Interpretar a Influencia do Cima na Agricultura e Pecuária

Descrição do módulo
Nome do Módulo	Interpretar a Influencia do Cima na Agricultura e Pecuária
Código Módulo	UC AGR01302161
Objectivo do Módulo	Após conclusão desta unidade os candidatos deverão ser capazes de descrever os efeitos da precipitação, temperatura, vento e radiação na produção agrícola e pecuária, de fazer as leituras e registos de dados meteorológicos e demonstrar compreensão sobre as principais regiões agro-climáticas de Moçambique.
Duração Nominal	O tamanho deste módulo é baseado no tempo estimado como necessário para atingir os objectivos estabelecidos por um candidato que está a iniciar os primeiros contactos com a agricultura. O tempo total estimado para este módulo é de 20 horas, incluindo horas de contacto e horas de trabalho individual.
Créditos	2
Precedência	Nenhuma
Pré-requisitos	Conclusão com êxito da 10a classe ou certificado vocacional 2 em agricultura.
Progressão	A conclusão com êxito deste módulo é necessária para a progressão em todos os módulos do certificado vocacional 4 em agro-pecuária.
Introdução ao módulo	Após conclusão deste módulo os candidatos deverão ser capazes de descrever os efeitos da precipitação, temperatura, vento e radiação na produção agrícola e pecuária, de fazer as leituras e registos de dados meteorológicos e demonstrar conhecimentos sobre as principais regiões agro-climáticas de Moçambique.
Resumo dos resultados de aprendizagem
1	Demonstrar compreensão sobre os efeitos da precipitação na produção agrícola e pecuária
2	Demonstrar compreensão sobre a influência da temperatura, humidade relativa, vento e radiação solar na produção agrícola e pecuária.
3	Recolher e registar dados do clima.
Resultados esperados UD4	Demonstrar compreensão sobre as principais regiões agro-climáticas de Moçambique e seu potencial para a agricultura e pecuária.
Resultado de aprendizagem	Demonstrar compreensão sobre os efeitos da precipitação na produção agrícola e pecuária.
Critérios de desempenho
Resultados esperados UD1		Explica os efeitos da precipitação na produção agrícola e pecuária.
Resultados esperados UD2		Explica os estágios do ciclo da água.
Resultados esperados UD3		Explicar os termos associados com a precipitação.
Contextos de aplicação		Efeitos da precipitação incluem: época chuvosa, época seca, agricultura de sequeiro, fontes de água, período de crescimento, rendimentos de culturas sequeiro para diferentes regimes de precipitação; cheias e secas.
		Ciclo da água inclui: precipitação, evaporação, infiltração, escoamento superficial, transpiração, fase liquida, sólida e gasosa.
		Termos associados com a precipitação incluem: distribuição, intensidade, duração, probabilidade de ocorrência, precipitação média, provável e efectiva.
Evidências		Evidências escrita e o/oral Evidência escrita ou oral de que o candidato explica 4 efeitos da precipitação na agricultura e pecuária, explica os estágios do ciclo da água e a terminologia associada com a precipitação.
Evidências requeridas		Evidência escrita/oral Evidência escrita ou oral de que o candidato descreve: 2 efeitos de temperatura elevada e 2 efeitos de temperatura baixa na agricultura e pecuária, a relação entre temperatura e humidade do ar, os efeitos favoráveis e desfavoráveis do vento na produção agrícola e pecuária, os efeitos da radiação solar na agricultura e pecuária, e a relação destes elementos no processo evaporativo.

UNIDADE I

§  Meteorologia Agrícola-conceito.  

O que é Meteorologia Agrícola?

Por que se cultiva uma cultura numa região e em outra não?

Por que as safras ou épocas de semeadura são denominadas de safra das águas, safra da seca ou safrinha e safra de inverno?

Por que a época de semeadura das culturas anuais varia entre regiões para uma mesma safra?

Por que as culturas anuais e perenes têm seus rendimentos variáveis entre regiões e anos de produção?

Por que não se cultiva maçãs na BA e nem café no RS?

Por que a irrigação é necessária em algumas regiões e em outras não?

Por que as doenças de plantas ocorrem mais em alguns anos do que em outros?

Essas são apenas algumas das perguntas que iremos aprender a responder ao longo do curso de Meteorologia Agrícola.

Agrometeorologia - Conceito

A Meteorologia Agrícola, também conhecida como Agrometeorologia, é o ramo da Meteorologia que estuda a influência das condições meteorológicas nas actividades agro-pecuárias.

A Meteorologia Agrícola interage com as mais diversas áreas de conhecimento das Ciências Agrárias e isso faz dela uma disciplina extremamente importante na formação do técnico Agro-pecuário.

Em razão dessa interacção com as diversas áreas ligadas à agronomia, a Meteorologia Agrícola tem papel fundamental tanto na planificação agrícola como nas tomadas de decisão.

Planificação Agro-pecuária

Baseado no clima local e no balanço hídrico que define as estações seca e húmida;

Zoneamento agro-climático, Época mais adequada de semeadura, Planificação topo e microclimático.

Tomadas de Decisão

Baseadas nas condições do tempo vigentes e previstas, que definem as condições térmicas e de disponibilidade hídrica atuais.

Semeadura / Colheita Irrigação, Preparação do solo; Controle fitossanitário; Medidas contra eventos adversos.

O objectivo principal é de minimiza o risco associado à actividade agrícola.

·         O zoneamento Agro-climático delimita as áreas aptas ao cultivo de determinada cultura, levando-se em conta as exigências térmicas, hídricas e foto periódicas.

Observa-se nos mapas do zoneamento apresentados anteriormente que as áreas aptas ao feijão variam de acordo com a safra ou época do ano, basicamente devido às restrições térmicas que ocorrem no Estado do Paraná. Na safra das águas, todo o estado tem condições de aptidão para o cultivo do feijão. Na safra da seca, a cultura passa a ser apta somente no centro-sul do estado. No norte e oeste, as temperaturas são muito elevadas para a cultura nessa época, limitando seu desenvolvimento e os níveis de rendimento. Por outro lado, na safra de inverno a cultura do feijão passa a ser apta somente no norte e oeste do estado, porque no centro-sul as temperaturas caem acentuadamente, aumentando o risco de geadas nas fases de florescimento e frutificação.

·         A Tomada de Decisão Possibilita decidir sobre a viabilidade ou necessidade de realização de uma prática agrícola, em função das condições meteorológicas ou hídricas atuais do solo e da previsão do tempo para os próximos dias. A isso chamamos de Agrometeorologia Operacional.

Planificação Topo climático

Disposição das culturas de acordo com a configuração e exposição do terreno, de modo a se evitar as áreas mais sujeitas às geadas e, também, nas médias latitudes o aproveitamento das encostas com melhor exposição à radiação solar.

Planificação Microclimático

O uso de quebra-ventos para protecção de culturas,

Arborização de cafezais para protecção contra geadas ou excesso de radiação solar

Tomada de decisão

Ajuda na tomada de decisões sobre:

Ø  Pulverização: A aplicação de defensivos exige tempo seco e com pouco vento. Além disso, não pode haver chuva após a aplicação, o que reduz a eficiência do controle.

Ø  Irrigação: A lâmina de água a ser reposta por irrigação depende da humidade do solo, a qual por sua vez depende do balanço entre a ET e a chuva.

Ø  Preparação do solo: O solo para ser manejado não pode estar nem muito seco (desestrutura o solo) e nem muito húmido (ocorre compactação). O ideal é entre 40 e 90% da capacidade de campo.

Ø  Sementeira: A semeadura somente deve ser realizada quando a disponibilidade de água no solo for suficiente para garantir a germinação, ou seja, maior do que 70% da capacidade de campo.

Ø  Colheita: A realização da colheita exige condições secas. A chuva atrapalha o processo de secagem dos produtos e a entrada de máquinas e homens no campo.

T.P.C.

1) O que é meteorologia agrícola e por que ela interage com as mais diversas áreas da agronomia?

2) Quais as principais áreas da agronomia que interagem com a meteorologia agrícola?

3) Qual a diferença entre planificação agrícola e tomadas de decisão? Do que depende cada uma e qual é a finalidade delas? Qual delas denominamos de agrometeorologia operacional?

UNIDADE II

O Tempo e Clima

O estado da atmosfera pode ser descrito por variáveis que caracterizam sua condição física. Essas variáveis são o que chamamos de elementos meteorológicos: temperatura do ar, humidade relativa do ar, velocidade e direcção do vento, precipitação, pressão atmosférica, radiação solar, etc...

Para um dado local, o estado da atmosfera pode ser descrito tanto em termos instantâneos, definindo a condição actual, a qual é extremamente dinâmica, como também em termos estatísticos, definindo a condição média, a qual é por sua vez uma descrição estática.

Tempo

A variação da temperatura e da humidade relativa do ar, ao longo de um dia, mostra o grande dinamismo das condições do tempo. Observe que dependendo da época do ano essa variação ao longo do dia pode ser maior ou menor, o que na realidade é dependente dos factores meteorológicos que estão actuando em cada um desses dias.

O mesmo acontece ao analisarmos as temperaturas médias mensais para uma série de anos consecutivos. Percebe-se que apesar de haver um padrão de variação, ocorre oscilação nas médias de um mesmo mês, de ano para ano. Isso também pode ser observado para a chuva em que apesar de se observar a oscilação estacional, os valores mensais variam sensivelmente de ano para ano, com o total anual oscilando de 1.104 mm em 2003 a 1.461 mm em 2002.

Clima

Já as médias das temperaturas médias mensais e dos totais médios mensais de chuva para um período igual ou superior a 30 anos, denominadas de NORMAIS CLIMATOLÓGICAS, mostra apenas a variabilidade estacional, porém com valores estáticos para cada mês, descrevendo assim o CLIMA do local.

Como dito anteriormente, as NORMAIS CLIMATOLÓGICAS indicam as condições médias do estado da atmosfera do local e isso possibilita se caracterizar o seu CLIMA e a comparação entre localidades.

Balanço Hídrico como um instrumento para a caracterização do tempo e do clima

Computando-se o balanço entre a chuva e a água que retorna para a atmosfera pelos processos de evaporação do solo e de transpiração das plantas, têm-se o que denominamos balanço hídrico, que nos ajuda a definir as estações secas (com deficiências hídricas) e húmidas (com excedentes hídricos). Essa ferramenta é de suma importância para a agrometeorologia pois possibilita a determinação da disponibilidade de água no solo, informação chave para a planificação e para as tomadas de decisão na agricultura.

Balanço Hídrico Normal

O balanço hídrico normal auxilia na planificação agrícola, já que nos dá uma noção mais exata da variabilidade das condições hídricas ao longo de um ano NORMAL.

Balanço Hídrico Sequencial

Já o balanço hídrico sequencial, ou seja, feito com dados de uma sequência de anos, nos fornece a condição que ocorreu naquele período específico, auxiliando na interpretação dos acontecimentos. Com os dados do BH sequencial de dois anos consecutivos para uma da região em que podemos identificar os períodos secos e húmidos, assim como a variação do armazenamento de água no solo (ARM) no decorrer dos meses. Podemos nos aperceber das consequências para as actividades agrícolas, especialmente para o início da época chuvosa e para as culturas perenes, como os citrinos e o café.

Factores Meteorológicos / Climáticos

Factores são agentes causais que condicionam os elementos meteorológicos / climáticos (radiação solar, temperatura do ar, chuva, velocidade e direcção do vento, pressão atmosférica e humidade relativa do ar). A actuação dos diversos factores, como latitude e altitude, faz com que os elementos meteorológicos variem no tempo e no espaço.

Alguns elementos meteorológicos podem actuar também como factores, o que é o caso da radiação solar, que pode ser tomada tanto como elemento, por ser uma variável que quantifica a disponibilidade de energia solar na superfície terrestre, como também pode ser considerada um factor, por condicionar a temperatura, a pressão e indirectamente outros elementos meteorológicos/climáticos.

Escala temporal dos fenómenos atmosféricos

Os movimentos de Rotação e Translação da Terra constituem-se num dos mais importantes factores a condicionar os elementos meteorológicos, fazendo com que esses variem no tempo, tanto na escala diária como na escala anual.

Afélio – quando a Terra se encontra mais distante do Sol (cerca de 1,52.108 km) (04/07)

Periélio – quando a Terra se encontra mais próxima do sol (cerca de 1,47.108 km) (03/01).

Movimento de rotação   

O movimento de Rotação da Terra em torno de seu próprio eixo faz com que qualquer local da superfície terrestre experimente uma variação diária em suas condições meteorológicas, especialmente na radiação solar e na temperatura do ar. Isso gera a escala diária de variação das condições meteorológicas. Além disso, a rotação da Terra nos dá a sensação de que o Sol se movimenta (aparentemente) no sentido Leste-Oeste.

O movimento de translação

O movimento de Translação da Terra em torno do Sol provoca uma variação estacional (ou sazonal) na irradiância solar da superfície terrestre, gerando as estações do ano. Essa variação estacional se deve à inclinação do eixo terrestre em 23o27´ em relação à normal ao plano da eclíptica, fazendo com que um observador na superfície terrestre tenha a sensação de que o Sol se movimenta no sentido Norte-Sul ao longo do ano.

Esse movimento aparente se dá entre as latitudes de 23o27´N (+23o27´) e 23o27´S (-23o27´), que correspondem respectivamente aos Trópicos de Câncer e Capricórnio. O ângulo formado entre as linhas imaginárias do Equador e a que liga o centro da Terra ao Sol denomina-se Declinação Solar ().  Indica a latitude na qual o Sol “está passando” num determinado instante no seu movimento aparente N-S.

Efeméride: Solstício de inverno no Hemisfério Sul (de verão no HN) – ocorre normalmente no dia 22/06, sendo esse o início do inverno. Nessa data, o fotoperíodo é mais longo no HN (>12h) e mais curto no HS (<12h). Na linha do Equador, fotoperíodo é igual a 12h.

Efeméride: Equinócios – ocorrem em média nos dias 21/03 (de outono), sendo esse o início do Outono, e 23/09 (de primavera), sendo que nessa data se dá o início da Primavera. Nessas datas, o fotoperíodo é igual a 12h em todas as latitudes do globo terrestre.

Além da variação temporal, o movimento aparente do Sol em relação à superfície da Terra origina também uma variação espacial tanto da disponibilidade de radiação solar (Qo) como do fotoperíodo (N).

Quanto mais se afasta do Equador maior a variação estacional da irradiância solar e do fotoperíodo ao longo do ano, sendo esses os factores mais importantes na formação do clima da Terra.

RADIAÇÃO SOLAR

Zénite – linha imaginária que liga o centro da Terra e o ponto na superfície, prolongando-se ao espaço acima do observador.

Ângulo Zenital (Z) – ângulo formado entre o Zénite e os raios solares. Varia de acordo com a latitude, a época do ano e a hora do dia.

Escala espacial dos fenómenos atmosféricos

Macro-escala

Trata dos fenómenos em escala regional ou geográfica, que caracteriza o macroclima de grandes áreas, devido aos factores geográficos, como a latitude, altitude, correntes oceânicas, oceanicidade/continentalidade, actuação de massas de ar e frentes. Esses factores são denominados “macroclimáticos”. O macroclima é o primeiro a ser considerado no zoneamento agro-climático.

Topo-escala

Refere-se aos fenómenos em escala local, em que a topografia condiciona o topo-clima, devido às condições do relevo local: exposição e configuração do terreno. Esses factores são denominados de “topo climáticos” e são de grande importância no planeamento agrícola.

 Microescala

É aquela que condiciona as condições meteorológicas (microclima) em uma pequena escala, ou seja, pela cobertura do terreno ou pela adopção de alguma prática de manejo (irrigação, adensamento de plantio, cultivo protegido, etc). Cada tipo de vegetação ou estrutura gera um microclima diferenciado. Culturas anuais semeadas no sistema convencional têm um microclima diferente daquelas cultivadas no sistema de plantio directo. A presença de mato nas entrelinhas e o adensamento das culturas perenes também interferem no microclima. O uso de ambientes protegidos (coberturas plásticas) altera o microclima, reduzindo a radiação solar e aumentando a temperatura diurna.

Nota bem: Portanto, em um mesmo MACROCLIMA podem ocorrer diferentes TOPOCLIMAS e dentro de um mesmo TOPOCLIMA podem haver diversos MICROCLIMAS.

T.P.C

1) Conceitue tempo, clima, normal climatológica, elementos e factores meteorológicos. Qual a ligação de cada um deles com as actividades agro-pecuárias?

2) O que significa solstício e equinócio? Quando eles ocorrem? O que significa declinação solar e quais seus valores nas principais efemérides?

3) Comente sobre as três escalas espaciais dos fenómenos atmosféricos. Como elas interagem com as actividades agrícolas?

4) Como a lei do cosseno de Lambert está relacionada com as variações diária e sazonal da radiação solar na superfície terrestre, em um dado local?

UNIDADE III

Climatologia

Clima

Definiu-se CLIMA como sendo uma descrição estática, que expressa as condições médias do sequenciamento do tempo meteorológico. Portanto, mede-se primeiro as condições instantâneas da atmosfera (Tempo) de um local por vários anos e, posteriormente, estima-se qual deve ser a condição média (provável), ou seja, o CLIMA.

Climas

 Diversos FATORES atuam para a formação das condições do TEMPO de um local e, consequentemente, para a formação de seu CLIMA. Esses factores são agentes causais que condicionam os elementos. Como já foi visto na Aula#2, os factores podem ser classificados de acordo com a escala de estudo, ou seja, com efeitos no MACRO, TOPO e MICROCLIMA.do Mundo

As regiões com alta disponibilidade de água e energia apresentam maior biodiversidade, enquanto que nas regiões frias ou secas somente alguns poucas espécies ocorrem.

Essa condição média é que irá condicionar a distribuição dos seres vivos no globo. A distribuição da vegetação natural nas diversas regiões da Terra depende basicamente do clima.

Ø  Macroclima

Ø  Topo clima

Ø  Microclima

Factores do Macroclima

São aqueles que atuam em escala regional ou geográfica. São classificados como permanentes (latitude, altitude/relevo, Oceânides/continentalidade, etc.) ou variáveis (correntes oceânicas, centros semipermanentes de alta e baixa pressão, massas de ar, composição atmosférica, etc.).

Latitude

Esse factor está ligado às relações Terra-Sol, como tratado na Aula#2, que envolve o movimento aparente do Sol no sentido N-S ao longo do ano, o qual é consequência do movimento de translação e da inclinação do eixo terrestre (23o27´) em relação à perpendicular ao plano da eclíptica. Com isso, ocorre variação espacial e temporal do ângulo de incidência dos raios solares na superfície (ângulo zenital) e do fotoperíodo, os quais por sua vez geram valores diários de irradiância solar variáveis de acordo com a latitude e com o dia do ano, resultando em diferenças nas condições térmicas.

Altitude/Relevo

O aumento da altitude ocasiona diminuição da temperatura. Isso ocorre em consequência da rarefacção do ar e da diminuição da pressão atmosférica.

 Além disso, a associação da altitude com o relevo pode condicionar o regime de chuvas de uma região. As chuvas orográficas são um exemplo disso:

Oceanidade / Continentalidade

Esses termos se referem, respectivamente, à proximidade ou distância do oceano ou grandes massas de água. Oceanidade se refere ao efeito do oceano sobre o clima de uma região litorânea. A água do oceano atua como um moderador térmico, ou seja, não permite que grandes variações de temperatura ocorram. Isso se dá pelo fato da água ter maior calor específico do que o ar, resfriando-se e aquecendo-se mais lentamente. A massa de água ao trocar calor com o ar faz com que haja uma atenuação tanto do aquecimento do ar como de seu resfriamento, reduzindo assim a amplitude térmica (Tmax – Tmin). A continentalidade ocorre em locais situados no interior dos continentes, portanto sem sofrer efeito dos oceanos. Nessa condição, as amplitudes térmicas são maiores, tanto em termos diários como em termos anuais.

Correntes Oceânicas

A movimentação contínua das águas oceânicas em função de diferenças de densidade (causadas por diferencia de temperatura e salinidade e pela rotação da Terra) gera correntes que se movem de maneira organizada, mantendo as suas características físicas, as quais diferem das águas adjacentes. As correntes que circulam dos Pólos para o Equador são FRIAS e as que circulam do Equador para os Pólos são QUENTES.

A atmosfera em contacto com essas massas de água entra em equilíbrio térmico com a superfície. Por isso, as correntes tem grande efeito sobre o regime térmico e hídrico (chuvas) na faixa litorânea dos continentes.

Correntes Frias → Condicionam clima ameno e seco

Correntes Quentes → Condicionam clima quente e húmido

Factores do Topo clima

São aqueles que dependem do relevo local, especialmente da configuração dos terrenos e da exposição desses em relação à radiação solar. Esses factores devem ser levados em consideração nas regiões S e SE do Brasil, quando da implantação de culturas susceptíveis às geadas.

Configuração do terreno

Planaltos e baixadas favorecem o acúmulo de ar frio, criando topo climas diferentes das meia-encostas e espigões. As culturas susceptíveis às geadas devem ser implantadas em área livres do acúmulo do ar frio

Efeito da configuração do terreno no acúmulo de ar frio na baixada e formação de neblina.

Exposição do terreno

Nas regiões S e SE do Brasil, os terrenos com faces voltadas para o N são, em média, mais ensolarados, secos e quentes do que as voltadas para o S. Nas faces voltadas para o S, as temperaturas são menores (maior risco de geadas) e a humidade será maior (favorecendo as doenças).

Factores do Microclima

São aqueles que modificam o clima em microescala, devido ao tipo de cobertura do terreno ou prática agrícola, podendo assim ser modificado pelo homem. Muitas vezes, a alteração do microclima é necessária para que se possa cultivar uma certa cultura, não apta ao macroclima da região. Exemplos disso são os ambientes protegidos (estufas, telados, etc) que tem por finalidade reduzir a incidência de radiação solar sobre as culturas, elevar as temperaturas ou evitar a acção da chuva nas plantas. O sistema agro-florestal (SAF) é outro exemplo, assim como a irrigação que ao fornecer água para a cultura provoca a redução da temperatura e aumento da humidade. Apesar dos aspectos favoráveis, a alteração do microclima se não for bem controlada pode levar a efeitos desfavoráveis, como é o que ocorre quando se adensa demasiadamente as culturas ou se irriga com muita frequência. Nessas condições o microclima se torna extremamente favorável à ocorrência de doenças fúngicas e bacterianas.

Outro aspecto que pode ser desfavorável, apesar de ser uma prática vantajosa em termos práticos, é o uso de cobertura morta nas entrelinhas (mulch). A cobertura do solo com palhada ou vegetação rasteira acentua o resfriamento nocturno, podendo agravar os efeitos de uma eventual geada em épocas propícias à ocorrência desse evento meteorológico. Um exemplo disso é o plantio directo e outro é a manutenção de mato nas entrelinhas de culturas perenes.

      Sistema convencional, solo exposto

      Sistema plantio-directo, solo coberto com mulch

      Cafezal com mato na entrelinha

 Classificação Climática

A classificação climática objectiva caracterizar em uma grande área ou região zonas com características climáticas homogéneas. A classificação do clima também pode ser feita para localidades específicas, levando-se em conta tanto as características da paisagem natural (vegetação zonal), baseando-se no fato da vegetação ser um integrador dos estímulos do ambiente, como também os índices climáticos (baseados nas normais climatológicas).

Classificação Climática de Köppen

A classificação climática de Köppen define 5 grandes grupos:

A – Megatérmico (tropical húmido) com temperatura média do mês mais frio > 18C

B – Clima seco

C – Mesotérmico (temperado quente) com temperatura média do mês mais frio entre -3C e 18C

D – Microtérmico (temperado frio) com temperatura média do mês mais frio < -3C e do mês mais quente > 10C

E – Polar, com todos os meses com temperatura média < 10C

Os climas B se subdividem em: Bw – deserto e Bs – estepe

- Se chuva é de inverno P < T → Bw T < P < 2T → Bs

- Se não há predominância de estação chuvosa P < (T+7) → Bw (T+7) < P < (2(T+7)) → Bs

- Se chuva é de verão P<(T+14) → Bw (T+14) < P < (2(T+14)) → Bs Obs: P = chuva anual, em cm, e T = temperatura média anual (oC)

Sub-tipos da classificação climática de Köppen para o Brasil:

A

Af – com chuvas bem distribuídas ao longo do ano e ausência de estação seca, como na Amazónia ocidental e parte do litoral do SE.

Am – com pequena estação seca, sob influência de monções, ocorre em boa parte da Amazónia oriental.

Aw – denominado clima de savanas, com inverno seco e chuvas máximas no verão, presente nas regiões N, CO e parte do SE.

Aw´ - igual ao anterior, mas com chuvas máximas no outono.

As – precipitações de outono-inverno, ocorre em parte do litoral do NE.

B

Bsh – semi-árido quente, ocorre no sertão da região NE (h = Tmed anual > 18C).

C

Cwa – tropical de altitude, com inverno seco e temp. mês mais quente > 22C.

Cwb – tropical de altitude, com temp. do mês mais quente < 22C

Csa – tropical de altitude, estiagem de verão, representando uma pequena região do NE

Cfa – sub-tropical, sem estação seca e temp. do mês mais quente >22C

Cfb – sub-tropical, sem estação seca e temp. do mês mais quente < 22C

T.P.C.

1) Como a latitude e a altitude condicionam o macroclima?

 2) Discuta as diferenças dos efeitos causados pela Oceânides e pelas correntes marítimas sobre o macroclima.

3) Cite dois factores do topo e do microclima.

UNIDADE IV

Atmosfera Terrestre - Movimentos Atmosféricos

A Atmosfera Terrestre

Camada gasosa de espessura muito fina que envolve a Terra, sendo fundamental para a manutenção da vida na superfície terrestre.

A atmosfera atua como sede dos fenómenos meteorológicos e, além disso, é factor determinante na qualidade e quantidade de radiação solar que atinge a superfície terrestre.

Estrutura da atmosfera

A atmosfera pode ser dividida de acordo com suas características físicas e químicas.

Termosfera

Mesosfera

Estratosfera – onde encontra-se a maior concentração de O3

Troposfera – onde ocorrem os fenómenos meteorológicos

Difusão da radiação solar

Os constituintes atmosféricos, normalmente aerossóis, partículas de poeira e gotículas de água (nuvens, nevoeiros, etc.) mudam a direcção dos raios solares. Esse processo gera a radiação multidireccional, denominada de difusa. Parte dessa radiação retorna ao espaço sideral. Quanto maior a espessura da camada da atmosfera a ser atravessada pela radiação solar, maior a difusão.

Difusão

A energia associada a cada de comprimento de onda, energia global, somente uma parte é proveniente da radiação directa, o restante é proveniente da radiação difusa, ou seja, a diferença entre Global e Directa.

Quando a difusão é proporcionada por partículas de diâmetro muito pequeno, como os aerossóis, há difusão predominantemente nos comprimentos de onda mais curtos (violeta/azul).

Quando ocorre difusão por partículas de poeira a sensação visual é do céu avermelhado, como observado ao nascer e pôr do sol. Nessas condições, nas quais o ângulo zenital do Sol é elevado (baixa altura do astro), a camada que a radiação solar atravessa é bem maior e isso permite uma maior atenuação da radiação, tanto pela absorção como pela difusão.

Ver página 13 da aula 4.

Movimentos Atmosféricos

Os movimentos atmosféricos ocorrem em resposta à diferença de pressão entre duas regiões.

ü  Variação da temperatura nas diferentes camadas da atmosfera (na Troposfera a temperatura diminui devido à rarefacção do ar e à redução da pressão, enquanto que na estratosfera o aumento de temperatura se deve à absorção da radiação solar pelas moléculas de ozónio).

Composição da atmosfera terrestre

Matriz básica (% em vol. de ar seco):

N2 (~78%) O2 (~21%) outros gases (~1%).

Outros componentes com concentrações variáveis (muito baixas):

CO2 O3 CH4, N2O, CFCs , VAPOR D’ÁGUA (até ~ 4%).

Apesar da Matriz Básica ser fundamental para a manutenção da vida na superfície terrestre, a concentração dos componentes variáveis apresenta importância física e biológica.

Importância Física – no balanço de radiação da Terra, retendo parte das ondas de calor emitidas pela superfície e na atenuação da radiação proveniente do Sol.

Importância Biológica – suprindo matéria prima para o processo da fotossíntese (CO2) e regulando o processo de transpiração das plantas.

Gases de Efeito Estufa – fontes, concentração, tempo de residência e poder de aquecimento em relação ao CO2.

Efeitos da Atmosfera sobre o Balanço de Energia Radiante

Ao atravessar a atmosfera a radiação solar interage com seus constituintes, resultando em modificações na quantidade, na qualidade e na direcção dos raios solares, devido aos processos de absorção e difusão da radiação solar.

Difusão da radiação solar

Os constituintes atmosféricos, normalmente aerossóis, partículas de poeira e gotículas de água (nuvens, nevoeiros, etc.) mudam a direcção dos raios solares. Esse processo gera a radiação multidireccional, denominada de difusa. Parte dessa radiação retorna ao espaço sideral. Quanto maior a espessura da camada da atmosfera a ser atravessada pela radiação solar, maior a difusão.

Quando a difusão é proporcionada por partículas de diâmetro muito pequeno, como os aerossóis, há difusão predominantemente nos comprimentos de onda mais curtos (violeta/azul).

Quando ocorre difusão por partículas de poeira a sensação visual é do céu avermelhado, como observado ao nascer e pôr-do-sol. Nessas condições, nas quais o ângulo zenital do Sol é elevado (baixa altura do astro), a camada que a radiação solar atravessa é bem maior e isso permite uma maior atenuação da radiação, tanto pela absorção como pela difusão.

Movimentos Atmosféricos

Os movimentos atmosféricos ocorrem em resposta à diferença de pressão entre duas regiões.

 As diferenças de pressão são devidas à incidência e absorção da radiação solar de maneira distinta entre duas regiões.

Na Macro-escala, devido à posição relativa Terra-Sol, os raios solares são mais intensos e mais absorvidos na região Equatorial do que nos Pólos.

Isso faz com que a atmosfera seja mais expandida no equador e mais contraída nos pólos.

De acordo com o explanado anteriormente, verifica-se que uma massa de ar está sujeita às seguintes forças:

1) Aceleração da Gravidade: responsável principal pela pressão atmosférica

2) Flutuação Térmica: contribui para a variação da Preção atmosférica (maior Temperatura; menor Preção atmosférica / menor temperatura maior Preção atmosférica a).

3) Gradiente Horizontal de Pressão: responsável pela movimentação da atmosfera de uma região para outra

Essas 3 forças atuam tanto na parcela de ar em repouso como em movimento e, portanto, são denominadas primárias. Quando a massa de ar começa a se movimentar duas outras forças, denominadas secundárias, começam a actuar:

1) Atrito: responsável pela desaceleração do movimento

2) De Coriolis: responsável pela mudança da direcção do movimento devido à rotação da Terra. Essa força é perpendicular ao movimento, mudando a trajectória para a esquerda no HS e para a direita no HN.

Na macro-escala, os ventos de superfície estão associados à circulação geral da atmosfera, a qual é resultado da acção das 5 forças mencionadas anteriormente.

ZCIT – Zona de convergência intertropical – elevação do ar quente e húmido, formando nuvens e chuvas convectivas

ZCET – Zona de convergência extratropical – encontro do ar frio e seco dos Pólos com o ar quente e húmido dos trópicos, formando os sistemas frontais (frentes polares), que causam perturbações atmosféricas em larga escala.

Ciclones e Anticiclones

Os ciclones e anticiclones formados na atmosfera são responsáveis pela mudança na direcção dos ventos predominantes.

Os ciclones são centros de baixa pressão (L = Low). Os ventos convergem para esse centro pela força gradiente e em seu movimento tem seu deslocamento desviado pela força de Coriolis (para a direita no HN e para a esquerda no HS).

Os anticiclones são centros de alta pressão (H = High). Os ventos divergem desse centro devido à força gradiente e, em seu movimento, tem seu deslocamento desviado pela força de Coriolis (para a direita no HN e para a esquerda no HS).

Isóbaras

No seu deslocamento, os ciclones e os anticiclones promovem alteração na direção dos ventos. Normalmente, no centros deles ocorre calmaria (sem vento).

El Nino Oscilação Sul

A circulação geral da atmosfera é modificada por uma série de factores ao longo do ano, tendo grande variação temporal e espacial. Na América do Sul, além dos ciclones e anticiclones, um fenómeno bastante conhecido, é a variação da circulação no sentido zonal (leste – oeste), conhecido como El Nino Oscilação Sul ENOS) que provoca alterações no padrão de circulação geral da atmosfera, fazendo com que haja mudanças também nos padrões climáticos normalmente observados. Simplificadamente, conhece-se esse fenómeno com El-Nino/La-Niña.

El Nino é um fenómeno atmosférico-oceânico caracterizado por um aquecimento anómalo das águas superficiais no oceano Pacífico Tropical, que pode afectar o clima regional e global, mudando os padrões de vento em escala mundial, e afectando assim, os regimes de chuva em regiões tropicais e de latitudes médias. Na verdade, ocorre um ciclo de aquecimento/resfriamento (respectivamente, “El-Nino” e “La-Niña”) da superfície do oceano Pacífico ao longo dos anos.

Circulações e Ventos Locais

A circulação geral da atmosfera também se modifica acentuadamente tanto temporalmente como espacialmente, devido ao aquecimento diferenciado entre continentes e oceanos, configuração de encostas, sistemas orográficos e topografia, originando circulações e ventos “locais”.

Brisas Terra-Mar

Brisa Marítima – ocorre durante o dia, quando o oceano encontra-se relativamente mais frio que o continente.

Brisa Terrestre – ocorre durante a noite, quando o continente encontra-se relativamente mais frio que o oceano.

Brisas de Vale e de Montanha

Brisa de Vale (ou anabática) - ocorre durante o dia, devido à diferença de temperatura entre o vale (>) e os espigões (<). Auxilia na formação de nuvens.

Brisa de Montanha (ou catabática) – ocorre durante a noite, pois o ar frio que se forma, sendo mais denso, escoa pela encosta indo se depositar na baixada. Durante noite de intenso resfriamento a brisa catabática pode provocar a “geada de canela”, que é a queima pelo frio dos vasos condutores das plantas, fazendo com que a parte aérea morra e haja rebrota próximo ao solo.

Massas de ar

As massas de ar são grandes volumes que, ao se deslocarem lentamente ou estacionarem, sobre uma região adquirem as características térmicas e de humidade dela. As massas de ar são denominadas conforme sua região de origem e o tipo de superfície com as quais elas estavam em contacto.

Frentes

Quando ocorre o encontro de duas massas de ar, elas não se misturam imediatamente. A massa mais fria (mais densa) é sobreposta pela massa mais quente (menos densa), formando uma zona de transição, denominada de frente.

Frente Fria - Se a massa fria avança em direção à massa quente, a frente é denominada FRIA.

Frente Quente - Se a massa quente avança em direção à massa fria, a frente é denominada QUENTE.

Além da frente fria, que provoca a ocorrência de chuvas durante a passagem do sistema frontal e queda na temperatura, e da frente quente, que promovem chuvas amenas antes da passagem do sistema frontal e logo após aumento da temperatura, existem ainda as frentes oclusas e as frentes estacionárias. Nesses dois últimos casos, as chuvas são intensas e por períodos prolongados.

Na frente estacionária, não há predomínio de avanço de uma massa em direção à outra, fazendo com que o sistema fique estacionário sobre uma região, provocando chuvas contínuas.

T.P.C.

1) Qual a importância da concentração dos gases que compõe a atemosfera terrestre, em termos físicos e biológicos?

3) Quais as forças que atuam no movimento das massas de ar e, conseqüentemente, na formação dos ventos? Quais os ventos predominantes que ocorrem na macro-escala?

4) Liste as principais conseqüências para o Brasil dos fenômenos El Niño e La Niña.

5) Quais as massas de que atuam no Brasil e qual a relação delas com a estacionalidade das chuvas no país?

2) Quais os principais gases de efeito estufa e quais são suas principais fontes naturais e antrópicas de emissão?

6) Qual a diferença entre as frentes fria e quente?

CAPITULO V

Radiação Solar e Balanço de Energia

Radiação solar – maior fonte de energia para a Terra, principal elemento meteorológico e um dos factores determinantes do tempo e do clima. Além disso, afecta diversos processos: físicos (aquecimento/evaporação), biofísicos (transpiração) e biológicos (fotossíntese).

Para os estudos de energia radiante na Terra, o Sol pode ser considerado uma fonte pontual de energia, que emite radiação igualmente em todas as direcções. Portanto, se a intensidade luminosa for em um determinado instante igual a I, o total de energia emitida será.

Nesse mesmo instante, a Terra se situa numa esfera hipotética de raio igual à distância Terra-Sol (D), a qual estará interceptando a energia emitida.

A Lei do Inverso do Quadrado da Distância, ou seja, a energia recebida em uma superfície é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre a fonte emissora e a superfície receptora.

Essa lei da radiação, nos ajuda a entender que a energia solar que chega à Terra está associada à distância entre nosso planeta e o Sol. Caso haja variação da distância Terra-Sol a irradiância solar também irá variar.

Distribuição da Radiação Solar na Superfície Terrestre

Como já vimos na aula de Definições e Conceitos, a irradiância solar varia de acordo com o ângulo de incidência dos raios solares. Esse ângulo formado entre o Zénite local e os raios solares, denomina-se ÂNGULO ZENITAL (Z). Quanto maior Z, menor a irradiância solar.

Determinação do Fotoperíodo

Assim como Qo, o fotoperíodo (N) também pode ser calculado, considerando-se as relações astronómicas TERRA-SOL. Como o fotoperíodo é a duração do dia desde o nascer até o pôr do Sol, temos que na sua trajectória aparente o Sol descreve um arco simétrico em relação ao meio-dia. Pode-se dizer, então, que N é o dobro do ângulo horário ao nascer do Sol (hn), e função da latitude e da declinação solar.

Medida da Irradiância Solar na Superfície Terrestre

Os equipamentos que medem a irradiância solar recebem várias denominações, o que basicamente difere em função do tipo de equipamento, do princípio de funcionamento e do tipo de irradiância a ser medida

Medida da Irradiância solar global

Actinógrafo: o sensor é constituído de placas bimetálicas (negras e brancas) que absorvem radiação solar, dilatando-se diferentemente. A diferença de dilatação é proporcional à irradiância solar e registada continuamente por uma pena sobre um diagrama (actinograma).

Piranômetro de termopar: o elemento sensor é uma placa com uma série de termopares (“termopilhas”), sendo que parte é enegrecida (junções “quentes”) e parte é branca (junções “frias”). O aquecimento diferencial entre as junções “frias” e “quentes” gera uma força electromotriz proporcional à irradiância. O sinal gerado é captado por um sistema automático de aquisição de dados.

Tubo solarímetro: usa o mesmo princípio dos piranômetros, porém com as termopilhas instaladas numa placa rectangular e longa, permitindo uma melhor amostragem espacial. O sinal gerado é captado por um sistema automático de aquisição de dados.

Piranômetro de fotodiodo de silício: o sensor é o fotodiodo de silício, que responde à absorção de energia, gerando uma corrente eléctrica proporcional à irradiância solar. O sinal gerado é medido da mesma forma que nos piranômetros.

Medida da Irradiância solar fotossinteticamente activa

Sensor quântico: o sensor é o fotodiodo de silício, o qual é protegido por um filtro que permite apenas a passagem da radiação solar na banda do visível, ou especificamente, na banda da radiação fotossinteticamente activa, expressa em mol de fotons por unidade de área e tempo (fluxo de fótons fotossintéticos).

Medida da Irradiância solar directa

Emprega os piranômetros acoplados a um sistema específico que permite apenas a incidência da radiação directa no elemento sensor. Esse tipo de equipamento é denominado Pireliômetro.

Medida da Irradiância solar difusa

Emprega os piranômetros com o sensor parcialmente protegido por um sistema específico (arco metálico) que permite apenas a incidência da radiação difusa no elemento sensor.

Medida da Irradiância infra-vermelha

Emprega os piranômetros com uma cúpula específica que reflecte as ondas curtas e permite a passagem das ondas longas. Esses sensores contêm um termistor para medida da sua temperatura, possibilitando assim se conhecer a sua emissão de IV e consequentemente se calcular a densidade de fluxo das ondas longas incidente.

Medida do número efectivo de horas de brilho solar (insolação)

Heliógrafo: o sensor é uma esfera de cristal que promove a convergência dos raios solares sobre uma fita de papelão instalada sobre uma base curva abaixo da esfera. Quando há irradiância solar directa, há queima da fita. A parte queimada da fita indica o tempo em que houve ocorrência de radiação solar directa. Esse equipamento fornece a insolação (n), usada para estimar a irradiância solar global diária, juntamente com dados de Qo e N, como já discutido.

Medida do saldo de radiação (Rn)

O saldo de radiação é medido com equipamentos denominados saldo-radiómetros. As fotos apresentadas mostram diferentes tipos de saldo-radiómetros utilizados em estações meteorológicas automáticas. Todos eles utilizam o mesmo princípio empregado nos piranômetros de termopar, porém medindo OC e OL.

T.P.C.

1) Cite as 3 leis da radiação apresentadas nesta aula e discuta como elas interferem na quantidade e qualidade da irradiância recebida e emitida pela Terra.

2) Calcule o fotoperíodo para a latitude de -37o nas três efemérides do ano (solstícios e equinócio).

3) Calcule o valor de Qo para a latitude de -37o nas três efemérides do ano (solstícios de verão e de inverno e equinócios). Posteriormente, calcule Qg, considerando a insolação de 60% do fotoperíodo. (a e b devem ser determinados pela regra básica apresentada no slide 26).

4) Qual a diferença entre balanço de radiação e balanço de energia? Neste último, o que interfere na repartição de energia?

CAPITULO VI

Temperatura do ar e do solo

Como vimos na aula de balanço de radiação e de energia, o saldo de radiação na superfície terrestre será destinado, basicamente, a três processos físicos, dentre os quais dois estão associados à temperatura: fluxo convectivo de calor sensível (temperatura do ar) e o fluxo por condução de calor no solo (temperatura do solo).

Temperatura do solo

O regime térmico de um solo é determinado pelo aquecimento da superfície pela radiação solar e transporte, por condução, de calor sensível para seu interior. Durante o dia, a superfície se aquece, gerando um fluxo de calor para o interior. À Noite, o resfriamento da superfície, por emissão de radiação terrestre (ondas longas), inverte o sentido do fluxo, que agora passa a ser do interior do solo para a superfície.

A variação da temperatura do solo ao longo do dia (temporal) e da profundidade (espacial) é estudada a partir da elaboração dos perfis de variação da temperatura, denominados de TAUTÓCRONAS.

Factores Determinantes da Temperatura do Solo

O fluxo de calor no solo depende, basicamente, da sua condutividade térmica, de seu calor específico e de sua emissividade, os quais por sua vez dependem do tipo do solo. Além disso, essa variação é afectada pela interacção com outros factores, dentre eles:

Factores Externos

Relacionados aos elementos meteorológicos: irradiância solar global, temperatura do ar, nebulosidade, chuva e vento.

Factores Intrínsecos

Relacionados ao tipo de solo, ao relevo e ao tipo de cobertura do terreno

Tipo de Solo

Relacionado à textura, estrutura e teor de matéria orgânica do solo. Solos arenosos tendem a apresentar maiores amplitudes térmicas diárias nas camadas superficiais e menores em profundidade. Isso ocorre pelo fato dos solos arenosos terem maior porosidade, havendo um menor contacto entre as partículas do solos, dificultando assim o processo de condução. Os solos argilosos, por sua vez, apresentam maior eficiência na condução de calor, tendo menor amplitude térmica diária.

Relevo

Este é um factor topo climático, que condiciona o terreno a diferentes exposições à radiação solar directa e, também, ao acúmulo de ar frio durante o inverno. Como visto na aula de factores climáticos, os terrenos de meia-encosta voltados para o norte (no hemisfério Sul) recebem mais energia do que os voltados para o sul. Já nas baixadas ocorre um maior acúmulo de ar frio durante o inverno, o que acaba condicionando redução da temperatura do solo também nessa área.

Cobertura do Terreno

Este é um factor microclimático. Solos sem cobertura (desnudos) ficam sujeitos a grandes variações térmicas diárias nas camadas superficiais. A cobertura com vegetação ou resíduos vegetais (mulch) modifica o balanço de radiação e de energia, pois a cobertura intercepta a radiação solar, impedindo que esta atinja o solo. Esse factor é importante no sistema de plantio directo e nos pomares, onde as plantas ficam bem espaçadas. Em períodos críticos (inverno) e em locais sujeitos a geadas, a cobertura do terreno é um factor agravante das geadas, pois impede que o solo armazene calor durante o dia e libere-o para a superfície à noite.

§  Sistema convencional solo exposto

§  Sistema plantio-directo solo com mulch

§  Mato na entrelinha do cafezal

Medida da Temperatura do Solo

São utilizados os geotermômetros, cujo elemento sensor é o mercúrio, que tem como princípio de medida a dilatação de um líquido. Além deles pode-se utilizar outros tipos de elementos sensores, como os termopares e os termistores. Para medida padrão em estações meteorológicas os geotermômetros devem ser instalados a 2, 5, 10, 20, 40 e 100 cm de profundidade em superfície gramada ou de solo desnudo.

• Geotermômetros instalados em gramado
• Geotermômetros instalados em solo desnudo
•  Sensor automático para medida da temperatura do solo
• Geotermógrafo

Além dos geotermômetros padrões, existem outros tipos de geotermômetros de baixo custo, para uso em plantações.

Temperatura do ar

A temperatura do ar é um dos efeitos mais importantes da radiação solar. O aquecimento da atmosfera próxima à superfície terrestre ocorre principalmente por transporte de calor, a partir do aquecimento da superfície pelos raios solares. O transporte de calor sensível (H) na atmosfera se dá por 2 processos:

Condução Molecular

Processo lento de troca de H, ocorrendo pelo contacto entre as moléculas de ar. Assim, esse processo tem extensão espacial limitada, ficando restrito à camada limite superficial.

Difusão Turbulenta

Processo rápido de troca de energia, em que parcelas de ar aquecidas pela superfície entram em movimento convectivo desordenado, transportando calor (H), vapor (LE), etc, para camadas superiores da atmosfera.

Factores Determinantes da Temperatura do Ar

Os factores determinantes da temperatura do ar são aqueles associados às três escalas dos fenómenos atmosféricos:

Factores Macroclimáticos

Relacionados à latitude, altitude, correntes oceânicas, continentalidade / Oceanidade, massas de ar e frentes.

Factores Topo climáticos

Relacionados ao relevo, mais especificamente à configuração e exposição do terreno.

Factores Microclimáticos

Relacionados à cobertura do terreno.

Variação Temporal da Temperatura do Ar

Diária

A temperatura do ar vária basicamente em função da disponibilidade de radiação solar na superfície terrestre. O valor máximo diário da temperatura do ar ocorre normalmente de 2 a 3h após o pico de energia radiante, o que se deve ao fato da temperatura do ar ser medida a cerca de 1,5 a 2,0 m acima da superfície. Já a temperatura mínima diária ocorre de madrugada, alguns instantes antes do nascer do sol. O diagrama abaixo mostra a variação diária da temperatura do ar.

Anual

Também segue a disponibilidade de energia na superfície, com valores máximos no verão e mínimos no inverno.

A variabilidade espacial (horizontal) é basicamente definida pelos factores determinantes do clima, como latitude, altitude, continentalidade, correntes oceânicas, massas de ar, etc.

Variação Espacial da Temperatura do Ar

A temperatura do ar varia espacialmente também na vertical. Como tanto o aquecimento como o resfriamento do ar se dão a partir da superfície, durante o dia a tendência é da temperatura do ar ser maior próxima à superfície e menor com a altura. Já de madrugada, essa situação se inverte, sendo a temperatura menor próxima à superfície e maior com o aumento da altura. Esses gradientes verticais de temperatura são apresentados na figura a seguir.

Medida da Temperatura do Ar

O padrão para a medida da temperatura do ar visa homogeneizar as condições de medida, com relação ao topo e microclima, deixando essa variável dependente unicamente das condições macroclimáticas, o que possibilita a comparação entre locais. Assim, mede-se a temperatura do ar com os sensores instalados em um abrigo meteorológico, a 1,5 – 2,0 m de altura e em área plana e gramada.

• Abrigos meteorológicos utilizados em estações meteorológicas convencionais
• Abrigo meteorológico utilizado em estações meteorológicas automáticas

Os sensores utilizados para a medida da temperatura do ar podem ser divididos conforme o princípio de medida

Ø  Dilatação de líquido: são denominados de termómetros. Os termómetros são utilizados em estações meteorológicas convencionais, onde ficam instalados dentro do abrigo meteorológico. Dois termómetros são destinados a medir as temperaturas máxima (Tmáx) e mínima (Tmín) e outros dois se destinam a medir a temperatura do bulbo seco (Ts) e do bulbo húmido (Tu), os quais constituem o conjunto psicrométrico, a ser utilizados na aula de humidade do ar.

Ø  Dilatação de sólido: são denominados de termógrafos. Os termógrafos têm como elemento sensor um arco metálico, o qual se dilata e contrai com a temperatura. Essa variação de dilatação é proporcional à variação de temperatura. São utilizados em estações meteorológicas convencionais, onde ficam instalados dentro do abrigo meteorológico. Eles medem a temperatura do ar continuamente, com o registo sendo feito com uma pena sobre um diagrama.

Ø  Pares termoeléctricos: utilizam junções de dois metais diferentes. A diferença de temperatura entre as duas junções (uma no abrigo e outra numa temperatura de referência) gera uma força electromotriz proporcional. Na figura ao lado vemos sondas de termopar, nas quais uma junção é o sensor e a outra junção se encontra conectada ao sistema de aquisição de dados (referência).

Ø  Termistores: constituídos de material semicondutor, com coeficiente térmico negativo (variação da resistência com a temperatura, ou seja maior a temperatura, menor a resistência), permitindo seu acoplamento a sistemas de aquisição de dados. Ao lado vemos vários tipos de termistores e uma sonda de medida da temperatura do ar, cujo elemento sensor é um termistor.

Ø   

Cálculo da Temperatura Média do Ar

Tmed do ar = (Ta9h + Tmáx + Tmín + 2.Ta21h) / 5

Tmed do ar = ( Tai) / n

Estação Convencional:

Estação Automática :

INMET

IAC

Tmed do ar = (Ta7h + Ta14h + 2.Ta21h) / 4

Valores Extremos

Tmed do ar = (Tmáx + Tmín) / 2

Real

Tai é a temperatura do ar medida a cada intervalo de tempo e n é o total de observações feitas ao longo de um dia.

Estimativa da Temperatura Média Mensal do Ar

Caso não se disponha de dados médios mensais de temperatura do ar para um local. Esses podem ser estimados em função das coordenadas geográficas (latitude, longitude e altitude), devido à relação de dependência entre elas e a temperatura do ar:

> Latitude < Temperatura média do ar

> Altitude < Temperatura média do ar

Longitude expressa, em alguns casos, a Oceanidade/continentalidade

A estimativa da temperatura média normal de um local é de extrema utilidade para a agricultura, pois muitas vezes necessita-se dos dados de temperatura para o planeamento agrícola e a única forma de obtê-los é por meio de estimativas.

A estimativa da Temperatura média mensal normal é obtida com o emprego de uma regressão linear múltipla:

Tmed = a + b.ALT + c.LAT + d.LONG

em que: ALT = altitude, em metros; LAT = latitude e LONG = longitude, ambas em minutos (graus x 60). As letras a, b, c e d, representam os coeficientes da equação, obtidos estatisticamente.

TPC

1) Você foi requisitado para projectar a instalação de um posto agro-meteorológico em uma propriedade agrícola. Em que condições você recomendaria a instalação dos termómetros para medida da temperatura do ar e do solo? Por que?

2) Sabendo-se que o cafeeiro arábico exige, para seu bom desenvolvimento, temperatura média anual entre 18 e 22oC, entre quais altitudes ocorreriam condições térmicas ideais para seu cultivo no Estado de São Paulo, que se situa entre as latitudes de 20 e 24oS?

3) Explique como a cobertura do solo interfere na temperatura do solo. Qual a principal implicação disso para a agricultura?

4) Você foi contratado por uma empresa agrícola para assessorar um empreendimento em uma fazenda no oeste Paulista (Lat. 21o05´S, Long. 50o43´W e Alt. 680m), em um município onde não existem dados meteorológicos. O proprietário requisita um projecto sobre a viabilidade do cultivo de pessegueiro nessa região. No levantamento bibliográfico, você verifica que para se desenvolver adequadamente as plantas dessa frutífera requerem temperaturas médias mensais inferiores a 17oC durante 3 meses consecutivos por ano. Qual seria seu parecer? A cultura é recomendável ou não para a região? (Apresente os cálculos utilizados).

UNIDADE VII

Humidade do ar, Chuva e Vento

Humidade do ar

A água é a única substância que ocorre nas três fases na atmosfera. A água na atmosfera e suas mudanças de fase desempenham papel importantíssimo em diversos processos físicos naturais:

Humidade do ar

• Transporte e distribuição de calor (ciclo hidrológico)

• Absorção de comprimentos de onda da radiação solar e terrestre

• Evaporação/Evapotranspiração

• Condensação/Orvalho

Consumo de energia na superfície p/ evaporação

Liberação de energia na atmosfera devido à condensação.

Em função disso, afecta vários aspectos relacionados à agricultura, silvicultura, pecuária e conservação de alimentos:

• Conforto animal

• Consumo hídrico das plantas

• Relação plantas-doenças/pragas

• Armazenamento de produtos

• Incêndios florestais

Definições e Conceitos

O teor de vapor d´água na atmosfera vária de 0 a 4% do volume de ar. Isso quer dizer que em uma dada massa de ar, o máximo de vapor d´água que ela pode reter é 4% de seu volume:

• Caso a humidade corresponda a 0% do volume de ar  AR SECO

• Caso a humidade corresponda a um valor entre 0% e 4% do volume de ar  AR ÚMIDO

• Caso a humidade corresponda a 4% do volume de ar  AR SATURADO

Ar Saturado: quando a taxa de escape de moléculas de água de uma superfície líquida para o ar se iguala à taxa de retorno de moléculas de vapor d´água do ar para a superfície líquida. Essa taxa é dependente da temperatura do sistema, a qual determina a capacidade máxima de vapor d´água que o ar pode reter.

A figura a seguir ilustra esse processo, mostrando um sistema fechado, a 20ºC, no qual em (a) têm-se o ar seco. À medida que a evaporação ocorre, a pressão exercida pelo vapor d´água aumenta (b = ar húmido), até se atingir a condição de saturação para essa temperatura (c). Caso haja o aumento da temperatura do sistema, a capacidade máxima de retenção de vapor do ar aumenta, como mostra a figura (d).

De acordo com a lei de Dalton, a pressão atmosférica (Patm) é igual à soma das pressões parciais exercidas por todos os constituintes atmosféricos. Isso pode ser representado por:

Patm = PN + PO + ... + PCO2 + PO3 + PH2Ov

Resumindo:

Patm = PAr Seco + PH2Ov

A pressão parcial exercida pelo vapor d´água (PH2Ov) é simbolizada pela letra “e”. Para a condição de saturação, ou seja, para o máximo de vapor d´água que o ar pode reter, utilizamos o símbolo “es” e para a condição de ar húmido, ou seja, para a condição real de vapor d´água no ar, utilizamos o símbolo “ea”. Portanto, para chegarmos à humidade relativa (UR, em %), teremos a seguinte equação:

UR = (ea / es) * 100

“ea” e “es” são expressos em unidade de pressão (atm, mmHg, mb, hPa ou kPa)

1 atm = 760 mmHg = 1013,3 mb = 1013,3 hPa = 101,33 kPa.

O gráfico psicrométrico, que é apresentado no slide a seguir, expressa a relação positiva entre a temperatura do ar e a pressão de vapor, mostrando quanto de vapor o ar pode reter para cada nível de temperatura do ar. A curva que mostra a relação entre Tar e “es” pode ser expressa pela seguinte equação:

es = 0,611 * 10 [(7,5*Tar)/(237,3+Tar)] (kPa)

Essa equação é denominada de Equação de Tetens e com ela pode-se determinar o valor de es para qualquer temperatura do ar. Caso se deseje calcular es em outras unidades, o valor 0,611 deve ser substituído por 4,58 para mmHg ou 6,11 para milibar (mb). O exemplo a seguir mostra a variação de es ao longo do dia, representado por dois horários (7h e 14h):

7h  Tar = 16oC  es = 0,611 * 10 [(7,5*16)/(237,3+16)] = 1,82 kPa 14h  Tar = 28oC  es = 0,611 * 10 [(7,5*28)/(237,3+28)] = 3,78 kPa.

A determinação da pressão real de vapor (ea) pode se dar de duas formas. A mais simples, é se conhecendo a umidade relativa e a temperatura do ar. Com a temperatura calcula-se es e assim chega-se a:

ea = (UR * es) / 100

Equipamentos de medida da humidade do ar

Conjunto Psicrométrico ou Psicrómetro

O conjunto psicrométrico utiliza as equações apresentadas anteriormente para a determinação de “es” e “ea”, que posteriormente são empregados na determinação de UR. Os psicrómetros podem ser de ventilação natural, como os dois apresentados à direita e à esquerda, ou de ventilação forçada, como o da figura abaixo.

Psicrómetro Assmann

O psicrómetro Assmann é considerado padrão para a medida da humidade do ar. No entanto, este é um equipamento mecânico. Outras versões desse tipo de sensor vem sendo desenvolvidas, mas todas usando o princípio das medidas das temperaturas do bulbo seco e do bulbo húmido.

As versões mais actuais dos psicrómetros envolvem medidas dessas temperaturas com o uso de termopares, em abrigos meteorológicos onde há um fluxo constante de ar. Esses psicrómetros possibilitam medidas automatizadas, o que facilita a determinação da UR.

Higrógrafos mecânicos

Os higrógrafos mecânicos, normalmente associados ao termógrafo bimetálico, usam como elemento sensor, para humidade do ar, o cabelo humano, o qual tem a propriedade de se dilatar e contrair em função da humidade do ar. Esses equipamentos são empregados para a obtenção de medidas contínuas nas estações meteorológicas convencionais e registam os valores de UR no hidrograma. Esse equipamento requer calibrações frequentes, pois o cabelo vai perdendo elasticidade com o tempo.

Sensor capacitivo de UR

Esse sensor é empregado nas estações meteorológicas automáticas. O sensor constitui-se de um filme de polímero que ao absorver vapor d´água do ar altera a capacitância de um circuito activo. Requer calibração e limpeza periódicas.

Medida da Humidade do ar em Condições Padrões

Os sensores de UR, para medidas rotineiras, devem ser instalados dentro dos abrigos meteorológicos (1,5 a 2,0 m de altura), tanto nas estações convencionais como nas automáticas.

• Abrigos meteorológico – Estação Convencional
• Abrigo meteorológico – Estação Automática

Variação temporal da humidade do ar - escala diária

Na escala diária praticamente não há variação de “ea” ao longo do dia, ao passo que “es” varia exponencialmente com a temperatura do ar. Isso faz com que a UR varie continuamente ao longo do dia, chegando ao valor mínimo no horário de Tmax e a um valor máximo a partir do momento em que a temperatura do ponto de orvalho (To) é atingida.

Desse modo, a UR tem uma variação inversa à da temperatura do ar (Ts), como pode-se observar na figura acima, porém o efeito directo da Ts é sobre “es”, como pode-se observar na figura ao lado.

Variação temporal da humidade do ar - escala anual

Na escala anual, a UR média mensal acompanha basicamente o regime de chuvas, pois havendo água na superfície haverá vapor d´água no ar. Observa-se na figura abaixo que nas três localidades analisadas, a UR média mensal é maior na estação chuvosa e menor na estação seca. No entanto, em Manaus a UR é sempre maior que nas duas outras localidades, devido à estação seca ser mais curta e menos intensa. Em Piracicaba e em Brasília, a UR média mensal é praticamente igual na estação chuvosa, porém menor em Brasília na estação seca, o que se deve ao fato da estiagem ser muito mais intensa e prolongada nessa região do que em Piracicaba.

Variação espacial da humidade do ar

Determinação da Duração do Período de Molhamento (DPM)

DPM é o tempo em que as superfícies vegetais (folhas, frutos, flores e colmo) se apresentam com molhamento, o qual é principalmente proveniente da condensação de orvalho. Essa variável é de extrema importância no contexto da fitossanidade vegetal, já que ela é fundamental para o processo infeccioso de doenças fúngicas e bacterianas.

• Lesões causadas por doenças em folhas e frutos

A DPM, portanto, tem relação directa com a humidade do ar, já que somente haverá condensação quando a humidade relativa estiver próxima de 100%. A DPM pode ser medida por sensores ou estimada em função do tempo (número de horas) em que a UR ficou acima de 90%.

Medida da Duração do Período de Molhamento (DPM)

Utilização de sensores electrónicos, cujo princípio é baseado na redução da resistência entre eléctrodos quando existe a presença de água no forma líquida. Esses sensores podem simular uma folha ou, então, serem instalados directamente no tecido vegetal onde se deseja monitorar essa variável.

• Folha artificial – sensor plano
• Folha artificial – sensor cilíndrico Sensor para gramado
• Sensor para caule e folhas
• Sensor para gramado

Estimativa da Duração do Período de Molhamento (DPM)

 O método mais comum para a estimativa da DPM é por meio do número de horas com UR maior do que 90% (NHUR>90%). Esse método funciona bem para climas húmidos, como o do Estado de São Paulo. No entanto, para climas semi-áridos é necessário se reduzir o limiar para se considerar a superfície com orvalho.

Precipitação Pluvial (Chuva)

Ciclo Hidrológico

A precipitação pluvial, ou simplesmente chuva, é a forma principal pela qual a água retorna da atmosfera para a superfície terrestre, após os processos de evaporação/transpiração e condensação, completando assim o “Ciclo Hidrológico”.

A quantidade e a distribuição das chuvas definem o clima de uma região (seco ou úmido) e, juntamente com a temperatura do ar, define o tipo de vegetação natural que ocorre nas diferentes regiões do globo. De forma análoga, a quantidade e a distribuição das chuvas definem também o potencial agrícola.

Condensação na Atmosfera

 Para que haja condensação na atmosfera, há necessidade da presença de núcleos de condensação, em torno dos quais se formam os elementos de nuvem (pequenas gotículas de água que permanecem em suspensão no ar). O principal núcleo de condensação é o NaCl. No entanto, em algumas regiões específicas, outras substâncias podem actuar como núcleos de condensação, como é o caso do 2-metiltreitol, álcool proveniente da reacção do isopreno emitido pela floresta com a radiação solar, considerado o principal núcleo de condensação para formação das chuvas convectivas na região Amazónica.

Além dos núcleos de condensação, há necessidade de que o ar fique saturado de vapor, o que ocorre por duas vias: aumento da pressão de vapor d´água no ar e resfriamento do ar (mais eficiente e comum). Esse resfriamento do ar se dá normalmente por processo adiabático, ou seja, a parcela de ar sobe e se resfria devido à expansão interna, que se deve à redução de pressão.

A taxa de decréscimo da temperatura do ar com a elevação é denominada de GRADIENTE ADIABÁTICO ():

ar seco = - 0,98oC / 100m

ar saturado = - 0,4oC / 100m

ar húmido = - 0,6oC / 100m

A ascensão de uma parcela de ar irá depender das condições atmosféricas. Isso explica por que em alguns dias ocorre formação intensa de nuvens pelo processo convectivo e em outros dias não. Quando as condições atmosféricas favorecem a formação dos movimentos convectivos e, consequentemente, a formação de nuvens, a atmosfera é dita “instável”, ao passo que sob condições desfavoráveis à formação de nuvens, a atmosfera é dita “estável”.

Formação das Chuvas

O processo de condensação por si só não é capaz de promover a ocorrência de precipitação, pois nesse processo são formadas gotículas muito pequenas, denominadas de elementos de nuvem, que permanecem em suspensão na atmosfera, não tendo massa suficiente para vencer a força de flutuação térmica.

Para que haja a precipitação deve haver a formação de gotas maiores, denominadas de elementos de precipitação, resultantes da coalescência das gotas menores, que ocorre devido a diferenças de temperatura, tamanho, cargas eléctricas e, também, devido ao próprio movimento turbulento.

Tipos de Chuva quanto ao Processo de Formação Chuva Frontal

Originada do encontro de massas de ar com diferentes características de temperatura e humidade. Dependendo do tipo de massa que avança sobre a outra, as frentes podem ser denominadas basicamente de frias e quentes. Nesse processo ocorre a “convecção forçada”, com a massa de ar quente e húmida se sobrepondo à massa fria e seca. Com a massa de ar quente e húmida se elevando, ocorre o processo de resfriamento adiabático, com condensação e posterior precipitação.

Características das chuvas frontais

• Distribuição: generalizada na região
•  Intensidade: fraca a moderada, dependendo do tipo de frente
• Predominância: sem horário predominante
• Duração: média a longa (horas a dias), dependendo da velocidade de deslocamento da frente.

Chuva Convectiva

Originada do processo de convecção livre, em que ocorre resfriamento adiabático, formando-se nuvens de grande desenvolvimento vertical.

Características das chuvas convectivas

• Distribuição: localizada, com grande variabilidade espacial
• Intensidade: moderada a forte, dependendo do desenvolvimento vertical da nuvem
• Predominância: no período da tarde/início da noite
•  Duração: curta a média (minutos a horas)

Chuva Orográfica

Ocorrem em regiões onde barreiras orográficas forçam a elevação do ar húmido, provocando convecção forçada, resultando em resfriamento adiabático e em chuva na face a barlavento. Na face a sotavento, ocorre a sombra de chuva, ou seja, ausência de chuvas devido ao efeito orográfico.

Medida da Chuva

A medida da chuva é feita pontualmente em estações meteorológicas, tanto automáticas como convencionais. O equipamento básico para a medida da chuva é o pluviómetro, o qual tem diversos tipos (formato, tamanho, sistema de medida/registo). A unidade de medida da chuva é a altura pluviométrica (h), que normalmente é expressa em milímetros (mm). Em alguns países são utilizadas outras unidades, como a polegada (inches – in.), sendo 1mm = 0,039 in. A altura pluviométrica (h) é dada pela seguinte relação:

h = Volume precipitado / Área de captação

Se 1 litro de água for captado por uma área de 1 m2, a lâmina de água colectada terá a altura de 1mm. Em outras palavras, 1mm = 1L / 1m2. Portanto, se um pluviómetro colectar 52 mm, isso corresponderá a 52 litros por 1m2.

h = 1L / 1m2 = 1.000 cm3 / 10.000 cm2 = 0,1 cm = 1mm

Equipamentos para medida da chuva

Pluviómetros

Os pluviómetros são instrumentos normalmente operados em estações meteorológicas convencionais ou mini-estações termo-pluviométricas. O pluviómetro padrão utilizado na rede de postos do Brasil é o Ville de Paris (foto da esquerda). Outros tipos de pluviómetro (fotos do centro e da direita) são comercializados ao um custo menor e tem por finalidade monitorar as chuvas em propriedades agrícolas. A durabilidade desses pluviómetros e sua precisão, em função da menor área de captação, são menores do que a dos pluviómetros padrões. A área de captação mínima recomendável é de 100 cm2.

Pluviógrafo

Os pluviógrafos são dotados de um sistema de registo diário, no qual um diagrama (pluviograma) é instalado. Ele regista a chuva acumulada em 24h, o horário da chuva e a sua intensidade. São equipamentos usados nas estações meteorológicas convencionais.

O pluviograma acima mostra uma chuva ocorrida no dia 11/03/1999, em que foi registado cerca de 76mm em 5h. A chuva se concentrou entre 20h do dia 10/03 e 1h do dia 11/03. A intensidade máxima foi observada entre 20:30 e 21:30, com cerca de 53mm/h.

Pluviómetros de báscula

Os pluviómetros de báscula são sensores electrónicos para a medida da chuva, usados nas estações meteorológicas automáticas. Eles possuem duas básculas, dispostas em sistema de gangorra, com capacidade para armazenar de 0,1 a 0,2mm de chuva. Conforme a chuva vai ocorrendo o sistema é accionado e um contador disposto no sistema de aquisição de dados regista a altura pluviométrica acumulada. Esse equipamento regista o total de chuva, o horário de ocorrência e a intensidade.

Vento: velocidade e direcção

Como já discutido anteriormente, os ventos se originam em decorrência da diferença de pressão atmosférica entre duas regiões. Os factores da Macro-escala são responsáveis pela formação dos ventos predominantes, enquanto os factores da topo e da microescala tem influência na formação dos ventos locais. O vento, especialmente a sua velocidade, tem efeitos consideráveis em vários aspectos relacionados à agricultura, actuando tanto de modo favorável como desfavorável. Logicamente, os efeitos desfavoráveis são os mais relevantes nos estudos envolvendo a agricultura, e nesse caso os ventos excessivos podem ser controlados com o uso dos quebra ventos (estrutura natural ou artificial destinada a reduzir a velocidade do vento). Para tanto é necessário se conhecer sua direcção e velocidade. Além disso, a velocidade do vento é muito importante no processo de evapotranspiração, exercendo grande influência no consumo hídrico das plantas. Essa variável será também muito útil na estimativa da evapotranspiração das culturas e, consequentemente, para o manejo da irrigação.

Movimentos Atmosféricos

Os movimentos atmosféricos ocorrem em resposta à diferença de pressão entre duas regiões.

As diferenças de pressão são devidas à incidência e absorção da radiação solar de maneira distinta entre duas regiões.

Na macro-escala, devido à posição relativa Terra-Sol, os raios solares são mais intensos e mais absorvidos na região Equatorial do que nos Pólos.

Isso faz com que a atmosfera seja mais expandida no equador e mais contraída nos pólos.

De acordo com o explanado anteriormente, verifica-se que uma massa de ar está sujeita às seguintes forças:

1) Aceleração da Gravidade: responsável principal pela pressão atmosférica

2) Flutuação Térmica: contribui para a variação da Patm (> T < Patm / < T > Patm)

3) Gradiente Horizontal de Pressão: responsável pela movimentação da atmosfera de uma região para outra

Essas 3 forças atuam tanto na parcela de ar em repouso como em movimento e, portanto, são denominadas primárias. Quando a massa de ar começa a se movimentar duas outras forças, denominadas secundárias, começam a actuar:

1) Atrito: responsável pela desaceleração do movimento

2) De Coriolis: responsável pela mudança da direcção do movimento devido à rotação da Terra. Essa força é perpendicular ao movimento, mudando a trajectória para a esquerda no HS e para a direita no HN.

Medida do Vento

Direcção do vento

A direcção do vento é indicada pela direcção de onde o vento é proveniente, ou seja, de onde ele vem. A direcção é expressa tanto em termos da direcção de onde ele provém como em termos do azimute, isto é, do ângulo que o vector da direcção forma com o Norte geográfico local. Assim, um vento de SE terá um ângulo variando entre 91 e 179º.

Velocidade do vento

A velocidade do vento aumenta exponencialmente com a altura. Isso se dá em função da redução do atrito conforme o fluxo de ar se distancia da superfície. Assim, a velocidade do vento a 10m de altura (p/ fins meteorológicos) será maior do que aquela medida a 2m (p/ fins agronómicos)

U2m = 0,748 * U10m

A velocidade do vento expressa a distância percorrida pelo vento em um determinado intervalo de tempo. É medida a 10 m de altura (para fins meteorológicos) ou 2 m (para fins agro-meteorológicos). Normalmente é expressa em metros por segundo (m/s), quilómetros por hora (km/h) ou knots (kt):

Equipamentos

Anemómetro Universal – Equipamento mecânico que fornece dados de direcção, velocidade e rajadas

Bateria de anemómetros de caneca para medida automática da velocidade do vento

Anemómetro de hélice – Equipamento automático para medida da velocidade e direcção do vento

Sensor automático de baixo custo – mede a direcção e velocidade do vento

Escala de Vento de Belfort

Essa escala ajuda a interpretar os dados de velocidade máxima do vento (rajadas) medidos nas estações meteorológicas convencionais (a 10 m de altura).

Grau	Descrição	Velocidade (km/h)
0	Calmaria	0 – 2
1	Vento Calmo	2 – 6
2	Brisa Amena	7 – 11
3	Brisa Leve	12 – 19
4	Brisa Moderada	20 – 29
5	Brisa Forte	30 – 39
6	Vento Forte	40 – 50
7	Vento Muito Forte	51 – 61
8	Vento Fortíssimo	62 – 74
9	Temporal	75 – 87
10	Temporal Forte	88 – 101
11	Temporal Muito Forte	102- 117
12	Tornado, Furacão	> 118

T.P.C.
1) Comente sobre a variabilidade espacial e temporal da humidade e da chuva. Qual a relação entre elas?

2) Calcule as variáveis es, ea, UR, e e To, a partir dos seguintes dados obtidos ás 14h de um mesmo dia: no interior de uma estufa plástica (Ts = 38oC e Tu = 27oC) e na condição externa (posto meteorológico – Ts = 27oC e Tu = 21,5oC). Explique o que está ocorrendo.

3) Um pluviómetro com colector de diâmetro de 15 cm mediu uma chuva de 2338 ml. Qual a altura pluviométrica em mm e em polegadas?

4) A estação meteorológica observou uma rajada de vento de 20,4 m/s. Qual a velocidade desse vento em km/h e qual sua classificação de acordo com a escala de Belfort?