ANÁLISE DO BALANÇO DE ONDA LONGA E SALDO DE RADIAÇÃO PARA DIAS DE CÉU CLARO E NUBLADO NA AMAZÔNIA.

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1 ANÁLISE DO BALANÇO DE ONDA LONGA E SALDO DE RADIAÇÃO PARA DIAS DE CÉU CLARO E NUBLADO NA AMAZÔNIA. Lene da Silva Andrade 1, Ladicléia Pinheiro de Sousa 1, Cláudio Moisés Santos e Silva 1, Lizandro Gemiack 1, Franz X. Meixner 2, Marcos A. Lima Moura 1 ABSTRACT The downward and upward fluxes of thermal radiation emitted by the atmosphere and surface are important components of the radiative budget at the surface level and, in turn, an important component of the surface energy balance. The presence of clouds influences markedly the net radiation. Clouds affect both, the solar and longwave net radiation. The measurements of the individual components of radiation fluxes, except for global solar radiation, are relatively difficult. During the period 2 to 28 July 2001, within the LBA/CLAIRE 2001 experiment, at Balbina Limnological Station ( S, W), Amazonia,Brazil, we have continuously measured the solar and photosynthetic active radiation fluxes, as well as the upward and downward directed short wave and total radiation fluxes. This extensive data set is used to describe diel variations with respect to the cloudless and cloudy sky conditions. As expected, all radiation fluxes showed great temporal variation between cloudy and cloudless days. Especially long-wave radiation was characterized by marked diel variations with clear dependence on environmental conditions such as temperature on clear, as well as on cloudy days. KEYS WORDS: Amazonian, long wave, net radiation, cloud. RESUMO O fluxo descendente e ascendente da radiação térmica emitida pela atmosfera e pela superfície, são importantes componentes do balanço de radiação no nível da superfície e este, por sua vez, é um importante componente do balanço de energia na superfície. A presença das nuvens influencia acentuadamente a radiação líquida. As nuvens afetam tanto o saldo de radiação solar quanto o saldo de radiação de onda longa. As medidas dos componentes individuais fluxos de radiação, exceto para a radiação solar global, são relativamente difíceis. Durante o período de 2 a 28 de julho 2001, durante o experimento LBA/CLAIRE , Brasil, Amazônia, foram medidos continuamente fluxos de radiação solar e fotossinteticamente ativa assim como fluxos de radiação 1 Departamento de Meteorologia/CCEN/UFAL-Campus A. C. Simões, BR Norte, Km 97, Maceió - AL, Tel (82) lê_andrade76@hotmail.com, malm@ccen.ufal.br 2 Max Planck Institute for Chemistry, Biogeochemistry Dept., J.J.v. Becherweg 27, Mainz, Germany,

2 total e onda curta direta ascendente e descendente. Este extensivo conjunto de dados é usado para descrever variações diárias, com respectivas condições de céu claro e céu nublado. Como esperado, fluxo total de radiação apresentou grande variação temporal entre os dias com nebulosidade e sem nebulosidade. Especialmente a radiação de onda longa foi caracterizada por variação diária marcante com clara dependência sobre as condições ambientais como temperatura em dias claros e nublados PALAVRAS CHAVES: Amazônia, onda longa, saldo de radiação, nebulosidade. INTRODUÇÃO Nas últimas décadas, a vegetação natural da Amazônia, vem sendo modificada, através de desmatamentos, queimadas e/ou grandes construções de engenharia. A substituição de áreas de floresta tropical por pastagem na Amazônia implica em modificações nas componentes do balanço de energia. Segundo Leitão (1994), estudos sobre radiação solar e terrestre são importantes, por ser esta a principal fonte de energia para os processos físicos e biológicos que ocorrem na biosfera (Galvão e Fisch, 2000). O balanço de radiação se torna útil para se saber quanto da energia é disponibilizada para tais processos. A Terra depende da energia que vem do sol na forma de ondas curtas para se aquecer e do total de energia que chega no topo da atmosfera, parte é refletida pelas nuvens, parte é absorvida (por gases atmosféricos como dióxido de carbono, ozônio e vapor d água) e finalmente uma considerável parte chega até a superfície da Terra, a qual também absorve, reflete e reemite energia. Como a superfície terrestre e a atmosfera estão a uma temperatura bem abaixo da temperatura do Sol, elas reemitem energia na forma de ondas longas (lei de Wien). A atmosfera e a superfície da Terra interagem com trocas mutuas de radiação de onda longa e as medidas da contra-radiação (radiação reemitida pela atmosfera) são de grande dificuldade de se mensurar. Poucos estudos com dados medidos de contra-radiação foram realizados na Amazônia, dentre os quais destaca-se Galvão e Fisch (2000) que, dentre outros resultados, ainda propuseram correções nos coeficientes dos métodos de estimativa de contra-radiação, para medidas efetuadas em uma pastagem. Mas, em geral, os dados de contra-radiação estimados segundo vários métodos, sendo os mais difundidos os de Brunt (1932), Brutsaert (1975), Idso e Jackson (1969), Satterlund (1979) e Swinbank (1963). Neste trabalho, não foram usados métodos para estimar a componente contra-radiação do balanço de onda longa, os dados são medidos de forma direta, sendo que dessa forma propõe-se fazer uma descrição das componentes do balanço de onda longa para dia de céu claro e céu nublado,

3 como também analisar os efeitos da nebulosidade para o total de energia disponível (Saldo de radiação). MATERIAIS E METODOLOGIA Os dados para este estudo foram coletados do laboratório de Liminologia da Usina Hidrelétrica de Balbina cuja localização geográfica é S, W, no Município de Presidente Figueiredo, distante 155km de Manaus, Estado do Amazonas, durante a realização do experimento LBA/CLAIRE2001 (Large Scale Biosphere-Atmosphere / Cooperative LBA Airbone Regional Experiment 2001). Para isso foram utilizados: Radiação Solar Global (Rg) coletado por um Piranômetro LI200SZ (Campbell Scientific, Reino Unido) para os comprimentos de onda entre 0,4 a 1,1 m; Radiação Total Superior (RTup) e Inferior (RTd) (Radiação Incidente Hemisférica Total Superior e Inferior) coletada por um Radiômetro Rudolf Schulze (Schulze Daeke Instruments, Alemanha) nos comprimentos de onda entre 0,3 a 100 m; Radiação de Ondas curtas superior (SWup) e Inferior (SWd) (Radiação incidente hemisférica de ondas curta superior e inferior) por um Albedômetro CM 7B (Kipp & Zonen, Reino Unido) nos comprimentos de onda entre 0,305 a 2,8 m; Saldo de Radiação (Rn) coletado por um Saldo Radiômetro NR-Lite (Campbell Scientific, Reino Unido) (0,2 a 100 m).os dados foram coletados a cada um minuto por um Datalogger (21X Campbell Scientific. Ltd., Reino Unido) e depois transformados em médias horárias. A componente LWup (radiação de onda longa superior, emissão atmosférica ou contraradiação) é determinada pela diferença entre RTup e SWup, ao passo que LWd (radiação de onda longa inferior), é determinada pela diferença entre RTd e SWd. O balanço de ondas longas (BOL) dá-se pela diferença entre LWup e LWd. O balanço de onda curta foi determinado pela diferença entre SWup e SWd. O albedo ( ) foi calculado pela razão entre SWd e SWup, sendo somente considerado, os horários entre 6:00h e 17:00h. Para a caracterização do dia de céu claro e nublado foi utilizado o índice obtido pela razão entre a radiação solar global (Rg) medida a superfície e a estimativa da radiação solar extraterrestre (Re) (determinada segundo Iqbal, 1983), integrada ao longo do dia, conforme foi descrito por Nicácio (2002), que classificou como dia de céu nublado quando Rg/Re 0,30 e dia de céu claro para Rg/Re>0,65. Então os dias analisados foram: 21/07/2001, onde Rg/Re = 0,99, ou seja, classificado como dia de céu claro e o dia 27/07/2001 que apresentou Rg/Re = 0,29, sendo, portanto, caracterizado como dia de céu nublado. Também foram calculados os totais diurno (considerado das 7:00h às 17:00h) e o noturno (das 18:00h às 6:00h) e as médias horárias.

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Balanço de Ondas Longas Na Tabela 1 são mostrados os valores das componentes (LWup e LWd) do balanço de onda longa (Bol) para os dias 21 e 27 de julho de O dia 21 apresentou uma contraradiação atmosférica (LWup) média e total cerca de 4% menor do que no dia 27, sendo que o total diurno apresentou uma diferença muito pequena de 0,31% em favor do dia 21.A radiação emitida pela superfície (LWd) foi sempre menor no dia 27, sendo que a integração diária apresenta uma diferença de 1%, a integração diurna de 2% e a noturna são aproximadamente iguais. Apesar de pequenas diferenças nas componentes do balanço de onda longa, quando comparamos o saldo total de onda longa a diferença é de cerca de 42% a mais no dia nublado. Quando considerado apenas o período noturno, a diferença ainda é maior, sendo esta de cerca de 57%, ou seja, a presença de nebulosidade retém mais da metade da radiação emitida pela superfície. Tabela1 Valores médios diários, integrações diária, diurna e noturna de LWup, LWd e BOL para os dias claro e nublado, respectivamente. 21/07/1999 (céu claro) 27/07/1999 (céu nublado) LWup (MJ.m- ²) LWd Bol LWup LWd Bol Média 1,42 1,58-0,16 1,47 1,57-0,09 Total/diári - o 34,08 37,99-3,91 35,36 37,62 2,26 Total/diur - no 17,04 18,61-1,57 16,99 18,25 1,27 Total/notu - rno 17,04 19,38-2,34 18,37 19,37 Nas Figuras 1 (a e b) são mostradas a evolução horária das componentes do balanço de onda longa para os dias nublado e claro. O dia 27 apresentou uma emissão atmosférica (LWup) sempre maior no período noturno, sugerindo que neste dia, teve grande nebulosidade durante o período da noite. No entanto, esse padrão é quebrado no intervalo entre 12:00h e 16:00h, pois, como se vê, a emissão atmosférica do dia 21 supera a emissão do dia 27 nesse intervalo. Esse resultado sugere que, apesar de o dia 21 ser caracterizado como dia de céu claro, é notório que apresentou maior cobertura do céu no intervalo de 12:00h às 16:00h, sendo semelhantes aos obtidos por Galvão e Fisch (2000), que estudaram a emissão de ondas longas pela atmosfera para dias de céu claro e céu

5 Fluxo de Energia (Mj/m²) Fluxo de Energia (Mj/m²) nublado numa área de pastagem na Amazônia. O mês de julho, na Amazônia, faz parte do período considerado menos chuvoso, no entanto, é comum a presença de nebulosidade, principalmente após as 12:00h, em decorrência, na maioria das vezes de convecção local e/ou outros fenômenos de diferentes escalas, Cohen e Gandu (2002). Sobre a radiação emitida pela superfície (LWd) é interessante notar que a partir das 7:00h o dia 21 apresentou maiores valores, no entanto esse monotonismo é quebrado as 16:00h, onde a LWd do dia 27 supera a do dia 21. A explicação para o fato é que nesse horário, no dia 21, foi registrada (não mostrado) uma precipitação de 1,58mm acumulado para essa hora. Esse resultado sustenta a hipótese da convecção local no dia 21, inclusive com precipitação e posterior dissipação do sistema de micro-escala. dia 21 dia 27 dia 21 dia 27 (a) (b) 1,75 1,75 1,25 1, Horas Horas Figura1 Variação média horária das componentes de radiação de ondas longas superior (LWup) (a) e inferior (LWd) (b) no dia nublado (27/07/2001) e claro (21/07/2001) na Amazônia. Saldo de Radiação (Rn) Os albedos medidos foram 16% e 17% para os dias claro e nublado respectivamente. Independente das condições atmosféricas, não houve variação significativa, entretanto estes valores estão bem acima do encontrado por Moura et. al. (1999) que foi de um albedo médio de 13,2% para um ecossistema de Floresta na Amazônia e de André et al (1988) que obteve de 14% como média para a estação seca. Os valores do saldo de radiação (Rn) médios foram de 0,55 e 0,61 MJ.m-², para os dias 21 e 27, nesta ordem, mostrando uma maior disponibilidade de energia para o dia 27 em decorrência do aprisionamento de radiação de onda longa pela atmosfera. O total diurno do Rn foi de 15,53 e 15,68 MJ.m-² para os dias 21 e 27, respectivamente, com uma diferença de apenas 1%. No entanto, quando comparados os valores de Rn no período noturno essa diferença chega a 57%, já que o Rn é praticamente representado pelo BOL. Pode-se afirmar que a atmosfera resfriou-se no

6 Fluxo de Energia (Mj/m²) período noturno, basicamente por perdas radiativas, não tendo, portanto, a influência de outras fontes de resfriamento como, por exemplo, entradas de frentes frias que na região, que é conhecida como processo de friagem. Na Figura 2 são mostrados os comportamentos horários de Rn para os dias 21 e 27. A precipitação do dia 21 às 16h pode também ser observada e uma forte nebulosidade às 12:00h, no dia 27, são verificadas. Os valores do Rn, como já dito, possuem maior diferença no período noturno, sendo que no dia 27 eles são sempre maiores em virtude de ser uma noite de céu nublado. dia 21 dia 27 3,00 2,50 0,50 0,00-0, Horas Figura2 Variação média horária do saldo de radiação (Rn), em MJ.m -2, para o dia nublado (27/07/2001) e claro (21/07/2001) na Amazônia. Radiação Global (Rg) A radiação solar global (Rg) integrada observada para os dias 21 e 27 foram, respectivamente, 17,78 e 17,06 MJ/d m². Feitosa et. al. (1998),estudando uma área de floresta no Estado de Rondônia, encontrou uma média diária de 18,3 e 17,1 MJ/d m² para as estações seca e chuvosa. Comparando este resultado com o encontrado, é possível observar que dia 21 aproximou-se da média da estação seca, bem como o dia 27 da estação chuvosa. Os máximos de Rg foram de 2,74 às 12h no dia 21, valor muito próximo do encontrado por Galvão e Fisch (2000) ao estudarem um ecossistema de pastagem na Amazônia, já no dia 27 o máximo foi 3,02 (10% maior que o dia 21) às 13h. A Figura 3 (a e b) representa uma análise entre Rg e Rn a qual produziu um coeficiente de determinação (R²) muito próximo da unidade, tanto para o dia de céu claro, quanto para o de céu

7 Rn Rn nublado, implicando em maior incidência de radiação solar relacionada a um maior fluxo de energia disponível para aquecimento e evaporação. Os máximos encontrados neste trabalho foram maiores do que a média máxima encontrada por Ribeiro (1994) quando estudou um ecossistema de Floresta em Marabá (Estado do Pará) e encontrou um valor de aproximadamente 2,53 MJ.m-², na estação seca e 2,34 MJ.m-² para a estação chuvosa. 2,50 Rn = 0,89Rg - 0,11 R 2 = 0,99 (a) 3,00 2,50 Rn= 0,86Rg + 0,01 R 2 = 0,99 (b) 0,50 0,50 0,00 0,00-0,50-0,50-0,00 3,00-0,00 3,00 4,00 Rg Rg Figura3 Regressão linear entre as médias horárias de Rg e Rn para os dias de céu nublado (a) (27/07/2001) e claro (b) (21/07/2001) na Amazônia. CONCLUSÕES A contra radiação para o dia de céu claro esteve na maior parte do período, inferior ao dia de céu nublado, exceto no intervalo compreendido entre 12 e 16 horas, devido a maior cobertura de nebulosidade no dia de céu claro para este horário. Já a radiação emitida pela superfície apresentou maiores valores para o dia de céu claro no período diurno, sendo superado pelo dia nublado às 16 horas devido a ocorrência de precipitação. O saldo de radiação horário médio no dia nublado foi maior devido a retenção da energia de onda longa pela atmosfera. Como também o comportamento horário de Rn acompanha o de Rg, sendo que essa maior incidência de radiação está relacionada a um maior fluxo de energia disponível para aquecimento e evaporação, fazendo com que haja mais nuvens no dia 27.

8 REFERÊNCIAS BRUNT, D. Notes on radiation in the atmosphere, Quarterly Journal Royal Meteorology Society, London, v. 58, p , BRUTSAERT, W. On a derivable formula for long-wave radiation from clear skies. Water Resources Research, Washington, v. 11, n.5, p , COHEN, J. C. P.; GANDU, A. W.; 2002: Linha de instabilidade continental na Amazônia. Anais do XI Congresso Brasileiro de Meteorologia (CDROM), Foz do Iguaçu (PR), Sociedade Brasileira de Meteorologia. FEITOSA, J.R.P.; COSTA, R.F; FISCH, G.; SOUZA, S.S., NOBRE, C.A. Radiação Solar Global em áreas de Floresta e de Pastagem na Amazônia. Revista Brasileira de Agrometeorologia, Santa Maria, v.6, n.1, p. 1-7, GALVÃO, J.A.C. & FISCH, G. Balanço de Radiação em área de pastagem na Amazônia. Revista Brasileira de Agrometeorologia, Santa Maria, v.8, n.1, p. 1-10, IDSO, S.B.; JACKSON, R.D. Thermal radiation from atmosphere. Journal Geophysical Research, Washington, v. 74, n.23, p , IQBAL, M. An Introduction to Solar Radiation. Academic Press, New York, 1983, p 389. LEITÃO, M.M.V.B. Balanço de Radiação em três Ecossistemas da Floresta Amazônica: Campina, Campinarama e Mata Densa. São José dos Campos: INPE, p. Tese (Doutorado em Meteorologia)-Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, NICÁCIO, R. M., Radiação Solar Global e Difusa para Maceió: Medidas e Modelos. Maceió: UFAL, p. Dissertação (Mestrado em Meteorologia). Universidade Federal de Alagoas. RIBEIRO, J.B.M. Análise comparativa das características microclimáticas entre áreas de floresta e de pastagem na Amazônia. Viçosa: UFV, p. Dissertação (Mestrado em Meteorologia Agrícola) Universidade Federal de Viçosa, 1994.

9 SATTERLUND, D.R An improved equation for estimating long-wave radiation from the atmosphere. Water Resources Research.15,n.6, SWINBANK, W.C Longwave radiation from clear skies. Quarterly Journal Royal Meteorology Society., v.89,