MODELOS DE ESTIMATIVA DA RADIAÇÃO FOTOSSINTETICAMENTE ATIVA GLOBAL E DIFUSA EM FUNÇÃO DA RADIAÇÃO DE ONDAS CURTAS E DO ÍNDICE DE CLARIDADE (Kt)

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1 MODELOS DE ESTIMATIVA DA RADIAÇÃO FOTOSSINTETICAMENTE ATIVA GLOBAL E DIFUSA EM FUNÇÃO DA RADIAÇÃO DE ONDAS CURTAS E DO ÍNDICE DE CLARIDADE (Kt) Euaro Narini Goms João Francisco Escobo Dpartamnto Rcursos Naturais, Facula Ciências Agronômicas, Univrsia Estaual Paulista, CP 7, CEP 1-7, Botucatu SP, Fon: (xx1) RESUMO O prsnt trabalho aprsnta quaçõs stimativa a raiação fotossintticamnt ativa global ( ) ifusa ( H ) m função as rspctivas raiaçõs global ( ) ifusa ( ) o spctro p solar total, bm como a stimativa a fração PAR ifusa a PAR global ( K ) m função o ínic transmissivia atmosférica ( K ). t A bas aos foi aquiria no príoo 1//1 a 1// na Estação Raiomtria Solar a FCA-UNESP, Botucatu. Foram utilizaos aos aicionais, ifrnts os utilizaos na gração os molos, forma a possibilitar uma valiação aquaa os molos propostos. p H p UNITERMOS: raiação fotossintticamnt ativa global ifusa, transmissivia atmosférica, molos stimativa a raiação solar. GOMES, E.N., ESCOBEDO, J.F MODELS FOR GLOBAL AND DIFFUSE PHOTOSYNTHETICALLY ACTIVE RADIATION IN RELATION TO GLOBAL, DIFFUSE RADIATION AND CLEARNESS INDEX. SUMMARY This work scribs typical corrlations btwn global solar raiation ( ) an its global PAR componnt ( H ), iffus solar raiation ( H ) an its iffus PAR componnt ( ), clarnss inx H p ( ) an th iffus PAR fraction of global PAR ( ). Databas was rcor from Jun 1 st 1 to Sptmbr 1 st at th Solar Raiomtric Station, Botucatu, SP. Aitional ata which ar not part of th mol vlopmnt wr us to valiat ach propos mol. K p KEYWORDS: global an iffus photosynthtically activ raiation, clarnss inx, stimating mols.

2 INTRODUÇÃO Os molos crscimnto plantas rqurm a prcisa stimativa a fotossínts, para isto, a nrgia raiant intrcptaa é um important parâmtro a sr consirao m qualqur algoritmo fotossínts. A raiação fotossintticamnt ativa (PAR) é o trmo gnérico qu fin a nrgia raiant nos limits, a,7 µm o spctro solar (Montith, 17). Sguno Alaos & Alaos- Arbolas (1), o conhcimnto PAR (Photosynthtically Activ Raiation) s faz ncssário m ifrnts aplicaçõs, sno rquria na stimativa a luz intrcptaa para fins molagm fotossínts m comunias plantas simpls complxas. Alvalá & Silva () afirmaram qu a PAR s faz ncssária também na caractrização o crscimnto morfologia plantas, bm como na stimativa comptição avaliação a intração ntr las, aprsntano também stacaa importância na molagm florstas (Hassika & Brbigir 1), m ambint protgio (Frisina t al. ) m molagm cológica (Brock, 11; Silva & Asmus, 1). Em gral, a PAR não é mia rotina nas staçõs mtorológicas, como altrnativa conhcimnto os nívis nrgia sta raiação, vários trabalhos aprsntam quaçõs stimativa a PAR global (rprsntaa pla soma a PAR irta na horizontal com a PAR ifusa) através ivrsos parâmtros qu são mios rotina na maioria as staçõs mtorológicas raiométricas muniais (Mccr, 1; Yocum t al., 1; Britton & Do, 17; Stigtr & Musabilha, 1; Howll t al., 1; Papaioannou t al. 1), alguns sts apontam para a ncssia uma calibração local a rlação ntr a PAR a raiação global, vio a ifrnças climáticas locais. Contuo, pouca atnção tm sio ircionaa às componnts irta ifusa st fluxo raiométrico, vio principalmnt a limitaçõs naturza instrumntal, bm como vio a sua pnência com as coniçõs o tmpo a atmosfra (Karalis, 1), ncssitano também técnicos mais spcializaos qu as miçõs convncionais a PAR global. Dvio a maioria as staçõs mtorológicas xistnts não isporm muitos snsors ao msmo tmpo, ncssitarm stimar componnts qu não pom sr mias rotina, snvolvu-s o ínic, qu rprsnta a fração PAR ifusa K p a PAR global, sno st ínic mprgao no snvolvimnto um molo polinomial para a stimativa com bas nos valors K p a transmissivia atmosférica iária ( ), visano possibilitar a stimativa a componnt PAR ifusa ( H ) através os valors mios p a componnt PAR global ( ). Os objtivos st trabalho são: rlacionar as componnts global ifusa a PAR com as raiação onas curtas na partição iária. Ajustar molos stimativa ntr PAR global raiação global, PAR ifusa raiação ifusa, fração PAR ifusa a PAR global o ínic transmissivia atmosférica valiar os molos propostos. MATERIAL E MÉTODOS A bas aos iária utilizaa nst trabalho é composta por mias irtas inirtas trminaas componnts a raiação solar, monitoraas junho 1 a maio na Estação Raiomtria Solar, UNESP-Campus Botucatu, localizaa na latitu o 51 Sul, longitu o 7 Ost altitu 7 m. O clima local é típico as rgiõs subtropicais o Brasil, com invrno sco vrão úmio, sguno a classificação Köppn é o tipo Cwa. A tmpratura prcipitação pluvial méias anuais são rspctivamnt iguais a,5 o C 15, mm. Na gração valiação os molos propostos, utilizou-s uma bas aos 1 mss o príoo junho 1 a stmbro. Em caa conjunto quatro mss conscutivos, os três primiros mss foram slcionaos utilizaos na gração os

3 molos o mês rstant na valiação. Na busca possívis rros na colta, armaznamnto ou na transfrência os aos, os valors nsia fluxo toas as componnts foram iniviualmnt vrificaos. Os valors ngativos os zros absolutos foram xcluíos As irraiâncias global ( ) PAR global ( ) foram monitoraas através um I piranômtro EPPLEY-PSP (K=,1µV/Wm ) um snsor quântico a LI-COR (K=,µV/Wm ) as irraiâncias irta ( I ) PAR irta na inciência ( I ) por pirliômtro EPPLEY-NIP (K= 7,7µV/Wm ) um pirliômtro com snsor quântico a LI- COR (K= 1,1µV/Wm ), ambos acoplaos a um rastraor solar EPPLEY molo ST-. As irraiâncias irta na horizontal ( I DH ) PAR irta na horizontal foram obtias através a multiplicação as irraiâncias I plo cosno o ângulo znital instantâno, intgraas iariamnt forma a possibilitar a obtnção as mias inirtas a ifusa PAR ifusa plo métoo a ifrnça. No trabalho, as irraiaçõs stão rprsntaas por H, on rprsnta o X intrvalo tmpo ( intgração as irraiâncias) 1 ia X rprsnta caa raiação (G para global, b para irta na inciência, DH para irta na horizontal, para ifusa, para PAR global, bp para PAR irta na inciência, DHp para PAR irta na horizontal, p para PAR ifusa O para a raiação no topo a atmosfra). A irraiação ifusa iária ( ) foi obtia plo métoo a ifrnça ntr as raiaçõs global ( ) irta na horizontal ( H ), ou sja: H = H PAR ifusa ( I G b bp I bp, o msmo ocorrno com a ) pla a ifrnça ntr PAR global ( ) PAR irta na horizontal ( H ), G H H p DH através a xprssão: H. Obtv-s p = H H DHp o ínic transmitivia atmosférica ( ) através a xprssão: Kt = H H. G O A avaliação a prformanc os molos s u através os inicativos statísticos MBE (Man Bias Error), RMSE (Root Man Squar H DH DHp G Error), ínic corrlação (r), Willmott (11). Sguno Willmott (11), somnt o uso o coficint corrlação (r) ou o coficint trminação (r ), conjuntamnt com tsts sobr sua significância statística, são inaquaos na avaliação molos. S por um lao os coficints r r scrvm bm consistnts acréscimos créscimos proporcionais sobr as rspctivas méias uas variávis, por outro lao ls não fazm istinção ntr tipo magnitu possívis covariâncias. O inicativo statístico MBE rprsnta o svio as méias, provê informaçõs quanto a prformanc os molos a longo prazo, informa também quanto a substimativa ou suprstimativa, mas não informa sobr spalhamnto. Uma svantagm st inicativo é qu uma substimativa iniviual anula uma suprstimativa. O grau spalhamnto obtio na corrlação ntr os valors stimaos mios é obsrvávl no inicativo statístico RMSE, já o inicativo statístico inica o quanto a rta ajustaa através os valors stimaos mios s aproxima a rta ial (1:1). O uso conjunto os inicativos statísticos RMSE tm-s monstrao um ínic suprior aquaa significância statística, como afirmao por Willmott (11). Alaos t al.() utiliza o ínic conjuntamnt com o RMSE no tst valiação sus molos raiação solar. 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO As Figuras 1 ilustram a corrlação ntr as componnts H ; H na partição iária, bm como as rtas ajustaas através rgrssão linar simpls ntr pontos mias simultânas ntr toas stas raiaçõs, originano os molos xprssos por: Molo I: =,51* Molo II: H p =,* H H p

4 A Figura mostra a corrlação ntr o ínic transmissivia atmosférica iária ( ) a fração PAR ifusa a PAR global ( ) bm como a curva polinomial ajustaa K p através pontos mias simultânas ntr toas as raiaçõs qu compõ os ínics, originano o molo xprsso por: Molo III: = [ 1,51-(,17* )- K p ( ) 1,* ]. H (MJ/m ia) H G (MJ/m ia) Figura 1-Corrlação ntr rta ajustaa através rgrssão linar simpls. H p (MJ/m ia) 1 H (MJ/m ia) Figura -Corrlação ntr rta ajustaa através rgrssão linar simpls. H H p 5

5 1, K p 1,,,,,,,,1,,,,5,,7,, K t Figura -Corrlação ntr K curva polinomial ajustaa. p K p A valiação os molos iários através os inicativos statísticos MBE, RMSE, r Willmott os molo I, II III stá xprssa no Quaro 1: Quaro 1. Coficint angular inicativos statísticos corrlação. MBE (%) RMSE (%) r (Willmott) Molo I -1,17 7,5,717, Molo II -,7 17,57,7,7 Molo III,7 1,5715,7, Os Molos I II aprsntaram valors ngativos para MBE(%), inicano substimativa os valors as rspctivas irraiaçõs H, nquanto qu o Molo p III aprsntou valor positivo ou suprstimativa o ínic K. Em trmos prcntuais absolutos p MBE, o Molo qu obtv mlhor smpnho foi o III, msmo com um valor intrmiário ntr os mais para o ínic corrlação (rii =,7). O Molo I aprsntou smpnho intrmiário aos mais quanto a MBE, nquanto qu o pior smpnho foi obtio plo Molo II, sno st comportamnto sprao, pois o Molo II foi ajustao através valors raiação ifusa o spctro visívl total, qu é pnnt a concntração variávl moléculas suspnsas na atmosfra partículas (arossóis), as quais promovm o spalhamnto ou ifusão os banas o spctro a raiação, justificano assim o maior spalhamnto os pontos ao ror a rta ajustaa na corrlação qu as mais corrlaçõs (qu graram os Molos I III), fato st comprovao através o mais baixo toos valors obtios para o ínic corrlação (r III =,7).

6 H mio (MJ/m ia) : H stimao (MJ/m ia) FREQUÊNCIA DE OCORRÊNCIA Dsvio(%) H p mio (MJ/m ia) H p stimao (MJ/m ia) 1:1 FREQUÊNCIA DE OCORRÊNCIA Dsvio(%) K p mio 1, 1:1 1,,,,,,,,,,, K p stimao 1, 1, FREQUÊNCIA DE OCORRÊNCIA Dsvio(%) Figura. Valiação os Molos I, II III rspctiva frquência ocorrência svios. Os molos II III aprsntam um smpnho infrior, com um pouco mais unias prcntuais a mais para RMSE (%) m torno, unias a mnos para o ínic. Tal comportamnto ocorr provavlmnt vio ao fato as variávis pnnts os molo II III inpnnt o molo II srm rprsntaas pla fração 7

7 ifusa o spctro visívl total, como já mncionao antriormnt. As corrlaçõs obtias ntr os valors stimaos através os molos I, II III mios as rspctivas componnts H,, ínic K p, bm como a rta ial 1:1 (com 5 inclinação) stão xprssos na Figura. A figura também aprsnta a rspctiva frqüência ocorrência svios para caa um os molos. A Figura mostra qu o mnor spalhamnto os pontos ao ror a rta ial (1:1) foi obtia na corrlação ntr os valors stimaos mios, nquanto qu as H p mais corrlaçõs aprsntaram um maior spalhamnto, stano acoro com os rsultaos obtios plo inicativo statístico RMSE. Os parâmtros statísticos (coficint angular ínic corrlação) obtios nas corrlaçõs ntr Molo I H, Molo II H p Molo III K stão xprssos no Quaro. Quaro. Coficint angular (b) inicativos statísticos corrlação ntr Molo I, Molo II p Molo III. K p Corrlação b r Molo I H Molo II H p Molo III K p H p n obsrvaçõs 1,7, 7 1,5,777 7,,717 7 O Quaro mostra valors próximos 1 para os coficints angulars. Os valors acima 1, obtios para o coficint angular a rta ajustaa ntr Molo I Molo II H p inicam qu sts molos stão substimano os valors as rspctivas irraiaçõs H, nquanto qu o valor p abaixo 1, obtio para o coficint angular a rta ajustaa ntr o Molo III inica a suprstimativa os valors K p K p, fnômno st já constatao plo inicativo statístico MBE. A corrlação qu aprsntou o pior ínic corrlação foi ntr Molo III (riii=,717), ao msmo tmpo qu o Molo III aprsntaram uma frquência K p H p K p ocorrência svios prcntuais mais sjávl, com istribuição frquência tnno a normal, com o gran montant as obsrvaçõs aprsntano svio prcntual zro. CONCLUSÕES: Po-s stimar com consirávl prcisão as componnts m função as rspctivas componnts H H, através G molos linars, bm como a fração K m função através molo polinomial sguno grau. Os molos propostos tivram um bom smpnho nos inicativos statísticos. Quanto a MBE, os molos I III obtivram valors prcntuais absolutos mnors qu 1,%, nquanto qu o Molo II aprsntou rsultao ligiramnt pior, na orm 5,5 unias prcntuais a mais. Os valors para RMSE obtios plos molos I II foram infriors a 17,%, nquanto qu o molo III foram mais lvaos, na orm 1,%, vio ao maior spalhamnto ocorrio. O molo I smpnhou-s mlhor quanto a RMSE(%), com,5 unias prcntuais a mnos qu o Molo II 11, unias prcntuais a mnos qu o Molo III. Os valors obtios para foram lvaos próximos 1, o uso conjunto st inicativo com o RMSE(%) prmitiu uma anális mais prcisa a prformanc os molos propostos, através sts valors, o molo I obtv o mlhor smpnho, sno sguio o molo II III. p

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