OS EXPERIMENTOS INTENSIVOS DE CAMPO DOS ESTUDOS DE MESOESCALA PARA O LAGO DE ITAIPU (EXINC/MESOLIT)

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1 OS EXPERIMENTOS INTENSIVOS DE CAMPO DOS ESTUDOS DE MESOESCALA PARA O LAGO DE ITAIPU (EXINC/MESOLIT) Nelson L Dias 1,3, Cristhiane M. P. Okawa 1, Leocádio Grodzki 2, Afonso A M Araújo 3, Akemi Kan 1, Pedro Nazareno 1, Leonardo S Rocha 1, Sandro S Sanchez SIMEPAR, Caixa Postal 318 Curitiba PR IAPAR, Caixa Postal 2301, Curitiba PR UFPR, Setor de Tecnologia, Centro Politécnico, Curitiba PR ABSTRACT The micrometeorological experiments carried out by SIMEPAR with the support of IAPAR and ITAIPU BINACIONAL, in the context of the Project Mesoscale Studies for Lake Itaipu (MESOLIT), are described. Two telemetric meteorological stations measured mean quantities continuously on an hourly timescale, on both sides of the lake. Three experimental sites were deployed during December, 1997 (Intensive Experiment 1, EXINC-1) and January, 1998 (EXINC-2). At those sites there were measurements of incoming and reflected solar radiation, net radiation, ground heat flux and turbulent latent and sensible heat fluxes, depending on the surface type (crop or water). The results allowed the assessment of using data from the telemetric stations as surrogates for the experimental sites, and the calculation of surface fluxes, albedos and roughnesses. 1 INTRODUÇÃO A região oeste do Estado do Paraná possui grande importância econômica devido ao turismo, à geração de energia hidrelétrica e à atividade agrícola. Ao mesmo tempo, ela é o palco de transformações no uso do solo e eventos severos como os vendavais de 13/06/97, que destruiu a localidade de Laranjeiras do Sul, 04/09/97, que provocou o desabamento de um ginásio em Ciudad del Este, e 02/11/97 e 06/04/98, que provocaram a derrubada de torres de transmissão de Furnas que ligam Itaipu ao Sul-Sudeste. A cobertura vegetal foi profundamente alterada com o avanço da fronteira agrícola: segundo Barembuem et al (1982), entre 1963 e 1973 a cobertura florestal do Paraná foi reduzida em 60,93%, e atualmente ela corresponde a apenas 10% da área original. Hoje em dia, a cultura predominante no oeste paranaense é a soja. A grande mancha de mata nativa remanescente, o Parque Nacional do Iguaçu, ocupa 12,8% da área entre os rios Iguaçu e Piquiri, a Oeste da cidade de Cascavel. Figura 1. Localização do experimento Existem evidências estatísticas de modificações nos regimes de temperatura, umidade, vento e evaporação (presumivelmente em tanque classe A) em algumas estações meteorológicas da região (Grimm, 1988); já Stivari e Oliveira (1996) não detectaram alterações em séries anuais de umidade relativa, totais de precipitação e de evaporação: eles comentam ainda a inexistência de medições

2 micrometeorológicas na região que permitiriam uma análise mais detalhada da interação do lago de Itaipu com a atmosfera e seus efeitos sobre o clima da região. Com o objetivo de suprir a necessidade de dados observacionais para a região, diversas iniciativas têm sido tomadas pelo SIMEPAR, com o apoio de ITAIPU BINACIONAL: a instalação de uma rede localmente mais densa de estações meteorológicas telemétricas de superfície, incluindo a instalação dentro do perímetro da Usina Hidrelétrica de Itaipu, na margem direita (Paraguai) de uma estação co-locada com uma estação convencional operada pelo Departamento Medio Ambiente Biofísico; e a realização de estudos micrometeorológicos sobre uma cultura de soja e nas margens do lago, em dezembro de 1997 e janeiro de Em paralelo, estão sendo realizados esforços de calibração de esquemas de transferência solo-vegetação-atmosfera (Gobbi et al, 1998), e modelagem de mesoescala (Araújo e Gobbi, 1998). O conjunto de atividades relacionadas ao monitoramento meteorológico contínuo, campanhas micrometerológicas e estudos com modelos denomina-se MESOLIT (Estudos de Mesoescala para o Lago de Itaipu) no SIMEPAR. Uma visão geral do projeto MESOLIT, a instalação das estações telemétricas mais próximas de Foz do Iguaçu e os Experimentos Intensivos de Campo (EXINC-1 e 2) já realizados são descritos a seguir. Resultados específicos dos experimentos sobre uma cultura de soja são descritos em Okawa et al (1998a); resultados das medições sobre o lago em Okawa et al (1998b) e estimativas de albedo e rugosidade em Dias et al (1998). 2 OBJETIVOS DO ESTUDO A vertente experimental do MESOLIT tem por objetivo promover o monitoramento contínuo de grandezas meteorológicas médias horárias na região, na margem direita (Paraguai) do lago a sotavento (corrente abaixo) do lago, e na margem esquerda (Brasil), a barlavento do lago, e realizar experimentos micrometeorológicos intensivos. O vento reinante na região é de Nordeste. O acompanhamento contínuo é extremamente importante como pano de fundo para esforços micrometeorológicos mais intensos, como mostram Culf et al (1996) no caso do ABRACOS, e Shewchuk (1997) em BOREAS. Os experimentos intensivos de campo foram dimensionados de forma que pudessem ser realizados com os recursos humanos e materiais disponíveis no SIMEPAR. As medições não são completas no sentido dos experimentos clássicos de meteorologia da camada-limite, uma vez que não foram utilizados sensoriamento remoto, aeronaves nem radiossondagens de alta resolução. Alternativamente, procurou-se concentrar esforços em medições em dois sítios experimentais, um representativo da superfície de soja e outro da superfície do lago, onde se pudesse obter: os fluxos de calor latente e sensível e de calor no solo, a radiação líquida, o comporamento diuturno das grandezas meteorológicas médias e os albedos. Figura 2: Estação de medição de radiação na tomada d água de Furnas/Sanepar (esquerda) e torre micrometeorológica sobre uma cultura de soja em Santa Terezinha do Itaipu.

3 3 MÉTODOS 3.1 Locais de medição A figura 1 mostra a região do reservatório de Itaipu nas proximidades de Itaipu. As estações telemétricas utilizadas são Itaipu (IT: , S, O, 230m) e São Miguel do Iguaçu (SM: , S, O, 307m). Os códigos indicados são os da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), para as estações convencionais previamente existentes nos mesmos locais. A estação de Itaipu fica localizada próxima ao aeroporto, sobre um gramado, a cerca de 1 km das margens do lago. A estação de São Miguel do Iguaçu está instalada dentro de uma fazenda, em um ponto relativamente alto. A cultura predominante em redor da estação é alfafa, e dentro da estação o solo é gramado. O EXINC-1 envolveu 3 locais de medição: Santa Theresinha do Itaipu (25 20 S, O, 285 m), dentro de uma região extensamente coberta com soja, numa escala de vários quilômetros, com um relevo levemente ondulado, onde se montou uma torre fixa de 6 m e uma torre portátil de 2 m; a tomada d água de FURNAS/SANEPAR, no refúgio biológico da Usina de Itaipu na margem esquerda (25 27 S, O, 230 m), onde se realizaram medições de radiação solar e líquida sobre a água, e a margem direita do reservatório, na cabeceira do aeroporto, sobre um gramado, onde se utilizou uma torre portátil de 2 m. Tabela 1: Variáveis medidas durante os EXINC-1 e 2. Variável Símbolo Modelo Fabricante Locais de medição Fluxo de calor no solo G HFT3 CSI T6M Radiação líquida R l Q7.1 REBS T6M, TAG Radiação solar incidente e refletida R si,r sr LI200X Li-Cor T6M,TAG Temperatura da superfície da água T 0 107B CSI TAG Temperatura do ar e umidade relativa T a, y HMP35C VA T6M idem idem Sutron T2L Velocidade e direção do vento u, d RMY T6M,T2L Flutuação de velocidade vertical w RMY T6M Flutuação de temperatura θ FWTC3 CSI T6M Flutuação de velocidade vertical w CA27 CSI T2F, T2L Flutuação de temperatura θ 127 CSI T2F, T2L Flutuação de vapor d água ρ v KH20 CSI T2L 3.2 Instrumentos As estações meteorológicas telemétricas do SIMEPAR medem 7 grandezas: temperatura do ar e umidade relativa (Rotronic MP601A), velocidade e direção do vento (RM Young 03001), pressão atmosférica (Sutron ), precipitação (Sutron ), radiação solar incidente (LiCor LI200X). Os dados são coletados em um datalogger Sutron a cada minuto; as médias de 60 minutos, e valores máximo e mínimo dentro da hora são transmitidas por satélite GOES ao Centro Operacional do SIMEPAR em Curitiba, passam por um controle de qualidade automático, e são armazenados em banco de dados. Estas estações estão operando continuamente desde meados de 1997, e funcionaram sem problemas durante os EXINC-1 e 2. A tabela 1 mostra a lista de variáveis medidas durante os EXINC-1 e 2, seus símbolos, modelo e fabricante (CSI = Campbell Scientific Instruments; RMY = RM Young; REBS = Radiation & Energy Balance Systems; VA = Vaisala), e o local de medição (T6M = torre de 6 m em Sta Theresinha; T2F = torre de 2 m, idem; TAG = tomada d água; T2L = torre de 2 m, lago). Nas torres de 2 m, os dados foram adquiridos em sistemas de aquisição de dados CSI 21X, armazenando valores médios de 5 minutos de velocidade e direção do vento, temperatura do ar e umidade relativa, bem como valores instantâneos das flutuações turbulentas de velocidade vertical e temperatura do ar (EXINC-1,2) e densidade de vapor d água (EXINC-2). Na torre de 6 m foi utilizado um sistema de aquisição de dados modelo CSI 21X, adquirindo valores médios de todas as variáveis

4 assim como as estatísticas turbulentas de velocidade vertical do anemômetro de hélice (27106) e de temperatura do ar (FWTC3), ao longo de intervalos de 5 minutos, num sistema semelhante ao proposto por Blanford e Gay (1991) e utilizado por Kustas et al (1994). Os dados foram armazenados em módulos de memória e descarregados nos discos dos computadores portáteis. A figura mostra a torre de 6 m instalada na fazenda em Santa Terezinha do Itaipu, e a estação de medição de radiação na tomada d água de FURNAS/SANEPAR. 4 RESULTADOS O EXINC-1 propiciou um conjunto de 8 dias completos com medições meteorológicas contínuas de grandezas médias em 4 pontos (IT, TAG, SM, T6M), e com medições contínuas de fluxos (R l, G, H) na torre de 6m. Em T2F e T2L mediu-se o fluxo de calor sensível ao longo do dia, com medições variando tipicamente entre 8:00 e 17:00h (horário padrão local). Os dados de turbulência destas estações foram armazenados no disco rígido de computadores portáteis. Foi possível acompanhar a evolução diária da radiação solar incidente e refletida, e consequentemente do albedo, sobre a cultura de soja e sobre a superfície da água. Estes resultados são descritos com mais detalhe em Dias et al. (1998), e Okawa et al. (1998a, b). A representatividade da estação de São Miguel em comparação com as medições sobre soja pode ser vista na figura 3. 5 CONCLUSÕES Os experimentos intensivos de campo realizados na região de Foz do Iguaçu proporcionaram uma base de dados sobre as trocas superfície-atmosfera, que permite o cálculo de fluxos superficiais, albedos e rugosidades. Estas informações podem ser utilizadas agora para validar os parâmetros de esquemas de superfície de modelos de mesoescala, e aprofundar o conhecimento da interação do lago de Itaipu e da superfície terrestre ao redor com a atmosfera Torre 6m Sao Miguel Temperatura (C) /1213/1214/1215/1216/1217/1218/1219/1220/1221/12 Dia Figura 3: Comparação da temperatura média do ar medida na torre de 6 m e em S. Miguel do Iguaçu. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Araújo, A.A.M. e Gobbi, M.F. (1998) Simulações da brisa de lago do reservatório de Itaipu com o modelo ARPS. In: X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Brasília, Anais. Barembuem, A., Schlichta, C., Antoniuk, R., Oliveira, F., Santos, A.J., Winz, R. e Paula, N.M. (1982) Estudos para formulação de políticas de desenvolvimento do setor florestal avaliação da cobertura florestal atual. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Brasília, Anais 2. Culf, A. D., Esteves, A. O. M., Rocha, H. R. (1996) Radiation, temperature and humidity over forest and pasture in Amazonia. In: Gash, J.H.C., Nobre, C.A., Roberts, J.M. e Victoria, R.L. (ed), Amazonian deforestation and climate, p , Wiley, Chichester.

5 Dias, N.L., Rocha, L.S., Okawa, C.M.P. e Sanchez, S. (1998) Determinação de albedos, rugosidades e razões de Bowen na região do reservatório de Itaipu. In: X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Brasília, Anais. Gobbi, M.F., Dias, N.L. e Araújo, A. A. M. (1998) Aplicação do esquema de transferência solovegetação-atmosfera do modelo ARPS com dados medidos sobre uma cultura de soja em Sta Theresinha do Itaipu, PR. In: X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Brasília, Anais. Grimm, A.M. (1988) Verificação de variações climáticas na área do lago de Itaipu, in: V Congresso Brasileiro de Meteorologia, Anais 1, p. II.7-II.11, Rio de Janeiro. Sociedade Brasileira de Meteorologia. Okawa, C.M.P, Grodzki, L., Dias, N.L. e Araújo, A.A.M. (1998a) Medições de fluxos de energia com métodos tradicionais e alternativos sobre uma cultura de soja em Santa Therezinha do Itaipu, PR. In: X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Brasília, Anais. Okawa, C.M.P., Nazareno, P., Dias, N.L. e Kan, A. (1998b) Medições de fluxos de energia e grandezas médias no lago de Itaipu, PR e Paraguai. In: X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Brasília, Anais. Shewchuk, S. R. (1997) Surface mesonet for BOREAS, Journal of Geophysical Research, v. 107 n. D24, Stivari, S.M.S. e Oliveira, A.P. (1996) Verificação de variações climáticas na área do lago de Itaipu, in: IX Congresso Brasileiro de Meteorologia, Campos do Jordão, Anais, p