AVALIAÇÃO DE MODELOS PARA ESTIMATIVA DA RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL DECENDIAL EM IGUATU-CE 1 1 Trabalho extraído da Monografia apresentada ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará - Campus Iguatu como requisito parcial para obtenção de grau de Tecnólogo em Irrigação e Drenagem do primeiro autor. 2 Discente do Curso de Tecnólogo em Irrigação e Drenagem, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará - Campus Iguatu, Caixa Postal 38, CEP 63500-000, Iguatu, CE. (88) 9901-8139. e-mail: alysson_igt@hotmail.com. 3 Professor, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Ceará - Campus Iguatu, IFET, Iguatu, CE. 4 Mestrando (a) do Programa de Pós-Graduação em Fitotecnia, Departamento de Ciências Vegetais, UFERSA, Mossoró, RN A. C. Oliveira 2 ; J. B. Oliveira 3 ; I. N. Silva 4 ; L. O. Fontes 4 RESUMO: O trabalho teve por objetivo estimar a Radiação Solar Global, através da temperatura no período decendial utilizando-se de dados da Estação Automática de Iguatu - CE. Foram analisados os modelos de Hargreaves-Samani, Annandale, Hargreaves-Samani modelo linear e potencial, Richardson, Weiss, Bristow e Campbell, Goodin e Múltipla Regressão. O desempenho de cada modelo, em relação a radiação solar global medida, foi avaliado através dos testes de porcentagem, erro médio, erro-padrão de estimativa e erro-percentual médio. O modelo de Hargreaves e Samani não apresentou bom ajuste como esperado e o KRs calculado foi para esse modelo foi a 0,19, diferindo do recomendado para área interioranas que é 0,16. O modelo de estimativa de Múltipla Regressão apresentou o melhor ajuste, entre os modelos avaliados para Iguatu - CE. PALAVRAS-CHAVE: balanço de energia, radiação solar, modelos de estimativa. EVALUATION OF MODELS FOR ESTIMATION OF GLOBAL SOLAR RADIATION IN SACALE OF TEN DAY FOR IGUATU CITY IN CEARÁ STATE, BRAZIL SUMMARY: The study aimed to estimate the Global Solar Radiation Rs, by temperature in period ten days using data from the Automatic Station Iguatu - CE. We analyzed the models of Hargreaves-Samani, Annandale, Hargreaves-Samani linear and potential models, Richardson, Weiss, Bristow and Campbell, Goodin and regression multiple. The performance of each model in relation to solar radiation measurement, was assessed through tests of percentage, mean error, standard error of estimate and men average percentage error. The Hargreaves and Samani model did not show good fit as expected and KRS was calculated for this model was 0.19, differing from recommended for interior area is 0.16. The estimation model of regression multiple showed the best fit among the models evaluated for Iguatu - CE. KEY WORDS: energy balance, solar radiation estimation models
INTRODUÇÃO A utilização da radiação solar no estabelecimento do potencial agrícola de uma região tem sido destacada por muitos pesquisadores por sua influência na fotossíntese (Baldocchi, 1994), na evapotranspiração (Assis, 1995), na eficiência do uso da água, no crescimento das plantas (Pereira, 1997), na produtividade das culturas (França et al., 1997), na hidrologia (Ball et al. 2004), na secagem de grãos e cereais (Souza, 1996), germinação das plantas (Spokas & Forcella, 2006) e na decomposição da matéria orgânica (Dornelas et al., 2006). A medição da Radiação Solar global, Rs é feita por sensores que transformam a energia radiante em algum tipo de resposta (SOUZA, 1996). Entretanto o número de instalações que fazem o registro diário de radiação na superfície terrestre é pequeno, quando comparado com o número daquelas que registram temperatura e precipitação (LIMA & SEDIYAMA, 2006). Há vários métodos para calcular radiação solar. Os modelos mais simples, de formulações empírica, desenvolvidos são baseados na relação, conhecida como transmissividade atmosférica (Tt), entre a radiação incidente (Rs) e a radiação solar no topo da atmosfera (Ra),, utilizando diferentes elementos do clima como temperatura máxima e mínima do ar e insolação (Liu & Scott, 2001; Mota, 1929). O trabalho teve por objetivo estimar a Rs para a cidade de Iguatu - CE através da utilização de temperatura máxima e mínima do ar em períodos decendiais. MATERIAL E MÉTODOS Os elementos climáticos utilizados foram obtidos da estação meteorológica automática, localizada a 6º 24 S; 36º 16 W; altitude 233 m, em Iguatu-CE, pertencente a rede de observações meteorológicas de superfície do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Os valores de Rs horários foram convertidos para diários e feitas as médias decendiais entre junho de 2007 e dezembro de 2008.. Para a estimativa de Rs utilizou-se os modelos de Hargreaves-Samani, Annandale, Hargreaves-Samani modelo linear e potencial, Richardson, Weiss, Bristow e Campbell, Goodin e o modelo de múltipla regressão com dados de temperatura máxima, mínima e precipitação. O desempenho dos modelos foi avaliado através da porcentagem, erro médio (EM) como um indicador sistemático de erro, erro-padrão de estimativa (EPE) e erro-percentual médio (EPM) para qualquer elasticidade ou magnitude no sistema de erros (Davies & Mckay, 1989) calculados conforme Souza (1996). RESULTADOS E DISCUSSÃO O coeficiente (KRs) calculado do modelo de Annandale, oscilou entre 0,19 e 0,21,superior ao recomendado para áreas interioranas que é 0,16. A Rs calculada por Annandale subestimou os valores de Rs observada na estação automática em todos os decêndios. Resultado semelhante foi encontrado por Ball et al. (2004), em Saskatoon (EM = 1,86 MJ m -2 d -1 ) e Stoneville (EM = 0,15 MJ m -2 d -1 ) nos Estados Unidos trabalhando com valores diários.
Para o modelo de Hargreaves-Samani pelo método Linear obteve Rs próximos da observada nos dois primeiros decêndios, apresentando um menor EM (0,05 e -0,06 MJ m -2 d -1 ) em relação aos outros modelos baseados no método de Hargreaves-Samani e Bristow e Campbell. O resultados dos modelos de Hargreaves-Samani, Annandale, Hargreaves-Samani modelo linear e modelo potencial, Richardson, Weiss, Bristow e Campbell, Goodin e Múltipla Regressão para o primeiro, segundo e terceiro decêncios, esncontram-se nas Tabelas 1, 2 e 3, respectivamente. O modelo de Goodin, não apresentou bom desempenho em nenhum dos decêndios de acordo com Liu e Scott (2001) não há nenhuma base, aplicar os coeficientes do local onde o modelo foi parametrizado para outro. O mesmo vale para o modelo de Weiss, já que ambos foram estimados para regiões da America do Norte. Grant et al. (2004) trabalhando com modelos de estimativa de Rs para o Norte dos Estados Unidos, sugere que a calibração do modelo de Bristow & Campbell, tem precisão apenas para regiões mais úmidas, justificando assim a não recomendação para Iguatu - CE. O modelo de múltipla regressão obteve uma Rs média de 23,30 MJ m -2 d -1, valor semelhante ao observado na estação automática, com EM zero, EPE 1,34 MJ m -2 d -1 e EPM 0,32.. Em estudo realizado com a avaliação Rs para América do Norte, Ball et al. (2004) e OLIVEIRA (2010) obtiveram resultados semelhantes para o período de sete e cinco dias, podendo esse modelo ser usado para substituir a ausência de dados quando os sensores de radiação forem inoperantes. CONCLUSÕES O modelo de Hargreaves e Samani onde recomenda-se a adoção do KRs de 0,16 para cidades do interior, não apresentou bons ajustes como o esperado, sendo que o KRs calculado foi igual a 0,19;. O modelo de estimativa de múltipla regressão foi o que apresentou os melhores resultados para Iguatu - CE. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSIS, f. n. Validação da equação de Penman-Monteith para estimar a evapotranspiração de referência em condições brasileiras. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE AGROMETEOROLOGIA, 9, 1995, Campina Grande. Anais. Campina Grande: Sociedade Brasileira de Agrometeorologia, 1995. (CD-ROM). Baldocchi, d. A. Comparative study of mass and energy exchange rates over a closed C3 (wheat) and open C4 (corn) crop: II. CO2 exchange end water use efficiency. Agricultural and Forest Meteorology, USA, v. 67, 1994. p. 291-321. BALL, R. A.; PURCELL, L. C.; e CAREY, S. K. Evaluation of Solar Radiation Prediction Models in North America. Agronomy journal, USA, v. 96, março abril. 2004. p.391-397. DAVIES, J. A.; MCKAY, D.C. Evaluation of selected models for estimating solar radiation on horizontal surfaces. Solar Energy, v. 43, p.153-168, 1989. DORNELAS, K. D. S; SILVA, C. L; OLIVEIRA, C. A. S. Coeficientes médios da equação de Angström - Prescott, radiação solar e evapotranspiração de referência em Brasília. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, v. 41, n. 8, p.1213-1219, ago. 2006.
FRANÇA, s.; bergamaschi, h.; ROSA, l. m. g. Modelo para estimativa da produção de matéria seca de milho em função da radiação fotossinteticamente ativa, sob diferentes condições hídricas. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE AGROMETEOROLOGIA, 10, 1997, Piracicaba: Anais. Piracicaba: Sociedade Brasileira de Agrometeorologia 1997. (CD-ROM). GRANT, R.H.; HOLLINGER, S.E.; HUBBARD, K.G.; HOOGENBOOM, G.; VANDERLIP, R.L. Ability to predict daily solar radiation values from interpolated climate records for use in crop simulation models. Agricultural and Forest Meteorology, EUA, v. 127, p. 65 75. 2004. LIMA, E. P.; SEDIYAMA, G. C. Estimativa da radiação solar global a partir de dados de temperaturas máxima e mínima. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 14, 2006, Florianopolis. Anais. Florianopolis: Sociedade Brasileira de Meteorologia 2006. (CD-ROM). LIU, D.L.; SCOTT, B.J. Estimation of solar radiation in Australia from rainfall and temperature observations. Agricultural and Forest Meteorology, USA, v. 106, p. 41-59. 2001. MOTA, F. S. Meteorologia Agrícola. São Paulo: Nobel, 1929. 176 p. OLIVEIRA, A. C.; OLIVEIRA, J. B.; SILVA, I. N.; M. G.; LEDO, E. R. F. Avaliação de modelos para estimativa da radiação solar global pentadial em Iguatu-CE. In: III Workshop Internacional de Inovações Tecnológicas na Irrigação & II Conferência sobre Recursos Hídricos do Semiárido Brasileiro, 2010, Fortaleza. Anais. Fortaleza (CR-ROM). PEREIRA, c.r. Crescimento e desenvolvimento da cultura de soja {Glycine Max (L.) Merrill} sob deficiência hídrica. Viçosa, UFV, 1997. 115 p. SOUZA, M.J.H. Irradiância solar direta: desenvolvimento e avaliação de modelos, e sua distribuição espacial e temporal para o Estado de Minas Gerais. Viçosa, 1996. 128p. Dissertação (Mestrado em Meteorologia Agrícola) Universidade Federal de Viçosa, UFV. SPOKAS, K.; FORCELLA, F. Estimating hourly incoming solar radiation from limited meteorological data. Weed Science, USA, v.54, p 182-189, 2006. Tabela 1. Desempenho dos modelos de Rs em escala de 1º decêndio para Iguatu-CE, avaliados pela Radiação Solar Global observada 23,30 - - - - Modelo de multipla regressão 23,30 100,00 0,00 1,34 0,32 Bristow e Campbell 21,37 91,72-1,93 1,46 1,26 Hargreaves-Samani modelo linear 23,34 100,17 0,05 1,87 0,63 Annandale (K Rs = 0,20) 23,62 101,37 0,33 2,54 1,62 Hargreaves-Samani modelo potencial 22,97 98,58-0,33 2,55-1,25 Richardson 21,90 93,99-1,40 3,05-6,03 Weiss 26,78 114,94 3,48 4,49 15,76 Goodin 19,04 81,72-4,26 4,94-18,39 Hargreaves Samani 18,78 80,60-4,52 5,00-19,21 Tabela 2. Desempenho dos modelos de Rs em escala de 2º decêndio para Iguatu-CE, avaliados pela Radiação Solar Global observada 23,90 - - - - Modelo de multipla regressão 23,90 100 0 1,70 0,53 Hargreaves-Samani modelo linear 23,30 97,49-0,60 2,56-1,68 Hargreaves-Samani modelo potencial 22,92 95,90-0,98 3,30-3,50 Annandale (K Rs = 0,21) 24,73 103,47 0,83 3,31 4,19 Richardson 21,93 91,76-1,97 3,94-7,81 Bristow e Campbell 21,29 89,08-2,61 3,91-10,08 Weiss 26,49 110,84 2,59 4,15 12,06 Goodin 18,95 79,29-4,95 5,94-20,35 Hargreaves-Samani 18,73 78,37-5,18 5,86-21,11
Tabela 2. Desempenho dos modelos de Rs em escala de 3º decêndio para Iguatu-CE, avaliados pela Radiação Solar Global observada 23,02 - - - - Modelo de multipla regressão 23,02 100 0 1,53 0,50 Bristow e Campbell 21,78 94,61-1,24 2,18-4,76 Hargreaves-Samani modelo linear 23,72 103,04 0,70 2,35 4,25 Annandale (K Rs = 0,19) 23,04 100,09 0,01 2,49 0,90 Hargreaves-Samani modelo potencial 23,63 102,65 0,61 2,60 3,39 Richardson 22,72 98,70-0,30 2,62-0,97 Goodin 19,68 85,49-3,34 4,11-14,42 Hargreaves-Samani 19,28 83,75-3,74 4,41-15,56 Weiss 26,94 117,03 3,92 5,22 19,23