Revista Brasileira de Meteorologia, v.21, n.3b, 241 247, 2006 SAZONALIDADE DE ELEMENTOS METEOROLÓGICOS EM ECOSSISTEMA DE MANGUEZAL NA REGIÃO EQUATORIAL, PARÁ, BRASIL João de Athaydes Silva Júnior 1, Rafael Ferreira da Costa 2, AntOnio Carlos Lôla da Costa 3, Paulo Henrique Lopes Gonçalves 3, Alan Pantoja Braga 3, Yadvinder S. Malhi 4, Luiz Eduardo o. e C. de Aragão ARAGão 4 e Patrick Meir 5 1, 2 Universidade Federal de Campina Grande, Unidade Acadêmica de Ciências Atmosféricas. Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, CEP 58109 970, Campina Grande, PB, Brasil. E mail: 1 athaydesjunior@yahoo.co.uk, 2 rfcostampeg@bol.com.br 3 Universidade Federal do Pará, Departamento de Meteorologia. Rua Augusto Corrêa, nº 01, CEP 66075 110, Belém, PA, Brasil 4 University of Oxford, School of Geography and the Environment. Mansfield Road, Oxford OX1 3TB, United Kingdom. 5 University of Edinburgh School of Geosciences, Institute of Geography. Drummond Street, Edinburgh. EH8 9XP. Scotland, United Kingdom. Recebido Abril 2005 Aceito Agosto 2006 RESUMO Realizou se um estudo sobre a variabilidade média horária dos principais elementos meteorológicos em uma área de manguezal no Estado do Pará, referente aos anos de 2001 a 2003. Os resultados encontrados mostraram que as maiores temperaturas médias do ar ocorreram no mês de dezembro, enquanto que as menores ocorreram no mês de abril, sendo a temperatura média anual do ar de 27 C. A umidade relativa do ar apresentou valor médio anual de 83%. Em relação à radiação solar, foi observada uma variação sazonal da ordem de 62%. A velocidade média do vento foi maior durante a época seca, sendo que a sua predominância foi de nordeste, durante todo o ano. Observou se que cerca de 64% dos eventos anuais de chuvas ocorreram entre as 00:00 e 12:00 horas, e que 82% destes eventos ocorreram nos meses de janeiro a abril, sendo de apenas 2,5% o total anual precipitado nos meses de setembro a dezembro, o que caracteriza a grande variabilidade sazonal deste elemento. Observou se uma grande sazonalidade no balanço de energia, sendo evidente a grande influência das precipitações locais, influenciando decisivamente no comportamento destes fluxos energéticos. Palavras chave: manguezal, micrometeorologia, sazonalidade. ABSTRACT: SAZONALITY OF METEOROLOGICAL ELEMENTS IN A MANGROVE ECOSYSTEM IN THE EQUATORIAL REGION, PARÁ, BRAZIL In this study, the hourly variability of the main meteorological elements at a Mangrove area in Pará state was evaluated during a 2 years period from 2001 to 2003. The highest mean air temperatures were recorded in December and the lowest in April. During the period analyzed the mean annual temperature was 27 C. Relative humidity had an annual average of 83%. It was observed a seasonal variation of 62% in solar radiation in this area. The highest values of wind speed occurred during the dry season with a predominance of northeast winds during all the year. It was observed that about 64% of the hourly rain events along the year occurred between 00:00 and 12:00, and that 82% of these events occurred between January and April. The driest period is between September and December when rainfall corresponds to only 2.5% total precipitated. This rainfall pattern characterizes the seasonal variability of this element in this region. It was observed a high seasonality of the energy budget, being evident the great influence of local precipitations, therefore, influencing decisively in the behavior of these energy flows. Keywords: mangrove, micrometeorology, seasonality.
242 João de Athaydes Silva silva Júnior et al. volume 21(3b) 1. INTRODUÇÃO O Estado do Pará possui extenso território, e nele encontram se diferentes ecossistemas, dentre os quais destacamos os manguezais. A costa nordeste do Estado do Pará possui extensa área de manguezais, que exerce papel fundamental na cadeia alimentar costeira e na plataforma continental, funcionando como um berçário natural para reprodução de várias espécies (Ribeiro, 2001) e é de fundamental importância para o equilíbrio costeiro, pois é o abrigo para inúmeras espécies de plantas, animais e microorganismos, que são altamente adaptados a variações diárias de marés além de representar a base de subsistência para grande parte da população local. As florestas de manguezais cobrem mais de 100.000 km² das costas tropicais do mundo. Os manguezais da região Bragantina compreendem uma área de aproximadamente 120 km 2 (Silva Júnior, et al 2003). O Experimento de Grande Escala da Biosfera Atmosfera na Amazônia (LBA) desenvolve atividades de pesquisa em um sítio experimental nessa área na região nordeste do Estado do Pará. O manguezal da região em estudo apresenta um bosque em excelente estado de conservação, com um dossel médio de 18 metros de altura e algumas árvores emergentes que alcançam até 25 metros. As espécies vegetais predominantes nesse ecossistema são: Mangue Vermelho (Rhizophora mangle), Siriúba (Avicennia germinans) e Mangue Branco (Laguncularia racemosa). As análises apresentadas neste trabalho referem se a informações obtidas durante os anos de 2001 a 2003. 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1. Localização O município de Bragança localiza se no nordeste do Estado do Pará, na microrregião Bragantina, com uma área de 3.258 km 2. Limita se ao norte com o Oceano Atlântico, a leste com os municípios de Augusto Corrêa e Viseu, ao sul com o município de Ourém e a oeste com os municípios de Tracuateua e Capanema (Ferreira da Costa, et al. 2003). O manguezal em estudo localiza se no estuário do rio Caeté. O Projeto LBA opera um sitio experimental nesse ecossistema, cuja localização geográfica é 00 50 31 S e 046 38 56 W. 2.2. Caracterização climática Segundo as Normais Climatológicas do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET, 1992), a temperatura do ar apresenta pequena variação anual na microrregião Bragantina, com as máximas, médias e mínimas anuais de 31,3ºC, 25,9ºC e 21,2ºC, respectivamente. As amplitudes térmicas diárias podem apresentar valores superiores a 10 C, principalmente na época seca da região. Os valores médios mensais de umidade relativa do ar são sempre elevados, variando entre um mínimo de 77% e um máximo de 91%. A precipitação pluviométrica apresenta um valor médio anual da ordem de 2.500mm. Observa se a existência de duas épocas de características distintas quanto à distribuição das chuvas, sendo uma estação chuvosa, que se estende de janeiro a junho, e outra época seca, que vai de julho a dezembro. Neste estudo, os meses de fevereiro a abril representaram a época chuvosa e os meses de agosto a outubro a época seca. 2.3. Dados Foram utilizadas informações obtidas através de uma estação meteorológica automática instalada no topo de uma torre micrometeorológica de 25 metros de altura, referentes ao período de 2001 a 2003. Os sensores que medem os elementos meteorológicos estão a 27 m de altura acima do solo. A temperatura do ar e a umidade relativa do ar foram medidas com o sensor HMP45C L (Vaisala). Nas medidas de direção e velocidade do vento foi utilizado o sensor WIND SENTRY 03001 5 (R.M. YOUNG COMPANY). A radiação solar global foi quantificada através do piranômetro SP LITE, (Kipp & Zonen) que capta a radiação solar na faixa espectral de 400 a 1100 nm. O saldo de radiação foi obtido através do sensor Q7.1 que funciona na faixa espectral de 0,25 a 60 µm. A precipitação pluviométrica foi obtida através de um pluviógrafo de báscula, TB4 L, com uma resolução de 0,254 mm. O nível da área alagada pela maré (NDA) foi medido através do sensor CS420 L que tem uma precisão de ±0,1%. Os fluxos de calor sensível e calor latente foram medidos usando se a técnica de eddy covariance, o qual possui um sistema do tipo closed path baseado em um anemômetro sônico 3D (Solent R 3, Gill instruments, Lymington, UK) e um analisador de gás infravermelho Licor 6262 (LICOR, Lincoln, Nebraska, USA) (Moncrieff et al. 1997). Após a coleta e consistência dos dados, esses foram analisados estatisticamente através da planilha eletrônica Excel. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1. Temperatura do ar e umidade relativa do ar A temperatura do ar é um fator importante no que se refere ao balanço de energia no interior dos manguezais. A figura 1 mostra os ciclos diários da temperatura do ar. Observou se que os valores médios para a época seca da região foram 1,9 C maiores do que na época chuvosa, fato este associado diretamente com as diferentes quantidades de nebulosidade. Na época seca as maiores temperaturas ocorreram por volta
Dezembro 2006 Revista Brasileira de Meteorologia Edição Especial LBA 243 das 13:00 horas, com valores da ordem de 29,1ºC, enquanto que os menores valores oscilaram por volta das 04:00 horas, com valores da ordem de 26,7ºC. Na época chuvosa as maiores temperaturas observadas ocorreram em torno das 15:00 horas, com valores oscilando por volta de 27,0 ºC, enquanto que os menores valores oscilaram em torno de 24,6 ºC, observados por volta das 06:00 horas. Este atraso na ocorrência das máximas temperaturas na época chuvosa da região, certamente, está relacionado com as chuvas predominantemente noturnas, que causam maior resfriamento da superfície durante as primeiras horas do dia. temperatura do ar, assim como, redução das suas amplitudes durante a época chuvosa da região. Esta variabilidade deve se, principalmente, aos efeitos da nebulosidade, que causam grande variabilidade sazonal no balanço de radiação. A umidade relativa do ar, como era de se esperar, sofre variação inversa à da temperatura do ar. Figura 3 Variabilidade média horária mensal da temperatura e umidade relativa do ar. 3.2. Radiação Solar Global Figura 1 Ciclos diários da temperatura média do ar. A figura 2 mostra os ciclos diários da umidade relativa do ar. Observou se que na época chuvosa a umidade relativa do ar variou entre máximos da ordem de 88%, ocorrido por volta das 06:00 horas, e mínimos de 78%, variando entre 12:00 e 13:00 horas. Na época seca os máximos e mínimos valores oscilaram em torno de 76% e 67%, respectivamente. Deste modo ficou evidente que, apesar das variações nos valores absolutos deste elemento, o padrão de comportamento médio diário foi mantido, com muita similaridade. Os valores médios diários para as épocas chuvosas e secas, foram de 83,8% e 72,5%, respectivamente. A figura 4 mostra os ciclos diários da radiação solar global. Observou se que para a época chuvosa os valores médios diários foram de 16,0 MJ.dia 1, enquanto que na época seca este valor foi de 25,7 MJ.dia 1, apresentando uma variabilidade sazonal da ordem de 38%. Esta redução durante a época chuvosa deve se, principalmente, ao grande aumento na nebulosidade durante esta época do ano. Em relação à média dos valores máximos, estes foram de 522,9 W.m 2 para a época chuvosa e de 825,6 W.m 2 para a época seca, sempre ocorrendo por volta das 12:00 horas. Figura 4 Ciclos diários da radiação solar global. Figura 2 Ciclos diários da umidade relativa do ar. A figura 3 mostra a variabilidade média horária mensal da temperatura e umidade relativa do ar para o período estudado, onde se observou a marcante redução dos valores de A figura 5 mostra a variabilidade média horária mensal da radiação solar global, onde é marcante a grande variabilidade sazonal deste elemento é influenciado pela distribuição das chuvas na região, que proporcionam alterações no balanço global de radiação solar.
244 João de Athaydes Silva silva Júnior et al. volume 21(3b) nesses movimentos, principalmente no período diurno, o que caracteriza a intensificação dos movimentos convectivos nessa época do ano. Figura 5 Variabilidade média horária mensal da radiação solar global. 3.3. Velocidade e direção do vento Os ciclos diários da velocidade horizontal média do vento são apresentados na figura 6. Verificou se que as maiores velocidades do vento ocorreram na época seca, devido ao maior aquecimento diferencial da superfície, o que proporciona maiores diferenças de pressão e, conseqüentemente, maiores velocidades do vento. A maior velocidade média ocorreu por volta das 11:00 horas, com valor de 4,3 m.s 1, enquanto que a menor foi verificada por volta das 06:00 horas, com valor de 2,7 m.s 1. Na época chuvosa as maiores velocidades médias ocorreram em torno das 16:00 horas, com valores da ordem de 2,8 m.s 1, enquanto que as menores ocorreram entre 06:00 e 07:00 horas, com valores da ordem de 1,1 m.s 1. Em termos médios sazonais, para a época chuvosa e seca, seus valores foram de 1,9 m.s 1 e 3,4 m.s 1, respectivamente. Observou se que no período chuvoso a velocidade do vento apresentou um retardamento nos seus valores máximos, quando comparados com a época seca, certamente associado com as características das precipitações nesta época do ano, que ocorrem preferencialmente no período noturno, proporcionando também um retardamento no aquecimento da superfície. Figura 7 Ciclos diários da velocidade vertical do vento. A variação sazonal média da direção predominante do vento é apresentada na figura 8. Observou se que para a época chuvosa a predominância na direção do vento oscilou entre os quadrantes norte nordeste, sendo esta predominância de 42% na direção norte e 40% na direção nordeste. Na época seca observou se que a direção predominante do vento foi de nordeste (87%). Esta característica de predominância está diretamente associada com os ventos alísios daquela região. Figura 8 Variabilidade sazonal média da direção do vento. 3.4. Precipitação Pluviométrica Figura 6 Ciclos diários da velocidade horizontal média do vento. Os ciclos diários da velocidade vertical do vento são apresentados na figura 7. Observou se que na época chuvosa, existe uma diminuição considerável dos movimentos verticais, sendo que na época seca, é observado um grande aumento A figura 9 mostra os ciclos diários da precipitação pluviométrica. Observou se que na época chuvosa a maior ocorrência das precipitações foi no período das 06:00 às 12:00 horas (33,5 % do total), enquanto que no período das 12:00 às 18:00 horas, apenas 15,9 %. Para a época seca 100% da precipitação ocorreram no período diurno. Esta característica de distribuição das precipitações evidencia o regime predominantemente oceânico durante a época chuvosa da região, contrastando com a característica de precipitações continentais durante a época seca.
Dezembro 2006 Revista Brasileira de Meteorologia Edição Especial LBA 245 Figura 9 Ciclos diários da precipitação pluviométrica. A figura 10 mostra a variação mensal da precipitação pluviométrica. Observou se que o total pluviométrico médio anual nesse período foi de 2.188,4 mm, sendo o mês de março o mais chuvoso. Em relação à época seca, que compreende os meses de agosto a outubro, a precipitação acumulada foi de 4,5 mm, correspondendo a apenas 0,2% do total anual. Durante o período chuvoso, o total precipitado foi da ordem de 1.412,1 mm, o que corresponde a 65% do total precipitado. Deste modo, é evidente a grande variabilidade sazonal da precipitação. de 33% entre o período seco para o período chuvoso. O saldo de radiação também sofreu uma pequena oscilação sazonal em relação à radiação solar global, correspondendo a 71% na época seca e de 76% na época chuvosa. A maior variabilidade foi verificada no fluxo de calor sensível (H), sendo que este sofreu uma redução em seu valor no período chuvoso em relação ao período seco da ordem de 63%. Esta característica evidencia a grande influência do regime pluviométrico neste ecossistema. Quando analisado o fluxo de calor latente (LE), este foi o que sofreu a menor variabilidade, apresentando uma redução de 13% em seus totais, quando comparadas à época seca com a chuvosa. Figura 11 Ciclos diários dos componentes do balanço de energia durante o período chuvoso. Figura 10 Variação mensal da precipitação pluviométrica de 2001 a 2003. 3.5. Balanço de Energia As figuras 11 e 12 apresentam os resultados médios dos ciclos diários dos principais componentes do balanço de energia durante a época chuvosa e seca, respectivamente. Observou se que durante a época chuvosa da região houve uma redução de 38% no total da radiação solar global (RG), quando comparada com a época seca. Sendo esta redução da ordem de 27,4 MJ.dia 1 para 17,1 MJ.dia 1. Esta redução deve se, principalmente, ao efeito da grande nebulosidade presente durante esta época do ano, proporcionando grande atenuação na radiação solar incidente. Quando analisado o saldo de radiação solar (Rnet), observou se que este sofreu uma variação de 19,5 MJ.dia 1 para 13 MJ.dia 1, correspondendo a uma redução Figura 12 Ciclos diários dos componentes do balanço de energia durante o período seco. A figura 13 apresenta os ciclos diários dos fluxos de H e LE com o nível da área alagada (NDA) na época chuvosa. Observou se uma predominância durante todo o período, embora pequena, dos fluxos de calor latente sobre os fluxos de calor sensível, durante a época chuvosa da região. A figura 14 apresenta os ciclos diários dos fluxos de H e LE com o nível da área alagada (NDA) na época seca. Observou se uma predominância considerável dos fluxos de calor sensível sobre os fluxos de calor latente durante grande parte do período diurno, enquanto que durante o período noturno houve inversão nesse comportamento. Quando comparados esses fluxos entre as duas épocas estudadas, é evidente o grande aumento de H durante a época seca, fato não observado
246 João de Athaydes Silva silva Júnior et al. volume 21(3b) com LE. De uma maneira geral, a variação diária do nível de água não parece contribuir consideravelmente na variação sazonal desses fluxos. Figura 13 Ciclos diários do H e LE com o nível da área alagada (NDA) na época chuvosa. Figura 14 Ciclos diários do H e LE com o nível da área alagada (NDA) na época seca. 3.6. Análise de regressão entre os principais componentes do balanço de energia As figuras 15 e 16 apresentam as diferentes curvas de regressão entre os principais componentes do balanço de energia no ecossistema de manguezal durante a época chuvosa e seca, respectivamente, assim como as suas respectivas equações. Pode se observar que dentre os componentes do balanço de energia, os que apresentaram maiores correlações com a radiação solar global, durante ambos os períodos, foram o saldo de radiação (a) e o calor latente (b). A menor correlação foi verificada entre os fluxos de radiação solar global e de calor sensível (c), para ambos os períodos, evidenciando assim a grande dependência destes componentes com o regime de precipitação daquela região. A regressão entre os fluxos de calor latente e calor sensível (d) foi melhor explicada durante a época seca. Outro fato importante é que durante a época seca todas as regressões apresentaram valores elevados (R 2 variando entre 0,90 e 0,96) em relação aqueles encontrados durante a época chuvosa (R 2 variando entre 0, 71 e 0,99), sendo a regressão linear a que apresentou os melhores resultados para todos os casos estudados, fato não verificado durante a época chuvosa, em que os melhores resultados foram obtidos com a regressão polinomial. Estes resultados evidenciam que as interações entre os diferentes componentes do balanço de energia no ecossistema de manguezal são melhor explicados durante a época seca, onde praticamente só os efeitos de marés atuam diretamente. a) b) c) d) Figura 15 Curvas de regressão entre os diferentes componentes do balanço de energia durante a época chuvosa.
Dezembro 2006 Revista Brasileira de Meteorologia Edição Especial LBA 247 a) b) c) d) Figura 16 Curvas de regressão entre os diferentes componentes do balanço de energia durante a época seca. 4. CONCLUSÕES Observou se que a maior variabilidade térmica ocorreu na época seca. A umidade relativa do ar apresentou se elevada durante todo ano. A radiação solar global sofreu uma considerável redução na época chuvosa, o que esta associada com as características de nebulosidade da região. O vento predominante foi de norte/nordeste durante todo ano, sendo a sua velocidade media menor na época chuvosa. A precipitação pluviométrica anual apresentou grande variabilidade, influenciando de forma decisiva no comportamento dos demais elementos meteorológicos. Após as análises das interações dos diferentes componentes do balanço de energia no ecossistema de manguezal, pode se concluir que existe uma grande sazonalidade nos mesmos, sendo evidente a grande influência das precipitações locais e das marés, que inundam periodicamente aquele ambiente, influenciando no comportamento destes fluxos energéticos. Os melhores resultados das analises de regressão entre estes componentes foram encontrados durante a época seca da região. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. FERREIRA DA COSTA, R.; MEIR, P.; MALHI, Y.S.; OLIVEIRA, P.J.; COSTA, A.C.L; COSTA, J.M.N.; SILVA, R.B.C.; ANDRADE, V.M.S.; BRAGA, A.P.; GONÇALVES, P.H.L.; SILVA JUNIOR, J. A. Transporte de seiva em espécies vegetais de um ecossistema de manguezal Bragança, Pará, Brasil. Conferência Internacional Mangrove 2003, Salvador, Vol. 1, p 175, 2003. INMET Instituto Nacional de Meteorologia, Ministério da Agricultura e Reforma Agrária, Normais Climatológicas (1961 1990). Brasília, Distrito Federal, Brasil, 1992. MONCRIEFF, J.B.; MASSHEDER, J.M.; DE BRUIN, H.; ELBERS, J.; FRIBORG, T.; HEUSINKVELD, B.; KABAT, P.; SCOTT, S.; SOEGGARD, H.; VERHOEF, A. A system to measure surface fluxes of momentum, sensible heat, water vapour and carbon dioxide, Journal of Hydrology, 188 189, 589 611, 1997. RIBEIRO, J.B.M., Micrometeorologia do manguezal e o impacto do desmatamento em Bragança, PA. Universidade de São Paulo, São Carlos, São Paulo, Brasil. Tese de Doutorado, 2001, 130p. SILVA JUNIOR, J. A.; COSTA, A.C.L.; FERREIRA DA COSTA, R.; OLIVEIRA, P.J.; COSTA, J.M.N.; SILVA, R.B.C.; ANDRADE, V.M.S.; BRAGA, A.P.; GONÇALVES, P.H.L.; MALHI, Y.; MEIR, P. Caracterização eólica de um ecossistema de manguezal na Amazônia Oriental Bragança, Pará, Brasil. Conferência Internacional Mangrove 2003, Salvador, Vol. 1, p 332, 2003.