SÉRIE DIURNA DAS RADIAÇÕES MÉDIAS HORÁRIA G, UV, PAR e IV

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1 SÉRIE DIURNA DAS RADIAÇÕES MÉDIAS HORÁRIA,, e João Frncisco Escoedo escoedo@fc.unesp.r Edurdo Nrdini omes engomes@fc.unesp.r Erick Roerto Peterlevitz erpeterlevitz@fc.unesp.r Deprtmento de Recursos Nturis / FCA/UNESP/Botuctu/SP/Brsil Amuri Pereir de Oliveir pdolive@usp.r Jcyr Sores jcyr@usp.r Deprtmento de Ciêncis Atmosférics IA/USP/São Pulo/SP/Brsil 1.3 Seqüênci de Ddos Resumo. O trlo present evolução diurn d rdição médi orári glol () ultrviolet (), fotossintétic () e Infrvermel (). Os resultdos esttísticos otidos em 5 nos form discutidos em função ds condições climátics. Equção temporl polinomil de qurt ordem foi propost pr estimtiv ds rdições, e médi orári em função do tempo (em ors), com elevdos coeficientes de determinção. A vlidção ds equções presentou os indictivos esttísticos: MBE menor que 16,0%; RMSE menor que 2% e d de Willmott mior que 0,98. A nálise d szonlidde mostrou que equção temporl do no fornece um melor estimtiv ds rdições, e em dezemro do que em juno. As frções médis oráris totis form: < K = 4,3%, < K = 49,1% e < K = 46,2%. Plvrs-cve: rdição solr, séries temporis, glol, rdição, e. 1. INTRODUÇÃO O conecimento ds rdições solres Ultrviolet- (0,29 0,385µm), fotossintétic- (0,385-0,7µm) e infrvermel- (0,7 3,0µm) por meio de séries temporl e espcil é importnte em muits áres científics e tecnológics. As séries temporl e espcil fornecem disponiilidde energétic no di e no, em função do tempo, sem necessidde de medids de outr vriável meteorológic, stnte comum nos modelos esttísticos de estimtiv, porém exige que s medids sejm relizds rotineirmente por um longo período de tempo. São rrs s informções n litertur sore séries temporis pr s qutro rdições. A miori dos estudos são relções entre s rdições e ou e, como mostrm os trlos Ppionnou et l. (1993 e 1996), Udo & Aro, (1999), Aldos-Aroleds et l., (2000), Kogli & Al-Br (1992), Blumtler et l., (1992), Feister & rsnick (1992), Mtinez-Lozno et l., (1999), Murilo et l., (2003) e Ro (2004). Com s rdições e, s informções são mis restrits, não são medids rotineirmente, ms pens em situções específics como um situção szonl como mostr Zng et l., (2000). A Estção de Rdiometri Solr de Botuctu/SP/Brsil monitor s rdições glol, ultrviolet, fotossintétic e infrvermel de ond curt desde o no 2000, com o ojetivo de formr um nco de ddos pr produzir séries normis. A se de ddos tul (5nos) ind não é suficiente pr otenção de séries normis, porem já é suficiente pr produção de séries temporis curts, que permitm oservr s tendêncis ds energis o longo do di, mês e no. Assim, o trlo tem como ojetivo desenvolver evolução diurn d médi orári nul pr nlise de energi orári ds rdições, e ; oter e vlidr equção temporl nul, nlisr szonlidde e oter evolução diurn d frção ds rdições oráris, e.

2 2. INSTRUMENTAÇÃO A se de ddos d rdição orári utilizd n otenção e vlidção d equção de estimtiv ds rdições, e, compreende os nos de Os nos form utilizdos n modelgem e 2005 n vlidção. A irrdiânci glol (I ) foi monitord por um pirnômetro Eppley PSP, irrdiânci ultrviolet (I ) por um rdiômetro C-3 d Kipp-Zonen e irrdiânci infrvermel (I ) por um pirnômetro Eppley PSP com cúpul seletiv de trnsmissão n fix espectrl de 0,7 3,0µm. O ftor de clirção do pirnômetro foi multiplicdo pelo ftor 0,92 pr corrigir o efeito d trnsmissão d cúpul no elemento sensível. A irrdiânci (I ) foi clculd pelo método indireto, ou sej, por meio d diferenç entre irrdiânci I e som ds irrdiâncis I e I medids n mesm freqüênci em W/m 2 pel equção: I = I (I + I ). N quisição dos ddos utilizou-se um Dtlogger d Cmpell CR23X operndo n freqüênci de 1 Hz, rmzenndo médis de 300 leiturs ou 5minutos. Os ddos pssrm por um controle de qulidde e num segund etp form processdos por progrms desenvolvidos especificmente pr clculr rdição orári prtir d irrdiânci médi de 5 minutos. 3. CÁLCULO E ANALISE DA RADIAÇÃO MÉDIA HORÁRIA O modelo temporl diurno sei-se n evolução d médi orári do no. Pr se determinr evolução diurn ds rdições,, e clculou-se médi nul d energi cd or, por: N 1 t ( H ) Y = H onde 1 = N + 1 H I t ( t) dt, t n = n t, n = inteiro, ( H ) é médi nul (do Y n n= 1 no y ) ds rdições,, e H à or, e N é o número de oservções oráris no no y. A prtir d energi médi, determinou-se médi orári de 5 nos ds rdições,, e utilizndo expressão: N 1 < H = ( H ) 2000 onde < H é médi de 5 nos ds rdições,, e à or + n N n= 1 ( ), e N é o número de nos A T. 1 mostr evolução diurn médi orári nul ds rdições,, e ; evolução diurn médi orári em qutro nos com o desvio d médi e som (integrção) d evolução diurn médi orári nul. Um nlise d evolução diurn médi orári nul mostr que energi orári dos dois primeiros intervlos orários (5:30 às 7:30) e dos dois últimos intervlos orários (17:30 às 19:30) ds qutro rdições sendo muito pequen qundo comprd à energi d integrção d evolução diurn nul podendo ser desprezd ds nálises posteriores. A energi diári totl ds integrções d evolução diurn médi orári cd no é proximdmente igul nos três primeiros nos e pouco inferior no qurto no. Esse resultdo mostr que s vrições tmosférics se repetem nulmente. A energi orári ds qutro rdições n superfície terrestre nos qutros nos, ds 7:00 às 17:00, present um vrição representd pelo desvio d médi, o qul mostr influenci d coertur tmosféric crcterístic de cd intervlo orário diário. Os desvios nos intervlos orários à trde são pouco superiores os d mnã e isso se deve mior evpotrnspirção, formção de nuvens, umento de neulosidde e proilidde de precipitção o finl do di. Ess é rzão pel qul o desvio do intervlo orário ds 16:00 às 18:00 é lto e crescente.

3 Tel 1. Rdições Horáris nuis pr s rdições,, e. Hor lol (MJ/m 2 ) (MJ/m 2 ) Médi Desvio(%) Médi Desvio(%) 5, , ,58 6,5 0,21 0,18 0,19 0,22 0,20 8, ,66 7,5 0,72 0,67 0,68 0,71 0,70 3, ,38 8,5 1,34 1,31 1,29 1,33 1,32 1, ,17 9,5 1,88 1,91 1,89 1,86 1,89 1, ,99 10,5 2,32 2,36 2,32 2,34 2,34 0,82 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 2,27 11,5 2,60 2,59 2,58 2,47 2,56 2,29 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 2,06 12,5 2,58 2,59 2,58 2,39 2,54 3,75 0,11 0,11 0,11 0,10 0,11 3,38 13,5 2,35 2,25 2,32 2,18 2,27 3,36 0,10 0,10 0,10 9 0,10 2,89 14,5 1,85 1,87 1,92 1,78 1,86 3, ,85 15,5 1,34 1,32 1,35 1,26 1,32 2, ,92 16,5 0,74 0,73 0,72 0,60 0,70 9, ,49 17,5 0,23 0,25 0,22 0,17 0,22 14, ,68 18, , ,68 Som 18,25 18,10 18,15 17,41 17,97 0,74 0,75 0,77 0,73 0,75 Hor (MJ/m 2 ) (MJ/m 2 ) Médi Desvio(%) Médi Desvio(%) 5, , ,86 6,5 0, ,11 0,10 10,63 0, ,10 0,10 6,54 7,5 0,35 0,32 0,32 0,35 0,34 5,67 0,34 0,33 0,33 0,33 0,33 2,02 8,5 0,66 0,63 0,63 0,66 0,65 3,07 0,63 0,62 0,61 0,61 0,62 1,23 9,5 0,93 0,93 0,91 0,92 0,92 1,11 0,87 0,91 0,90 0,86 0,89 2,52 10,5 1,15 1,15 1,12 1,17 1,15 1,68 8 1,12 1, ,81 11,5 1,28 1,27 1,27 1,24 1,26 1,56 1,21 1,21 1,20 1,13 1,19 3,25 12,5 1,27 1,27 1,29 1,18 1,25 3,70 1,20 1,20 1,18 1,10 1,17 3,99 13,5 1,16 1,11 1,16 7 1,13 3, ,29 14,5 0,92 0,92 0,96 0,87 0,92 3,70 0,86 0,87 0,89 0,83 0,86 2,76 15,5 0,66 0,64 0,65 0,61 0,64 3,42 0,63 0,63 0,64 0,60 0,62 2,40 16,5 0,36 0,35 0,34 0,29 0,33 9,26 0,35 0,35 0,35 0,28 0, ,5 0,11 0,12 0,10 9 0,11 13,51 0,11 0,12 0,11 8 0,10 16,10 18, , ,96 Som 9,01 8,84 8,87 8,62 8,83 8,50 8,51 8,51 8,05 8,39 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1. Evolução Diurn d Rdição Médi Horári Anul. A Fig. 1 mostr evolução diurn ds rdições médi orári glol < H, ultrviolet < H, fotossintétic < H e infrvermel < H n superfície terrestre. A evolução diurn ds rdições médi orári < H, < H e < H, é similr à evolução d rdição médi orári < H, com energi mior pr s rdições n seqüênci, e.

4 Rdições(MJ/m 2 ) IO LO NIR 0 Tempo (ors) Figur 1- Evolução diurn ds rdições médis orári,, e. A evolução é do tipo prólic, cresce prtir ds 5:30 té o intervlo orário às 11:30, pssndo por um máximo e decrescendo seguir simetricmente té o por do sol, quse que no mesmo nível de energi ntes d pssgem meridionl. A evolução < H prent ser constnte, no entnto, qundo escl é dptd pr ix energi, evolução < H é vricionlmente similr às evoluções pr < H e < H. A equção temporl pr s evoluções < H, < H, < H e < H em função do intervlo de tempo (ors) foi otid por meio de regressão polinomil ds curvs d Fig. 1 e é presentd n T. 2 com seu coeficiente de determinção R². Tel 2. Equções temporis diurn pr rdições orári,, e Equções Diurn ( t = tempo em or ) R < H = 16, ,51316t + 1,19075t t t 0, < H = 0, ,33149t t 0318t + 6,63835E 5t 0, < H = 8, ,73332t + 0,59052t t + 7,55943E - 4t 0,99996 < H 6, ,20391t + 0,51402t2-3177t3+ 6,63835E - 4t4 0,99942 Os coeficientes de determinção ( R² ) próximos 1 mostrm que s vrições ds rdições < H, < H, < H e < H estão em correlcionds com s vrições do tempo. Não diferenç esttístic entre os coeficientes de determinção pr s qutro correlções.

5 lol Desvios (%) Tempo (Hors) Figur 2- Evolução dos desvios d médi ds rdições oráris,, e. A Fig. 2 mostr evolução diurn do desvio d medi entre os qutro nos. A vriilidde d rdição medi orári de um no pr outro é muito pequen, rzão pel qul s evoluções quse são superposts. No período entre 7: 00 às 15:30, o desvio reltivo foi inferior 5% e indic que os processos de formção d neulosidde e d interção d rdição n cmd tmosféric se repetem no no. Nos intervlos ds 15:30 às 16:30 e 16:30 às 17:30 os desvios ds médis crescerm de 4% pr 7% e 7% pr 14% respectivmente. O crescimento está ssocido à vriilidde tmosféric como o umento d neulosidde e ocorrênci de cuv muito freqüente no verão e primver. A Fig. 3 mostr vlidção por meio d comprção entre s rdições estimds pelo modelo nul (equções d T. 1) e s rdições medids pr o no de O modelo superestimou medid pr s qutro rdições e o juste foi melor ntes do meio di solr. lol (MJ/m 2 ) 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 0,5 modelo estimd ULTRAVIOLETA (MJ/m 2 ) 0,16 0,14 0,12 0, modelo estimd Tempo (ors) Tempo (ors) FOTOSSINTÉTICA (MJ/m 2 ) 1,8 1,6 1,4 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 c -0,2 Tempo (ors) modelo estimd INFRAVERMELHO (MJ/m 2 ) 1,4 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 d Tempo (ors) modelo estimd Figur 3- Vlidção d equção temporl,, e diurn. As rdições medids no período d trde estão mis distntes do modelo do que s rdições medids no período d mn. Como já oservdo nteriormente, isso se deve à formção de

6 nuvens qul é mis intens à trde do que no período d mnã proporcionndo um mior sorção ds rdições n tmosféric. A T. 3 present os indictivos MBE, RMSE e d de Willmott n vlidção entre rdição medid e estimd pelo modelo. O sinl positivo de MBE indic que estimtiv ds qutro rdições superestim medid, onde o melor desempeno foi otido n estimtiv ds rdições e, seguido ds rdições e. Tel 3. Indictivos Esttísticos n vlidção ds equções temporis. Rdição MBE (%) RMSE (%) D 15,29 19,95 0, ,42 19,34 0, ,67 3,69 0, ,33 6,50 0,99807 O indictivo RMSE menor que 2% mostr que o esplmento seguiu mesm seqüênci do indictivo MBE, foi muito om pr s rdições e, e om pr s rdições e. O índice de Willmott d mior que 0,98 mostr que o justmento entre medid e estimtiv d rdição próximo 1, indic que extidão é melor pr s rdições n seqüênci,, e. Selecionou-se os meses de juno e dezemro pr nálise szonl ds rdições,, e por representrem os meses com o comprimento do di mis curto (10,6 de luz solr) e mis longo do no (13,4 de luz solr) mrcndo o início do inverno e do verão, respectivmente. lol (MJ/m 2 ) 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 0,5 Tempo (ors) glom06 glom12 glo.no ULTRAVIOLETA (MJ/m 2 ) 0,18 0,16 0,14 0,12 0, Tempo (ors) Uvm06 Uvm12 Medi.no FOTOSSINTÉTICA (MJ/m 2 ) 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 c Tempo (ors) Prm06 Prm12 med.no INFRAVERMELHO (MJ/m 2 ) 1,8 1,6 1,4 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 d Tempo (ors) Medi.no Figur 4- Comprção d evolução nul e mensl de dezemro e juno.

7 A Fig. 4 mostr comprção entre evolução diurn ds rdições < H, < H e < H, e médi orári pr os meses de juno < H J, < H J, < H J e < H J, e dezemro, < H D, < H D, < H D e < H D de 2001 à 2004 respectivmente. A Fig. 4 mostr que rdição medi orári nul superestim s rdições medis orári de juno e suestim de dezemro. O desvio reltivo percentul entre s médis orári nul e mensl de juno e dezemro é mis elevdo no inicio e finl do di, e decresce grdtivmente pr o meio do di, onde tinge o mínimo. O mês de juno present desvio mis elevdo no inicio do di enqunto que o mês de dezemro o finl do di. No intervlo orário principl do di, ds 7:00 às 17:00, onde se encontr quse 10% d energi diári, o desvio médio diário( δ ) entre médi orári nul e medi orári mensl de juno e dezemro foi : pr juno δ =22,1%, δ =29,6%, δ =23,3% e δ = 20,5%, e pr dezemro, δ =-15,3%, δ =-26,0%, δ =-17,3% e δ =-12,6%,. O desvio reltivo percentul entre o vlor médio orário nul e mensl de dezemro, pr s qutro rdições, é menor que o de juno. A Fig. 5 () present evolução diurn d rdição H e evolução diurn d som ds rdições H, H e H, e mostr crcterístic ditiv ds três rdições, e dentro do espectro solr como sendo igul rdição. A Fig. 5 () mostr que relção entre rdição H e rdição som = H + H + H é perfeitmente liner: ret pssndo pel origem e coeficiente ngulr igul 45 o. No totl cumuldo diário não ouve diferenç numéric entre irrdição H e irrdição som H + H + H, s integrções ds dus evoluções fornecerm vlores de 17,97 MJ/m 2. Rdição (MJ/m 2 ) 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 0,5 lol ++ lol (Uv++) MJ/m 2 3,0 2,5 2,0 1,5 0,5 Tempo (MJ/m 2 ) 0,5 1,5 2,0 2,5 3,0 Rdição lol (MJ/m 2 ) Figur 5 - () evolução diurn d rdição H e d som ds rdições H, H e H ; () relção entre rdição H e rdição som = H + H + H A Fig. 6 mostr evolução diurn d frção médi orári nul < K, < K, < K, qul foi otid trvés ds rdições H, H, H e H, por meio ds médis ritmétics: < K = ( H / H ) / n ; < K = ( H / H ) / n e = ( H / H ) / n, onde n é o numero de ors, nos intervlos orários ds 5,00: às 19:00, do período de

8 Frções 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Tempo (ors) Kuv médio Kpr médio Kiv médio Figur 6- Evolução diurn ds frções oráris < K, < K, < K A evolução < K no intervlo orário ds 5:00 decresce linermente té às 7:00. Ds 7,00 às 17,00, cresce lentmente té às 12,30 e grdtivmente decresce té às 17,00, presentndo um médi de 427. Ds 17:00 às 19,00, frção < K cresce de 427 pr 49. As evoluções < K e < K representm s dus miores prcels de energi do espectro solr, sendo < K um pouco superior < K. As vrições ds < K e < K ocorrem tmém nos mesmos três intervlos de tempo distintos o di. No intervlo ds 5:00 às 7:00, evolução < K decresce e < K cresce quse que linermente. No período principl, ds 7:00 às 17:00, < K mntem-se proximdmente constnte com médi de 0,491 enqunto que < K evolui de form similr < K, com médi de 0,462. Ds 17:00 às 19:00 ocorre o inverso em relção o período ds 5:00 às 7:00, < K cresce e < K decresce linermente. Os desvios ds médis ds evoluções < K e < K, seguem mesm tendênci dos desvios d médi d < K, com diferenç pens n ordem de grndez. O ftor tmosférico responsável pel vrição diurn ds frções oráris, e n superfície terrestre é neulosidde e s vrições de concentrção de erossóis e do vpor dgu. Pr s rdições e, qunto mior neulosidde e concentrção de vpor dgu, mior é proilidde de esplmento ds dus rdições. Conseqüentemente, < K, < K são miores n superfície terrestre. Pr frção, situção é contrári, qunto mior concentrção do vpor dgu, mior sorção d rdição. Conseqüentemente, < K é menor n superfície terrestre. Pr s frções e esse efeito já tin sido oservdo por vários pesquisdores (Aldos et l., 1996; Krlis, 1989).O vlor médio diurno ds frções médis orári nul d Fig. 6 no intervlo ds 7:00 às 17,00, foi: < K = 4,3%, < K = 49,1% e < K = 46,2%.

9 5. CONCLUSÕES A evolução diurn d rdição,, e médi orári nul permitiu juste de função temporl prólic de qurt ordem com lto coeficiente de correlção. A energi médi orári nul presentou vrição dependente d coertur tmosféric crcterístic de cd or o di. No orário ds 7:00 às 16:00, o desvio reltivo foi menor que 5%, sendo o desvio no orário d trde superior o d mnã N vlidção, o indictivo de MBE mostrou que s equções superestimm rdição medid, com melor desempeno pr s rdições e, seguido pr s rdições e. O indictivo RMSE inferior 2% mostr que o esplmento foi muito om pr s rdições e, e om pr s rdições e. O índice de Willmott d mior que 0,98 mostr o extidão, sendo melor pr s rdições, n seqüênci:,, e. A equção ds rdições medi orári nul present desvios szonis, superestim rdição medi orári de juno e suestim de dezemro. A frção médi orári nul não é constnte n evolução diurn, no entnto,considerndo-se pens o intervlo ds 7:00 às 17,00, é proximdmente constnte com médi igul : < K = 4,3%, < K = 49,1% e < K = 46,2%. REFERÊNCIAS ALADOS ARBOLEDAS, L., OLMO, F.J., ALADOS, I., PÉREZ, M. Prmetric models to estimte potosynteticlly ctive rdition in Spin. Agriculturl nd Forest Meteorology, v.101, p , BLUMTHALER, M., AMBACH, W. AND REHWALD, W. Solr A nd B rdition fluxes t two lpine sttions t different ltitudes, Teoreticl nd Applied Climtology, v. 46, p. 39, FIESTER, U. RASNICK, K.H. Solr rdition mesurements t Potsdm (55 o 22 N, 13 o 5 E). Solr Energy, v. 49, n. 6, p , KHOALI, A. AND AL-BAR, O.F. A study of solr ultrviolet rdition t Mkk solr sttion, Solr Energy, 48, MARTINEZ-LOZANO, J.A., TENA, F. nd UTRILLAS, M.P. Rtio of uv to glol rod nd irrdition in vlenci, spin, Interntionl Journl of Climtology. V.19, p , MURILLO, W. CAÑADA, J. PEDRÓS,. Correltion etween glol ultrviolet ( nm) nd glol irrdition in Vlenci nd Cordo (Spin). Renewle Energy, v.28, p , PAPAIOANNOU,., NIKOLIDAKIS,., ASIMAKOPOULUS, D.N., RETALIS, D. Potosynteticlly ctive rdition in Atens. Agric. For. Meteorol., v.81, p , PAPAIOANNOU,., PAPANIKOLAOU, N., RETALIS, D. Reltionsips of potosynteticlly ctive rdition nd sortwve irrdince. Teoreticl nd Applied Climtology, v.48, p.23-7, ROBAA, S.M. A study of ultrviolet solr rdition t Ciro urn re, Egypt. Solr Energy, v.77, p , UDO, S.O., ARO, T.O. lol relted to solr rdition for centrl Nigeri. Agriculturl nd Forest Meteorology, v.97, p.21-31, WILLMOTT, C.J. On te vlidtion of models. Pysic eogr. v.2, p , ZHAN, X., ZHAN, Y., ZHOUB, Y. Msuring nd modelling potosynteticlly ctive rdition in Tiet Plteu during pril-octoer. Agriculturl Meteorology, v.102, p , Agrdecimento: À FAPESP, e o CNPq pelo poio finnceiro.

10 DIURNAL SERIES OF,, AND HOURLY AVERAE RADIATIONS ABSTRACT: Tis pper presents diurnl evolution of te glol (), ultrviolet (), potosyntetic () nd Infrred () ourly verge rditions. Sttistic results over 5 yers for ourly rditions re presented nd discussed s function of te climte conditions. Temporl equtions of 4 o degree were otined to estimte, nd rditions s function of time (in ours) wit ig determintion coefficients. Te vlidtion sowed te following sttistic indictors: MBE lower tn 16,0%; RMSE lower tn 2% nd d of Willmott iger tn 0,98. Te sesonl nlysis sowed tt te rditions, nd re etter estimted in Decemer tn in June y te temporl eqution. Te totl ourly verge frctions were s it follows: < K = 4,3%, < K = 49,1% nd < K = 46,2%. Keywords: solr rdition, temporl series, glol,, nd rdition.