Palavras-chave micrometeorologia, fluxos superficiais, turbulência. 1. INTRODUÇÃO:

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1 Medições de fluxos de energia e grandezas médias no lago de, PR e Paraguai Cristhiane Michiko Passos Okawa 1 Pedro Nazareno 2 Nelson Luís da Costa s 3 Akemi Kan 4 Abstract This work part of SIMEPAR s MESOLIT project (Mesoscale studies for lake) and supported by ITAIPU BINACIONAL. Portable meteorological 2.-m tower has been used for the measurement of turbulence and mean variables during daytime on the right shore of lake in Paraguai. The continuously operating station for solar and atmospheric radiation was installed on the right side at a water intake on the brazilian shore, inside to Biological Reserve of the dam. Energy fluxes, albedo and roughness were determined from the data collected. Palavras-chave micrometeorologia, fluxos superficiais, turbulência. 1. INTRODUÇÃO: As medições dos fluxos turbulentos e dos diversos componentes do balanço de energia são de grande importância para aferição dos modelos regionais e definição de parâmetros usados nos mesmos, como, por exemplo, rugosidade, além de proporcionarem por si próprias informações valiosas sobre as interações do tipo de superfície com a camada-limite atmosférica. Este trabalho consiste no monitoramento durante seis dias, somente no período diurno, de grandezas turbulentas e médias, com o objetivo de determinar os fluxos de energia. A obtenção do albedo e da rugosidade da superfície usando os dados obtidos na torre de 6, m de altura está descrita em s et al (1998b). O contexto do projeto MESOLIT (Estudos de mesoescala para o lago de ), onde este trabalho está inserido, encontra-se melhor explanado em s et al (1998a). 2. DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO E VARIÁVEIS MEDIDAS: O experimento intensivo de campo (EXINC-1) foi realizado de 12 a 2 de dezembro de 1997, em Foz do Iguaçu, região oeste do Paraná. Este experimento consta de diversos locais de medição em terra e às margens do lago de. A parte do experimento que trata das medições sobre uma cultura de soja em uma fazenda é descrita em Okawa et al (1998). Neste artigo será descrita apenas a parte do experimento que trata das medições de fluxos de energias e grandezas médias no lago de, composta por dois locais de medição. O primeiro situado na margem direita do lago, do lado paraguaio, recebendo o vento que vem do lago. Neste local, foi usada uma torre portátil de 2, m de altura para medição, durante o dia, de flutuação das seguintes variáveis: velocidade vertical do vento, temperatura do ar e densidade de vapor d água. Foram medidas ainda a velocidade horizontal e direção do vento e a temperatura e umidade relativa do ar. Devido a um erro nas conexões dos terminais do sensor de medição da flutuação da densidade de vapor d água (higrômetro de criptônio), os dados deste sensor não foram corretamente adquiridos. Por este motivo, consideramos necessário realizar uma campanha complementar de medição em janeiro de 1998, denominada EXINC-2. Durante o EXINC-2, o higrômetro de criptônio funcionou corretamente e foi possível medir diretamente o fluxo de vapor d água do lago. 1 SIMEPAR, Caixa Postal 318, Curitiba PR 81-97, tel: ; fax: ; cris@simepar.br 2 SIMEPAR, Caixa Postal 318, Curitiba PR 81-97, tel: ; fax: ; pedro@simepar.bar 3 SIMEPAR, Caixa Postal 318, Curitiba PR 81-97, tel: ; fax: ; nldias@simepar.br 4 SIMEPAR, Caixa Postal 318, Curitiba PR 81-97, tel: ; fax: ; akemi@simepar.br 1

2 O outro local situa-se na tomada d água de FURNAS/SANEPAR do lado brasileiro, próximo ao Refúgio Biológico da usina de, na margem esquerda do lago. Uma estação de medição contínua de radiação foi instalada, além da medição da temperatura da superfície da água. As variáveis medidas, os sensores utilizados e os fabricantes são descritos em s et al (1998a), bem como a figura que mostra a estação de medição de radiação na tomada d água. A Figura 1 mostra a torre de 2, m usada no experimento na margem direita do lago no lado paraguaio. 3. RESULTADOS OBTIDOS E ANÁLISES: Figura 1: Torre de 2, m de altura A Figura 2 mostra a radiação solar incidente, refletida e líquida medidas na tomada d água. Os dias 17, 18 e 19 de dezembro foram de uma limpidez excepcional de céu sobre o lago, conforme se pode observar nos registros de radiação solar e líquida, que não indicam nenhuma passagem de nuvens. Nos dias 2 e 21, o piranômetro que media radiação solar incidente na tomada d água falhou. A Figura 3 mostra que a temperatura no lago é praticamente constante ao longo do tempo, com variações quase instantâneas de aproximadamente 2 graus Celsius, provavelmente devido ao funcionamento das turbinas da Usina de, da abertura das comportas dos vertedores ou da entrada em funcionamento das bombas da tomada d água, ocasionando mudanças na circulação da água no reservatório. A informação mais importante desta figura é a constância da temperatura da água da superfície com o tempo, na escala de vários dias. A Figura 4 mostra temperaturas e umidades específicas medidas na torre de 2, m na margem direita do lago e na estação meteorológica do SIMEPAR (Usina de ), localizada a cerca de 1 km da torre de 2, m, nos períodos em que houve medições concomitantes. As temperaturas medidas são essencialmente iguais nas duas estações e as umidades específicas do lago são superiores às da estação da Usina de. A Figura mostra a evolução temporal da velocidade e direção do vento na torre de 2, m no lago e na estação da Usina de. É preciso notar que o vento na estação meteorológica é medido a 1 m de altura e no lago, a 2,2 m. Nota-se claramente que as velocidades de vento no lago são muito maiores que aquelas medidas na estação meteorológica, provavelmente devido ao efeito da vegetação alta em torno da estação. Isto mostra que, embora os dados de temperatura e umidade da estação meteorológica possam ser considerados razoavelmente representarivos, o mesmo não ocorre com o vento. Existe uma razoável concordância nas direções de vento medidas. 2

3 Radiacao Liquida (W/m2) Radiacao Liquida -2 12/1213/1214/121/1216/1217/1218/1219/122/1221/12 RS refletida (W/m2) 1 14 RS refletida /1213/1214/121/1216/1217/1218/1219/122/1221/ RS incidente /1213/1214/121/1216/1217/1218/1219/122/1221/12 RS incidente (W/m2) Figura 2: Radiação solar incidente, solar refletida e radiação líquida na tomada d água Temperatura da superficie da agua (C) 4 Temp. da sup. da agua /1213/1214/121/1216/1217/1218/1219/122/1221/12 Figura 3: Temperatura da superfície da água na tomada d água 3

4 Umidade especificia (g/kg) Temperatura (C) /1213/1214/121/1216/1217/1218/1219/122/1221/12 12/1213/1214/121/1216/1217/1218/1219/122/1221/12 Figura 4: Temperatura do ar e umidade específica na torre de 2, m e Usina de Velocidade do vento (m/s) /1213/1214/121/1216/1217/1218/1219/122/1221/12 Direcado do vento (graus) /1213/1214/121/1216/1217/1218/1219/122/1221/12 Figura : Velocidade e direção do vento nas estações da Usina de e durante o EXINC-1 Fluxos de calor (W/m2) Rl H LE D -2 12/1213/1214/121/1216/1217/1218/1219/122/1221/12 Figura 6: Fluxos superficiais no lago No lago de, se considerarmos uma camada muito fina de água próximo à superfície, G pode ser interpretado como o fluxo de calor responsável pela variação da entalpia armazenada nas águas do lago. O cálculo das taxas de variação de entalpia da água do lago pode ser feito a partir do conhecimento de perfis de temperatura e da curva cota-área, mas apenas na escala temporal de semanas ou meses (s e Reis, 1996). Entretanto, cálculos aproximados com os perfis de temperatura disponíveis indicam que G pode variar de 68 a 12 W/m 2, com um valor médio de 8 W/m 2. A Figura 6 mostra a progressão temporal de R l (radiação líquida medida na tomada d água), H (fluxo de calor sensível, medido na torre de 2, m) e LE (fluxo de calor latente, estimado a partir da 4

5 equação de balanço de energia admitindo G = 8 W/m 2 ), nos dias e intervalos de 1 minutos em que houve medições com o vento soprando do lago para a terra. Na figura, G é representado pela letra D. 4. CONCLUSÕES: Os dados medidos durante o EXINC-1 permitiram calcular o balanço de energia da superfície da água. Foi verificado que a estação meteorológica da Usina de fornece bons valores de temperatura e umidade do ar, mas que seus dados de vento são precários quando comparados com ventos medidos diretamente na margem esquerda do lago. Naturalmente, esta informação é estritamente válida apenas para os horários e dias de medições simultâneas. É recomendável procurar aumentar a base de dados observacionais de medidas simultâneas de temperatura do ar, umidade do ar, velocidade e direção do vento no lago e na estação meteorológica da Usina de.. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: s, N.L., Okawa, C.M.P., Grodzki, L., Araújo, A.A.M., Kan, A., Nazareno, P., Rocha, L.S., Sanchez, S.D. (1998a) Os experimentos intensivos de campo dos estudos de mesoescala para o lago de (EXINC/MESOLIT). In: X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Brasília, Anais. s, N.L., Rocha, L.S., Okawa, C.M.P. e Sanchez, S.D. (1998b) Determinação de albedos, rugosidades e razões de Bowen na região do reservatório de, PR. In: X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Brasília, Anais. s, N. L., Reis, R. J. (1996) Os fundamentos físicos do balanço de entalpia em lagos, Relatório técnico 4/96, SIMEPAR, Curitiba, Brasil. Okawa, C.M.P., Grodzki, L., s, N.L. e Araújo, A.A.M. (1998) Medições de fluxos de energia com métodos tradicionais e alternativos sobre uma cultura de soja em Santa Therezinha do, PR. In: X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Brasília, Anais.