 -,6-22,2,26,27-38,7, 3: -,4 -,8-25,1,14,33-36,1, 4: -,9 -,9-31,6,28,29-46,, 5: -,5 -,4-18,9,27,21-43,7, 6: -,4 -,2-3,3,124,47-42,7, 7: -,2,9 4,2 -,5,22 2,3, 8: 1, 2,8 59,8,16,47 182,, 9: 1,9 3,9 67,7,28,57 396,, 1: 1,9 3,3 86,5,22,38 581,9, 11: 2, 2,4 92,3,22,26 733,, 12: 1,5,8 115,7,13,7 777,3, 13: 1,4 1,4 54,1,26,26 82,9, 14: -,2-1,1-21,1,7,52 729,8, 15: -,8-1,4-85,6,9,16 49,9, 16: -,2 -,4-13,6,11,33 322,7, 17: -,9-1,1-49,6,18,21 161,1, 18: -,4-1,7-85,8,5,2 32,7, 19: -,5-2,5-35,6,15,7-54,5, 2: -,8-1,9-24,3,31,77-53,3, 21: -,7 1,4-14,3,51 -,95-52,5, 22: -,6,4-14,7,39 -,27-5,7, 23: -,4 -,7-16,4,25,45-5,1, 24: -,5 -,2-13,1,36,13-49,6, 149

152 TABELA Totais Horários dos Termos S l, S o, S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o Dia 11/9/3. DJ 254 Data 11/9/3 Hora S l S o S S l / S S o / S R n P 1: ,8, 2: ,, 3: ,8, 4: ,9, 5: ,2, 6: ,3, 7: ,1, 8: ,8, 9: ,5, 1: ,6, 11: ,, 12: ,4, 13: ,7, 14: ,5, 15: ,6, 16: ,5, 17: ,6, 18: ,2, 19: ,8, 2: ,, 21: ,8, 22: ,4, 23: ,1, 24: ,6, 15

153 4 Sl So Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 235) FIGURA Variação horária dos componentes S l e S o, calculados para a floresta do sítio para o dia 23/8/3 (DJ 235) dia sem chuva. 4 Sl So Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 24) FIGURA Como na Figura 4.38, para o dia 28/8/3 (DJ 24) dia com chuva de 16,6 mm entre 16 e 17 h. 151

154 4 Sl So Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 242) FIGURA Como na Figura 4.38, para o dia 3/8/3 (DJ 242) dia com chuva de 49,6 mm entre 19 e 21 h. 4 Sl So Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 246) FIGURA Como na Figura 4.38, para o dia 3/9/3 (DJ 246) dia com chuva de 6,2 mm entre 1 e 11 h. 152

155 4 Sl So Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 254) FIGURA Como na Figura 4.38, para o dia 11/9/3 (DJ 254) dia sem chuva. 4 Sl So Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 256) FIGURA Como na Figura 4.38, para o dia 13/9/3 (DJ 256) dia com chuva de 6,6 mm entre 1 e 11 h. 153

156 4 Sl So Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) Hora Local (DJ 258) FIGURA Como na Figura 4.38, para o dia 15/9/3 (DJ 258) dia com chuva de 3,4 mm às 16 h. 4 Sl So Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) : 2: 4: 6: 8: 1: 12: 14: 16: 18: 2: 22: Hora Local (259) FIGURA Como na Figura 4.38, para o dia 16/9/3 (DJ 259) dia com chuva de 27, mm entre 14 e 17 h. 154

157 4.5 - Taxa de Armazenamento Total de Energia De acordo com o que foi especificado na Seção 2.3, a TAE total na floresta é obtida através da soma dos seus dois componentes (Equação 2.3), ou seja, a TAE no ar, S a, e a TAE na biomassa, S b, subdivididas, respectivamente, nos termos S T e S q (Equação 2.4), e S tr, S r, S g, S f, e S l (Equação 2.5). Os valores diários da TAE total, S, do saldo de radiação, R n, e da precipitação pluviométrica, P, obtidos durante os oito dias selecionados para o hectare da floresta Amazônica da Estação ZF-2, assim como o quociente S / R n e seus valores em percentual, são mostrados na Tabela Quando se consideram as variações diárias, a TAE total, S, é geralmente menor, em valor absoluto, que,6 MJ m 2 dia 1 e corresponde a 3,8 ± 3,2% do saldo de radiação, R n. Em dias quentes e claros com pouca ou nenhuma chuva, S apresenta valores muito baixos, iguais 1,3 ±,5% de R n. A importância da TAE total, S, aumenta em dias quentes com nebulosidade variável e com chuva, ou em dias com alta nebulosidade sem chuva, correspondendo a 5,1 ±,5% do saldo de radiação, R n. A maior significância do armazenamento de energia na floresta, acontece em dias com alta nebulosidade e com a ocorrência de chuvas, quando a TAE total, S, alcança valores de até 1% do saldo de radiação, R n. Os totais diurnos e noturnos da TAE total, S, do saldo de radiação, R n, e da precipitação pluviométrica, P, são apresentados, respectivamente, nas Tabelas 4.23 e Durante o ciclo diurno, o termo S é caracterizado por magnitudes geralmente positivas e com valores de até,9 MJ m 2 dia 1 representando 3,3 ± 1,9% de R n. No período noturno, a TAE total, S, é sempre negativa e, em dias sem a ocorrência de precipitação noturna, alcança valores de até,9 MJ m 2 dia 1 em termos absolutos, da mesma maneira que acontece durante o período diurno. Porém, a representatividade de S à noite é bem maior que durante o dia, correspondendo a 56,1 ± 5,3% do saldo de radiação, R n. É importante observar que em dias em que há ocorrência de chuvas no período noturno, como em 3/8/3 (DJ 242), a TAE total, S, pode exceder o saldo de radiação, R n, 155

158 sendo, nestas horas, uma fonte de energia essencial para o equilíbrio energético do meio. TABELA Totais Diários dos Termos S, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S R n S / R n % P /8/3,1 16,9,5,5, 24 28/8/3 -,7 11,6 -,57 5,7 16, /8/3 -,6 12,6 -,48 4,8 5, /9/3,2 11,3,14 1,4 6, /9/3 -,4 9, -,48 4,8, /9/3 -,5 5,4 -,99 9,9 6, /9/3,2 14,8,15 1,5 3, /9/3 -,2 12,3 -,16 1,6 27, Média 3,8 DP 3,2 TABELA Totais Diurnos dos Termos S, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S R n S / R n % P /8/3,9 18,8,5 5,, 24 28/8/3 -,1 12,6 -,8,8 16, /8/3,7 13,4,52 5,2, /9/3,6 12,9,49 4,9 6, /9/3,2 1,2,24 2,4, /9/3 -,2 6,4 -,32 3,2 6, /9/3,8 16,3,47 4,7 3, /9/3,1 13,6,6,6 27, Média 3,3 DP 1,9 156

159 TABELA Totais Noturnos dos Termos S, R n, em MJ m 2 dia 1, e P, em mm, para os Dias 23/8, 28/8, 3/8, 3/9, 11/9, 13/9, 15/9 e 16/9/3. DJ Data S R n S / R n % P /8/3 -,9-1,9,441 44,1, 24 28/8/3 -,6-1,,551 55,1, 242 3/8/3-1,3 -,7 1, ,7 5, /9/3 -,5-1,6,291 29,1 6, /9/3 -,7-1,2,562 56,2, /9/3 -,3-1,,322 32,2, /9/3 -,5-1,5,358 35,8, /9/3 -,3-1,4,198 19,8, Média 56,1 DP 5,3 O comportamento horário dos termos S, R n e P é ilustrado nas Tabelas 4.25 e 4.26 para os dias 3/8 (DJ 242) e 15/9/3 (DJ 258), respectivamente, e nas Figuras 4.46 a 4.53 para cada um dos oito dias selecionados, enquanto a Figura 4.54 mostra conjuntamente todos eles. O perfil horário do termo S é uma combinação de seus três principais componentes, isto é, S T, S q e S tr, com valores negativos antes do nascer-do-sol, geralmente entre 7 e 36 W m 2 e correspondendo a 72,7 ± 132,8% de R n. Torna-se positivo às 7 h, tendo um valor máximo, nesta hora, de 5 W m 2, com a razão S / R n normalmente excedendo 1,, e alcança o seu valor máximo diário na maioria das vezes entre 8 e 1 h, influenciado pelo termo S T, e em outras vezes entre 11 e 12 h, correspondendo às variações nas temperaturas de tronco devido ao termo S tr, com magnitudes de até 87 W m 2 e proporções entre 1 e 3% de R n. Tipicamente, às 16 h, volta a apresentar valores negativos, atingindo o seu mínimo diário sem horário determinado, alcançando valores de até 57 W m 2 e com uma grande variação entre 1 e 9% de R n. Durante o pôr-do-sol, a TAE total, S, volta a exceder os valores do saldo de radiação, R n, chegando a representar até 4% de R n, porém apenas devido ao fato de R n estar mudando o sentido do seu fluxo e apresentar valores próximos de zero. Os mínimos extremos alcançados por S acontecem em horas de chuva, quando este pode 157

160 apresentar valores de 225 W m 2 correspondendo, nestas horas, a 236,7 ± 299,7% de R n. Por sinal, nestas circunstâncias, estes fortes impulsos negativos também são constatados com o fluxo de calor no solo (Alvalá et al., 22). Os valores fortemente negativos de S durante chuvas rápidas sobre a floresta, que são muito comuns durante a estação seca na região Amazônica, indicam a importância da TAE total para a liberação de parte da energia utilizada na evaporação da água interceptada pela folhagem das árvores da floresta (Figuras 4.55 e 4.56), uma vez que a taxa de evapotranspiração, LE, supera o saldo de radiação, R n, sob estas condições (Moore e Fisch, 1986). TABELA Totais Horários dos Termos S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o Dia 3/8/3. DJ 242 Data 3/8/3 Hora S R n S / R n % P 1: -25,6-43,6,589 58,9, 2: -22,2-4,3,551 55,1, 3: -28,9-35,7,89 8,9, 4: 6,6-13,1 -,56 5,6, 5: -16,2-9,3 1, ,8,8 6: -12,8-2,9,611 61,1, 7: 18,4 19,2,957 95,7, 8: 48,1 152,,316 31,6, 9: 44,6 266,8,167 16,7, 1: 34,3 56,3,68 6,8,2 11: 45, 632,7,71 7,1, 12: 5,9 558,1,1 1,, 13: 29,8 366,3,81 8,1, 14: 3,5 472,3,7,7, 15: 19,8 38,1,52 5,2, 16: -36,6 291,8 -,125 12,5, 17: -4,9 6,5 -,82 8,2, 18: -16,2 1,2-1, ,8, 19: -21,8-26,4 7, ,1 19,8 (continua) 158

161 TABELA 4.25 : Conclusão. 2: -24,3-3, 8,66 86,6 29, 21: -15,2-2,1 7, ,9,8 22: -6,8-2,5 2, ,9, 23: -7,9-2,8 2,78 278,, 24: -5,5-4,3 1, ,5, TABELA Totais Horários dos Termos S, R n, em W m 2, e P, em mm, para o Dia 15/8/3. DJ 258 Data 15/9/3 Hora S R n S / R n % P 1: -2,6-34,2,61 6,1, 2: -16,6-32,1,517 51,7, 3: -7,8-31,1,252 25,2, 4: -1,9-32,,341 34,1, 5: -7,1-27,2,26 26,, 6: -4,4-17,9,249 24,9, 7: 17,5 34,3,51 51,, 8: 61, 196,2,311 31,1, 9: 54,8 286,4,192 19,2, 1: 64,7 584,8,111 11,1, 11: 35, 66,4,58 5,8, 12: 34,3 64,5,57 5,7, 13: 59, 71,,83 8,3, 14: -33,8 666,8 -,51 5,1, 15: -4, 392,5 -,12 1,2, 16: -4,2 253,6 -,159 15,9 3,4 17: 31,3 19,6,164 16,4, 18: -28,1 14, -1, ,9, 19: -6,6-49,,134 13,4, 2: -29,5-39,9,739 73,9, 21: -2,4-41,2,59 5,9, 22: -7,3-39,8,183 18,3, 23: -19,5-39,7,491 49,1, 24: -2, -42,6,47 47,, 159

162 Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) 1 9 Prec Rn S Hora Local (DJ 235) Precipitação Pluviométrica ( mm h -1 ) FIGURA Variação horária do saldo de radiação, R n, da TAE total, S, e da precipitação pluviométrica na floresta do sítio no dia 23/8/3 (DJ 235). Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) 1 9 Prec Rn S Hora Local (DJ 24) Precipitação Pluviométrica ( mm h -1 ) FIGURA Como na Figura 4.46, no dia 28/8/3 (DJ 24). 16

163 Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) 1 9 Prec Rn S Hora Local (DJ 242) Precipitação Pluviométrica ( mm h -1 ) FIGURA Como na Figura 4.46, no dia 3/8/3 (DJ 242). Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) 1 9 Prec Rn S Hora Local (DJ 246) Precipitação Pluviométrica ( mm h -1 ) FIGURA Como na Figura 4.46, no dia 3/9/3 (DJ 246). 161

164 Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) 1 9 Prec Rn S Hora Local (DJ 254) Precipitação Pluviométrica ( mm h -1 ) FIGURA Como na Figura 4.46, no dia 11/9/3 (DJ 254). Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) 1 9 Prec Rn S Hora Local (DJ 256) Precipitação Pluviométrica ( mm h -1 ) FIGURA Como na Figura 4.46, no dia 13/9/3 (DJ 256). 162

165 Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) 1 9 Prec Rn S Hora Local (DJ 258) Precipitação Pluviométrica ( mm h -1 ) FIGURA Como na Figura 4.46, no dia 13/9/3 (DJ 258). Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) 1 9 Prec Rn S Hora Local (DJ 259) Precipitação Pluviométrica ( mm h -1 ) FIGURA Como na Figura 4.46, no dia 13/9/3 (DJ 259). 163

166 Densidade de Fluxo de Energia (W m -2 ) 1 9 Prec Rn S Dia Juliano Precipitação Pluviométrica ( mm h -1 ) FIGURA Como na Figura 4.46, nos dias 23/8 (DJ 235), 28/8 (DJ 24), 3/8 (DJ 242), 3/9 (DJ 246), 11/9 (DJ 254), 13/9 (DJ 256), 15/9 (DJ 258) e 16/9/3 (DJ 259). As Figuras 4.57 a 4.64 mostram aditivamente, para cada um dos oito dias selecionados, a partição da TAE total na floresta em seus componentes: a) na liteira somada à nos componentes de pequeno porte, S l + S o, b) nos troncos, + S tr, c) nos ramos, + S r, d) nos galhos, + S g, e) nas folhas, + S f, e finalmente, no ar, isto é, f) + S T e g) + S q. Através das diferenças entre as áreas sob curvas sucessivas (p. ex. S l + S o e + S tr ) verifica-se a importância de cada componente para a TAE total durante o dia. Assim, observa-se que os termos da TAE no ar, S T e S q, tendem a deslocar os valores máximos de S para as primeiras horas da manhã. Além disso, os termos que seguem as variações da temperatura do ar, ou seja, S o, S g, S f e S T, contribuem para um aumento nos valores totais diurnos de S e caem a zero antes dos termos que seguem as variações de temperatura dos troncos, isto é, S l, S tr e S r. Em dias quentes, com R n 14, MJ m 2 dia 1, o termo S q impõe, ao longo do dia, picos positivos e negativos no perfil horário da TAE total. 164

167 FIGURA Evaporação da floresta logo após a ocorrência de uma chuva rápida, fenômeno comum durante a estação seca na região Amazônica. FIGURA Como na Figura