Ambientais, Universidade de Cuiabá. Tecnologia de Mato Grosso. Ambiental, Universidade Federal de Mato Grosso. Resumo

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1 CARACTERIZAÇÃO DA COBERTURA DO CÉU DE CUIABÁ-MT POR MEIO DE ÍNDICE DE CLARIDADE Cristiane Aparecida Eliziário 1, Jonathan Willian Zangeski Novais 1, Stéfano Teixeira Silva 2, Douglas Dias de Morais 1, Luciana Sanches 3, Osvaldo Alves Pereira 1 1 Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais, Universidade de Cuiabá 2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso 3 Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Mato Grosso Resumo O objetivo deste trabalho foi caracterizar a cobertura do céu do município de Cuiabá-MT por meio do índice de claridade Kt obtido por dados diários de radiação solar global (MJ.m -2.dia- 1 ) da Estação Meteorológica Automática do INMET (Instituto Nacional de Meteorologia). O período estudado foi entre os anos de 2002 a 2010 e procedeu-se com o cálculo da irradiação no topo da atmosfera do município, com o intuito de calcular o índice de claridade (Kt). Nos dias com céu limpo, a incidência de radiação solar global foi maior, sendo superior a 15 MJ. m -2 dia -1, devido ao aumento da radiação direta refletida e a diminuição da radiação difusa. Os maiores valores de kt, foram no mês de julho do ano de 2005 com 0,62 sendo os seus valores relacionados com a maior concentração de nuvens e vapor d água. Além disso, houve uma menor variação dos valores de Kt nos meses com menor nebulosidade. O índice de claridade médio mensal, durante os anos estudados não apresentou valores elevados, sendo o mínimo igual a 0,31 e o máximo próximo a 0,62. Com isso, as condições da cobertura do céu nos períodos parcialmente nublado influenciaram nos resultados, assim como a presença de nuvens, fumaça, e demais poluentes.. Palavras-chave: Índice de claridade; irradiação atmosférica; radiação solar global Abstract The objective of this work was to characterize the sky cover of the city of Cuiabá-MT by means of the "Kt" clarity index obtained by daily data of global solar radiation (MJ.m -2.dia -1 ) of the INMET Automatic Weather Station (National Institute of Meteorology). The period studied was between 2002 and 2010, and the irradiation was calculated at the top of the atmosphere of the municipality, with the purpose of calculating the lightness index (Kt). On days with clear skies, the incidence of global solar radiation was higher, being higher than 15 MJ. M -2 dia -1, due to the increase of direct reflected radiation and the reduction of diffuse radiation. The highest values of kt were in July 2005, with 0.62 being related to the highest concentration of clouds and water vapor. In addition, there was a lower variation of Kt values in the months with lower cloudiness. The average monthly clarity index during the years studied did not present high values, with a minimum being equal to 0.31 and the maximum close to As a result, the sky cover conditions in the partly cloudy periods influenced the results, as well as the presence of clouds, smoke, and other pollutants. Keywords: Clarity index; Atmospheric irradiation; Global solar radiation

2 1. Introdução A radiação solar é a fonte de energia primária para muitos processos físicos, químicos e biológicos na superfície da Terra, tornando-se importantes os dados dessa variável para pesquisas com aplicação em diversas áreas como, por exemplo, agricultura, meio ambiente, hidrologia, meteorologia, ecologia, entre outras. (WU; LIU; WANG, 2007). Ao atravessar a atmosfera terrestre, a radiação solar sofre absorção, difusão seletiva e refletiva, no qual representa a soma da radiação vinda diretamente do sol, acrescida da radiação difundida pelas partículas e gases da atmosfera, sendo que os processos de espalhamento e absorção fazem com que apenas a metade da radiação incidente no topo da atmosfera chegue até a superfície terrestre (OMETTO,1981). A incidência de radiação solar em um local específico é influenciada principalmente pela cobertura do céu (EL-METWALLY, 2004). A cobertura do céu influencia diretamente na refletância e transmitância da atmosfera. Dessa forma, em dias parcialmente nublados, a quantidade de radiação solar global incidente é menor do que em dias de céu limpo, pois parte da radiação é refletida devido ao albedo das nuvens. Quando o céu se apresenta coberto por nuvens, ocorrendo principalmente no período chuvoso, caracteriza-se como nublado ou parcialmente nublado. Nessas condições, grande parte da radiação incidente na superfície terrestre é difusa, ocorrendo também no período seco, devido a presença de nuvens e fumaças (CUNHA, 2012). Conforme resultados encontrados por Novais et al. (2017), no período seco ocorrem os maiores índices de focos em MT, emitindo grandes quantidades de partículas de aerossóis para a atmosfera, período este que a temperatura do ar é bastante elevada e a umidade relativa está bastante baixa. O índice de claridade Kt, definido pela razão entre a irradiação global que atinge a superfície terrestre e a irradiação que incide no topo da atmosfera, expressa a fração da irradiação global transmitida na atmosfera (DALLACORT et al., 2004). Outra importância para o cálculo do índice de claridade, são para estimativas de albedo. O albedo de uma superfície quantifica a fração de entrada de radiação solar que é refletida de volta para a atmosfera (NOVAIS et al., 2015), e muitas pesquisas ambientais que dependem do albedo estimam o valor do mesmo sem considerar a cobertura do céu nos períodos estudados. Porém, se a influência de tal cobertura for significativa, é importante levar em conta esse comportamento dinâmico do céu (CUNHA, 2012). Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi caracterizar a cobertura do céu de Cuiabá-MT por meio do índice de claridade (K t) obtido por dados diários de radiação solar global (MJ.m-2.dia- 1) da Estação Meteorológica Automática do INMET (Instituto Nacional de Meteorologia) no período de MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Localização e Descrição da Área de Estudo A área de estudo localiza-se na capital de Mato Grosso município de Cuiabá, que possui uma população estimada em habitantes, segundo dados do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística). O Rio Cuiabá, que transpõe a cidade é banhada pelas águas da Bacia da Platina e divide os municípios de Cuiabá e Várzea Grande. (IBGE, 2000). O estudo foi realizado com dados obtidos da estação Meteorológica do Estado de Mato grosso junto ao INMET por meio do BDMEP (Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa) no período de , visando fazer a caracterização da cobertura do céu de Cuiabá- MT. O BDMEP é um banco de dados para apoiar as atividades de ensino e pesquisa e outras aplicações em meteorologia, hidrologia, recursos hídricos, saúde pública, meio ambiente, etc. O Banco abriga dados meteorológicos diários em forma digitais, referentes a séries históricas da rede de estação do INMET, com diversas informações diárias, de acordo com as normas técnicas internacionais da Organização Meteorológica Mundial (OMM) (INMET, 2010). A estação meteorológica está localizada no perímetro urbano de Cuiabá, entre as 2

3 coordenadas ,46 S e W (Fígura1). O clima local segundo a classificação de Koppen é do tipo Aw que corresponde à tropical seco e úmido (ALVARES et al., 2013). Além disso, é caracterizado por elevada precipitação, chegando acima de 250 mm nos meses de dezembro, janeiro e fevereiro e inverno seco de maio a setembro com um clima muito seco entre junho e agosto. Figura 1- Localização da estação meteorológica do INMET no município de Cuiabá-MT. 2.2 Cálculo do índice de Claridade A cobertura do céu foi determinada pelo índice de claridade K t (Equação 1), definida como a razão entre a radiação solar global Rg (MJ m -2 d -1 ) e a irradiação no topo da atmosfera R 0 (MJ m -2 d -1 ). K t R R g o Equação 1 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Figura 2 observa-se que a temperatura média anual é de 27º C, média máxima diária é de 28º C em outubro e média mínima diária em torno de 23º C em julho. A umidade relativa do ar tem média anual de 70%, no inverno a umidade relativa do ar diminui, chegando a níveis de 12%, ocorrendo então a estação seca. O índice pluviométrico apresenta sazonalidade característica, pois em sua maioria o inverno é bastante seco e o verão muito chuvoso, estando de acordo com a classificação climática local (ALVARES et al., 2013). A média na região no período de estudo é de 1548,7 mm/ano. A insolação relativa média mensal (r) é definida como a razão entre o total de horas de brilho solar diário incidente na superfície da terra (n) e o número máximo de brilho solar no topo da atmosfera (n). Quanto a razão da insolação relativa tender a zero, a cobertura do céu tende ao máximo. Ocorreu em janeiro o menor índice de insolação relativa, seguido por fevereiro e dezembro com média de 3

4 126, 138 e 156 horas respectivamente. O período foi caracterizado pela alta nebulosidade e pelos elevados índices da radiação difusa (Rd), que atingiram seu valor máximo em janeiro. O mês de agosto apresentou o maior índice de insolação relativa, seguido por maio e julho com média de 240, 228 e 207 horas. Figura 2 - Médias mensais de Temperatura do ar ( C), precipitação acumulada (mm mês -1 ) e Insolação (horas) de janeiro á fevereiro do ano de 2002 a 2010 na cidade de Cuiabá-MT. A média mensal da radiação solar global medida foi 15,64 MJ m -2 dia -1 sendo que as condições de céu nublado, parcialmente nublado e limpo, a média foi 7,45 MJ m -2 dia -1, 15,70 MJ m -2 dia -1 e 23,72 MJ m -2 dia -1, indicando que houve variações na energia recebida pela superfície terrestre com relação ao tipo de cobertura do céu. Observa-se na Figura 3 a variação de K t de 2002 á 2010 com inicio em janeiro a dezembro, observa-se que os maiores valores de k t, foram no ano de 2005 com 0,62 no mês de julho, e nos anos de 2002, 2003, 2004,2005 e 2009, ficou entre 0,46 a 0,56 nos meses de maio, junho, julho, agosto, setembro, e menores valores foram no ano de 2010 no mês de agosto com 0,31 e no ano de 2004 em maio ficou de 0,35 em 2005 em janeiro ficou de 0,37, 2006 dezembro 0,35, 2007 janeiro 0,36, 2008 janeiro 0,36 e 2009 dezembro ficou entre 0,35 e 0,37. 4

5 Figura 3- Índice de claridade no período de 2002 a 2010 na cidade de Cuiabá-MT. Em dias com céu limpo, a disponibilidade de radiação solar global é maior, normalmente superior a 15 MJ. m -2 dia -1,decorrente do aumento das componentes direta e refletida, em contrapartida da diminuição da radiação difusa. A intensidade de radiação solar que atinge a superfície é variável, devido à atenuação sofrida ao atravessar a atmosfera, a variação do índice de claridade mostrará o percentual atenuado em função da presença de nuvens, poeira, poluição e outros. Em um dia nublado, naturalmente, a intensidade da radiação solar será menor e, consequentemente o valor do índice de claridade também será menor. Ocorrendo o contrário em um dia claro ou com céu sem nuvens (MARQUES et al., 2000). A média de K t encontrada foi de 0,45 ± 0,03 Valiati (2001) encontrou 0,41 e Dallacort et al.(2004) 0,44, ambos para uma região de Cascavel no Paraná; e para área rural de Botucatu/SP, menores valores mensais de 0,45 e maiores de 0,59 (INÁCIO, 2009). Nos meses com pouca nebulosidade ocorreu uma menor oscilação dos valores diários de K t. Os resultados confirmam a dependência da cobertura do céu na transmissão da radiação solar global, em que menores K t foram relacionados com maior concentração de nuvens e vapor d água. Houve também uma menor oscilação dos valores de K t nos meses com menor nebulosidade. Considerando a importância da cobertura do céu na refletância ou transmitância da atmosfera, a média da radiação global (R g), o ano de 2002 ficou entre 15,45 ± 3,44 e 20,47 ± 4,95 e o percentual de índice de claridade na Tabela 2 exibe a classificação do céu nos dias julianos de

6 4. Conclusão Com base nos resultados obtidos e com os objetivos propostos, o índice de claridade médio mensal, para a cidade de Cuiabá-MT, durante os anos estudados não apresentou valores elevados, sendo o mínimo igual a 0,31 e o máximo próximo a 0,62. As condições de cobertura do céu no período estudado parcialmente nublado, isto é devido ser uma área urbanizada com índices de poluição constantes, assim, por meio da caracterização observa-se grandes números de nuvens e fumaça entre outros poluentes, fazendo com que a intensidade de radiação solar que reflete a superfície seja variável, devido à atenuação sofrida ao atravessar a atmosfera. No ano de 2002 foi observado 79,88% com maior índice Parcialmente Nublado e em 2006 com 54,33% o menor índice de céu Parcialmente Nublado. Referências Bibliográficas ALVARES, C. A.; STAPE, J. L.; SENTELHAS, P. C.; GONÇALVES, J. L. M.; SPAROVEK, G. Köppen s climate classification map for Brazil. Meteorologische Zeitschrift, Zurich, Vol. 22, n. 6, , CUNHA, J. Influência da cobertura do céu nos albedos de uma região de cerrado da baixada cuiabana. Cuiabá, p. Dissertação (Mestrado em Física Ambiental), Departamento de Física, Universidade Federal de Mato Grosso, INÁCIO, Thais. Potencial Solar das Radiações Global, Difusa e Direta Em Botucatu f. Dissertação (Mestrado em Agronomia), Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Botucatu, IBGE, Instituto Brasileiro de Geografia Estatística. Censo Demográfico. Rio de Janeiro, Instituto Nacional de Meteorologia INMET, MARQUES, K.; PEREIRA, T. P.; ASSIS, S. V. Análise do comportamento mensal do Índice de Limpidez. Anais Congressos Brasileiros de Meteorologia, edição XI Rio de Janeiro DALLACORT, R. et al. Análises do comportamento de um actinógrafo bimetálico (R. Fuess-Berlin- Steglitz) em diferentes tipos de cobertura do céu. Acta Scientiarum. Agronomy, v. 26, n. 4, p , EL-METWALLY, M. Simple new methods to estimate global solar radiation based on meteorological data in Egypt. Atmospheric Research, v. 69, n. 3 4, p , NOVAIS, J. W. Z. et al. Variação horária e sazonal da radiação solar incidida e refletida e suas relações com variáveis micrometeorológicas no Pantanal Norte Mato-grossense. Revista Brasileira de Ciências Ambientais (Online), n. 38, p , NOVAIS, J. W. Z., SANTANNA, F. B., ARRUDA, P. H. Z., PEREIRA, O. A., DUTRA, R. Relação entre profundidade óptica de aerossóis e radiação fotossinteticamente ativa e global no cerrado mato-grossense. Revista Estudo e Debate, v.24, n.1, OMETTO, J. C. Bioclimatologia Vegetal. São Paulo: Editora Agronômica Ceres, p WU, G.; LIU, Y.; WANG, T. Methods and strategy for modeling daily global solar radiation with measured meteorological data - A case study in Nanchang station, China. Energy Conversion and Management, v. 48, n. 9, p , VALIATI, M. I. Estimativa da irradiação solar global com diferentes partições para a região de Cascavel Dissertação (Mestrado em engenharia agrícola) Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel,