ANÁLISE DO BALANÇO DE ENERGIA EM ÁREAS DE FLORESTA E DE PASTAGEM NA AMAZÔNIA

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1 ANÁLISE DO BALANÇO DE ENERGIA EM ÁREAS DE FLORESTA E DE PASTAGEM NA AMAZÔNIA Abstract José Alexandre da Costa Galvão Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos - CPTEC Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE Rodovia Presidente Dutra, Km , Cachoeira Paulista, SP alex@cptec.inpe.br Gilberto Fisch Centro Técnico Aeroespacial (CTA/IAE/ACA) , São José dos Campos, SP gfisch@aca.iae.cta.br Micrometeorological observations from the Anglo-Brazilian Climate Observation Study (ABRACOS), have been used to study the behavior of the surface energy balance on Amazonian tropical forest and pasture. Mean hourly observations are calculated for two 1-day periods, one in the end wet season and one at the start of the dry season. The results present evidence that during wet and dry periods the Amazon forest use much greater part of energy to evaporation and less to heat the air. While the pasture tranfer energy to atmosphere likely by latent heat flux and sensible heat flux during dry season and predominat by latent heat flux during wet season. Key-words: energy partition, forest, pasture, Amazônia. 1. Introdução A Amazônica é recolhecida, amplamente, como importante fonte de energia e umidade para os processos que ocorrem na atmosfera tropical. Vários estudos tem sido realizados para melhor entender a interação entre o solo, a vegetação e a atmosfera. Dentre esses estudos, podemos citar, por exemplo, os trabalhos realizados por Sá et al.(1988), Wright et al. (1992) e Bastable et al.(1993) sobre o balanço de energia em áreas de floresta densa e de pastagens, em decorrência das crescentes taxas de desmatamento na Amazônia. O estudo do balanço de energia na superfície é de fundamental importância para avaliação do impacto do desmatamento da Amazônia. Um dos objetivos do Anglo-Brazilian Amazonian Climate Observation Study (ABRACOS, Shuttleworth et al.,1991 e Gash et al., 1996) é a de fornecer dados micrometeorológicos comparativos de áreas adjacentes de floresta e de pastagem. O objetivo deste trabalho é o de analisar o comportamento das componentes do balanço de energia de áreas de floresta e de pastagem, na região de Ji-Paraná, para o final do período chuvoso e início do período seco, durante o ano de Dados e Metodologia No desenvolvimento deste trabalho, foram utilizados os dados registrados por Estações Meteorológicas Automáticas (EMAs) e equipamentos de correlação de vórtices turbulentos (HYDRA), descritos mais detalhadamente por Culf et al.(1996) e por Wright et al.(1992), instaladas em dois sítios experimentais do Projeto ABRACOS: uma na área de floresta da Reserva Biológica do Rio Jarú, situada a 1 5 S, W, a 12 m acima do nível do mar, distante 8 km a nordeste da cidade de Ji-Paraná e outra na área de pastagem que é uma fazenda de pecuária (Fazenda Nossa Senhora da Aparecida) localizada a 1 45 S, W, a 22 m acima do nível médio do mar, cerca de 15 km da

2 cidade de Ouro Preto D Oeste (RO), onde a vegetação natural (floresta) foi totalmente substituída por gramínea (brachiaria brizatha). Para a análise do balanço de energia em ambos os sítios experimentais, calculou-se médias horárias das componentes do balanço de energia (saldo de radiação (Rn), radiação solar global (Rg), fluxo de calor no solo (G), energia armazenada pela biomassa (S), fluxo de calor sensível (H) e calor latente (LE), albedo (α) e razão de Bowen (β)) para um período de 1 dias representativos da estação chuvosa (de 4 a 13 de abril de 1993) e da estação seca (de 17 a 26 de julho de 1993) na região sudoeste da Amazônia. 3. Resultados e Discussão 3.1 Período chuvoso As Figuras 1a e 1b apresentam a variação média horária das componentes do balanço de energia durante o período chuvoso. Neste período o total de precipitação acumulada foi de 68,1 mm na floresta e de 94,4 mm na pastagem. Nota-se que os máximos valores de radiação solar incidente ocorre às 12 HL () na área de floresta e às 11 HL na pastagem, com valores superiores a 65 W.m - 2. Esta defasagem no horário médio de ocorrência de máxima intensidade da radiação solar incidente pode estar associado a uma maior quantidade de nebulosidade no período da manhã na floresta do que a pastagem. No período da tarde aumenta a nebulosidade na área de pastagem, ocasionando uma queda brusca na radiação solar incidente entre 11 e 14 HL, elevando-se novamente até as 15 HL para em seguida decair no final da tarde. Esta variação brusca ocorre a partir de 14 HL na floresta devido também a presença de nebulosidade e ocorrência de precipitação. O saldo de radiação atinge valores superiores a 47 W.m -2 em ambos os sítios acompanhando as variações da radiação solar incidente. Este mesmo comportamento também ocorre com os fluxos de calor latente, chegando a valores em torno de 34 W.m -2, e calor sensível com cerca de 11 W.m -2, nos dois sítios experimentais. A energia armazenada pela biomassa possui uma contribuição significativa nas primeiras horas da manhã (entre 8 e 1 HL): nestes horários atinge valores de até 56 W.m -2. Entretanto, na área de floresta, o fluxo de calor latente é superior ao saldo de radiação entre 15 e 18 HL, o que sugere que a energia disponível acima do dossel é utilizada para evaporação da água das chuvas nestes horários. A Figura 1c mostra a variação diurna do albedo médio horário nas áreas experimentais, calculadas a partir da razão entre o valor médio horário da radiação solar refletida e da radiação solar incidente. No entanto, devido a ausência de medidas de radiação solar refletida em sete dias consecutivos na área de pastagem, determinou-se o albedo médio diurno somente dos três últimos dias do período chuvoso. Nota-se que os maiores valores do albedo ocorreram nas primeiras horas da manhã e no final da tarde devido a dependência com o ângulo zenital, o qual é melhor verificada na pastagem. Na média o albedo durante o período chuvoso na floresta foi,12 e na pastagem,21. Culf et al.(1995) estudando a variação média mensal do albedo diário nos três sítios de floresta do Projeto ABRACOS de outubro de 199 a agosto de 1993, observaram que há uma variação sazonal bem definida que não são devidas aos efeitos de mudanças no ângulo de elevação solar ou as variações de nebulosidade, mas estão fortemente correlacionados com a umidade no solo. A variação diurna da razão de Bowen (β=h/le) nas áreas de floresta e de pastagem é ilustrada na Figura 1d. Na evolução diurna da razão de Bowen, o sítio de pastagem apresenta um comportamento quase que constante ao longo do dia, com pequenas oscilações (entre,4 a,3) pela manhã. Porém, o sítio de floresta mostra um comportamento diferente: elevando-se no início da manhã até atingir seu máximo valor às 12 HL para em seguida decrescer até o final da tarde. Na pastagem este decréscimo ocorre a partir das 16 HL Período seco

3 As Figuras 2a e 2b mostram a variação média horária das componentes do balanço de energia durante o período seco. Neste período não houve registro de precipitação. Nota-se que os máximos valores de radiação solar global incidente ocorre às 13 HL em ambos os sítios experimentais, apresentando o valor máximo da floresta (827 W.m -2 ) superior ao da pastagem (73 W.m -2 ). Esta diferença pode estar associada a uma quantidade maior de aerossóis presente na área de pastagem e regiões vizinhas provenientes de queimadas, o qual é muito comum nesta época do ano (estação seca na região). Neste mesmo horário o saldo de radiação também é máximo na floresta (589 W.m -2 ) e na pastagem (455 W.m -2 ), acompanhados dos fluxos de calor latente e sensível apresentando máximos de 397 W.m -2 e 15 W.m -2 na floresta e de 253 W.m -2 e 241 W.m -2 na pastagem, respectivamente. A energia armazenada na biomassa apresenta uma contribuição significativa nas primeiras horas da manhã (entre 7 e 9 HL) atingindo valores de até 93 W.m -2. A Figura 2c mostra a variação diurna do albedo médio horário nas duas áreas experimentais. Nota-se que os maiores valores do albedo ocorrem nas primeiras horas da manhã e no final da tarde em função do ângulo zenital, sendo mais pronunciado na pastagem. O albedo média diário do período foi,22 na pastagem e,15 na floresta. Essa diferença de,7, o qual representa uma diferença de 46,6% entre os sítios, demostra que o tipo de superfície e a disponibilidade de água armazenada no solo para dias sem nebulosidade são importantes na taxa de refletividade da radiação solar global. Verificando o comportamento médio horário da razão de Bowen na área de floresta (Figura 2d), notou-se a predominância do fluxo de calor latente em todos os horários. A evolução diurna mostra o aumento da razão de Bowen pela manhã em ambos os sítios, com valor máximo ocorrendo inicialmente na área de pastagem (12 HL) e na floresta no período da tarde (14 HL). Tais valores acompanham o comportamento do fluxo de calor sensível que atinge seus máximos nestes mesmos horários, para em seguida decrescer até o final da tarde Comparação chuvoso x seco A seguir, será realizada uma comparação entre a partição da energia entre as áreas de floresta e pastagem para os períodos chuvoso e seco. Em ambas as áreas, ocorreu um aumento na quantidade de radiação solar incidente do período chuvoso para o período seco, devido à menor cobertura de nuvens. Esta diferença, que no caso da floresta variou de 31% (de 15,5 MJ.m -2.dia -1 para 2,3 MJ.m -2.dia -1 ) e na pastagem foi de 19% (de 16,3 MJ.m -2.dia -1 para 19,4 MJ.m -2.dia -1 ), provocou diferentes partições de energia nas áreas de floresta e de pastagem. Para a floresta, houve um aumento no saldo de radiação (24% correspondente 2,8 MJ.m -2.dia -1 ) e que foi balanceado por um aumento no fluxo de calor sensível (25% equivalente a,5 MJ.m -2.dia -1 ), uma inversão no fluxo de calor conduzido ao solo (variação de,5 MJ.m -2.dia -1 ) e um decréscimo no fluxo de calor latente (11% correspondente 1, MJ.m -2.dia -1 ). Na área de pastagem houve um aumento no saldo de radiação (1% representando 1,1 MJ.m -2.dia -1 ), um aumento no fluxo de calor sensível, mais que o dobro que computado no período chuvoso (122% equivalente a 2,8 MJ.m -2.dia -1 ), e um decréscimo significativo no fluxo de calor conduzido ao solo (5% representando,2 MJ.m -2.dia -1 ) e no fluxo de calor latente (7% correspondente a,5 MJ.m -2.dia -1 ). A razão de Bowen média foi quase que constante na área de floresta (variou de,17 durante o período chuvoso para,19 no período seco), ao passo que na área de pastagem apresentou um aumento significativo de,3 no período chuvoso para,61 no período seco. 4 - Conclusão Estes resultados indicam que durante um período chuvoso a devolução de energia para a atmosfera é realizada predominantemente pelo fluxo de calor latente, cuja fração do saldo de radiação (LE/Rn) utilizada foi,8 na floresta e,65 da pastagem e uma pequena parte (H/Rn) é utilizada para o aquecimento da atmosfera, o correspondente a,16 na floresta e,2 na pastagem. Durante um período seco, a devolução de energia para a atmosfera é ainda realizada predominantemente pelo fluxo de calor latente no sítio de floresta, cuja fração do saldo de radiação (LE/Rn) foi de,58 e uma menor

4 parte (H/Rn),17 é utilizada para o aquecimento da atmosfera. Porém, na pastagem essa devolução de energia ocorre de modo eqüitativo pelos fluxos de calor latente e sensível, cuja fração do saldo de radiação (LE/Rn) foi de,55 e para aquecer o ar (H/Rn) foi,42. Como isso, verifica-se na partição dos fluxos que a floresta utiliza uma maior quantidade de energia para evaporar e uma pequena quantidade para aquecer o ar em ambos os período estudados, enquanto que na pastagem a transferência de energia para a atmosfera dá-se de ambos os modos pelos fluxos de calor latente e calor sensível no período seco e predominantemente pelo fluxo de calor latente durante o período chuvoso. 5 - Referências Bibliográficas Bastable, H. G.; Shuttleworth, W. J.; Dallarosa, Fisch, G.; Nobre, C. A. Observation of climate, albedo and surface radiation over cleared and undisturbed Amazonian forest. International Journal Climatological, 13, , Culf, A.; Esteves, J. L.; Marques Filho, A. O.; Rocha, H. R. Radiation, temperature and humidity over forest and pasture Amazonian. In: Amazonian Deforestation and Climate. Ed.: Gash, J. H.; Nobre, C. A.; Roberts, J. M. and Victoria, R. L.. Chichester, J. Willey & Sons, p Culf, A. D.; Fisch, G. ; Hodnett, M.H. The albedo of Amazonian forest and ranchland. Journal of Climate, 8(6): , May Gash, J. H.; Nobre, C. A.; Roberts, J. M and Victoria, R. L. Amazonian Deforestation and Climate. Chichester, J. Willey & Sons, Sá, L. D. A.; Viswadnadhan, Y.; Manzi, A. O. Energy flux partitioning over the Amazon forest. Theoretical and Applied Climatology, 39 (1):1-16, Shuttleworth, W. J.; Gash, J. H. C.; Roberts, J. M.; Nobre, C. A.; Molion, L. C. B.; Ribeiro, M. G. Post-deforestation Amazonian climate: Anglo-Brazilian research to improve predictions. Journal of Hydrology, 129:71-85, 1991 Wrigth, I. R.; Gash, J. H. C.; Rocha, H. R.; Shuttleworth, W. J.; Nobre, C. A.; Maitelli, G. T. M.; Zamparoni, C. A. G. P.; Carvalho, P. R. A. Dry season micrometeorology of Central Amazonian ranchland. Quartely Journal of Royal Meteorological Society, 118 (58): , Oct

5 Rg Rn LE H G*1 B (a) Rg Rn LE H G (b) Albedo,3,28,26,24,22,2,18,16,14,12,1 (c) Razão de Bowen 1,8,6,4,2 -,2 -,4 (d) Fig.1-Variação média horária das componentes do balanço de energia nos sítios de (a) e (b) e do albedo (c) e razão de Bowen (d) durante o período chuvoso Rg Rn LE H G*1 B (a) (b) Rg Rn LE H G Albedo,3,28,26,24,22,2,18,16,14,12,1 (c) Razão de Bowen 1,8,6,4,2 -,2 -,4 (d) Fig.2-Variação média horária das componentes do balanço de energia nos sítios de (a) e (b) e do albedo (c) e razão de Bowen (d) durante o período seco