AC33F AGROCLIMATOLOGIA TEMPERATURA DO AR E DO SOLO PROF. DR. FREDERICO M. C. VIEIRA Temperatura do ar e do solo Fatores determinantes Temperatura Conceito 1: no aquecimento de um corpo, a energia cinética de suas partículas aumenta, aumentando a transferência de energia térmica: Conceito 2: a temperatura de um corpo é uma grandeza relacionada ao grau médio de vibração (energia cinética) das partículas que o compõe 1
Calor Definição: energia térmica em trânsito. Energia térmica transferida de um corpo a outro, motivada espontaneamente por uma diferença de temperatura Calor Calor 2
Calor Sensível Conceito: é a quantidade de calor cedida ou recebida por um corpo, acarretando a ele uma variação de temperatura, sem mudança de fase Calor Latente Conceito: é a quantidade de calor cedida ou recebida por um corpo, que sofre mudança de sua fase (mudança na forma de ligação de suas moléculas) a temperatura constante: Mudanças de Fase Fusão: é a passagem de uma substância da fase sólida para líquido; Solidificação: é a passagem de uma substância da fase líquida para sólida; Vaporização: é a passagem de uma substância da fase líquida para gasosa; Condensação ou liquefação: é a passagem de uma substância da fase gasosa para a fase líquida; Sublimação: éapassagemdiretadafasesólidaparaafase gasosa e vice-versa; 3
Fase da Vaporização Evaporação: mudança de fase líquida para vapor à temperatura ambiente. Acontece à qualquer temperatura, inclusive no inverno. Vento incrementa o processo: Fase da Vaporização Ebulição: mudança de fase líquida para vapor de forma rápida à temperatura constante. O valor é determinado pela pressão: Fase da Vaporização Calefação: mudança de fase líquida para vapor de forma extremamente rápida à temperatura muito maior que a de ebulição. O valor é determinado pela pressão: 4
Mudanças de Fase Temperatura Definições Temp. do ar Geral: um dos efeitos mais importantes da radiação solar; Transporte de calor: aquecimento próxima a superfície terrestre ocorre por transporte de calor devido ao aquecimento da superfície Meios de transporte: transporte de calor sensível se dá por dois processos básicos: Condução molecular: processo lento de troca de calor sensível, ocorrendo pelo contato entre as moléculas de ar. É necessário uma diferença de carga térmica entre a camada de ar e a superficial Ar frio Características: possui extensão espacial limitada, ficando restrito à camada limite superficial; Condução molecular de calor sensível (H) Sup. quente 5
Difusão turbulenta: processo rápido de troca de energia, em que parcelas de ar aquecidas pela superfície entram em movimento convectivo desordenado, transportando calor, vapor, etc., para camadas superiores da atmosfera: Temperatura Fatores determinantes Macroclimáticos: latitude, altitude, correntes oceânicas, continentalidade / oceanidade, massas de ar e frentes; Topoclimáticos: relevo, mais especificamente à configuração e exposição do terreno; Microclimáticos: relacionados à cobertura do terreno. Variação diária: em função da disponibilidade de radiação solar na superfície terrestre. O valor máximo ocorre 2 a 3 horas depois do pico de energia e a mínima antes de nascer o sol Tmax = 37,5 o C Tmin = 15,0 o C Diagrama de temperatura do ar 6
Variação diária: pode sofrer variações, especialmente com a entrada de frentes frias ou dias nublados, quando a temperatura do ar praticamente não varia Variação anual: também segue a disponibilidade de energia na superfície, com valores mínimos no inverno e máximos no verão Temperatura média mensal ( o C) 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 Temperatura mádia mensal - Piracicaba, SP 2001 2002 2003 2004 2005 Variação espacial: definida pelos fatores determinantes do clima, como latitude, altitude, continentalidade, correntes oceânicas, massas de ar, etc. 7
Variação espacial: Temperatura Definições Temp. do solo Geral: determinado pelo aquecimento da superfície pela radiação solar Transporte de calor - dia: por condução de calor sensível para seu interior Transporte de calor - noite: oresfriamento da superfície (por ondas longas), inverte o sentido do fluxo, que passa a ser do interior para a superfície Tautócronas: variação da temperatura do solo ao longo do dia (temporal) e da profundidade (espacial) que é estudada a partir da elaboração dos perfis de variação da temperatura: Profundidade do solo (cm) 0-5 -10-15 -20-25 -30-35 -40-45 -50 Temperatura do solo ( o C) 15 20 25 30 35 40 45 13h 19h 23h 5h 9h 8
Variação temperatura do ar e do solo: Balanço de radiação, considerando ar e solo: Temperatura Fatores determinantes Temp. do solo Fatores externos: irradiância solar global, temperatura do ar, nebulosidade, vento e chuva; Fatores intrínsecos: tipo de cobertura na superfície, relevo, composição (tipo de solo); 9
Tipo de solo: 70 Temperatura do solo ( o C) 60 50 40 30 20 10 0 Arenoso Argiloso 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Hora Relevo: Exposição e configuração do terreno Faces sul e sudoeste Face norte Ar frio Cobertura no terreno: Sistema convencional solo exposto Sistema plantio-direto solo com mulch Mato na entrelinha do cafezal 10
Cobertura no terreno: 0 Temperatura do solo ( o C) 20 25 30 35 40 45 50 Profundidade (cm 5 10 15 20 25 0t/ha(6h) 14t/ha(6h) 28t/ha(6h) 0t/ha(14h) 14t/ha(14h) 28t/ha(14h) Variação diária: varia com a profundidade. Nas camadas mais superficiais, varia de acordo com a incidência de radiação solar, entre 12 e 14 horas. Em profundidade, as máximas ocorrem mais tarde. Profundidade do solo (cm) Temperatura do solo ( o C) 15 20 25 30 35 40 45 0-5 -10-15 -20-25 13h -30 19h -35 23h -40 5h -45 9h -50 Variação anual: variação da temperatura do solo em clima temperado, onde durante o inverno, o solo fica coberto com neve. 11
Temperatura do ar e do solo Termometria Termometria Tipos de termômetros Temp. do ar Dilatação de líquido: capilar de vidro, onde uma coluna de líquido (álcool ou mercúrio) se dilata/contrai com aquecimento ou resfriamento; Termômetro de máxima: usa mercúrio como sensor; possui uma constrição na coluna de vidro para impedir o retorno quando a temperatura diminui Funcionamento: a coluna se dilata quando há aumento da temperatura até a máxima e é mantida até que a leitura seja feita: 12
Termometria Tipos de termômetros Temp. do ar Termômetro de máxima: usa mercúrio como sensor; possui uma constrição na coluna de vidro para impedir o retorno quando a temperatura diminui Termômetro de mínima: tem o álcool como sensor, sendo seu tubo em forma de U para permitir maior contato com a atmosfera Funcionamento: dentro da coluna de álcool tem um pequeno halter que somente se movimenta quando a coluna retrocede em direção ao bulbo. Para leitura, o halter deve ser ajustado com o menisco nas horas mais quentes do dia: Termometria Tipos de termômetros Temp. do ar Termômetro de máxima e mínima tipo Six: menos precisos que os termômetros meteorológicos, colocados verticalmente e em forma de U Composição: contém mercúrio na parte de baixo do U e álcool acima, em cada lado. Um lado marca a máxima e outro a mínima 13
Funcionamento: oladodamáximaterminanumreservatório parcialmente cheio com álcool e o de mínima num reservatório completamente com álcool. Quando eleva a temperatura, há dilataçãodomercúrioedoálcool;quandodiminui,oálcoolse contraimaiseamovimentaçãosedánoladodamínima: Termometria Tipos de termômetros Temp. do solo Geotermômetros: são de vários tamanhos, dependendo da profundidade que se quer medir a temperatura (2, 5, 10, 20, 30 e 50 cm): Funcionamento: como o bulbo sensor fica enterrado, a coluna contendo a escala de leitura é inclinada para facilitar a leitura. Devesevoltaraescaladeleituraparaafacesul,evitandoincidênciade raios solares diretos: 14
Termometria Tipos de termômetros Temp. do ar/solo Dilatação de sólido: um sólido quando aquece sofre dilatação proporcional ao aquecimento; Tipos: termógrafos e geotermógrafos, composto por um sistema de dilatação, sistemas de alavancas, sistema de relojoaria, permitindo registro contínuo Geotermógrafo Termógrafos Tubo bimetálico Tubo metálico com álcool Mercúrio em aço Termometria Tipos de termômetros Temp. do ar/solo Pares termoelétricos: a junção de dois metais diferentes gera uma tensão elétrica (ou d.d.p.) Funcionamento: a diferença de temperatura entre as duas junções gera uma f.e.m. proporcional a ela, com ótima precisão 15
Termopares Temperatura do ar e do solo Cálculo da temperatura média do ar e solo Temperatura do ar Fórmulas para estimação da temperatura média do ar INMET: IAC: á í 2 5 2 4 Estações Automáticas: Amplitude e máxima/mínima... 16