XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002

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1 XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, VARIABILIDADE DA TEMPERATURA E UMIDADE EM SOLOS SOB FLORESTA, PASTAGEM E MANGUEZAL, NO LESTE DA AMAZÔNIA. José Ricardo S. de SOUZA, Zilurdes F. LOPES, Julia C. P. COHEN & Antônio C.L. da COSTA Departamento de Meteorologia, CG/UFPA, Rua Augusto Correa, s/n. CEP - Belém, PA. jricardo@ufpa.br ABSTRACT Soil temperatures down to cm depth, and volumetric moisture content within the upper cm layer of soils, were measured with similar thermistor sonde and soil moisture reflectometer probe sensor systems, beneath natural forest, pasture and mangrove areas, in Eastern Amazônia. The sites were selected along a km transect, parallel to the equador, within latitudes of and degrees south. The climatic regimes at all three monitoring sites were quite similar and regulated by the passage of the ITCZ over the equator, which determines the transition between their drier and rainy seasons. The soils vegetation coverage was found to be, the principal agent responsible for the wide range of soil temperatures variability found among the studied sites.the water storage recharging beneath the pasture was intense and abrupt, just after the onset of the rainy season. A smooth soil moisture transition was observed beneath the forest. INTRODUÇÃO Os perfis de temperatura e umidade dos solos dependem entre outros fatores, das características físicas dos mesmos e das trocas de calor e vapor de água com a atmosfera. Essas trocas por sua vez dependem do clima e da cobertura vegetal local. Os comportamentos térmicos e hídricos do solo, naturalmente apresentam variações devido ao pulso diário do fluxo de radiação solar incidente na superfície, dos eventos de precipitação pluviométrica e das variações sazonais e anuais dessas variáveis meteorológicas. Os balanços de energia e agua nas interfaces do solo, vegetação e atmosfera na Amazônia, têm sido estudados com vistas à avaliação de impactos de desmatamento, modelamento do tempo e/ou do clima regional e global, bem como a aplicações na agricultura, avaliação de recursos hídricos e outros. Neste trabalho são apresentados os resultados do estudo da temperatura em, e cm de profundidade e umidade do solo na camada de cm de profundidade sob pastagem em fazenda de criação de gado bovino localizada mo município de Soure na Ilha do Marajó (latitude: º S e longitude: º W) sob área de manguezal natural em Tracuateua (latitude º S e longitude º W) no município de Bragança, e sob floresta nativa da Reserva de Caxiuanã (latitude º S e longitude º W) no município de Melgaço, todos no estado do Pará, Brasil. O monitoramento dessas variáveis físicas do solo e das variáveis meteorológicas de cada local foi realizado como parte das atividades do projeto intitulado Impacto do Desmatamento Junto ao Litoral Atlântico da Amazônia, patrocinado pelo Programa Piloto para a Proteção das Florestas Tropicais do Brasil (PPG/FINEP/MCT). Deve ser mencionado que, esses três tipos de cobertura vegetal tem significativa representatividade em áreas no leste da Amazônia. Portanto os parâmetros térmicos e hídricos dos solos, correspondentes a esses ecossistemas, são imprescindíveis na inicialização de modelos numéricos de tempo e clima em escala regional, que podem ser utilizados na avaliação do impacto do desmatamento presente e futuro na região considerada. Para efetuar análises comparativas dos parâmetros físicos dos solos mencionados anteriormente, era necessário que as observações fossem simultâneas e com equipamentos e métodos semelhantes. Assim sendo, foi realizado um experimento com medidas de meia em meia hora nos três locais, no período de transição da estação seca para a chuvosa que ocorreu entre dezembro e janeiro de. Foi possível assim, de maneira preliminar, caracterizar os patamares relativos dos valores de temperatura e umidade dos solos, bem como suas variabilidades nos locais selecionados. Deve-se ressaltar, que as médias obtidas não tem peso estatístico para generalização, e que as respostas obtidas provém de solos típicos, mas muito distintos entre si. Por outro lado, o fluxo de radiação solar incidente e a precipitação pluviométrica, que muito influenciaram as grandezas físicas medidas nos solos, apresentaram valores distintos em virtude das distâncias entre os pontos de observação, os quais chegam a km entre a floresta e o

2 XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, manguezal. A despeito desses fatos relativos as limitações do controle experimental, os dados e análises apresentados a seguir representam uma contribuição significativa para comparação com outros experimentos e para uso de parâmetros físicos do solo desses ecossistemas ainda pouco monitorados na região estudada. - MATERIAIS E MÉTODOS. Nesse estudo foram utilizados sonda de termistores para determinação das temperaturas em,, e cm, refletômetro de ondas eletromagnéticas para medir as umidades na camada superior, de cm de profundidade, no solo dos locais. Os dados originalmente coletados representam valores médios a cada minutos, tanto das grandezas físicas dos solos como da radiação solar global incidente em ondas curtas e da precipitação pluviométrica que foram observados no pasto e simultaneamente no topo de torres micrometeorológicas na floresta e no manguezal. As marcas, modelos, intervalos de operação e erros de medidas foram detalhados em trabalho dos mesmos autores (Souza, et al. ), publicado nos Anais deste evento, sobre monitoramento abrangendo meses de observações, sob pastagem na Ilha do Marajó..- DESCRIÇÃO DOS SÍTIOS EXPERIMENTAIS. O local de floresta selecionado situa-se na Reserva Florestal de Caxiuanã com área de. hectares, a cerca de km do Atlântico, no município de Melgaço-Pa. Essa reserva é constituída, em % de sua área, por floresta densa de terra firme, com dossel das arvores maiores a níveis entre e m de altura; as quais, entretanto só interceptam pouco mais de % da precipitação incidente ( MORAES, et al; ). No interior dessa área foi erguida uma torre de m de altura, no topo da qual estão os sensores de precipitação e radiação, bem como o sistema de aquisição de dados, conectado por cabos aos sensores de temperatura e umidade do solo instalados próximo à base da torre. O solo do local é latossolo amarelo distrófico constituído em sua camada superior de cm de profundidade por argila arenosa a média (% de argila, % de areia e % de silte), que guarda boa porosidade. Na cidade de Porto de Moz que fica a cerca de km a oeste de Caxiuanã a temperatura média anual do ar é de, ºC com extremos diários em torno de, a, C. A precipitação acumulada anual média é de, mm, com estiagem máxima em outubro, quando a precipitação média mensal cai a cerca de mm. A pastagem de Soure é de origem natural, representativa da parte sul e leste da Ilha do Marajó, que é coberta por campos utilizados para criação de gado. Dentro de um cercado, no meio da pastagem selecionada foram instalados os sensores no solo e no ar a m acima da superfície. O solo do local ainda não foi classificado, mas é bastante arenoso e coberto por capim com cerca de cm de altura. Existem poucos arbustos na área e algumas arvores baixas, há mais de m do local experimental. A temperatura em Soure, no sudeste da Ilha do Marajó, varia diariamente entre os máximos e mínimos em torno de, e, C, com média anual de,ºc. O clima local é quente e úmido com precipitação média anual de mm. Essa precipitação atinge índice máximo em março, quando a ZCIT se centraliza no local. Entretanto a borda avançada de nebulosidade da ZCIT alcança Soure entre meados de dezembro e meados de janeiro, definindo o ínicio da estação chuvosa. Esse período de transição entre o período de estiagem máxima que ocorre em outubro e/ou novembro e a estação chuvosa, produz a maior variabilidade das grandezas físicas de interesse nesse trabalho e por isso foi escolhido para analise. A área de manguezal escolhida situa-se na Ilha de Tracuateua, no litoral do Atlântico do município de Bragança-Pa, com coordenadas geográficas fornecidas anteriormente. Trata-se de manguezal com vegetação de alto porte, até m de altura, para tal tipo de ecossistema, sujeito a invasão periódica das águas de marés. Nesse sítio foi erguida uma torre micrometeorológica de m de altura, no topo da qual e no solo próximo a sua base foram instalados sensores semelhantes aos dos outros dois locais. Analogamente a Soure o clima local é quente e úmido com temperaturas do ar variando entre, e, C e tendo média anual de,ºc. A precipitação anual média de, mm tem o mesmo regime sazonal, dominado pela passagem da ZCIT pelo local, como nos outros dois locais já descritos. O solo do manguezal é constituído por % de argila, % de silte e % de areia fina, é pouco poroso e a sua umidade, mesmo no período de estiagem, ficou em torno de, m /m, entre e cm de profundidade. Essa baixa porosidade e alta umidade do solo inviabilizaram o monitoramento da umidade do solo até o momento, por não dispormos de reflectômetro calibrado para este tipo de terreno.

3 XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, Finalmente, vale ressaltar que, embora a distância entre Tracuateua e Caxiuanã seja aproximadamente de km, o clima de toda região tem regime sazonal semelhante, com atenuação do efeito da ZCIT, a medida que a distância da costa oceânica aumenta. - RESULTADOS E DISCUSSÃO. Os resultados desse experimento estão representados nas seis figuras seguintes que exibem as variações diárias e horárias médias, no período de observações de // a //. Uma transição brusca de nebulosidade e precipitação nos locais experimentais, ocorreu entre os dias e de janeiro de, conforme mostram as variáveis de controle, fluxo de radiação e precipitação na Figura..- TEMPERATURA DOS SOLOS. A Figura mostra de modo geral que, nos três ecossistemas a temperatura do solo caiu com o aumento da pluviosidade local, como ocorreu entre os dias e e novamente entre e de janeiro de. Nos períodos subseqüentes aos citados, quando a pluviosidade diminuiu, a temperatura dos solos aumentou, porém sem atingir os patamares do período de estiagem. Pode-se destacar também o fato de que as temperaturas das camadas mais próximas a superfície foram um pouco mais elevadas do que as mais profundas, no período de estiagem. Essa relação se inverte substancialmente no período chuvoso, mostrando que nesse caso, as temperaturas a cm passam a ser maiores que as de cm e as de cm. Isto quer dizer que o fluxo de calor se dirige para as maiores profundidades do solo na estação seca e sofre inversão direcionado-se para a atmosfera, logo após a ocorrência de precipitação intensa. No período de estiagem, antes de de janeiro de, o gradiente negativo de temperatura teve magnitude maior sob, a floresta, onde alcançou, C/m na camada de a cm, do que nos outros ecossistemas. Nesse período, esses valores médios, e a variabilidade diária da temperatura dos solos em cm de profundidade foram de, ±,ºC sob pastagem,, ±,ºC sob o manguezal e, ±,ºC sob a floresta. Após o início do período chuvoso as temperaturas tiveram grande queda sob o pasto, mas nos outros dois ecossistemas a elevada umidade existente a cobertura vegetal espessa amorteceram as variações de temperatura. Assim sendo, as quedas de temperaturas entre os níveis de e cm de profundidade foram de,ºc sob a pastagem, -,ºC sob o manguezal e somente,ºc sob a floresta. Nesse período as temperaturas médias nos solos dos ecossistemas ficaram mais próximas entre si, apresentando a cm de profundidade os seguintes valores e variabilidades:, ±,ºC sob a pastagem,, ±,ºC sob o manguezal e, ±,ºC sob a floresta. Nota-se que, exceto sob a floresta, a variabilidade das temperaturas dos solos aumentou no período chuvoso. A Figura apresenta as variações horárias médias, das temperaturas dos solos dos três sítios estudados, para todo o período, sem distinção de transição de nível de precipitação. Evidencia-se nela a propagação do pulso diário de aquecimento do solo pela absorção do fluxo de radiação solar incidente na superfície. As amplitudes diárias da variação da temperatura no solo da pastagem foram de,ºc a,cm,,ºc a cm e cerca de,ºc a cm de profundidade, com o máximo do pulso chegando as essas profundidades as, e horas locais, respectivamente. No caso de solos de floresta e pasto, as variações horárias nesses níveis de profundidade não ultrapassaram,ºc e apresentaram retardamento de propagação do pulso diário de energia de um intervalo de a horas, de modo que as mínimas temperaturas nesses solos ocorreram entre e horas locais..- UMIDADE DOS SOLOS Em virtude de resposta inadequada do sensor de umidade no manguezal, na Figura só foram apresentadas as umidades médias em linha contínua, e os máximos e mínimos valores diários dessa grandeza, para os solos de floresta e pastagem. Nota-se em ambos os casos, a sensibilidade dos solos à recarga produzida pelos eventos de chuva em cada local. Todavia, também é evidente que no pasto houve uma mudança brusca de nível de umidade do solo com o início da estação chuvosa. No caso de Caxiuanã, não houve tão grande mudança de patamar nessa variável física do solo. No período de estiagem a pastagem de Soure atingiu um nível mínimo de,m /m da umidade volumétrica, com variabilidade diária desprezível. Depois do início do período chuvoso a umidade desse local passou a, ±,m /m. Por outro lado, no estio a umidade sob a floresta que era de, ±, m /m e aumentou um pouco para, ±, m /m após o início das chuvas em Caxiuanã. A precipitação, portanto, aumentou a variabilidade diária da umidade do solo nos dois locais, mas o seu impacto sob o solo da floresta foi atenuado e retardado pela cobertura vegetal.

4 XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, Na Figura, observa-se que, conquanto a umidade média horária tenha sido quase constante para o período todo, tanto no pasto,, m /m e na floresta, m /m, a variabilidade horária aumentou nos horários preferenciais de chuva, que em Caxiuanã foram de tarde e a noite, enquanto em Soure foram de madrugada e de manhã..- RADIAÇÃO E PRECIPITAÇÃO O fluxo de radiação solar incidente em ondas curtas,, < λ <, µm, e a precipitação pluviométrica diária acumulada, foram usados com as variáveis de controle experimental das medidas de temperatura e umidade nos solos. Além disso, o seu monitoramento simultâneo nos ecossistemas permitiu avaliar até que ponto pode-se comparar os resultados obtidos, considerando a maior ou menor amplitude local desses parâmetros meteorológicos, forçantes das respostas dos solos. O fluxo médio diário da radiação solar em ondas curtas, em Soure, sofreu queda brusca de, para, W.m - entre o período de estiagem e o período chuvoso. Já em Tracuateua e Caxiuanã as medidas dessa radiação incidente não se alteraram significativamente na transição, ficando em W.m - para o manguezal e, W.m - para a floresta. Em todos os sítios a variabilidade diária desse fluxo aumentou muito após de janeiro de. Esses valores de fluxo de radiação parecem indicar que a nebulosidade média aumenta a medida que se adentra o continente, na seqüência : Tracuateua, Soure e Caxiuanã. A despeito disso, a transição de precipitação foi muito maior próximo a costa atlântica, com índices pluviométricos médios de, mm/dia em Soure e, mm/dia em Tracuateua, enquanto em Caxiuanã, esse índice não chegou a mm/dia, no período chuvoso. Com relação a distribuição horária da radiação solar em ondas curtas e a precipitação, a Figura mostra que no período todo estudado, a chuva em Soure e Tracuateua ocorreu principalmente entre e horas locais. Por outro lado, em Caxiuanã as chuvas ocorreram principalmente no final da tarde e no período noturno. Devido a inclusão os dados dos dados do período de estiagem, nessa figura o nível máximo do fluxo de radiação em Soure foi maior que em Tracuateua. Os valores aproximados desses máximos foram W.m - as horas em Soure, W.m - as horas em Tracuateua e W.m - as horas em Caxiuanã. Essas diferenças de amplitude e horário na configuração do pulso diário de energia solar incidente, naturalmente se refletem parcialmente na propagação do calor nos solos, mostrada na Figura. CONCLUSÃO As respostas em temperaturas e umidades do solo sob áreas de floresta (Caxiuanã), pastagem (Soure) e manguezal (Tracuateua), todas situadas no leste da Amazônia, foram estudadas simultaneamente num período de dias, que abrangeu a transição entre o período de estiagem e de chuvas intensas, nessa região. Os locais selecionados representam ecossistemas naturais, existentes ao longo de um transecto de cerca km, dentro da faixa de e º de latitude sul. Embora as principais forçantes climáticas das citadas variáveis físicas dos solos, que são o fluxo de radiação solar incidente e a precipitação pluviométrica, naturalmente difiram entre os sítios experimentais, de um modo geral a transição do período seco para o chuvoso ocorre quase simultaneamente, dominada que é pela passagem da ZCIT pela latitude dos locais. Ressalvadas ainda as diferenças dos solos típicos, sob cada um dos ecossistemas estudados, pode-se concluir que a diferença de cobertura vegetal ficou bem caracterizada nas respostas térmicas e hídricas dos solos. Para exemplificar, no período seco as temperaturas médias em cm de profundidade foram de aproximadamente, º C sob a pastagem,, º C sob o manguezal e, ºC sob a floresta. No período chuvoso, no mesmo nível e seqüência de locais as temperaturas correspondentes foram de, ºC,, ºC e, ºC, respectivamente. A umidade do solo sob a pastagem passou abruptamente de, para, m /m na transição do período seco para o chuvoso. No entanto, sob a floresta a recarga da umidade volumétrica do solo foi muito gradual tendo em vista que na mesma transição ela variou da média de, para, m /m. Deve-se concluir também que os valores de umidade sob a floresta de Caxiuanã são compatíveis com os encontrados por Souza et al.,, para a floresta de Marabá e somente, m /m maiores que os obtidos por Hodnett et al., para médias sob florestas de Manaus e Ji-Paraná, a profundidades semelhantes. Embora os dados analisados nesse trabalho representem somente dias de observações simultâneas, algumas características das respostas de temperaturas e umidade do solo, sob os tipos de cobertura vegetal estudados, foram determinados tanto em magnitude quanto em variabilidade dessas variáveis físicas.

5 XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao PPG, FINEP, Instituto do Milênio e MCT que deram suporte financeiro ao desenvolvimento desta pesquisa. Agradecem ao Dr. Jose Maria Nogueira da Costa, pelas analises litológicas dos solos de manguezal e floresta realizados em laboratório da UFV. Zilurdes Fonseca Lopes agradece ao CNPq pela bolsa de DTI concedida. - REFERÊNCIAS HODNETT, M. G.; OYAMA, M.D.; TOMASELLA, J.; MARQUES FILHO, A. O.,. Comparisons of Long- Term Soil Water Storage Behavior under Pasture and Forest, in Three Areas of Amazonia. Chap. In : Amazonian Deforestation and Climate. Ed. By John. H. C. Gash, Carlos A Nobre, John M. Roberts and Reynaldo L. Victoria. John Wiley & Sons, Chichester, England, pp. -. MORAES, J. C.; COSTA, J. P. R.; ROCHA, E. J. P.; SILVA, I. M. O.,. Estudos Hidrometeorologicos na Bacia do Rio Caxiuanã. Em: CAXIUANÃ. Ed. por Pedro L. B. Lisboa. Publicação do Museu Paraense Emilio Goeldi, MCT/CNPq, Belém, PA, Brasil. pp -. SOUZA, J. R. S. ; PINHEIRO, F. M. A.; ARAUJO, R. L. C.; PINHEIRO. JR, H. S., HODNETT, M. G... Temperature and Moisture Profiles in Soils Beneath Forest and Pasture Areas in Eastern Amazonia. Chap. In : Amazonian Deforestation and Climate. Ed. By John. H. C. Gash, Carlos A Nobre, John M. Roberts and Reynaldo L. Victoria. John Wiley & Sons, Chichester, England pp. -. SOUZA, J. R. S. ; COHEN, J. C. P. ; COSTA, A. C. L.; LOPES, Z. F... Comportamento Térmico e Hídrico de Solo sob Pastagem na Ilha do Marajó. Submetido aos Anais do XII Congresso Brasileiro de Meteorologia. Agosto de, Foz de Iguaçu, PR. ManguezalPRP FlorestaPRP Pastagem PRP FlorestaTs(cm ) Pastagem Ts(cm ) FlorestaTs(cm ) Pastagem Ts(cm ) Pastagem Ts(cm ) ManguezalTs(cm ) ManguezalTs(cm ) ManguezalTs(cm ) Temperatura Média do Solo (ºC) Dezembro / Janeiro Figura Variações da temperatura diária média nos solos no período de transição entre as estações seca e chuvosa em Caxiuanã, Soure e Tracuateua Leste da Amazônia. Dias /M ê s

6 XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, FlorestaTs(cm ) FlorestaTs(cm ) Pastagem Ts(cm ) Pastagem Ts(cm ) Pastagem Ts(cm ) ManguezalTs(cm ) ManguezalTs(cm ) ManguezalTs(cm ) Temperatura Média do Solo (ºC) Hora Local Figura variação horária média da temperatura, sob solos de Caxiuanã, Soure e Tracuateua no período de // a //. Flo re s ta U s PR P Campo PRP Campo Us Med Campo Us Min Campo Us Max FlorestaUs Med FlorestaUs Min FlorestaUs Max Umidade Média do Solo (m³/m³),,,,,,,,,, Dezembro / Janeiro Dias /M ê s Figura Umidade média (e extremos diários) sob solos de floresta (Caxiuanã) e pastagem (Soure) na transição de uma estação seca para a chuvosa. FlorestaPRP PastagemPRP Flo re s ta Us m e d Floresta Usmax Floresta Usmin PastagembUsmed Pastagem Usmax Pastagem Usmin Umidade do solo (m³/m³),,,,,,,,,, Hora Local Figura Médias horárias da umidade do solo em Caxiuanã e Soure no período de // a //.

7 XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, SourePRP Bragança PRP CaxiuanãPRP Soure RG Bragança Caxuianã RG Fluxo de Radiação Global Incidente (W/m²) Figura Médias diárias do fluxo de radiação solar global, em ondas curtas, e precipitação diária acumulada sobre Caxiuanã, Soure e Tracuateua. Caxiuanã PRP Bragança PRP Soure PRP Caxiuanã RS Bragança RS Soure RS h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h Dezembro / Janeiro Dias Radiação Global Incidente (W/m²) Hora Local Figura Medias horárias do fluxo de radiação solar global, em ondas curtas, e precipitação acumulada em Caxiuanã, Soure e Tracuateua, no período de // a //.