ESTIMATIVA DA RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL PARA O MUNICÍPIO DE CAROLINA-MA

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1 ESTIMATIVA DA RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL PARA O MUNICÍPIO DE CAROLINA-MA Dagolberto Calazans Araujo Pereira Engenheiro Agrônomo UEMA Ronaldo Haroldo N. de Menezes Professor CCA/UEMA/NEMRH. São Luís/MA Alan de Castro Leite Professor CCA/UEMA/NEMRH. São Luís/MA RESUMO O presente trabalho estabelece as equações mensais de regressão entre os totais diários de radiação solar global e insolação para Carolina-MA, e procura mostrar a variação média mensal da radiação solar global, determinando estatisticamente os coeficientes a e b. Os resultados mostraram alta correlação entre os valores da razão de radiação e razão de insolação, e os coeficientes a e b variaram mensalmente. A soma desses coeficientes mensais foi em torno de 0,47, mostrando que a transmissividade da atmosfera num dia limpo é de cerca de 47%. INTRODUÇÃO A radiação solar é um parâmetro de fundamental importância nos processos físicos e dinâmicos da atmosfera, influencia na agricultura e aproveitamento da energia solar com fonte alternativa de energia. É fundamental para as plantas, principalmente na faixa de comprimento de onda do visível, necessário para a fotossíntese, intervindo diretamente sobre o crescimento dos vegetais, além de proporcionar vida a todos os seres vivos que habitam na terra (PEDRO JÚNIOR et al, 1989 & LACERDA et al, 1996). Na agricultura, a radiação pode ser empregada, por exemplo, na planificação agrícola (época de plantio e colheita), cálculo de evapotranspiração, cálculo do saldo de irradiação solar, cálculo de produção máxima de potencial das culturas, cálculo total de água para irrigar uma cultura, entre outros (BRAGA et al, 1987). No Brasil, existem poucas estações de medida de radiação solar incidente. Em algumas, os dados são poucos consistentes, em outras, a existência de um só equipamento tem levado à ocorrência de períodos com falhas (CURY LUNARDI, et al, 1994). A dificuldade de medição, aliada à escassez de estações meteorológicas que medem radiação solar, força a utilização da equação de ANGSTROM proposta para as estimativas da radiação solar global em função de horas de brilho solar (PEDRO JÚNIOR et al, 1989). O uso dessa equação é aceitável, desde que as constantes sejam determinadas para o local (DECICO & SANTOS (1980). Pouco conhecimento há a respeito do comportamento da radiação solar global município de Carolina, localizado no sul do Estado do Maranhão, destacando-se assim a importância do incentivo de pesquisas nesta área para a referida região. Desta forma, objetiva-se neste trabalho, apresentar a distribuição anual média para a radiação solar global e os coeficientes a e b das equações das retas que permitem a estimativa desta radiação para a região acima citada, gerando assim informações úteis para um melhor planejamento agrícola no município. MATERIAL E MÉTODOS O estudo foi conduzido para região do município de Carolina-MA (latitude: 7º20 e longitude: 47º28 ). Foram utilizados dados diários de radiação solar global (Rg) e número de horas de insolação ( n ) no período de , os quais foram obtidos junto ao Núcleo Estadual de Meteorologia e Recursos Hídricos- NEMRH, baseados na Estação Meteorológica de carolina-ma, pertencente ao Ministério da Agricultura. Sendo que, os mesmos foram analisados quanto aos seus valores médios. Os valores de radiação solar no topo da atmosfera (Ro) foram obtidos de RESCHKE et al (1997), cujo valor foi estimado pela equação: Ro = 37,60.(D/D) 2. (H.senφ.senδ + cosφ.cosδ.senh), expressando o valor em M.J.m -2 para a qual foi utilizada a seguinte relação: MJ/M 2 = 23,92 cal.cm -2.dia -1. Os valores de insolação máxima (N) foram obtidos de TUBELIS (1937), cujos dados utilizados foram baseados em uma média das latitudes mais próximas do local de estudo. 3930

2 Para a estimativa da radiação solar global foi utilizada a fórmula de ANGSTRON (1924), modificada por PRESCOTT (1940) e PENMAN (1984): Rg/Ro = a + b. n/n, sendo : Rg = Radiação solar global diária (cal.cm -2.dia -1 ), ao nível do solo; Ro = Radiação solar diária recebida por uma superfície horizontal no topo da atmosfera (cal.cm -2.dia - 1 ); n = Número de horas de insolação; N = Insolação máxima ou fotoperíodo, e os parâmetros a e b são coeficientes a serem determinados estatisticamente. As estimativas de a e b foram feitas pelo método dos mínimos quadrados. Colocando a equação anterior sob a forma: Y = a + bx, com Y = Rg/Ro e X = n/n, podem-se obter os coeficientes (a,b) resolvendo o serguinte sistema de equações: Y = Ka + b X XY = a X + b X 2, onde K indica o número de pares de valores de (X,Y) usados. O grau de ajustamento da reta aos pares de valores (X,Y) observados foi expresso por meio do coeficiente de regressão linear ( r ) e é tanto melhor quanto mais próximo da unidade estiver o valor absoluto desse coeficiente. Sabe-se que r 2 = K XY ( X).( Y) 2 /S, com S = K X 2 ( X) 2. K Y 2 ( Y) 2. Os valores diários dentro de cada mês, de Rg/Ro e n/n foram correlacionados através de equações lineares de regressão pelo método citado anteriormente. A comparação dos coeficientes das equações de regressão foi realizada pela aplicação do teste Tukey a nivel de 5% de probabilidade. RESULTADOS E DISCUSSÃO A marcha anual média da radiação solar global é apresentada na Figura 01. Figura 01: Marcha anual da radiação solar global para o município de Carolina,MA Os resultados apresentados nesta figura mostram que a radiação global na região de Carolina - MA, apresenta maiores valores na estação seca e menores na estação chuvosa estando os valores extremos em torno de 361 e 282 cal.cm -2.dia -1, respectivamente. Pode-se verificar também que no mês de outubro a insolação é bastante baixa na região, havendo grande influência de nebulosidade, fazendo com que a radiação neste mês assuma o menor valor. O período de junho-agosto compreende à estação seca na região havendo, portanto, maior influência da insolação. Assim, a radiação solar global assume o seu valor máximo nesta época. De acordo com esses dados verifica-se que houve uma boa concordância entre os valores observados e estimados, demonstrando uma boa precisão na estimativa. Na Tabela 01, encontram-se os parâmetros mensais das equações lineares de regressão, na qual se pode observar que os valores de Rg/Ro e n/n foram bem correlacionados. 3931

3 TABELA 01: Parâmetros mensais das equações lineares de regressão. Número Coeficientes Desvio Erro Coeficiente Meses de pares a b padrão médio de correlação a + b Janeiro 124 0,22 0,27 0, ,85 0,49 Fevereiro 112 0,20 0,30 0, ,86 0,50 Março 124 0,25 0,21 0, ,70 0,46 Abril 120 0,26 0,24 0, ,85 0,50 Maio 124 0,21 0,28 0, ,93 0,49 Junho 120 0,22 0,26 0, ,83 0,48 Julho 124 0,20 0,30 0, ,91 0,50 Agosto 124 0,19 0,32 0, ,93 0,51 Setembro 120 0,22 0,27 0, ,85 0,49 Outubro 124 0,21 0,25 0, ,70 0,46 Novembro 120 0,19 0,32 0, ,94 0,51 Dezembro 124 0,21 0,25 0, ,86 0,46 Os meses com melhor correlação foram novembro, agosto, maio e julho, sendo respectivamente 0,94; 0,93; 0,93 e 0,91. Para os demais, a correlação também foi boa, dando resultados altamente significativos e significativos para os meses de março e outubro cuja a correlação foi igual a 0,70. Esta Tabela mostra ainda os valores do desvio padrão das regressões. Segundo EZEQUIEL e FOX (1967), o desvio padrão da regressão reflete a precisão da estimativa e os valores variaram de 0,020 em agosto a 0,053 em março. Com o produto do desvio padrão da regressão pelo valor médio de Ro, para cada mês, têm-se o valor médio do erro em cal.cm -2.dia -1. Como pode-se observar na Tabela 01, estes valores variaram de 16 cal.cm -2.dia -1, em julho, e agosto, e até 48 cal.cm -2.dia -1, em outubro e março. Na Tabela 02 encontram-se os valores do Teste Tukey ao nível de 5% de probabilidade para os coeficientes da regressão linear. TABELA 02: Valores mensais dos coeficientes da regressão linear a e b, coeficiente de correlação (r) e Teste Tukey. Coeficientes Teste Tukey Meses a b r a b Janeiro 0,22*** 0,27 0,85 13,71 8,73 Fevereiro 0,20*** 0,30 0,86 11,15 8,95 Março 0,25* 0,21 0,70 12,87 5,33 Abril 0,26 0,24 0,85 17,75 8,59 Maio 0,21*** 0,28 0,93 14,21 14,49 Junho 0,22** 0,26 0,83 7,77 7,97 Julho 0,20*** 0,30 0,91 9,54 11,94 Agosto 0,19*** 0,32 0,93 10,71 14,35 Setembro 0,22 0,27 0,85 11,24 8,56 Outubro 0,21* 0,25 0,70 11,55 5,41 Novembro 0,19*** 0,32 0,94 20,21 15,24 Dezembro 0,21 0,25 0,86 15,33 9,25 * Os valores consecutivos com os mesmos símbolos não são diferentes estatisticamente. Todos os coeficientes de correlação são significantes ao nível de 0,5% de probabilidade. Os coeficientes a e b tiveram diferenças mensais, e os coeficientes lineares (a) variam de 0,19 em agosto e novembro, a 0,26 em abril. E os coeficientes angulares (b) das retas obtidas estão na faixa de 0,21 a 0,32, apresentando, portanto, maior variabilidade relativa do que a. Somando-se os coeficientes a e b, de cada equação mensal, obteve-se um valor médio de 0,48, sendo, portanto, a transmissividade média da atmosfera igual a 48% para um dia sem cobertura de nuvens. Os valores dos coeficientes angulares são maiores de março a agosto, demonstrando-se de maneira alternada nos outros meses. O curso anual dos coeficientes lineares foi decrescente de abril a agosto, quando seu valor é mínimo, crescente de novembro a março. 3932

4 A partir das figuras 02 a 04 pode-se observar as retas das equações de regressão linear mensais e anual com o seu respectivo grau de ajustamento. Conforme pode ser observado nas Figuras, existe uma tendência dos pontos para um bom ajustamento linear. a) b) c) d) e) f) 3933

5 FIGURA 02 :Correlação entre a razão de radiação (Rg/Ro) e a razão de insolação (n/n): a) janeiro, b) fevereiro, c) março, d) abril, e) maio e f) junho. g) h) i) j) k) l) 3934

6 FIGURA 03 :Correlação entre a razão de radiação (Rg/Ro) e a razão de insolação (n/n): g) julho, h) agosto, i) setembro, j) outubro, k) novembro e l) dezembro. FIGURA 04 :Representação gráfica da equação linear de regressão anual para Carolina MA. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS PEDRO JÚNIOR, M. J., et al. Disponibilidade de radiação solar global para o Estado de São Paulo. Campinas: Boletim Técnico, 123, p. LACERDA, L. M. M. de. Et al. Determinação dos parâmetros a e b da equação de Angstron para estimativa da irradiação solar global em Nossa Senhora da Dores-SE. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE AGROMETOROLOGIA, 9, Os benefícios das modernas técnicas de previsão do tempo e clima para as atividades sócio-econômicas: Anais..., Campos do Jordão: Sociedade Brasileira de Meteorologia/SBMET, BRAGA, H. J. et al. Determinação preliminar dos parâmetros a e b da equação de Angstron para seis localidades de Santa Catarina. Florianópolis, EMPASC, p. CURY LUNARDI, D. M. et al. Estimativa da radiação solar global diária para Botucatu. São Paulo. Científica 22 (1): , 1994 DECICO, A & SANTOS, J. M. Consideração sobre a estimativa do potencial de radiação solar global. São Paulo: Ciência e Cultura. 32 (2): , PRESCOTT, J. A. Evaporation from a water surface in relation to solar radiation. Trans. Roy. Soc. South. Aust., v. 64, p , PENMAN, H. L. Natural evaporation from open water, bare soil, and grass. Royal Soc. Proc. Series A Mather Pshi. Sci., London, 193: , TUBELIS, A. Meteorologia descritiva: fundamentos e aplicações brasileiras. São Paulo: Nobel, p. EZEKIEL, M. & FOX, K. A. Methods of correlation and regression analysis. London, John Wiley, p. 3935

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