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

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1 PARTIÇÃO DOS COMPONENTES DA RADIAÇÃO SOLAR, NA RESERVA FLORESTAL DE CAXIUANÃ-PA 1 Jesus, J.A.A.; 2 Costa, A.C.L.; 2 Ribeiro, J.B.M; 1 Campos, C.R.J. 1 UFPel / Faculdade de Meteorologia CEP: Pelotas-RS 2 UFPa / Departamento de Meteorologia CEP: Belém-PA ABSTRACT The present work aiming to study the radiation budget, the main meteorological element that sufficiently influences in all physical and dynamic processes of the atmosphere. After the analysis, the components of the radiation budget, in the less rainy period showed maximum values because its a inverse function of the amount of cloudiness. No longer in the rainier period, its components have a behavior inverse, cause in this period, we have the direct influence of the Inter Tropical Convergence Zone, that influence the most weather system that are observed in this region. 1- INTRODUÇÃO A radiação solar é o principal elemento climático, não só do globo quanto da região tropical especificamente, pois induz as características e comportamento de outros parâmetros, tais como: temperatura, umidade, precipitação, vento, etc. A maior parte da energia que o sistema Terra-atmosfera utiliza para seus diversos fins é proveniente do sol. Estima-se que a cada minuto o sol irradia cerca de 56 x calorias de energia da qual intercepta apenas 2,55 x calorias (Ayoade, 1983). Ayoade também observou que: o sol é uma esfera gasosa luminosa que possui temperatura em sua superfície de 6000ºC e emite energia em ondas eletromagnéticas. Essa energia se propaga radialmente, a partir do sol e leva 9 1/3 minutos para percorrer cerca de 150 milhões de km, que é a distância média Terra-Sol, e nesta propagação a energia não se dissipa, mas perde intensidade ao quadrado da distância do sol. O conhecimento de sua distribuição, no espaço e no tempo, é de suma importância para o planejamento e a tomadas de decisão em diversas atividades, tais como a definição de etapas do calendário agrícola e dimensionamento de coletores solares, bem como para avaliação de parâmetros relacionados ao balanço de água e energia em comunidades vegetais, e ao potencial de produção de biomassa. De acordo com Monteith (1958) a agricultura pode ser considerada como uma forma de exploração de energia solar, tornada possível mediante um adequado fornecimento de água e nutrientes, necessários para a manutenção da planta. A radiação solar sofre variação tanto sazonal, como interanual. Sazonalmente, sua variação está intimamente ligada a latitude local, sendo também afetada pelas características da atmosfera, que governam sua transmissividade até chegar a superfície da Terra, bem como, pelas características do solo, que governam seu grau de refletividade. As mudanças na intensidade de práticas agrícolas e do tipo de uso da terra, como no caso de queimadas, que é uma prática de manejo tradicional no meio rural da região Norte do Brasil, podem também contribuir para a variabilidade na radiação solar, pelo efeito que a fumaça exerce sobre sua transmissividade. Visto que, o sol é a principal fonte de energia para a superfície da Terra, e que outras fontes, tais como o calor do centro da Terra e os materiais radiativos que existem no interior do nosso planeta, contribuem pouco, uma vez que representam apenas 0,3 % do total de energia que o sistema Terra-atmosfera utiliza, justifica-se a execução deste trabalho. O presente trabalho tem como objetivo analisar o padrão da variabilidade sazonal dos componentes do balanço de radiação solar, tais como, radiação solar global, radiação solar refletida, balanço de radiação de ondas curtas e balanço de radiação de ondas longas e o saldo de radiação, para uma área de floresta tropical, localizada na Floresta Nacional de Caxiuanã-PA. 3079

2 2- MATERIAIS E MÉTODOS 2.1- Localização A Floresta Nacional de Caxiuanã-PA ( S, W), fica localizada no município de Melgaço, no estado do Pará, distante 400 km em linha reta da Capital do Estado. Seus limites geográficos são: ao Norte o divisor de água entre as bacias do Rio Caxiuanã e do Rio Amazonas, ao Sul o Rio Caxiuanã, a Leste a bacia de Caxiuanã e o igarapé Laranjal e a Oeste o igarapé Grande Climatologia dinâmica A característica da circulação geral da atmosfera sobre a região Norte apresenta, no setor oriental, ventos de Nordeste e Leste, que sopram periodicamente, provenientes dos anticiclones subtropicais semipermanentes sobre o Oceano Atlântico Sul e Atlântico Norte. O regime de precipitação é influenciado pelos deslocamento da Zona de Convergência Inter-Tropical (ZCIT) sobre a região, das brisas marítimas, das Linhas de Instabilidade (LI), dos sistemas frontais oriundos do quadrante Sul, e da imensa fonte de vapor d água atmosférico, representada pela Bacia Amazônica. Mais recentemente tem-se pesquisado a influência do fenômeno El Niño na distribuição da precipitação no mundo todo. Com atenção especial à Região Amazônica, têm-se notado uma redução nas taxas de precipitação. A ZCIT é formada pela confluência dos ventos alísios dos anticiclones semi-permanentes do Atlântico Sul e Atlântico Norte. É caracterizado por um cinturão de nuvens cumuliformes que oscila ao longo do ano latitudinalmente, com posições extremas assimétricas em relação ao Equador geográfico. Em janeiro a ZCIT localiza-se entre 5ºS e 8ºN e no mês de julho a sua variação é entre 2ºN e 17ºN. A ZCIT é considerada como o sistema atmosférico mais determinante no regime pluviométrico da estação chuvosa da Região Norte, devido a sua passagem ou permanência sobre a região. As frentes polares surgem durante o inverno do Hemisfério Sul e causam perturbações nas condições atmosféricas. Tais frentes são oriundas da Região Polar (continente Antártico) e ao penetrarem no continente sul-americano, deslocam-se rumo às baixas latitudes, geralmente apresentam ventos de Sul e Sudeste. Durante o seu deslocamento, os anticiclones polares sofrem alterações nas características de suas massas de ar, quanto a temperatura e umidade. Originalmente seca, fria e estável, a massa de ar em contato com a superfície mais quente e úmida dos trópicos, adquire absorção de calor e umidade no oceano, aumentando este aquecimento à medida que penetra na Região Equatorial, de modo que o ar polar marítimo torna-se instável. Ao adentrar na região Norte do Brasil, a superfície frontal muda sua orientação para Noroeste- Sudeste, acompanhada de ventos do quadrante Sul, provocando precipitação intensa e queda de temperatura. As LI s são pequenas depressões barométricas associadas a ondulações frontais, com formações de nuvens cumuliformes que se deslocam ao longo destas, gerando precipitações localizadas e intensas. No Brasil, o deslocamento destas ocorre no sentido de Oeste para Leste e na Amazônia, formam-se, principalmente no setor Ocidental, quando, após formadas, deslocam-se para o Sudeste, até a Amazônia Central. O El Niño é um fenômeno recorrente, quase períodico, associado com uma reversão da pressão barométrica entre o Pacífico Tropical Oeste e Leste, conhecida como Oscilação Sul. Normalmente, as águas da Costa Oeste da América do Sul são frias, devido a influência da corrente marítima de Humboldt, que traz as águas frias das regiões polares para as regiões sul equatorianas. Alguns graus de latitude, antes de atingir o Equador, essa corrente inflete para Oeste e dirige-se para as costas da Austrália e das Ilhas Salomão. O aquecimento anômalo das águas do Pacífico influencia de modo bastante evidente as condições de temperatura e umidade das massas de ar que afetam o clima do continente Sul Americano. Há a formação de massas de ar, originando extensas zonas frontais com amplas faixas de instabilidade. Os reflexos mais nítidos no território brasileiro são a ocorrência de pesadas e abundantes chuvas na Região Sul, secas prolongadas no Nordeste e faixas de seca na Amazônia. Normalmente a massa de ar úmido que penetra nos continentes, proveniente do oceano tende a precipitar e depois tornar-se seca. Então, em quase todas as regiões do mundo, 3080

3 o que se vê é que a costa é muito úmida e o interior é seco. Na Amazônia, a costa é úmida, depois passa-se por uma região de mínimo de chuvas, mas volta-se a ter uma região de máximo, tão grande quanto a da costa. A única explicação para isso é que floresta fornece o vapor d água necessário, mas são as frentes frias que convertem este vapor em chuva. Assim, quando essas frentes são bloqueadas sobre o Sul do País, é evidente que vai diminuir a precipitação na Amazônia, no entanto, devido à abundância de água, não sente-se tanto o efeito do El Niño sobre a região. O clima da região segundo a classificação climática de Köppen é o Am, ou seja, clima tropical úmido com precipitação pluviométrica excessiva durante alguns meses, e com ocorrência de um a dois meses (outubro e novembro) de pluviosidade inferior a 60 mm. A temperatura média anual é de 26,0ºC, com valores médios de temperatura mínima e máxima variando de 22,0ºC à 32,0ºC, respectivamente (Sudam, 1973). Já a umidade relativa do ar apresenta um valor médio anual de 85% Dados utilizados Para a elaboração deste trabalho foram utilizados dados coletados na estação meteorológica automática (EMA) localizada no topo de uma torre micrometeorológica de 57 metros de altura, na floresta Nacional de Caxiuanã-PA, onde a altura média das arvores é de 45 metros. Os dados médios horários utilizados foram de radiação solar global, radiação solar refletida, balanço de radiação de ondas curtas, balanço de radiação de ondas longas e o saldo de radiação. Os meses estudados foram de janeiro a dezembro de 2000, com exceção de junho, devido a problemas técnicos. A estação chuvosa ficou definida entre os meses de dezembro a maio, enquanto que a estação menos chuvosa entre os meses de julho a novembro. 3- RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1- Variabilidade sazonal da Radiação Solar Global As figuras 1,2,3,4,5 e 6 mostram o comportamento da radiação solar global na época mais chuvosa da região, onde observa-se que o valor máximo médio dos meses de dezembro a maio foi de 645,6 w/m 2. Neste período o máximo valor absoluto de radiação solar global foi no mês de abril, com 697,1 w/m 2, enquanto que o menor valor observado foi no mês de fevereiro, com 565,5 w/m 2, correspondendo a uma diferença percentual de 18,9 %. Este comportamento deve-se ao fato da grande quantidade de nebulosidade nesta época, influenciada pela presença da ZCIT, que é o principal sistema produtor de chuva nesta época na região. Quando analisadas as figuras 7,8,9,10 e 11 que correspondem ao período menos chuvoso da região, a curva de radiação solar global apresenta-se mais suave e sem deformações. Durante este período o valor máximo médio dos meses de julho a novembro foi de 682,9 w/m 2, que corresponde a 5,5 % a mais que o período mais chuvoso. O maior valor absoluto observado no período foi de 778,8 w/m 2, ocorrido no mês de julho, enquanto que o menor valor foi verificado no mês de novembro, com 609,5 w/m 2, correspondendo a uma diferença percentual de 21,7 %. Este comportamento deve-se, certamente, ao afastamento do principal sistema produtor de nebulosidade em direção ao Hemisfério Norte, que é a ZCIT. 3081

4 Figura 1: Média horária dos Fluxos Radiantes no Mês de Dezembro do ano 2000, Caxiuanã-PA. Figura 2: Média horária dos Fluxos Radiantes no Mês de Janeiro do ano 2000, Caxiuanã-PA. 3082

5 Figura 3: Média horária dos Fluxos Radiantes no Mês de fevereiro do ano 2000, Caxiuanã-PA. Figura 4: Média horária dos Fluxos Radiantes no Mês de Março do ano 2000, Caxiuanã-PA. 3083

6 Figura 5: Média horária dos Fluxos Radiantes no Mês de Abril do ano 2000, Caxiuanã-PA. Figura 6: Média horária dos Fluxos Radiantes no Mês de Maio do ano 2000, Caxiuanã-PA. 3084

7 Figura 7: Média horária dos Fluxos Radiantes no Mês de Julho do ano 2000, Caxiuanã-PA. Figura 8: Média horária dos Fluxos Radiantes no Mês de Agosto do ano 2000, Caxiuanã-PA. 3085

8 Figura 9: Média horária dos Fluxos Radiantes no Mês de Setembro do ano 2000, Caxiuanã-PA. Figura 10: Média horária dos Fluxos Radiantes no Mês de Outubro do ano 2000, Caxiuanã-PA. 3086

9 Figura 11 : Média horária dos Fluxos Radiantes no Mês de Novembro do ano 2000, Caxiuanã-PA Variabilidade sazonal da Radiação Solar Refletida As figuras 1,2,3,4,5 e 6 mostram o comportamento da radiação solar refletida na época mais chuvosa da região, onde observa-se que o valor máximo médio dos meses de dezembro a maio foi de 63,1 w/m 2. Neste período o máximo valor absoluto de radiação solar refletida foi no mês de março, com 63,9 w/m 2, enquanto que o menor valor observado foi no mês de fevereiro, com 58,1 w/m 2, correspondendo a uma diferença percentual de 8,1 %. Esta pequena diferença percentual pode ser observada para toda a estação mais chuvosa. Quando analisadas as figuras 7,8,9,10 e 11 que correspondem ao período menos chuvoso da região, as curvas mostram-se mais afastadas durante todos os meses do período menos chuvoso, certamente, devido a ausência de nuvens e chuvas neste período. Durante este período o valor máximo médio observado foi de 81,5 w/m 2, que foi 22,6 % a maior que o período mais chuvoso. Neste período o máximo valor absoluto da radiação refletida foi de 88,1 w/m 2, ocorrido no mês de agosto, enquanto que o mês de novembro apresentou o menor valor, com 76,6 w/m 2, que corresponde a uma diferença percentual de 13,1 % Variabilidade sazonal do Balanço de Ondas Curtas As figuras 1,2,3,4,5 e 6 mostram o comportamento do balanço de ondas curtas (Boc), na época mais chuvosa da região, onde observa-se que o valor máximo médio do meses de dezembro a maio, que foi de 582,8 w/m 2. Neste período o máximo valor absoluto ocorreu no mês de abril, com 634,6 w/m 2, enquanto que o menor valor observado foi no mês de fevereiro, com 507,4 w/m 2, correspondendo a uma diferença percentual de 20,1 %. Quando analisamos as figuras 7,8,9,10 e 11 que correspondem ao período menos chuvoso da região, o valor máximo médio dos meses de julho a novembro, foi de 627,7 w/m 2, que foi 7,2 % superior aos observados no período chuvoso. Neste período máximo valor absoluto do Boc, foi de 701,7 w/m 2, ocorrido no mês de julho, enquanto que o menor valor ocorreu no mês de novembro, com 536,0 w/m 2, que corresponde a uma diferença percentual de 23,6 %. 3087

10 3.4- Variabilidade sazonal do Balanço de Ondas Longas As figuras 1,2,3,4,5 e 6 mostram o comportamento do balanço de ondas longas, na época mais chuvosa da região, onde observa-se que o valor máximo médio do meses de dezembro a maio, que foi de 34,0 w/m 2. Para este período o máximo valor absoluto ocorreu no mês de dezembro, com 40,6 w/m 2, enquanto que o menor valor observado foi no mês de fevereiro, com 23,6 w/m 2, correspondendo a uma diferença percentual de 41,9 %. Quando analisamos as figuras 7,8,9,10 e 11 que correspondem ao período menos chuvoso da região, o valor máximo médio dos meses de julho a novembro, foi de 50,5 w/m 2, que foi 32,8 % superior aos observados no período chuvoso. Neste período máximo valor absoluto do Bol, foi de 55,9 w/m 2, ocorrido no mês de agosto, enquanto que o menor valor ocorreu no mês de novembro, com 45,6 w/m 2, que corresponde a uma diferença percentual de 18,5 % Variabilidade sazonal da Radiação Líquida As figuras 1,2,3,4,5 e 6 mostram o comportamento da radiação solar líquida (Rn), na época mais chuvosa da região, onde observa-se que o valor máximo médio do meses de dezembro a maio, que foi de 557,5 w/m 2. Para este período o máximo valor absoluto ocorreu no mês de abril, com 609,7 w/m 2, enquanto que o menor valor observado foi no mês de fevereiro, com 488,8 w/m 2, correspondendo a uma diferença percentual de 21,1 %. Quando analisamos as figuras 7,8,9,10 e 11, período menos chuvoso da região, observa-se o valor máximo médio dos meses de julho a novembro, foi de 589,0 w/m 2, que foi 5,4 % a mais do que o observado no período mais chuvoso. Neste período máximo valor absoluto da Rn, foi de 660,8 w/m 2, ocorrido no mês de julho, enquanto que o menor valor ocorreu no mês de novembro, com 497,3 w/m 2, que corresponde a uma diferença percentual de 24,7 % Variabilidade Anual dos fluxos e do Albedo Na figura 12, tem-se o comportamento médio anual das variáveis estudadas, ao longo do dia, no ano de Quando compara-se a variação dos fluxos radiantes no período das 7 as 18 HL (Hora Local), mostrados na figura 12, com aqueles da estação menos chuvosa (Figuras 7 a 11) observa-se um comportamento similar das curvas, com valores máximos próximo as 12 HL. Observamos na figura 13, o albedo médio mensal, que foi de aproximadamente 11 %. Na estação chuvosa seu valor médio foi de 9,8 %, ao passo que na estação menos chuvosa seu valor médio foi de 11,9 %. Confirmando os valores de radiação solar refletida que são maiores na estação menos chuvosa e menores na estação chuvosa. 3088

11 Figura 12: Média Anual dos Fluxos Radiantes, no ano 2000, na Floresta Nacional de Caxiuanã-PA. Figura 13: Albedo médio Anual para o ano 2000, na Floresta Nacional de Caxiuanã-PA. 3089

12 4- CONCLUSÃO A análise dos dados aqui apresentados referem-se a Floresta Nacional de Caxiuanã-PA, durante o período de janeiro a dezembro de Dentre os elementos estudados durante este ano, observou-se no período chuvoso (definido de dezembro a maio), que as curvas apresentaram um comportamento assimétrico, com as curvas de R, Rn e Boc, não apresentando grandes diferenças. Já na estação menos chuvosa (definida de julho a novembro), o comportamento das curvas foi simétrico e estas apresentaram maiores diferenças entre os valores de Rg, Rn e Boc. Isso deve-se ao fato dessas estações diferirem, basicamente, pela quantidade de nebulosidade presente. Como este sítio experimental encontra-se na região equatorial, essa variabilidade ocorre devido ao movimento meridional da ZCIT, ou seja, na estação mais chuvosa a ZCIT encontra-se mais ao sul e na estação menos chuvosa ela encontra-se mais ao norte. Esse movimento da ZCIT rege a quantidade de Radiação Solar na região. 6- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AYOADE, J. O. Introdução à climatologia para os trópicos 3º Ed., MONTTEITH, J. L & UBSWORTH, M. H. Principles of Enviromental Physics, HUSCHKE, R. E. Glossary of Meteorological, 1970.GALVÃO, J. A. C.- Estudo do Balanço de Radiação em Áreas de Floresta e Pastagem na Amazônia. São José dos Campos. Tese de Dissertação de Mestrado em Meteorologia. INPE, MOLION, L.B. Curso de Especialização em Meteorologia Tropical (Meteorologia Básica). Apostila, CRUTZEN, P.J., ANDREAE, M. O. Biomass burning in the tropics: impact on atmospheric chemistry and biochemical cycles. Science (Washington, D.C), v.250, p ,1990. GUEDES, R. L. e L. A. T MACHADO (1997): Características Médias da Cobertura de Nuvens Sobre a América do Sul com base em imagens do GOES-E/ISCCP: Julho de 1987 a junho de RBMet. V. 12. n.1, pg HOREL, J. D.;A. N. HAHMANN e J. E. GEISLER, (1989): Na Investigation of the Annual Cycle of Convective Activity Over Tropical Americas. J. Climate, 2, KOUSKY, V. E., 1988: Pentad Outgoing Longwave Radiation Climatology for the South American Sector. RBMet. V.3, pg MACHADO, L. A. T., R. L. GUEDES e M. S. A ALVES (1996): Características Estruturais de Sistemas Convectivos e Forçantes da Convecção na América do Sul Observados por Satélites. Climanálise 10 anos, CPTEC/INPE, pg , Cachoeira Paulista, SP. MACHADO, L. A. T., (1997): Estudo da variabilidade Espacial e Temporal da convecção na região Tropical da América do Sul. Relatório Final de Bolsa de Pós-Doutoramento, FAPESP:1996/ École Polytechnique, Laboratoire de Metéorologie Dynamique, Palaiseau, França. TORSANI, J. A., e Y. VISWANADHAM, (1982): Distribuição de Nebulosidade Total no Brasil. INPE pre/223,S. J. dos Campos 3090