COMPONENTES DO BALANÇO DE ENERGIA EM ÁREA DE PASTAGEM NA AMAZÔNIA OCIDENTAL

Transcrição

1 COMPONENTES DO BALANÇO DE ENERGIA EM ÁREA DE PASTAGEM NA AMAZÔNIA OCIDENTAL NICOLY DAL SANTO SVIERZOSKI 1 ARICSON GARCIA LOPES 2 CAMILA BERMOND RUEZZENE 3 JOSIANE BRITO GOMES 4 ALBERTO DRESCH WEBLER 5 RESUMO: A conversão de áreas de floresta em áreas de pastagem levanta discussões sobre as possíveis mudanças que esse ato pode provocar no clima, tanto regional, quanto global. Dessa forma, o presente estudo buscou analisar os componentes do balanço de energia nos quatro períodos do ano de 2010, em uma área de pastagem localizada no sudoeste da Amazônia. Os dados foram coletados por instrumentos instalados em uma torre meteorológica do Programa LBA, e calculados a partir do método de covariância de vórtices turbulentos. Para os períodos úmido, úmido-seco, seco e seco-úmido a média em W m -2 de LE foi de 95,4; 84,5; 66,86; 87,9 e de H foi de 17,5; 23,6; 31,6; 31,4 respectivamente. A análise dos dados permitiu o entendimento da variabilidade dos componentes do balanço de energia, e ainda, os possíveis efeitos das mudanças no uso da terra amazônica. Palavras-chave: Mudança no uso da terra; Balanço de Energia; Vórtices turbulentos. ABSTRACT: The conversion of forested areas into grassland areas raises discussions about the possible changes that this act can induce on the weather, both regional and global. Therefore, tha aim of this study was to analyse the energy balance components in the four periods in 2010, in a pasture area located at the Southwestern Amazonia. The datas were colected by instruments installed in the meteorological tower of LBA Programme and calculated from the eddy covariance method. For the periods wet, wet-dry, dry, the average in W m -2 to LE was 95,4; 84,5; 66,86; 87,9 and to H was 17,5; 23,6; 31,6; 31,4 respectively. 1 Acadêmica do curso de Engenharia Ambiental da Universidade Federal de Rondônia. de contato: nicolydalsanto@hotmail.com 2 Acadêmico do curso de Engenharia Ambiental da Universidade Federal de Rondônia. de contato: aricson.garcia@mail.com 3 Acadêmica do curso de Engenharia Ambiental da Universidade Federal de Rondônia. de contato: camila.bermond@mail.com 4 Mestra em Engenharia Civil, Professora de Engenharia Ambiental do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Mato Grosso. de contato: josiane.brito@jna.ifmt.edu.br 5 Mestre em Engenharia Civil, Professor do curso de Engenharia Ambiental da Universidade Federal de Rondônia. de contato: betowebler@gmail.com 1944

2 Data analysis allowed the understanding about de variability of energy balance components, and also the possible effects of changes in the use of Amazon land. Key words: Change in land use; Energy Balance; Eddy. 1 Introdução A conversão de floresta em pastagem levanta discussões sobre o cenário futuro do ecossistema Amazônico. Por sua vez, o desmatamento na região Amazônica segue um curso denominado como Arco de Desmatamento, que está presente na parte Sul da região, desde Maranhão até Rondônia (COHEN et al, 2007). Devido aos seus elevados índices, pode haver interferências no ambiente, ecologia e clima local (GOMES, 2013). No que tange ao Arco do Desmatamento, Davidson et al (2012), apresentaram um gradiente climático que abrange a bacia Amazônica e varia de acordo com a forma de uso e cobertura do solo. Ao nordeste, há contínua chuva e nas regiões ao sul e leste, há período de chuva e seca. Nas áreas com maior grau de antropização, também é maior o período de seca, o que indica interconexões dos processos biofísicos e socioeconômicos. Na região de Rondônia, a agropecuária é a força motriz da economia, com isso, incentivos fiscais a essa produção vêm crescendo. Becker (2013) ponderou que o povoamento da Amazônia se deu com base em incentivos e programas governamentais para a agropecuária, sendo a pecuária praticada de forma extensiva. Então, para que áreas sejam liberadas à produção, são desmatadas áreas de floresta. O aumento do desmatamento para a criação de gado pode modificar o clima local, levando às sérias consequências ecológicas, ambientais e climáticas, como o aumento da temperatura do ar, redução na precipitação e evaporação e o prolongamento da estação seca (Nobre et al., 1996). Segundo Swann et al (2015), em decorrência das modificações no uso e cobertura do solo, o balanço de energia da superfície é modificado, alterando a radiação solar absorvida, fluxo de calor latente e fluxo de calor sensível, três componentes do balanço de energia superficial terrestre. Os fluxos de calor latente (LE) e de calor sensível (H) são fluxos turbulentos de energia, ou seja, transferem energia através de transportes turbulentos convectivos (GALVÃO, 1999). Em áreas de pastagem, são poucas as referências acerca do comportamento do balanço de energia ao longo dos períodos do ano, principalmente nos períodos de transição (Webler et al., 2013). Dessa forma, faz-se necessário o entendimento de como a modificação da cobertura e uso do solo interferem no clima regional e global. O Experimento 1945

3 de Grande Escala da Biosfera Atmosfera na Amazônia, Programa LBA, possui sítios experimentais na região, a fim de elucidar questões relacionadas com as mudanças climáticas (DIAS et al, 2005). Mediante o exposto, o presente estudo buscou analisar os componentes do balanço de energia (radiação líquida, fluxo de calor latente e fluxo de calor sensível) nos períodos úmido e seca e nos períodos de transição úmido-seco e seco-úmido, no ano de 2010, em uma área de pastagem localizada no sudoeste da Amazônia. 2 Material e Métodos O estudo foi realizado com base em dados de balanço de energia obtidos durante o ano de 2010 em um sítio experimental pertencente à rede de torres micrometeorológicas do Programa LBA, em Rondônia. O sítio experimental está localizado na Fazenda Nossa Senhora (FNS), nas coordenadas 10º45 S e 62º22 W, altitude de 293 m, no município de Ouro Preto do Oeste (Figura 1). O período úmido é característico de janeiro a março, úmidoseco de abril a junho, seco de julho a setembro e seco-úmido de outubro a dezembro, com precipitação média anual de 1627 mm (WEBLER et al., 2013). 1946

4 Figura 1 Localização da Área de Estudo. As medidas dos fluxos de calor latente (LE) e sensível (H) foram obtidas por um sistema de alta frequência dos fluxos de superfície, composto por um anemômetro sônico tridimensional (CSAT3, Campbell) e um analisador de gás por infravermelho de caminho aberto (Li-7500, LICOR, USA). Esses sensores estavam conectados a um microcomputador tipo palmtop que fazia as leituras dos sensores com uma frequência de 10 Hz e armazenava os dados brutos em arquivos, a cada 30 min. Foram processados em um computador com auxílio do software Alteddy (Elbers, 1998). Este programa foi desenvolvido pela Alterra Green World Research e se destina a obter os fluxos turbulentos de energia (fluxo de H e LE) através do sistema de correlação de vórtices turbulentos (Eddy Correlation), por meio da aplicação das Eqs. 1 e 2. LE = p ƛwq (1) H = pc pwt (2) em que: p - densidade do ar, kg m-3 ƛ - calor latente de evaporação, J kg-1 q - umidade específica, kg kg-1 c p - calor específico do ar, J kg-1k-1 T - temperatura do ar, C A radiação líquida foi calculada através da Eq.3 e as radiações de onda curta de forma incidente e refletida, foram medidas pelos piranômetros CM21 (Kipp & Zonen, Delft, NLD), com intervalo espectral de 305 a 2800 nm. A radiação de onda longa foi medida através de dois pirgeômetros CG1 (Kipp & Zonen, Delft, NLD) de forma incidente (atmosférica) e emitida pela superfície com intervalo espectral de 4500 a nm. R_liq = ( S in - S out) + (L in - L out) (3) em que: R_liq - radiação líquida, W m-2 Sin e S out - radiação de onda curta incidente e refletida, respectivamente, W m-2 L in e L out - radiação de onda longa atmosférica e terrestre, respectivamente, W m-2 Os dados utilizados foram coletados e armazenados pelo datalogger CR10X (Campbell Scientific Instrument, USA), com medidas a cada 30 s e médias a cada 10 min. 1947

5 Filtragens nos dados foram efetuadas utilizando-se valores mínimos, máximos e de diferenças entre as médias, pré-estabelecidos e utilizados por Randow et al. (2004), de forma a eliminar dados espúrios. 3 Resultados e Discussão A análise do balanço de energia foi realizada com base nos fluxos de calor latente e fluxos de calor sensível nos diferentes períodos do ano. A Figura 2 permite a visualização da variação diária dos componentes de balanço de energia no período úmido, que corresponde aos meses de janeiro, fevereiro e março. A média do fluxo de calor latente e do fluxo de calor sensível ficou em torno de 95,64W.m -2 e 17,47W.m -2, respectivamente. Sendo que, do saldo de radiação, 84,69% foi utilizado para LE e 15,31% para H. Esses valores foram próximos aos encontrados por Gomes et al (2015), em estudo realizado na mesma localidade desta pesquisa, no período de 1999 a 2010, em que do total de Rn, 80,45% foi destinado a LE e 19,55% para H. Figura 2 Componentes do balanço de energia para o período úmido em uma área de pastagem no ano de

6 A maior quantidade de energia destinada ao fluxo de calor latente no período úmido pode ser explicada pela maior quantidade de água disponível no solo, permitindo que as plantas realizem maior taxa de evapotranspiração, com isso, menor quantidade de energia é destinada ao aquecimento da atmosfera (GOMES et al., 2015) Para os meses de abril, maio e junho, o período é definido como úmido-seco, quando há diminuição da quantidade de precipitação, com isso, o balanço do saldo de radiação se altera. Devido a essa diminuição mais energia é destinada ao aquecimento do ar (H), fato evidenciado na Figura 3. Figura 3 Componentes do balanço de energia para o período úmido-seco em uma área de pastagem no ano de Os valores médios encontrados nesse período foram de 84,49W.m -2 para LE e 23,63W.m -2 para H. O particionamento do saldo de radiação foi de 78,15% para LE e 21,85% para H. Com relação ao período úmido houve um acréscimo de 35,26% de H eu diminuição de 11,48% do LE. Para o período seco, que corresponde aos meses de julho, agosto, setembro, os componentes do balanço de energia são apresentados na Figura 4. Devido à baixa ocorrência de precipitação, o solo torna-se mais seco, favorecendo para que a maior parte da radiação líquida seja utilizada para aquecimento do ar e uma menor quantidade utilizada para a evapotranspiração (FIRMINO et al.,, 2013). 1949

7 Figura 4 Componentes do balanço de energia para o período seco em uma área de pastagem no ano de Em concordância com o fato acima exposto, nesse período ocorre a diminuição da abertura dos estômatos das plantas, como consequência ao estresse hídrico sofrido (WEBLER, 2013). Tal ocorrência também explica o aumento de H. A média calculada para LE e H, foram respectivamente 66,86W.m -2 e 31,63W.m -2. Com relação ao período úmido, houve diminuição de 42,77% do fluxo de calor latente e aumento de 81,05% do fluxo de calor sensível. No tocante à partição de Rn, foram destinados 67,88% a LE e 32,12% a H. Tais valores foram próximos aos encontrados no estudo realizado por Galeano et al (2013), na Fazenda Experimental da Universidade Federal do Mato Grosso, com área de predominância em pastagem Brachiaria humidicola. Da energia disponível (Rn), o maior percentual foi destinado à evapotranspiração, sendo 60,49% para o fluxo de calor latente (LE), 29,7% para o fluxo de calor sensível (H). Em estudo realizado na mesma área do presente estudo, Gomes et al (2015), encontraram valores para os componentes do saldo de radiação próximos aos aqui encontrados, sendo de 68,8 W m -2 para LE e 43,1 W m -2 para H

8 Já nos últimos meses do ano, outubro, novembro e dezembro, o período é definido como seco-úmido. Nele inicia-se a ocorrência de chuvas na região, ocasionando aumento do fluxo de calor latente (evapotranspiração), podendo ser observado na Figura 5. Figura 5 Componentes do balanço de energia para o período seco-úmido em uma área de pastagem no ano de Os valores médios observados foram de 87,94W.m -2 para fluxo de calor latente e 31,36W.m -2 para fluxo de calor sensível. Tais valores representam um acréscimo de 23,97% LE e o H manteve-se praticamente o mesmo do registrado no período seco. Dentre os períodos analisados o que apresentou menor saldo de radiação, foi o período seco com um total de 98,5W.m -2 (úmido 112,9W.m -2 ; úmido-seco 108,1W.m -2 ; seco-úmido 119,3W.m -2 ). Segundo Gomes et al (2015), isso ocorre devido ao clareamento da coloração da vegetação (devido ao estresse hídrico), promovendo uma maior refletividade da energia que chega a superfície terrestre (radiação incidente). Assim, diminuindo o saldo de radiação para o período. Comparando com áreas de floresta, essa diminuição do valor de H não se mostra tão visível quanto em áreas de pastagem, no período de transição do seco para o úmido, pois, devido às suas raízes profundas, a floresta, é capaz de manter bons índices de evapotranspiração, não transferindo tanta energia para o aquecimento do ar (DIAS et al., 2005; GOMES et al., 2015; LIBERATO & CARDOSO, 2010). 1951

9 A perda de área foliar e de raízes profundas leva à uma redução da evapotranspiração e, consequentemente, um aumento do fluxo de calor sensível. Esses fatores contribuem para um aquecimento da superfície e reduções na precipitação (SWANN et al., 2015). 4 Considerações Finais Os resultados obtidos com a pesquisa permitiram a análise da variabilidade dos componentes do balanço de radiação nos períodos do ano em estudo. Devido o aumento do fluxo de calor sensível, em ocorrência da diminuição do fluxo de calor latente, há um aumento da temperatura do ar na região. Esta variação denota a importância de que áreas florestadas sejam mantidas, a fim de que a estabilidade climática e ambiental da região seja mantida. 5 Referências BECKER, B. K. Amazônia: mudança climática, projetos globais e interesse nacional. Brasília DF: Parcerias Estratégicas. v p COHEN, J. C. P.; BELTRÃO, J. C.; GANDU, A. W.; SILVA, R. R. Influência do desmatamento sobre o ciclo hidrológico na Amazônia. Ciência e Cultura, v. 59, p , DAVIDSON, E. A.; ARAÚJO, A. C.; ARTAXO, P.; BALCH, J. K.; BROWN, F.; BUSTAMANTE, M. M. C.; COE, M. T.; DEFRIES, R. S.; KELLER, M.; LONGO, M.; MUNGER, W.; SCHROEDER, W.; FILHO. B. S. S.; SOUZA, C., M.; WOFSY, S. C. The Amazon basin in transition. Nature., v.. 481, p , DIAS, M. A. F. S.; COHEN, J. C. P.; GANDÚ, A. W. Interações entre nuvens, chuvas e a biosfera na Amazônia. Acta Amazônica, v. 35, p , ELBERS, J. A. Eddy correlation system: user manual version 2.0. Wageningen: Alterra, The Netherlands, p. FIRMINO, F. H. T.; RIBEIRO, A. A.; MACHADO, C. B.; SOUZA, R. M. S.; OLIVEIRA, J. E. S.; SOUZA, E. S.; LIMA, J. R. S. Determinação dos componentes do balanço de energia em pastagens no semiárido pernambucano. XIII Jornada de ensino, pesquisa e extensão: Recife, GALEANO, D. C.; BIUDES, M. S.; DANELICHEN, V. H. M.; FABIAN, F. A.; SOUZA, M. C. Energy balance in a pasture in the Pantanal. Journal of Biotechnology and Biodiversity, v. 4, p ,

10 GALVÃO, J. A. C. Estudo do balanço de radiação em áreas de floresta e pastagem na Amazônia. Dissertação de Mestrado em Meteorologia. São José dos Campos: INPE, p. GOMES, J. B.; WEBLER, A. D.; AGUIAR, R. G.; AGUIAR, L. J. G.; NUÑES, M. L. A. Conversão de Florestas tropicais em sistemas pecuários na Amazônia: Quais as implicações no microclima da região?. Revista Brasileira de Climatologia,v. 17. p , LIBERATO, A. M.; CARDOSO, F. L.. Análises da radiação de onda curta e onda longa na Amazônia. Revista de Geografia, p , RANDOW, C. ; MANZI, A. O.; KRUIJT, B.; OLIVEIRA, P. J.; ZANCHI, F. B.; SILVA, R. L.; HODNETT, M. G.; GASH, J. H. C.; ELBERS, J. A.; WATERLOO, M. J.; CARDOSO, F. L.; KABATI, P. Comparative measurements and seasonal variations in energy and carbon exchange over forest and pasture in South West Amazonia. Theorical and Applied Climatology, v.esp., p.1-22, SWANN, A. L. S.; LONGO, M.; KNOX, R. G.; LEE, E.; MOORCROFT, P. R. Future deforestation in the Amazon and consequences for South American climate. Agricultural and forest meteorology, p , WEBLER, A. D.; GOMES, J. B.; AGUIAR, R. G.; ANDRADE, N. L. R.; AGUIAR, L. J. G. Mudanças no uso da terra e o particionamento de energia no sudoeste da Amazônia. Revista brasileira de engenharia agrícola e ambiental, v. 17, p ,