Comparação interanual dos fluxos de energia em floresta primária na Amazônia Central: a seca de 25 Maria Betânia Leal de Oliveira, Alexandre Santos, Antônio Ocimar Manzi, Javier Tomasella, José Galúcio Campos, Hermes Xavier Resumo Desde 1999, medidas contínuas de parâmetros meteorológicos e da interação biosfera-atmosfera, vem sendo realizadas na Amazônia Central como parte do Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia (LBA). Neste trabalho, faz-se uma análise comparativa de algumas variáveis meteorológicas e de fluxos turbulentos de energia medidos nas estações seca e chuvosa de diferentes anos. Na estação seca, embora tenha-se uma redução da precipitação, a floresta continua retirando água do solo para manter a transpiração, mesmo em 25, quando ocorreu um período seco mais intenso que os anos anteriores. Introdução Um número crescente de observações e resultados de modelos mostra que a Amazônia exerce grande influência no sistema climático regional e global, contribuindo em grande parte para a evaporação de superfície terrestre global (Choudhury et al., 1998) e possivelmente agindo como um importante sumidouro de carbono atmosférico (Malhi et al. 1998, Keller et al., 21, von Randow et al., 24). Neste sentido, há uma constante preocupação da comunidade científica na identificação das diversas componentes envolvidas na interação entre a biosfera e a atmosfera, o que é de fundamental importância para a previsão da evolução do clima e da sustentabilidade do ecossistema como um todo. Neste sentido, diversos projetos vêm sendo realizados a fim de cobrir a variabilidade espacial, temporal e sazonal das trocas de energia, água e carbono entre os ecossistemas amazônicos e a atmosfera. Desde 1999, o Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia (LBA) instalou uma série de sítios experimentais na Amazônia para medidas contínuas da interação biosfera-atmosfera, sendo um deles na Reserva Biológica do Cuieiras que fica na parte Central da Amazônia. O Método das Covariâncias dos Vórtices Turbulentos (MC) tem sido a mais importante técnica de medições de fluxos de energia e de carbono em mais de 1 torres que integram o Projeto LBA em áreas de floresta. É o método mais empregado pela comunidade científica por prover medições diretas destes fluxos, em uma alta resolução temporal e representativas da escala local, de uns poucos quilômetros de raio. Neste trabalho fez uma análise de alguns parâmetros meteorológicos observados e da interação entre a floresta e a atmosfera nos períodos seco e chuvoso, fazendo-se uma comparação sempre em relação ao ano de 25, quando teve um período de estiagem mais intenso do que nos demais anos. Essa é uma das formas de identificar como se dá o funcionamento da floresta em eventos extremos e assim entender o que poderá ocorrer diante a ocorrência de mudanças climáticas.
Material e Métodos As medidas foram efetuadas na base experimental do Projeto LBA conhecida como K34 (2º36 32,666 S; 6º12 33,482 W; 123 m), situada na Reserva Biológica do Cuieiras, do Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA), à 5 km ao norte da cidade de Manaus, no estado do Amazonas. A reserva possui 22.735 ha de área de floresta tropical úmida densa de terra firme, típica da parte central da região amazônica (Higuchi et al., 1997), com uma altura de dossel entre 35 e 4m nas suas áreas de platô. Temperatura, precipitação e componentes do balanço de radiação, dentre outras variáveis meteorológicas, vêm sendo medidas continuamente desde 1999 em uma torre micrometeorológica de 53 metros de altura. Nas proximidades desta torre medidas do armazenamento de água no solo, entre, e 4,8 m de profundidade, são efetuadas usando sonda de nêutrons, cujos tubos foram instalados a partir de 21 para estudo de hidrologia da microbacia no âmbito dos Projetos PPG7/ECOCARBON e LBA/CARBO-AMAZONAS. Os fluxos turbulentos de energia são obtidos a partir do cálculo das covariâncias entre os desvios temporais de alta freqüência da velocidade vertical do vento com os desvios temporais da velocidade horizontal do vento (fluxo de momentum), da temperatura (fluxo de calor sensível), da umidade do ar (fluxo de calor latente) e da concentração de CO 2 (fluxo de CO 2 ). Para tanto, faz-se necessário medidas de alta freqüência das componentes do vento, temperatura do ar e concentrações de vapor de água e de CO 2 utilizando-se um anemômetro sônico tridimensional (R3, Gill) e um analisador de gás infravermelho (modelo LI7, LICOR), os quais se encontram instalados no topo da torre, a 54 m de altura. Resultados A Figura 1 mostra a distribuição mensal da precipitação desde janeiro de 23 até agosto de 26. Os horários com falhas foram preenchidos a partir da chuva média estimada pelo método do inverso do quadrado da distância, usando dados de precipitação de 4 pluviômetros instalados nas proximidades da torre, também como parte do monitoramento da microbacia. Observam-se duas épocas distintas no ano: a estação seca, que ocorre entre julho e outubro; e a estação chuvosa, que ocorre entre novembro e junho. Para os anos analisados, observou-se que a precipitação nos meses mais secos de 23 e 24 representou cerca de 2% da precipitação anual. Contudo, o ano de 25 merece maior atenção devido à seca considerável na região Amazônica, que gerou graves problemas para a população que vive às margens dos rios amazônicos. Neste ano, a precipitação no período seco representou apenas 12% do total anual, com o mês de agosto sendo o mais crítico, quando o total mensal foi apenas pouco superior a 2 mm, menos da metade do valor climatológico para a região. A temperatura média do ar mostra alguma variabilidade entre os meses, mas as diferenças são muito pequenas com variação entre cerca de 24,5 ºC, nos meses com maior precipitação, e pouco mais que 27 ºC nos meses menos chuvosos, com menor nebulosidade. Já entres os anos estudados não houve diferença nas temperaturas médias anuais, em torno de 26º C. No caso das componentes radiativas (Figura 2a), maiores valores de radiação de onda curta incidente na superfície (Sin) podem ser observados no período seco, quando atingiu em média cerca de 225 W.m -2 em agosto de 23, 24 e 25, enquanto que em 26 foi em média 24 W.m -2. Já na estação chuvosa, os menores valores médios mensais verificados para os quatro anos foram bem
inferiores, respectivamente 175, 164, 161 e 149 W.m -2, nos meses de março a maio, diretamente associados com o aumento da nebulosidade na estação úmida. Precipitação (mm.mês -1 ) 5 4 3 2 1 jan/3 jul/3 jan/4 jul/4 jan/5 jul/5 jan/6 jul/6 28 27 26 25 24 Temperatura (ºC) Figura 1. Médias mensais da temperatura do ar (linha) totais mensais de precipitação (colunas) medidos sobre a floresta no período de janeiro de 23 a agosto de 26. A redução da precipitação no período seco tem impacto no comportamento do armazenamento de água no solo. A Figura 2b mostra a água armazenada na camada de, a 4,8 m, medida em dois pontos nas proximidades da torre. Observa-se uma redução do armazenamento de água no solo na estação seca o que está relacionado com a retirada de água do solo pelas raízes para suprir a transpiração. Nota-se ainda que o armazenamento mínimo para as estações seca de 22 a 24 foi semelhante enquanto que em 25 foi bem reduzido, quando atingiu o valor de 2381 mm. Fluxo de Energia(W.m -2 ) 3 (a) 25 Sin 2 15 Rn 1 5 Sout jan/3 jul/3 jan/4 jul/4 jan/5 jul/5 jan/6 jul/6 Armazenamento (mm) 26 255 25 245 (b) 24 Tubo 1 Tubo 2 235 dez/1 jun/2 dez/2 jun/3 dez/3 jun/4 dez/4 jun/5 Figura 2. (a) Médias mensais da radiação de onda curta incidente (Sin) e refletida (Sout), e do saldo de radiação (Rn) medido sobre a floresta no período de janeiro de 23 a agosto de 26; (b) médias mensais do armazenamento de água no solo medidos em dois tubos, na camada de a 4,8 m. Para avaliar como se deu a interação entre a floresta e atmosfera no período de estudo, foram utilizados para cada ano os meses de agosto a outubro como representativos da estação seca, e fevereiro a abril como representativos da estação chuvosa. Devido às falhas no sistema na
estação chuvosa de 23, esta não foi considerada assim como não foi considerada a estação seca de 26 que contém apenas um mês de dados. A Figura 3 mostra os padrões diários médios do saldo de radiação (Rn), fluxo de calor latente (LE) e do fluxo de calor sensível (H) para os períodos seco e chuvoso. O saldo de radiação foi semelhante entre as mesmas estações, porém observa-se uma redução de cerca de 25% na estação chuvosa. Como conseqüência do aumento de energia disponível (Rn) no período seco, os fluxos H e LE também sofrem acréscimo sendo mais pronunciado no caso do fluxo de calor sensível. Rn H LE Fluxo de energia (W.m -2 ) 6 45 3 15 24 25 26 2 15 1 5 24 25 26 4 3 2 1 24 25 26 Fluxo de energia (W.m -2 ) 6 45 3 15 23 24 25 6 12 18 24 2 15 1 5 23 24 25 6 12 18 24 4 3 2 1 23 24 25 6 12 18 24 Figura 3. Padrões diários médios para o saldo de radiação (Rn), fluxo de calor sensível (H) e fluxo de calor latente (LE), respectivamente, para os períodos chuvosos (superior) e secos (inferior). Fazendo-se uma análise comparativa entre as estações chuvosas de cada ano observa-se que o fluxo de calor sensível se mostrou semelhante nos três anos enquanto que o fluxo de calor latente apresentou maiores diferenças. Maiores valores de LE podem ser observados em 24, com valores máximos de meia hora de aproximadamente 3 W.m -2. Em 25 os valores foram predominantemente maiores que em 26. No caso da estação seca tanto H como LE são diferentes de um ano para outro. H foi mais elevado em 25, com valor máximo de 194 W.m -2, enquanto que LE apresentou valores mais altos em 23. Em termos de valores médios diurnos (Tabela 1), a fração evaporativa (LE/Rn) para a estação chuvosa foi consideravelmente maior em 24 (,67), o que pode estar associado ao fato de que a precipitação no período chuvoso desse ano foi mais elevada que nos demais e assim a evaporação da água livre (interceptação) sobre o dossel teria uma contribuição maior no fluxo de vapor da floresta para a atmosfera. Em 25 a fração evaporativa foi de apenas,52, o que pode ter sido ocasionado pela diminuição da evaporação de água livre no dossel, uma vez que o total de chuva acumulado nesse período chuvoso foi 862 mm, um valor comparativamente menor que nos outros anos. A fração de Rn utilizada para aquecer o ar não apresentou consideráveis
diferenças e como conseqüência a razão de Bowen foi de,35 em 24 e 26, enquanto que em 25 aumentou para,43. Os dados da estação seca mostram um significativo aumento do fluxo de calor sensível em 25, de 24% nos anos anteriores para a 3% de Rn. Como o fluxo de calor latente para 25 manteve-se próximo do de 24 (Figura 4), a razão de Bowen saltou para 55% no período seco de 25, um valor elevado quando comparado com os dois anos anteriores (Araújo et al., 22). Portanto, no período seco mais intenso verificado em 25 aumentou o fluxo de calor sensível e as taxas de evapotranspiração permaneceram equivalentes à do ano anterior. Esse quadro, associado com a diminuição das chuvas durante o ano de 25 resultou em uma redução significativa da água armazenada no solo (Figura 2b). O aumento do fluxo de calor sensível associa-se a um aumento da temperatura do ar que propiciou déficits de pressão de vapor ainda mais elevados neste período, como pode ser visto na Figura 4. Tabela 1. Médias diurnas do saldo de radiação (Rn), e das frações LE/Rn, H/Rn e H/LE (β), para as estações chuvosas e secas de cada ano. Estação chuvosa Estação seca Rn LE/Rn H/Rn β Rn LE/Rn H/Rn β 23 -- -- -- -- 367,6,6,24,4 24 259,4,67,24,35 34,6,55,24,44 25 256,2,52,22,43 347,5,54,3,55 26 272,3,55,2,36 -- -- -- -- VPD (mb) 2 16 12 8 Período chuvoso 24 25 26 Período seco 23 24 25 4 6 12 18 24 6 12 18 24 Figura 4. Déficit de pressão de vapor (VPD) para as estações chuvosas (esquerda) e secas (direita). Conclusões Foram comparados dados dos principais componentes do balanço de energia, para região de floresta, nas estações seca e úmida de diferentes anos. Os resultados apontam uma diferença na partição da energia disponível em fluxos de calor sensível e calor latente durante o período
seco de 25, em um ano marcado por uma estiagem mais intensa, com aumento considerável do fluxo de calor sensível e pouca variação do fluxo de calor latente. Observou-se uma redução do armazenamento de água no solo quando comparado com outros anos, o que explicado pela redução das chuvas no final do ano de 24 até o final da estação seca de 25. Agradecimentos Os autores agradecem à Javier Tomasela, coordenador do Projeto ECOCARBON, pela concessão dos dados utilizados no desenvolvimento do trabalho. Bibliografia Araújo et al. Comparative measurements of carbon dioxide fluxes from two nearby towers in a Central Amazonian rainforest: The Manaus LBA site. Journal of Geophysical Research, 17 (2): 1-2, 22. Choudhury et al. A biophysical process-based estimate of global land surface evaporation using satellite and ancillary data I. Regional and global patterns of seasonal and annual variations, Journal of Hydrology, 25 (3-4): 186-24, 1998. Higuchi et al. Crescimento e Incremento de uma Floresta Amazoˆnica de Terra-Firme Manejada Experimentalmente. In: Biomassa de Nutrientes Florestais. INPA/ DFID, pp. 89 132, 1997. Keller et al. Investigating the Carbon Cycle of the Amazon Forests. IGBP Newsletter, issue No. 45, 15-19, 21 Malhi et al. Carbon dioxide transfer over a central Amazonian rainforest. Journal of Geophysical Research, 13 (31): 593-612, 1998. Moncrieff, J.B.; Malhi, Y.; Leuning, R. The propagation of errors in long-term measurements of land-atmosphere fluxes of carbon and water. Global Change Biology, 2 (3): 231-24, 1996. Von Randow et al. Comparative measurements and seasonal variations in energy and carbon exchange over forest and pasture in South West Amazonia. Theoretical and Applied Climatology, 78: 5 26, 24.