COMPARAÇÃO DA UNIFORMIDADE DE DADOS METEOROLÓGICOS DE ESTAÇÃO METEOROLÓGICA CONVENCIONAL E AUTOMÁTICA - PIRACICABA/SP

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1 COMPARAÇÃO DA UNIFORMIDADE DE DADOS METEOROLÓGICOS DE ESTAÇÃO METEOROLÓGICA CONVENCIONAL E AUTOMÁTICA - PIRACICABA/SP Fábio Vale Scarpare, Greice Ximea S. Oliveira, Joes Simo, Sôia Maria De Stefao Piedade 2, Luiz Roberto Agelocci 2 RESUMO: Foi efetuado um estudo comparativo etre os seguites elemetos meteorológicos: Radiação Solar Global (Rg, cal/cm.d), Umidade Relativa (URmed, %), Temperatura Média do ar (Tmed, ºC) e Precipitação pluviométrica (PP, mm) obtidos em uma Estação Meteorológica Covecioal (EMC) e uma Estação Meteorológica Automática (EMA), em Piracicaba-SP, durate 9 aos e 9 meses. As comparações dos dados obtidos pelas EMC e EMA foram feitas por meio dos seguites idicadores estatísticos: aálise de regressão coeficiete de determiação (R 2 ), ídice de cocordâcia (d), erro máximo (EM) e erro absoluto médio (EAM). Os elemetos meteorológicos com maior uiformidade foram Tmed e PP. A URmed embora com erros elevados pode ser comparável, pois seus sesores permitem erros de até 5%, superior a difereça ecotrada (4%). Para Rg houve uma discrepâcia elevada os dados da relação EMA/EMC (superestimativa de 25%), sedo ecessário maior acuracidade a iterpretação dos diagramas e uma calibração costate os sesores, pricipalmete o actiógrafo. Para os elemetos meteorológicos comparados este trabalho, a substituição de EMC por EMA ão implica em difereças sigificativas em seus valores, cotudo ão é uma regra geral, ecessitado comparações locais para cada caso. ABSTRACT: Meteorological elemets obtaied by a covetioal (CWS) ad by a automated weather statio (AWS) were compared i a period amog 9 years ad 9 moths i Piracicaba-SP, Brazil. The meteorological elemets aalyzed were: global solar radiatio (Rg, cal/cm.d), average air humidity (avrrh, %), average air temperature (avrt, ºC) ad raifall (R, mm). The follow statistics idicatives were used: regressio aalysis determiatio coefficiet (R²) - idex of agreemet (d) maximum error (ME) ad absolute average error (MBE). The avrt ad raifall were the meteorological elemets that have showed better data uiformity. The avrrh could also be comparable eve so showig high error data due to its sesors allows error util 5%, greater tha fouded (4%). The Rg showed great discrepacies betwee data measured by the two weather statios AWS/CWS (25% overestimate). It is ecessary better accuracy, graphical iterpretatios ad costatly sesors calibratio, actiography mealy. For other meteorological elemets compared i this study, the substitutio from CWS to AWS does ot apply sigicat data differeces; however this is ot a rule beig ecessary local aalysis for each case. Palavras-Chave: uiformidade, estação meteorológica covecioal, estação meteorológica automática. INTRODUÇÃO Pós-Graduado PPG Física do Ambiete Agrícola - ESALQ/USP, Av. Pádua Dias, - CP 9 - Piracicaba/SP- CEP348-9, Foe: R:236, fvscarpa@esalq.usp.br 2 Professor Doutor do Departameto de Ciêcias Exatas - ESALQ/USP, Av. Pádua Dias, - Piracicaba/SP-CEP348-9, Foe: , lrag@esalq.usp.br

2 Os avaços tecológicos a área da eletrôica e automação apresetaram substacial desevolvimeto, os últimos aos, permitido o moitorameto das mais diversas variáveis meteorológicas em tempo real e com elevados íveis de precisão. Os sesores eletrôicos gaharam progressivamete maior resolução/precisão, meor tamaho e custos relativamete reduzidos. Além da importâcia a área de meteorologia, os sistemas de aquisição automática de dados vêm gahado espaço a área de agroomia, favorecedo o moitorameto das variáveis relacioadas à plata, ao solo e às máquias agrícolas, as quais estão ligadas direta ou idiretamete com o crescimeto e desevolvimeto das platas cultivadas, melhorado o maejo dessa atividade agrícola. A automatização da aquisição de dados meteorológicos tem sido amplamete utilizada pela facilidade, eficiêcia, qualidade e padroização dos dados coletados, dimiuido assim os erros oriudos de leitura, iterpretação e digitação desses dados. (CUNHA & MARTINS, 24). Etretato, Estações Meteorológicas Automáticas (EMA), são de uso relativamete recete o país sedo aida uma alterativa o uso cojugado de Estações Meteorológicas Covecioais (EMC). As EMA s são desevolvidas para medidas mais acuradas/precisas, proporcioado o armazeameto de dados meteorológicos por um logo período de tempo e a um custo relativamete baixo (TANNER, 99). No etato, em climatologia agrícola uma questão importate que surge quado da substituição de uma EMC, com uma loga série de dados, por uma EMA refere-se a homogeeização da série histórica com a ova série, ou seja, como trasferir a cofiabilidade da EMC para a EMA, de modo que as séries obtidas pelas duas possam ser cosideradas como uma série úica. Esse aspecto é aida mais importate quado se cosidera os valores médios, em fução da diferete capacidade de amostragem (freqüêcia das medidas). Trabalhos recetes, realizados por Fisch & Satos (997) e Setelhas et al. (997), tem demostrado, ao se comparar dados obtidos pelas diferetes estações, boa cocordâcia etre os elemetos aalisados, especialmete temperatura e umidade relativa do ar, apesar dos diferetes tipos de sesores, abrigos e freqüêcia de medidas. Este trabalho tem por objetivo comparar a uiformidade dos dados registrados as estações meteorológicas, covecioal (EMC) e automática, localizadas o Campus das ESALQ-USP, em Piracicaba. MATERIAL E MÉTODOS Os dados utilizados o estudo foram obtidos juto ao Posto Agrometeorológico do Departameto de Ciêcias Exatas da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Uiversidade de São Paulo (ESALQ/USP), o muicípio de Piracicaba SP (latitude: 22 o 3 3 S, logitude: 47 o 38 W e altitude: 546 m), durate o período de jaeiro de 997 a agosto de 26,

3 totalizado 9 aos e 9 meses de medidas, ode operavam simultaeamete uma estação meteorológica covecioal (EMC) e uma automática (EMA). Os elemetos meteorológicos avaliados foram: Temperatura Média do Ar (Tmed, o C); Umidade Relativa média do Ar (URmed, %); Radiação Solar Global (Rg, W.m -2 ) e Precipitação Pluvial (PP, mm). Os sesores de temperatura e umidade do ar da EMC e da EMA estavam istalados em abrigos termométricos, respectivamete, de veeziaas simples e de multiplaca, a,7 m de altura de acordo com as recomedações da WMO (WMO, 983). Os dados obtidos pela EMA, a cada segudo, eram processados em médias a cada quize miutos, as quais eram gravadas o módulo de aquisição, processameto e armazeameto dos mesmos, da marca Campbell. Os equipametos utilizados as duas estações, elemeto sesor, suas sesibilidades/precisão são apresetados a Tabela. Tabela. Variáveis aalisadas pelas Estações Meteorológica Covecioal (EMC) e Automática (EMA), com respectivos sesores, fabricates e sesibilidade/precisão dos aparelhos. Tipo de Estação EMC EMA Variável medida Elemeto Sesor Fabricate Marca Sesibilidade Precisão UR med Harpa de cabelo R. FUESS 5% Rg Placas bi-metálicas R. FUESS 69,77 W.m -2 Precipitação Pluviômetro Paulista R. FUESS, mm T med Mercúrio R. FUESS,2ºC UR med Sesor Capacitivo Vaisala 3% Rg Célula de Silício Li Cor (LI 2x), W.m -2 Precipitação Báscula Texas Elect (TE525mm), mm T med Termistor Vaisala,ºC As comparações dos dados obtidos pelas EMC e EMA foram feitas por meio dos seguites idicadores estatísticos: aálise de regressão coeficiete de determiação (R 2 ), ídice de cocordâcia (d), erro máximo (EM) e erro absoluto médio (EAM), segudo Willmott et al. (985) e coforme as expressões: 2 ( Ci Ai ) ( ) i= d = () 2 + Ci A Ai A i= ( A ) i C i i EM = max (2) = EAM = i= ( A i C i ) (3) Sedo A i os dados obtidos pela EMA, C i os dados da EMC, A a média dos dados da EMA, e o úmero de observações. Se A i é igual à C i tem-se que: EM = EAM = e R 2 = d =.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Aalisado os dados em fução do R² (Figura e Tabela 2), ecotramos que a Tmed foi a variável que apresetou maior correlação etre as medidas do sesor automático e covecioal (,993), seguido da PP (,99), Rg (,872) e URmed (,469). Apesar dos idicadores estatísticos utilizados ão coferirem as suas respostas, o coeficiete de determiação por meio da aálise de regressão favorece a visualização comparativa da distribuição dos dados, permitido uma melhor e mais adequada aálise de comparação etre esses elemetos meteorológicos (Tabela 2). 8 UR % (EMC) y =,96x R 2 =, UR % (EMA) a Rg EMC (W/m²) y =,75x R 2 =, Rg EMA (W/m²) b P mm (EMC) y =,57x R 2 =,99 c Temp EMC (ºC) y =,44x R 2 =,993 d P mm (EMA) Temp EMA (ºC) Figura. Relação etre as variáveis meteorológicas observadas a EMC e a EMA, valores mesais médios para 9 aos e 9 meses, em Piracicaba SP. Tabela 2. Ídices estatísticos para aálise da cocordâcia etre as variáveis estudadas para as estações covecioal e automática, obtidas em Piracicaba, SP. Variável R² d EM EAM Equação URmed (%),469,789 7, 3, EMC =,96*EMA Rg (W/m²),872, , 25,39 EMC =,75*EMA Precipitação (mm),99,995 49, -5,73 EMC =,57*EMA Tmed (ºC),993,968,7 -,92 EMC =,44*EMA A URmed (Figura a) apesar de apresetar um R² itermediário, apresetou valores de EAM (3,) e EM (7,) altos, mostrado que ocorreram difereças sigificativas etre as medidas

5 obtidas pelas estações meteorológicas (EMC e EMA). Isso se deve, provavelmete, às difereças de sesibilidade de cada sesor e da difereça a amostragem utilizada para o cálculo da média das EMC e EMA. Os valores obtidos de erros foram próximos aos ecotrados por Setelhas et al. (997). A Rg (Figura b) foi a variável que apresetou as maiores difereças etre EMC e EMA, apresetado a pior cocordâcia (d =,652), um R² itermediário (,872) e os piores erros, sedo EM de 224, e EAM de 25,39. Essa acetuada discrepâcia etre EMC e EMA a medida de Rg, é devida à: difereças de resposta, precisão, sesibilidade dos sesores, calibração do actiógrafo, e aos problemas relativos à cotação dos diagramas desse equipameto, pricipalmete em períodos com ebulosidade variável. Segudo Setelhas et. al. (997) essa tedêcia de subestimativa da Rg medida pelo actiógrafo é cofirmada pelas medidas comparativas etre um piraômetro Li-cor e um Eppley (Modelo PSP), que mostra a elevada relação etre o sesor da EMA e o padrão (R 2 =,9939), idicado que, em média, o sesor Li-Cor subestima em 7% o valor do Eppley. A PP (Figura c) foi a variável com melhor correlação (R² =,99) e cocordâcia (d =,995), embora com erros relativamete elevados (EM = 49, e EAM = -5,73). Para chuvas acima de mm há uma tedêcia de medidas iferiores a EMA. Provavelmete relacioada à icapacidade do sesor, em evetos de precipitação itesa, de registrá-la a mesma velocidade com que ocorre, sedo uma parte ão computada. Os problemas associados aos pluviômetros de báscula estão associados aos erros o total da chuva medida, os quais estão diretamete relacioados à itesidade da precipitação, à resolução da báscula e à área de captação, assim como devido à ação de vetos itesos (SEIBERT & MORÉN, 999). Para a Tmed (Figura d), a tedêcia é que os dados obtidos pela EMC sejam maiores que os obtidos a EMA (superestimativa de 4,4%). O R² foi o mais elevado (,993), com d =,968, sedo a variável com melhor ajuste em todos os ídices estatísticos (Tabela 2). Fisch & Satos (997), Setelhas et al. (997), Souza et al. (23) também ecotraram superestimativas para a Tmed da EMC em relação à EMA, as comparações feitas etre estações meteorológicas covecioais e automáticas. Uma importate fote de erro é devida, basicamete, às amostrages para o cálculo da média, sedo a EAM da ordem de -,92ºC (Tabela 2). Os diversos autores citados ecotraram difereças as estimativas dos elemetos meteorológicos, da EMA em relação à EMC, obtedo estimativas das mais variadas percetages, torado difícil a comparação etre elas em fução dos seguites fatores que ocorrem este tipo de estudo: a) diferetes tipos de sesores utilizados, tato a EMA como a EMC; b) calibração adequada do sesor; c) localidade da estação; e d) período de aálise dos dados medidos (efeito da sazoalidade).

6 CONCLUSÕES - os elemetos meteorológicos com maior uiformidade foram Tmed e Precipitação. A URmed embora com erros elevados pode ser comparável, pois seus sesores permitem erros de até 5%, superior a difereça ecotrada (4%). - para Rg houve uma discrepâcia elevada os dados da relação EMA/EMC (superestimativa de 25%), sedo ecessário maior acuracidade a iterpretação dos diagramas e uma calibração costate os sesores, pricipalmete o actiógrafo. - para os elemetos meteorológicos comparados este trabalho, a substituição de EMC por EMA ão implica em difereças sigificativas em seus valores, cotudo ão é uma regra geral, ecessitado comparações locais para cada caso. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CUNHA, A.R. da; MARTINS, D..Estudo comparativo etre elemetos meteorológicos obtidos em estações meteorológicas covecioal e automática em Botucatu, SP, Brasil. Revista Brasileira de Agrometeorologia. Sata Maria, v. 2,., p. 3, 24. FISCH, G., SANTOS, J.M. Comparação etre observações meteorológicas covecioais e automáticas a região do Vale do Paraíba, SP. I: CONGRESSO BRASILEIRO DE AGROMETEOROLOGIA,, 997, Piracicaba. Aais... Piracicaba: Sociedade Brasileira de Agrometeorologia, 997. p SEIBERT, J.; MORÉN, A.S. Reducig systematic errors i raifall measuremets usig a ew type of gauge. Agricultural ad Forest Meteorology, Amsterda, v ,., p , 999. SENTELHAS, P.C. et al. Aálise comparativa de dados meteorológicos obtidos por estações covecioal e automática. Revista Brasileira de Agrometeorologia, Sata Maria, v. 5,. 2, p , 997. SENTELHAS, P.C., CARAMORI, P.H. Icosistêcias a medida da chuva com pluviômetros de báscula, utilizados em estações meteorológicas automáticas. Revista Brasileira de Agrometeorologia, Sata Maria, v.,. 2, p. 3 34, 22. SOUZA, I.A.; GALVANI, E.; ASSUNÇÃO, H.F.. Estudo comparativo etre elemetos meteorológicos moitorados por estações covecioal e automática a região de Marigá, Estado do Paraá. Acta Scietiarum, v. 25,. 2, p , 23. TANNER, B.D. Automated weather statios. Remote Sesig Reviews, Abigdo, v. 5,., p WILLMOTT, C.J., ACKLESON, S.G., DAVIS, R.E. et al. Statistics for the evaluatio ad compariso of models. Joural of Geophysical Research, Ottawa, v. 9,. C5, p , 985. WMO. Guide to meteorological istrumets ad methods of observatio. Geeva, World Meteorological Orgaizatio, p. (. 8, 5th editio).