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FACULDADES DA TERRA DE BRASÍLIA AGRONOMIA / ZOOTECNIA AGROMETEOROLOGIA PROFESSOR: RICARDO MENDES - 2º SEMESTRE DE 2009 1 UNIDADE/ CONTÉUDO 1. Introdução e importância dos fatores climáticos e meteorológicos 1.1 . Definição de tempo e clima / meteorologia e climatologia 1.2 . Agroclimatologia: Definição, objetos e sua relação com outras ciências. 1.3 . Elementos e fatores climáticos 1.4 . Escala espacial dos fenômenos atmosféricos 2. Atmosfera terrestre 2.1. Importância 2.2. Composição atmosférica 2.3. Estrutura vertical da atmosfera 2.4. Controle atmosférico como ferramenta agrícola 3. Radiação solar 3.1. Espectros solares e sua significação biológica 3.2. Balanço e distribuição geográfica da radiação solar 3.3. Efeito da radiação no crescimento vegetal (fotoperíodo) 4. Temperatura 4.1. Temperatura do ar, termoperiodismo, vernalização e unidades térmicas 4.2. Temperatura do solo e plantas cultivadas 5. Umidade do ar 5.1. Características físicas 5.2. Cálculo da umidade relativa 6. Ventos 6.1. Correntes de ventos 6.2. Formação de massas de ar (altas e baixas pressões) 6.3. Classificação de ventos 6.4. Equipamentos e instrumentos de medição do vento 7. Chuvas 7.1. Classificação de nuvens e chuvas 7.2. Formação atmosférica diferenciada 7.3. Conseqüências para a agricultura 7.4. Medição e elaboração de mapas pluviométricos 8. Evapotranspiração 8.1. Definições e tipos de evapotranspiração 8.2. Determinação da evapotranspiração (métodos diretos e indiretos) 8.3. Coeficiente de cultura (Kc) 8.4. Aplicações agronômicas da Evapotranspiração 9. Balanço Hídrico Climatológico 9.1. Definições dos fatores que determinam o BHC 9.2. Determinação do BHC 9.3. Aplicações do BHC 10. Interações agrometeorológicas na agricultura e Zoneamento Agroclimático 11. Glossário Meteorológico 12. Estudo Dirigido 13. Trabalhos Extra-Classe 14. Referências Bibliográficas 2 METEOROLOGIA E CLIMATOLOGIA AGRÍCOLA INTRODUÇÃO: TEMPO X CLIMA TEMPO METEOROLÓGICO = ESTADO “INSTANTÂNEO” DA ATMOSFERA VARIAÇÃO GEOGRÁFICA VARIAÇÃO TEMPORAL EXPERIÊNCIA DIÁRIA INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO DIÁRIA CLIMA = GENERALIZAÇÃO OU INTEGRAÇÃO DAS CONDIÇÕES DO TEMPO PARA UM CERTO PERÍODO CRONOLÓGICO, EM UMA DETERMINADA ÁREA. TAMBÉM DEFINIDO COMO A SUCESSÃO HABITUAL DE TEMPOS ATMOSFÉRICOS OU A SÍNTESE DO TEMPO ATMOSFÉRICO NUM DADO LUGAR, DURANTE UM PERÍODO DE APROXIMADAMENTE 30 A 35 ANOS. VARIAÇÃO GEOGRÁFICA (MACROESCALA) VARIAÇÃO TEMPORAL SÉRIES HISTÓRICAS DE DADOS INTERPOLAÇÃO DE DADOS SOBRE A CURVA DA CONFIGURAÇÃO MÉDIA – CLIMA - SOBREPÕEM-SE AS VARIAÇÕES INSTANTÂNEAS – TEMPO. METEOROLOGIA = CIÊNCIA ATMOSFÉRICA (SENTIDO AMPLO) FÍSICA, QUÍMICA, DINÂMICA ATMOSFÉRICA EFEITOS DINÂMICOS SOBRE A SUPERFICIE DA TERRA OU DA ÁGUA CONSIDERA A BIOSFERA ENTENDIMENTO, PREVISÃO E CONTROLE DOS FENÔMENOS ATM. COMPLEXIDADE INTRÍNSECA Meteorologia – Ciência Atmosférica CLIMATOLOGIA = ESTUDO CIENTÍFICO DO CLIMA APLICAÇÕES PRÁTICAS MESMOS DADOS BÁSICOS DA METEOROLOGIA RESULTADOS LARGAMENTE UTILIZADOS (PREVISÃO DO TEMPO, AGRICULTURA, INDÚSTRIA, TRANSPORTES, BIOLOGIA, MEDICINA) CIÊNCIA APLICADA VISA O BENEFICIO HUMANO MÉTODOS METEOROLÓGICOS X RESULTADOS GEOGRÁFICOS 3 Tipos Climáticos Brasileiros AGROCLIMATOLOGIA / AGROMETEOROLOGIA RAMO DA CLIMATOLOGIA LIGADO ÀS PRÁTICAS AGRÁRIAS PRODUÇÃO E PRODUTIVIDADE RISCOS OPORTUNIDADES MELHORAMENTO IRRIGAÇÃO ZONEAMENTO AGROCLIMÁTICO Agrometeorologia e interdisciplinaridade 4 METEOROLOGIA Meteorologia é a ciência que estuda a atmosfera terrestre e seus fenômenos; também é conhecida como Ciências Atmosféricas. A palavra Meteorologia vem do grego, meteoron (alto no céu) e logia (conhecimento). Os gregos da antiguidade observavam as nuvens, os ventos e a chuva e tentavam entender como eles estavam conectados. A compreensão do tempo era importante naquela época por causa da agricultura e das atividades de navegação. As relações da sociedade atual com o meio ambiente se tornaram muito mais complexas e por isso podemos ser mais seriamente afetados com as mudanças que ocorrem na atmosfera. O tempo pode nos afetar de diversas maneiras. Por exemplo, a seca resulta na falta de água, aumento do potencial de incêndios, e estrago na colheita. Para entender como ocorrem as mudanças na atmosfera e como elas afetam o tempo e o clima de uma região, existe uma importante área da Meteorologia que se dedica ao estudo e previsão do tempo. Mas a Meteorologia não faz só isso; ela é conhecida como sendo uma ciência interdisciplinar. Isto significa que ela se relaciona com outras ciências por causa de suas aplicações em: agricultura (Agrometeorologia), biologia (Biometeorologia), clima (Climatologia), hidrologia (Hidrometeorologia), interação ar-mar (interações com a Oceanografia), ilhas de calor urbana (Meteorologia Urbana); entre outras. A posssibilidade de se estudar os impactos ambientais da atmosfera e suas relações com a atividade humana são aspectos interessantes da Ciência Atmosférica. O meteorologista pode atuar em diversas áreas, entre outras podemos citar: a. Pesquisas atmosféricas em laboratórios, universidades, institutos de pesquisa com problemas relacionados com aquecimento global; com química atmosférica que estuda processos relacionados com poluição atmosférica; previsão de eventos extremos como furacões e tornados; previsão de relâmpagos; etc. b. Previsão do tempo e clima: em institutos de pesquisas que fornecem previsões para a sociedade através dos meios de comunicação, para o setor agrícola, aviação, etc. c. Educação: Existe grande número de cursos de graduação em Meteorologia no país que necessitam de conhecimento especializado de um profissional da área 5 METEOROLOGIA AGRÍCOLA A Meteorologia Agrícola, também conhecida como Agrometeorologia, é o ramo da Meteorologia que estuda a influência das condições meteorológicas nas atividades agropecuárias. Interage com as mais diversas áreas de conhecimento das Ciências Agrárias e isso faz dela uma disciplina extremamente importante na formação do Engenheiro Agrônomo / Zootecnista. OFERECE RESPOSTAS ÀS SEGUINTES QUESTÕES: 1. Por que se cultiva uma cultura numa região e em outra não? 2. Por que as safras ou épocas de semeadura são denominadas de safra das águas, safra da seca ou safrinha e safra de inverno? 3. Por que a época de semeadura das culturas anuais varia entre regiões para uma mesma safra ? 4. Por que as culturas anuais e perenes tem seus rendimentos variáveis entre regiões e anos de produção ? 5. Por que não se cultiva maçãs na BA e nem café no RS ? 6. Por que a irrigação é necessária em algumas regiões e em outras não ? 7. Por que as doenças de plantas ocorrem mais em alguns anos do que em outros ? 6 Zoneamento Agroclimático Delimita as áreas aptas ao cultivo de determinada cultura, levando-se em conta as exigências térmicas, hídricas e fotoperiódicas. Tomadas 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 chamamosde Agrometeorologia Operacional. ELEMENTOS X FATORES CLIMÁTICOS ELEMENTOS: CONFEREM PROPRIEDADES E PECULIARIDADES AO MEIO ATMOSFERICO EX.: TEMPERATURA, UMIDADE, CHUVA, VENTO, NEBULOSIDADE, PRESSÁO ATM, etc. FATORES: CIRCUNSTÂNCIAS CAPAZES DE INFLUENCIAR OS ELEMENTOS CLIMÁTICOS EX.: FATORES CÓSMICOS (MANCHAS SOLARES, ÓRBITA TERRESTRE), VULCANISMO, ATIVIDADE ANTRÓPICA, etc. 7 Os fatores climáticos que se destacam na formação do clima são: 1) Latitude Quanto maior a latitude (mais perto dos pólos - 90º norte ou sul), mais frio será. E quanto menor a latitude (mais perto do equador - 0º), mais quente será. Junto ao equador os raios solares são mais concentrados porque atingem uma área menor e nas grandes latitudes são dispersos pois atingem uma área bem maior. Os raios solares sobre a Terra atingem a superfície de forma desigual. Por exemplo, entre os trópicos de Câncer e Capricórnio, o Sol atinge a superfície de forma perpendicular ou pouco inclinado, isto é, ao meio dia no hemisfério sul o Sol está exatamente sobre as nossas cabeças (no verão) ou um pouco inclinado para o norte (no inverno). Quem está muito próximo dos pólos, no verão, enxerga o Sol 24 horas por dia, mas ele está sempre inclinado e, mesmo ao meio dia, parece o Sol do início da manhã. No inverno não se vê o Sol. Latitudes terrestres 2) Altitude Quanto maior a altitude, mais frio será e quanto menor a altitude, mais quente. Isto ocorre, entre outros motivos, porque os raios solares chegam com certo comprimento de onda e ao refletirem de volta para o espaço mudam este comprimento. Além disso, nas baixas altitudes o ar é mais concentrado (maior densidade) e por isso tem maior capacidade de acumular calor, enquanto nas altas altitudes o ar é mais rarefeito e possui menor capacidade de armazenar calor. A altitude é tão importante para a determinação da temperatura que mesmo em áreas de baixa latitude podemos encontrar montanhas com neve eterna. 8 Altitude 3) Albedo O albedo é definido como o índice de reflexão dos raios solares. Quanto maior a reflexão, menor será o calor acumulado. Ao atingirem a superfície, os raios solares encontram diferentes materiais como o gelo ou o asfalto, o gelo é muito claro e por isso reflete a maior parte da energia solar (albedo de 50 a 70% e absorve 50 a 30%), a cidade é muito mais escura e reflete apenas de 14 a 18% (absorve 86 a 82% da energia solar). Conseqüentemente a cidade é muito mais quente que as superfícies brancas. Por sua vez, as florestas refletem de 3 a 10% e a água reflete de 2 a 4%. 9 Escala espacial dos fenômenos atmosféricos MACRO-ESCALA Trata dos fenômenos em escala regional ou geográfica, que caracteriza o macro-clima de grandes áreas, devido aos fatores geográficos, como a latitude, altitude, correntes oceânicas, oceanalidade/continentalidade, atuação de massas de ar e frentes. Esses fatores são denominados “macroclimáticos”. O macroclima é o primeiro a ser considerado no zoneamento agroclimático. TOPO-ESCALA Refere-se aos fenômenos em escala local, em que a topografia condiciona o topo-clima, devido às condições do relevo local: exposição e configuração do terreno. Esses fatores são denominados de “topoclimáticos” e são de grande importância no planejamento agrícola. MICRO-ESCALA É aquela que condiciona as condições meteorológicas (microclima) em uma pequena escala, ou seja, pela cobertura do terreno ou pela adoção 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 tem um microclima diferente daquelas cultivadas no sistema de plantio direto. 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, especialmente reduzindo a radiação solar e aumentando a temperatura diurna. 10 11 ATMOSFERA TERRESTRE CAMADA GASOSA QUE ENVOLVE A TERRA, PELA AÇÃO DA GRAVIDADE. CONSTITUI-SE DE UMA MISTURA MECÂNICA DE GASES (PRINCIPALMENTE NITROGÊNIO E OXIGÊNIO), PARTÍCULAS SÓLIDAS E MASSAS LÍQUIDAS, CONFERINDO-LHE CARACTERÍSTICAS PECULIARES. IMPORTÂNCIA DA ATMOSFERA AMBIENTE PROPÍCIO À VIDA FLUXO DE ENERGIA FLUXO HÍDRICO PROTEÇÃO CONTRA EFEITOS DANOSOS AO PLANETA o RADIAÇÃO o TEMPERATURA o IMPEDE A PERDA DE GASES ESSENCIAIS o BARREIRA MECÂNICA EQUILÍBRIO CLIMÁTICO DO GLOBO FENÔMENOS METEOROLÓGICOS INTERFACE SOLO-ATMOSFERA ESTÁ DIRETAMENTE LIGADA À ATIVIDADE AGRÁRIA COMPOSIÇÃO ATMOSFÉRICA TABELA 1 – Composição “não-variável” do ar atmosférico (FLEAGLE & BUSINGER, 1980) CONSTITUINTE % POR VOLUME NITROGÊNIO – N2 78,084 OXIGÊNIO – O2 20,948 ARGÔNIO – Ar 0,934 NEÔNIO – Ne 1,818 x 10-3 HÉLIO – He 5,24 x 10-4 METANO – CH4 2 x 10 -4 CRIPTÔNIO – Kr 1,14 x 10-4 HIDROGÊNIO – H 0,5 x 10 –4 XENÔNIO – Xe 0,087 x 10-4 TABELA 2 – Composição “variável” do ar atmosférico (FLEAGLE & BUSINGER, 1980) CONSTITUINTE % POR VOLUME VAPOR D’ÁGUA – H2O 0 a 7 DIÓXIDO DE CARBONO – CO2 0,033 OZÔNIO – O3 0 a 0,01 DIÓXIDO DE ENXOFRE – SO2 0 a 0,0001 DIÓXIDO DE NITROGÊNIO – NO2 0 a 0,000002 12 CONSTITUINTES ATMOSFÉRICOS AEROSÓIS PARTÍCULAS MATERIAIS NÃO FORMADAS POR ÁGUA OU GELO, DE TAMANHO MICROSCÓPICO OU NÃO, QUE FUNCIONAM COMO IMPORTANTES NÚCLEOS DE CONDENSAÇÃO E DE CRISTALIZAÇÃO, ABSORVEDORES E ESPALHADORES DE RADIAÇÃO E COMO PARTICIPANTES DE VÁRIOS CICLOS QUÍMICOS. EX.: POEIRA, FUMAÇA, MATÉRIA ORGÂNICA, SAL MARINHO, etc. VAPOR D’ÁGUA MATÉRIA PRIMA NA FORMAÇÃO DE NUVENS VEÍCULOS PARA O TRANSPORTE DE CALOR IMPORTANTE NO TEMPO METEOROLÓGICO TERMORREGULADOR (“EFEITO ESTUFA”) DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) TERMORREGULADOR SUBPRODUTO FISIOLÓGICO (RESPIRAÇÃO) SUBPRODUTO TECNOLÓGICO AQUECIMENTO GLOBAL OZÔNIO (O3) PRESENTE EM QUANTIDADES PEQUENAS SUBPRODUTO INDUSTRIAL POLUENTE EM BAIXAS CAMADAS (SUPERFÍCIE) PROTEÇÃO CONTRA RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA (15 A 50 Km de altitude – “Camada de ozônio”) AQUECIMENTO DA ALTA ATMOSFERA DESTRUIÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO o CLOROFLUORCARBONOS ESTRUTURA VERTICAL DA ATMOSFERA A ATMOSFERA POSSUI ESTRUTURA VERTICAL VARIÁVEL QUANTO À: COMPOSIÇÃO,TEMPERATURA, UMIDADE, PRESSÃO, MOVIMENTOS E FENOMENOLOGIA CAMADAS ATMOSFÉRICAS : TROPOSFERA – tropopausa – ESTRATOSFERA – estratopausa – MESOSFERA – mesopausa – TERMOSFERA. 13 TROPOSFERA CONTATO COM A SUPERFÍCIE TERRESTRE ALTITUDE APROXIMADA: 15-18 km (EQUADOR) e 6-8 km (PÓLOS) ESPESSURA VARIÁVEL (ESTAÇÕES DO ANO) FENÔMENOS METEOROLÓGICOS MAIS IMPORTANTES MOVIMENTOS ATMOSFÉRICOS INTENSOS TEMPERATURA CAI COM A ALTITUDE (6,5º C / km) AQUECIDA PELA ABSORÇÃO DE ONDAS LONGAS EMITIDA PELA SUPERFICIE CONTÉM 75% DA MASSA TOTAL E PRATICAMENTE TODO VAPOR D’ÁGUA TROPOPAUSA REGIÃO DE TRANSIÇÃO ENTRE A TROPOSFERA E A ESTRATOSFERA. É ISOTÉRMICA (-50 a –55ºC). ESPESSURA: 3 km. ESTRATOSFERA LIMITE SUPERIOR: APROX. 50 km DE ALTITUDE TEMPERATURA AUMENTA COM A ALTITUDE (OZÔNIO) FRIO POR BAIXO / QUENTE POR CIMA = SEM MOVIMENTOS VERTICAIS ESTRATOPAUSA REGIÃO DE TRANSIÇÃO ENTRE A ESTRATOSFERA E A MESOSFERA. É ISOTÉRMICA (~0ºC). ESPESSURA: 3 – 5 km. MESOSFERA LIMITE SUPERIOR: APROX. 80 km DE ALTITUDE TEMPERATURA DIMINUI COM A ALTITUDE (3,5 ºC /km) TEMPERATURA MAIS BAIXA DE TODA ATMOSFERA (-90ºC) PRESENÇA DE ÍONS E PARTÍCULAS LIVRES MESOPAUSA REGIÃO DE TRANSIÇÃO ENTRE A MESOSFERA E A TERMOSFERA. É ISOTÉRMICA (~0ºC). ESPESSURA: ~10 km. TERMOSFERA A PARTIR DE 90 km DE ALTITUDE LIMITE SUPERIOR: “TOPO DA ATMOSFERA” (1.000 km DE ALTITUDE) IONOSFERA (PRIMEIROS 50 km DE TERMOSFERA) o GRANDE QUANTIDADE DE ÁTOMOS E MOLÉCULAS IONIZADAS E ELÉTRONS LIVRES, PELA AÇÃO FOTOQUÍMICA DA RADIAÇÃO SOLAR, O QUE PERMITE REFLETIR EFICIENTEMENTE ONDAS DE RÁDIO. POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA “PRESENÇA NA ATMOSFERA DE UM OU MAIS CONTAMINANTES, EM QUANTIDADE E DURAÇÃO TAIS QUE SEJAM OU TENDAM A SER PREJUDICIAIS AO SER HUMANO, ÀS PLANTAS, À VIDA ANIMAL OU ÀS PROPRIEDADES, OU QUE INTERFIRAM NO CONFORTO DA VIDA OU NO USO DAS PROPRIEDADES.” 14 15 UNIDADE 2 – ATMOSFERA TERRESTRE EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO UMA SONDA METEOROLÓGICA FOI LANÇADA A PARTIR DA SUPERFÍCIE TERRESTRE (SOLO), COM O OBJETIVO DE COLETAR A RESPEITO DAS CONDIÇÕES ATMOSFÉRICAS ATÉ A ALTITUDE DE 120 km, PARA A COMPOSIÇÃO DE MAPAS CLIMÁTICOS DE UMA DETERMINADA REGIÃO. CONSIDERANDO OS DADOS FORNECIDOS, RESPONDA AS QUESTÕES PEDIDAS. DADOS CAMADA ATMOSFÉRICA LIMITE SUPERIOR (km) ESPESSURA AMPLITUDE TÉRMICA (° C /km) TROPOSFERA 15 15 -6,5 TROPOPAUSA 18 3 +5,0 ESTRATOSFERA 50 32 +2,0 ESTRATOPAUSA 55 5 -3,0 MESOSFERA 80 25 -3,5 MESOPAUSA 90 10 +3,0 TERMOSFERA 1000 ~ 910 +10,0 A SONDA ENCONTRA-SE INICIALMENTE EM EQUILIBRIO TÉRMICO COM O AMBIENTE, A UMA TEMPERATURA DE 25° C. RESPONDA 1. A QUE TEMPERATURA A SONDA SE ENCONTRA EM SEU DESTINO FINAL? 2. EM QUAL CAMADA A SONDA SE ENCONTRA? 16 MOVIMENTOS DA TERRA E ESTAÇÕES A Terra tem dois movimentos principais: rotação e translação. A rotação em torno de seu eixo é responsável pelo ciclo dia-noite. A translação se refere ao movimento da Terra em sua órbita elíptica em torno do Sol. A posição mais próxima ao Sol, o periélio (147x 10 6 km), é atingido aproximadamente em 3 de janeiro e o ponto mais distante, o afélio (152 x 10 6 km), em aproximadamente 4 de julho. As variações na radiação solar recebida devidas à variação da distância são pequenas. Figura 1 - Relações entre o Sol e a Terra As estações são causadas pela inclinação do eixo de rotação da Terra em relação à perpendicular ao plano definido pela órbita da Terra (plano da eclíptica). Esta inclinação faz com que a orientação da Terra em relação ao Sol mude continuamente enquanto a Terra gira em torno do Sol. O Hemisfério Sul se inclina para longe do Sol durante o nosso inverno e em direção ao Sol durante o nosso verão. Isto significa que a altura do Sol, o ângulo de elevação do Sol acima do horizonte, para uma dada hora do dia (por exemplo, meio dia) varia no decorrer do ano. Figura 2 - Posições relativas do sol 17 No hemisfério de verão as alturas do Sol são maiores, os dias mais longos e há mais radiação solar. No hemisfério de inverno as alturas do Sol são menores, os dias mais curtos e há menos radiação solar. A quantidade total de radiação solar recebida depende não apenas da duração do dia como também da altura do Sol. Como a Terra é curva, a altura do Sol varia com a latitude. A altura do Sol influencia a intensidade de radiação solar de duas maneiras. Primeiro, quando os raios solares atingem a Terra verticalmente, eles são mais concentrados. Quando menor a altura solar, mais espalhada e menos intensa a radiação. Segundo, a altura do sol influencia a interação da radiação solar com atmosfera. Se a altura do sol decresce, o percurso dos raios solares através da atmosfera cresce (Fig. 2) e a radiação solar sofre maior absorção, reflexão ou espalhamento, o que reduz sua intensidade na superfície. Fig. 3- Variação da altura do Sol com a latitude. Se a altura do Sol é pequena, os raios que atingem a Terra percorrem distância maior na atmosfera. 18 MOVIMENTO DE TRANSLAÇÃO E FORMAÇÃO DAS ESTAÇÕES DO ANO DECLINAÇÃO SOLAR (LATITUDE NA QUAL O SOL ESTÁ “PASSANDO”) 19 Há 4 dias com especial significado na variação anual dos raios solares em relação à Terra. No dia 21 ou 22/12 os raios solares incidem verticalmente (h=90°) em 23°27’S (Trópico de Capricórnio). Este é o solstício de verão para o Hemisfério Sul (HS). Em 21 ou 22/6 eles incidem verticalmente em 23°27’N (Trópico de Câncer). Este é o solstício de inverno para o HS. A meio caminho entre os solstícios ocorrem os equinócios (dias e noites de igual duração). Nestas datas os raios verticais do Sol atingem o equador (latitude = 0°). No HS o equinócio de primavera ocorre em 22 ou 23 de setembro e o equinócio de outono em 21 ou 22 de março (Fig. 4). Fig. 4- Características dos solstícios e equinócios Relação da Posição do Sol e as Estações Terrestres DATA EVENTO ESTAÇÃO POSIÇÃO DO SOL FOTOPERÍODO 22 DEZ Solstício de Verão VERÃO 90º Trópico de Capricórnio > 12 h 21 MAR Equinócio de Outono OUTONO 90º Equador = 12 h 22 JUN Solstício de Inverno INVERNO 90º Trópico de Câncer < 12 h 23 SET Equinócio de Primavera PRIMAVERA 90º Equador = 12 h 20 SOLSTÍCIOS 21 EQUINÓCIOS 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 fatores mais importantes na formação do clima da Terra. REGIÃO EQUATORIAL (N ≈ 12 h e Qo entre 33 e 38 MJm-2d-1) LATITUDE DE 30o (N entre 10 e 14 h e Qo entre 18 e 44 MJm-2d-1) REGIÃO POLAR (N entre 0 e 24 h e Qo entre 0 e 48 MJm-2d-1) 22 Instrumentação meteorológica* A importância dos instrumentos Todo estudo científico da atmosfera supõe dispor, antes de tudo, de dados meteorológicos precisos. Nossos sentidos e principalmente a vista e o tato nos permitem estimar um grande número de observações. Por exemplo, podemos observar a quantidade de nuvens presente no céu ou determinar a direção do vento pelo movimento das folha. Estas observações se denominam observações sensoriais. Porém, nossos sentidos não bastam e temos que recorrer aos instrumentos. Por exemplo, uma pessoa pode determinar se a pressão atmosférica está subindo ou descendo, mas não pode saber o valor exato da mesma, para o qual é necessário consultar um instrumento. Neste caso, as observações se chamam observações instrumentais. Os elementos que se medem com ajuda dos instrumentos são: a) Duração da insolação ou brilho solar. b) Temperatura do ar, da água e do solo. c) Pressão atmosférica. d) Umidade. e) Velocidade e direção do vento. f) Altura da base das nuvens. g) Quantidade de chuva. h) Quantidade de evaporação. i) Radiação solar. A medida de certos elementos meteorológicos depende da instalação dos instrumentos. É necessário evitar toda influência de árvores ou edifícios. Os instrumentos meteorológicospara fins científicos devem cumprir os seguintes requisitos: regularidade no funcionamento, precisão, facilidade de manejo e solidez de construção. De acordo com o modo de realizar a leitura, os instrumentos meteorológicos podem se dividir em duas categorias fundamentais: instrumentos de leitura direta e aparelhos registradores. Os primeiros são mais precisos, porém cada medida necessita de uma leitura. Os segundos se referem a instrumentos nos quais o movimento das partes móveis se amplia por alavancas, que atuam sobre uma pena que escreve sobre um rolo de papel. Estas bandas estão graduadas para poder determinar a hora exata de cada ponto da curva registrada. Material retirado do site do Curso Técnico de Meteorologia do CEFETSC (www.cefetsc.edu.br) 23 ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS A seguir temos uma lista das estações meteorológicas existentes e dos instrumentos meteorológicos mais comuns: ESTAÇÃO METEOROLÓGICA CONVENCIONAL Estação formada por instrumentos convencionais dos quais são observados por alunos e professores de meteorologia para a obtenção e atualização de dados tais como: - Temperatura do momento - Umidade relativa - Temperaturas extremas - Precipitação - Evaporação - Horas de sol ESTAÇÃO METEOROLÓGICA AUTOMÁTICA Estação meteorológica dotada de sensores eletrônicos, por sua característica de funcionamento pode ser colocada em qualquer lugar que possa fornecer energia elétrica ou em alguns casos pode funcionar com baterias. 24 As estações meteorológicas automáticas integram sensores de temperatura, umidade, pressão, vento, precipitação, alcance visual de pista(visibilidade), altura de nuvens até os 1500 metros, cobertura de céu nublado, etc. Por meio de um programa computacional instalado em um ordenador comum, integra todos os dados e entrega informação meteorológica em apresentação de tela de projeção. ABRIGO METEOROLÓGICO É uma casa de madeira ou fibra de vidro, cujas paredes são dispostas como persianas, que permitem a livre circulação do ar. Os instrumentos que ficam dentro da casa são: - Termômetro de Máxima - Termômetro de Mínima - Higrotermógrafo - Psicrômetro EVAPORÍMETRO Instrumento para medir a quantidade de água que se evapora na atmosfera durante um intervalo de tempo. Se denomina também Atnómetro e é termo geral para denominar qualquer aparato que serve para medir a evaporação. As unidades são em mililitro (mm) ou em milímetro de água evaporada. PLUVIÓGRAFO 25 É um instrumento que registra a quantidade de precipitação caída e indica a intensidade da mesma. As unidades são em mililitro (mm) ou em milímetro de água evaporada. PLUVIÔMETRO É um instrumento que mede a quantidade de água caída em um período de tempo determinado (cada 6 horas). Mede a quantidade de chuva caída, em milímetros (mm). PSICRÔMETRO Instrumento utilizado para medir a umidade da atmosfera, é formado por dois termômetros idênticos, um chamado "Termômetro Seco", serve essencialmente para obter a temperatura do ar, e o outro, chamado "Termômetro Úmido", que mede a umidade relativa (%) de um modo indireto. 26 ANEMÔMETRO Instrumento para medir a velocidade do vento (m/s) para a observação simultânea da direção e velocidade do vento. Mede a velocidade do vento (m/s) e, em alguns tipos, também a direção (em graus). HELIÓGRAFO Instrumento registrador que mede unicamente a duração da insolação (horas de brilho solar) em horas e décimos. PIRANÔMETRO Instrumento que mede a radiação solar (radiação global) recebida de todo o hemisfério celeste sobre uma superfície horizontal terrestre. A unidade usada é (cal.cm-²). 27 RADIAÇÃO SOLAR SOL – PRINCIPAL FONTE DE ENERGIA PARA A SUPERFÍCIE DA TERRA A energia solar constitui a verdadeira causa de todos os processos físicos e químicos que ocorrem na Terra, responsáveis pelas condições meteorológicas, pelas circulações oceânicas, pela modelação da crosta terrestre e por todos os fenômenos biológicos. Todos os componentes do sistema climático, designadamente a atmosfera, a hidrosfera, a litosfera e a biosfera, devem a sua origem e as suas características à radiação solar. Por isso, podemos dizer que a radiação solar é o fator meteorológico essencial do ambiente. CONCEITOS LIGADOS À RADIAÇÃO SOLAR 1. RADIAÇÃO SOLAR É A QUANTIDADE DE ENERGIA, SOB A FORMA DE LUZ E CALOR, RECEBIDA POR UNIDADE DE UMA SUPERFÍCIE HORIZONTAL. 2. CONSTANTE SOLAR É A QUANTIDADE DE ENERGIA SOLAR RECEBIDA NO LIMITE SUPERIOR DA ATMOSFERA PELA SUPERFÍCIE DE 1 CM 2 , NA PERPENDICULAR COM OS RAIOS SOLARES, DURANTE UM MINUTO. EXPRIME-SE EM CALORIAS (CAL) E O SEU VALOR MÉDIO É DE CERCA DE 2 CAL/CM 2 /MN. 3. COMPRIMENTO DE ONDA É A DISTÂNCIA ENTRE DUAS CRISTAS CONSECUTIVAS (DISTÂNCIA PERCORRIDA POR UMA VIBRAÇÃO). EXPRIME-SE EM METROS, MILÍMETROS, MICRONS (µM) OU ANGSTROMS (A). O COMPRIMENTO DE ONDA É INVERSAMENTE PROPORCIONAL À TEMPERATURA, ISTO É, QUANTO MAIS ELEVADA FOR A TEMPERATURA DE UM CORPO MENOR É O SEU COMPRIMENTO DE ONDA. 4. MÍCRON OU MICROMETRO (µM) - UM MICRÔMETRO OU MÍCRON (µM), É UMA UNIDADE DE COMPRIMENTO DEFINIDO COMO UM MILIONÉSIMO DE METRO (OU 1 × 10 -6 M). EQUIVALE À MILÉSIMA PARTE DO MILÍMETRO. É USADO PARA DESCREVER OS COMPRIMENTOS DE ONDA DA RADIAÇÃO E NA CONSTRUÇÃO CIVIL, NOMEADAMENTE NA DEFINIÇÃO DE ESPESSURAS DE DIVERSOS MATERIAIS (PINTURAS, METALIZAÇÕES, ETC.). 28 5. ABSORVICIDADE (a) – FRAÇÃO DA RADIAÇÃO INCIDENTE QUE É ABSORVIDA PELO MATERIAL. VARIA DE 0 a 1. 6. REFLETIVIDADE (r) – FRAÇÃO DA RADIAÇÃO INCIDENTE QUE É REFLETIDA PELO MATERIAL. 7. TRANSMISSIVIDADE (t) – FRAÇÃO DA RADIAÇÃO INCIDENTE QUE É TRANSMITIDA PELO MATERIAL. a + r + t = 1 8. CORPO NEGRO – MATERIAL HIPOTÉTICO QUE APRESENTA UM ESPECTRO DE RADIAÇÃO CONTÍNUO EM TODOS OS COMPRIMENTOS DE ONDA E É CAPAZ DE ABSORVER, POR OUTRO LADO, TODA A ENERGIA RADIANTE QUE INCIDE SOBRE ELE. 9. ALBEDO – É UM TERMO QUE EXPRIME A REFLETIVIDADE DE UM MATERIAL. É O COEFICIENTE DE REFLEXÃO. QUANTO MAIOR A INCLINAÇÃO DO ÂNGULO DO RAIO SOLAR, MAIOR É O ALBEDO (FIGURA ABAIXO). Albedo de superfícies sob diferentes inclinações dos raios solares. 29 Albedo para algumas superfícies no intervalo visível ( % ) Solo descoberto 10-25 Areia, deserto 25-40 Grama 15-25 Floresta 10-20 Neve (limpa, seca) 75-95 Neve (molhada e/ou suja) 25-75 Superfície do mar (sol > 25° acima do horizonte) <10 Superfície do mar (pequena altura do sol) 10-70 Nuvens espessas 70-80 Nuvens finas 25-50 Vidros (janela) 08-52 Tinta branca 50-90 Tinta vermelha, marrom ou verde 20-35 Concreto 10-35 Asfalto 05-20 Albedo de diferentes superfícies 30 CARACTERÍSICAS DA RADIAÇÃO SOLAR É A MAIOR FONTE DE ENERGIA PARA A TERRA É UM FATOR METEOROLÓGICO É O PRINCIPAL ELEMENTO METEOROLÓGICO, AFETANDO TODOS OS OUTROS ELEMENTOS (TEMPERATURA, PRESSÃO, VENTO, CHUVA, UMIDADE) É ELEMENTO PRIMORDIAL NO ENTENDIMENTO DOS DEMAIS ELEMENTOS METEOROLÓGICOS É A FONTE PRIMÁRIA DE ENERGIA NOS PROCESSOS TERRESTRES: o CICLO DA ÁGUA OU CICLO HIDROLÓGICO o FOTOSSINTESE o FLUXO DE CALOR o DESIGUAL DISTRIBUIÇÃO DA TEMPERATURA o CIRCULAÇÃO GERAL DA ATMOSFERA E OCEANOS o TEMPESTADESo VENTOS E FURACÕES o DIVERSIDADE DE CLIMAS, DESDE OS CLIMAS FRIOS DAS REGIÕES POLARES, PASSANDO PELOS TEMPERADOS DAS LATITUDES MÉDIAS, AOS QUENTES E ÚMIDOS DAS REGIÕES EQUATORIAIS. FUNDAMENTAL EM ESTUDOS ECOLÓGICOS E DE DISPONIBILIDADE ENERGÉTICA Distribuição da Radiação Solar na Terra. 31 ESPAÇO PERCORRIDO PELA RADIAÇÃO SOLAR É UM FENÔMENO DE NATUREZA ELECTROMAGNÉTICA, PROPAGANDO-SE SEGUNDO UM MOVIMENTO ONDULATÓRIO. DISTÂNCIA APROXIMADA: 150 MILHOES DE km (1,5 * 108 km) VELOCIDADE : 300 * 103 km/s A RADIAÇÃO GASTA, ENTÃO CERCA DE 500s (8,3 min) NESTA TRAJETÓRIA TODOS OS FENÔMENOS SOLARES VISTOS DA SUPERFICIE JÁ ACONTECERAM A PELO MENOS 8,3 min O SOL EMITE RADIAÇÕES IGUALMENTE EM TODAS AS 4 Π DIREÇÕES SE A INTENSIDADE LUMINOSA EM UM DADO INSTANTE FOR IGUAL A I, ENTÃO O TOTAL DE ENERGIA EMITIDA NAQUELE INSTANTE SERÁ IGUAL A 4 Π I. NESTE INSTANTE A TERRA SE SITUA EM UMA ESFERA CUJO RAIO É IGUAL À SUA A DISTÂNCIA DO SOL (D) O TOTAL DE ENERGIA EMITIDA (4 Π I) SERÁ IGUALMENTE DISTRIBUIDO NA ÁREA 4 Π D2 , RESULTANDO EM UMA DENSIDADE DE FLUXO GLOBAL IGUAL A I / D 2 DEFINIDA PELA 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 E A SUPERFÍCIE RECEPTORA” DEVIDO À DISTÂNCIA TERRA-SOL, APENAS UMA PEQUENÍSSIMA FRAÇÃO DA ENERGIA EMITIDA ATINGE A SUPERFICIE DA TERRA, NA FORMA DE FEIXE DE RAIOS PARALELOS ENTRE SI. 32 EFEITOS DA ATMOSFERA SOBRE O BALANÇO DE ENERGIA RADIANTE AO ATRAVESSAR A ATMOSFERA, A RADIAÇÃO SOLAR INTERAGE COM SEUS CONSTITUINTES (NATURAIS E ARTIFICIAIS) RESULTANDO NA MODIFICAÇÃO DA: QUANTIDADE, QUALIDADE E DIREÇÃO DOS RAIOS SOLARES ESTA INTERAÇÃO OCORRE DE DOIS MODOS, DEPENDENDO DO COMPRIMENTO DE ONDA E DO TAMANHO DO CONSTITUINTE ATMOSFÉRICO: 1. ABSORÇÃO DA RADIAÇÃO É SELETIVA POR CERTOS CONSTITUINTES DA ATMOSFERA E PARA CERTOS COMPRIMENTOS DE ONDAS PELO OXIGÊNIO / OZÔNIO = QUASE TODA A RADIAÇÃO (ULTRAVIOLETA) GÁS CARBÔNICO E VAPOR DE ÁGUA TAMBÉM ABSORVEM BASTANTE RADIAÇÃO (INFRAVERMELHO) RADIAÇÃO ALTAMENTE ENERGÉTICA TEM ALTO PODER DE PENETRAÇÃO CAUSA DISTÚRBIOS EM ORGANISMOS VIVOS (PRINCIPALMENTE MICROORGANISMOS) EM REGIÕES ALTAS = INCIDÊNCIA MAIOR NO NÍVEL DO MAR = INCIDÊNCIA MENOR A RADIAÇÃO VISÍVEL PASSA PELA ATMOSFERA PRATICAMENTE SEM SOFRER ABSORÇÃO 2. DIFUSÃO (ESPALHAMENTO) DA RADIAÇÃO OS CONSTITUINTES ATMOSFÉRICOS MUDAM A DIREÇÃO DOS RAIOS SOLARES. PARTÍCULAS DE IMPUREZAS E MOLÉCULAS DE GASES CAUSAM O ESPALHAMENTO DA RADIAÇÃO O PROCESSO AFETA A QUANTIDADE E A QUALIDADE DA RADIAÇÃO ESTE FENÔMENO CAUSA A COR AZUL DO CÉU, PELA DISPERSÃO, NA ALTA ATMOSFERA, DAS MOLÉCULAS DE GASES NA FAIXA DO AZUL, PRINCIPALMENTE O OZÔNIO. 33 PARTE É DEVOLVIDA PARA O ESPAÇO SIDERAL FACILMENTE PERCEPTÍVEL EM DIAS NUBLADOS, COM MUITA POEIRA OU POLUIÇÃO. A RADIAÇÃO QUE SOFRE MUDANÇA DE DIREÇÃO, VINDO DE TODOS OS LADOS, NÃO PROJETA SOMBRA NOS OBJETOS, SENDO DENOMINADA DE RADIAÇÃO DIFUSA (Qc) RAIOS LUMINOSOS DE COMPRIMENTO DE ONDA MAIS CURTOS SÃO MAIS FACILMENTE DISPERSOS. RAIOS DE COMPRIMENTO DE ONDAS MAIS LONGOS CHEGAM DIRETAMENTE AO SOLO. COM A ATMOSFERA LIMPA, GRANDE PARTE DOS RAIOS SOLARES ATINGE DIRETAMENTE A SUPERFÍCIE, PROJETANDO SOMBRA NOS OBJETOS. É A RADIAÇÃO DIRETA (Qd) A RADIAÇÃO DIRETA É UNIDIRECIONAL E DETERMINADA PELO ÂNGULO ZENITAL DOS RAIOS SOLARES A RADIAÇÃO SOLAR TOTAL QUE ATINGE A SUPERFICIE É CHAMADA DE RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL (Qg), SENDO A SOMA DA RADIAÇÃO DIFUSA COM A RADIAÇÃO DIRETA. A CONTRIBUIÇÃO DE CADA UMA PARA Qg DEPENDE, ENTÃO, DAS CONDIÇÕES ATMOSFÉRICAS DO PERÍODO ALGUNS AUTORES CONSIDERAM AINDA UM TERCEIRO PROCESSO, A REFLEXÃO, QUE CONSISTE NA QUANTIDADE DE RADIAÇÃO QUE AO INCIDIR SOBRE UM CORPO É DEVOLVIDA SEM MODIFICAR SUAS CARACTERÍSTICAS, SEPARANDO-A DA DIFUSÃO OU ESPALHAMENTO. A REFLEXÃO E A DISPERSÃO, NESTE CASO, DÃO COMO RESULTADO A RADIAÇÃO SOLAR DIFUSA. 34 BALANÇO DA RADIAÇÃO NA ATMOSFERA A RADIAÇÃO SOLAR RECEBIDA NA SUPERFÍCIE DA TERRA CONSISTE EM DUAS PARTES: RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL = RADIAÇÃO SOLAR DIRETA + RADIAÇÃO SOLAR DIFUSA , OU Qg = Qd + Qc Distribuição da Radiação Solar na Atmosfera Componentes da radiação solar ao nível do solo 35 DISTRIBUIÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR NO TERRITÓRIO BRASILEIRO Radiação solar global diária - média anual típica (Wh/m2.dia) 36 PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR NA ATMOSFERA Uma das maiores contribuições da radiação solar é o aquecimento do nosso planeta, sem o qual a temperatura média na Terra seria de aproximadamente -238 °C e a água apenas existiria no estado sólido. Ao ser absorvida pela Terra, a radiação solar converte-se em energia calorífica, aquecendo a superfície terrestre. Esta, por sua vez, emite a mesma quantidade de energia que recebe, encontrando- se, por isso, em equilíbrio térmico. Os processos de transferência de calor que ocorrem na atmosfera são: 1. CONDUÇÃO: ENERGIA TRANSFERIDA DE UMA MOLÉCULA PARA OUTRA. 2. CONVECÇÃO: OCORRE MOVIMENTAÇÃO DE UMA MASSA FLUIDA (AR, ÁGUA) PROVOCADA POR UMA DIFERENÇA DE DENSIDADE. a. O AR É AQUECIDO POR CONDUÇÃO DE UMA SUPERFICIE QUALQUER; b. O AR SE EXPANDE E SE TORNA MENOS DENSO c. A MASSA DE AR QUENTE É SUBSTITUÍDA POR AR MAIS FRIO A CONVECÇÃO É UM DOS PRINCIPAIS MEIOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR NA ATMOSFERA (1500 – 3000m). PODE SER HORIZONTAL OU VERTICAL 3. RADIAÇÃO: TRANSFERÊNCIA DE CALOR (ENERGIA) DE UM OBJETO PARA OUTRO SEM HAVER NECESSIDADE DE UM MEIO DE CONEXÃO, OU SEJA, POR MEIO DE ONDAS. Ilustração dos mecanismos de transferência de calor 37 BALANÇO GLOBAL DO CALOR PROVENIENTE DA RADIAÇÃO Existe um balanço quase perfeito entre a quantidade de radiação solar incidente e a quantidade de radiação terrestre (sistema Terra-atmosfera) retornada para o espaço; caso contrário, o sistema Terra-atmosfera estaria progressivamente se aquecendo ou resfriando. Vamos examinar este balanço na abaixo, usando 100 unidades para representar a radiação solar interceptada no topo da atmosfera. Balanço de Calor da Terra e atmosfera Da radiação total interceptada pela Terra, aproximadamente 30 unidades são refletidas de volta para o espaço. As restantes 70 unidades são absorvidas, 19 unidades pela atmosfera e 51 unidades pela superfície da Terra (Terra-oceano). Certos gases na atmosfera atuam no sentido de retardar a perda de radiação terrestre, absorvendo uma boa parte dela e reirradiando parte desta energia de volta para a Terra.Como resultado deste processo, a superfície recebe uma grande quantidade de radiação de onda longa da atmosfera (95 unidades). A superfície, por sua vez, irradia 116 unidades de energia de onda longa para a atmosfera. Portanto, nesta troca (em onda longa) a atmosfera tem um ganho líquido de 15 unidades, enquanto a Terra tem uma perda líquida de 21 unidades. As restantes 6 unidades passam diretamente através da atmosfera e são perdidas no espaço. Até agora contamos uma perda de 21 das 51 unidades de radiação de onda curta absorvidas pela superfície da Terra. E as 30 unidades restantes? Parte desta energia é transferida da superfície da Terra para a atmosfera através de calor latente, por moléculas de água durante o processo de evaporação (23 unidades). Outra parte das 30 unidades é transferida da superfícieda Terra para a atmosfera por calor sensível (condução e convecção -7 unidades). Um balanço geral é obtido porque a atmosfera emite 64 unidades de energia para o espaço como radiação de onda longa, fechando o balanço entre radiação incidente e radiação emitida. 38 ESPECTRO SOLAR E BIOLOGIA ENERGIA SOLAR: CONJUNTO DE RADIAÇÕES COMPRIMENTOS DE ONDA VARIÁVEIS 0,2 A 4 MICRAS CONSTITUEM O ESPECTRO SOLAR ESPECTRO SOLAR 0,2 a 0,4 mícron – ULTRAVIOLETA – 9% 0,4 a 0,7 mícron – PARTE VISÍVEL – 41% Radiações azuis, verdes e parte das vermelhas 0,7 a 4 micra – INFRAVERMELHO – 50% ESPECTRO VISÍVEL EM ORDEM CRESCENTE DE λ TEM-SE O VIOLETA – AZUL – VERDE – AMARELO – LARANJA – VERMELHO UTILIZADA PELAS PLANTAS NO PROCESSO FOTOSSINTÉTICO CHAMADO DE RADIAÇÃO FOTOSSINTETICAMENTE ATIVA INFRAVERMELHO RADIAÇÃO TERMAL LONGO COMPRIMENTO DE ONDA ABSORVIDAS PELO VAPOR D’AGUA E GÁS CARBÔNICO ATMOSFÉRICOS PARTÍCULAS SÓLIDAS PROVOCAM DISPERSÃO IMPORTANTES PARA O CRESCIMENTO E DESENVOLVIMENTO VEGETAL FITOCROMOS E HORMÔNIOS SÃO ATIVADOS / DESATIVADOS POR ESTA RADIAÇÃO EFEITOS MAIS QUALITATIVOS QUE QUANTITATIVOS ULTRAVIOLETA ABSORVIDAS NAS CAMADAS SUPERIORES DA ATM. OXIGÊNIO E OZÔNIO ATUAM PROTEÇÃO CONTRA A NOCIVIDADE DESTA RADIAÇÃO 39 COMPOSIÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR As figuras seguintes mostram a divisão espectral da radiação solar, em diferentes comprimentos de onda. 40 UTILIZAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR PELAS PLANTAS Da energia recebida na superfície da terra, aproximadamente 20% é refletida pelas nuvens e partículas atmosféricas, enquanto outra parte é absorvida pela superfície terrestre (solo, vegetação etc.). Da radiação líquida disponível, 40% é utilizada na evapotranspiração e somente 2% desta é usada no processo da fotossíntese que resulta no desenvolvimento e crescimento dos vegetais. Efeito da Radiação Solar no Crescimento Vegetal Nas plantas com clorofila, cada cloroplasto é um minúsculo laboratório. Nestas pequenas formações microscópicas, a energia procedente da radiação solar desencadeia reações químicas cujos produtos finais são diversos tipos de açúcares, porém, também podem ser gorduras. Nessas reações os cloroplastos utilizam comprimentos de onda da luz visível compreendidos entre 400 nm e 720 nm. Apenas algumas reacções utilizam os infravermelhos e os ultravioletas. Dentro do espectro absorvido, a clorofila absorve principalmente na zona do vermelho, emitindo a radiação com outros comprimentos de onda. A luz vermelha fornece a energia necessária para a fotossíntese. Portanto, as plantas terrestres captam sobretudo a luz vermelha e refletem a cor complementar, o verde. Nas algas marinhas que vivem a profundidades relativamente grandes (20 m-30 m) ocorre o fenómeno inverso: são coloridas geralmente de vermelho intenso e têm de utilizar o resíduo verde-azulado da luz solar, que ilumina tenuemente o seu espaço vital, já que a água do mar filtra a radiação. 41 BANDAS DO ESPECTRO SOLAR QUE AFETAM O CRESCIMENTO VEGETAL 1ª BANDA (λ > 1,0 μ): NÃO CAUSAM DANOS E SÃO ABSORVIDAS PELA PLANTA. 2ª BANDA (1,0 > λ > 0,72 μ): É A REGIÃO QUE EXERCE EFEITO SOBRE O CRESCIMENTO DAS PLANTAS. O TRECHO PRÓXIMO À 1,0 μ É IMPORTANTE PARA O FOTOPERIODISMO, GERMINAÇÃO DE SEMENTES, CONTROLE DA FLORAÇÃO E COLORAÇÃO DOS FRUTOS. 3ª BANDA (0,72 > λ > 0,61 μ): REGIÃO ESPECTRAL FORTEMENTE ABSORVIDA PELA CLOROFILA. GERA FORTE ATIVIDADE FOTOSSINTÉTICA, APRESENTANDO EM VÁRIOS CASOS TAMBÉM FORTE ATIVIDADE FOTOPERIÓDICA. 4ª BANDA (0,61 > λ > 0,51 μ): REGIÃO ESPECTRAL DE BAIXO EFEITO FOTOSSINTÉTICO E DE FRACA AÇÃO SOBRE A FORMAÇÃO DA PLANTA. CORRESPONDE A REGIÃO VERDE DO ESPECTRO VISÍVEL. 5ª BANDA (0,51 > λ > 0,40 μ): É A REGIÃO DE MAIOR ABSORÇÃO PELA CLOROFILA E PIGMENTOS AMARELOS (CAROTENÓIDES). CORRESPONDE AO AZUL VIOLETA E É TAMBÉM REGIÃO DE GRANDE ATIVIDADE FOTOSSINTÉTICA, EXERCENDO AINDA VIGOROSA AÇÃO NA FORMAÇÃO DA PLANTA. 6ª BANDA (0,40 > λ > 0,315 μ): ESTA FAIXA EXERCE EFEITOS DEFORMATIVOS NAS PLANTAS, QUE TORNAM-SE MAIS BAIXAS E COM FOLHAS MAIS ESPESSAS. 7ª BANDA (0,315 > λ > 0,28 μ): É PREJUDICIAL À MAIORIA DAS PLANTAS, MATANDO-AS DEPOIS DE ALGUM TEMPO DE EXPOSIÇÃO. 42 A RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA E OS ORGANISMOS VIVOS A radiação solar mais conhecida é a faixa visível, mas duas outras faixas importantes são a do ultravioleta e a do infravermelho. A faixa do ultravioleta é subdividida em 3: UV-A (entre 400 e 320 nm), UV-B (entre 320 e 280 nm) e a UV-C (entre 280 e 100). A UV-A chega normalmente à superfície terrestre, não sendo absorvida eficientemente por nenhum dos constituintes atmosféricos. Em excesso a radiação UV-A pode trazer complicações à saúde, porém esta não tende a aumentar sua intensidade com o tempo, como a UV-B. A UV-B é fortemente absorvida pela camada de ozônio da atmosfera terrestre, causando uma variação muito forte na intensidade da radiação medida na superfície entre os limites de 280 e 320nm. Já o UV- C é totalmente absorvido pela atmosfera terrestre. A radiação ultravioleta mais merecedora de cuidados no dia-a-dia é a UV-B que é afetada pela camada de ozônio. O sol direto com irradiação prolongada pode resultar em graves queimaduras, que seriam muito agravadas se não fosse a proteção invisível que o ozônio proporciona. A camada de ozônio absorve apenas a radiação UV-B, entre 280 e 320nm. 43 TEMPERATURA ENERGIA PROPAGADA NA FORMA DE CALOR, DECORRENTE DA TRANSFORMAÇÃO DA ENERGIA ELETROMAGNÉTICA DE ONDAS CURTAS OU LONGAS (PROVENIENTES DA RADIAÇÃO SOLAR) NA FORMA DE ENERGIA TERMAL. O AQUECIMENTO DA ATMOSFERA SE DÁ À MEDIDA EM QUE SE DESENVOLVEM OS PROCESSOS DE CONDUÇÃO, CONVECÇÃO OU TRANSMISSÃO DE CALOR (“RADIAÇÃO”) OCORREM, EM CAMADAS DISTINTAS. TEMPERATURA DO AR INFLUENCIA A TEMPERATURA DO SOLO. VARIÁVEL CLIMATOLÓGICA INTRINSECAMENTE RELACIONADA AO CRESCIMENTO E DESENVOLVIMENTO VEGETAL. RESPONSÁVEL DIRETA PELA DISTRIBUIÇÃO DAS PLANTAS NA TERRA; EXISTE AMPLA FAIXA DE TEMPERATURAS PARA CRESCIMENTO VEGETAL (0 a 40ºC); ADAPTAÇÃO DOS VEGETAIS EM DIFERENTES FAIXAS DE TEMPERATURA; PLANTAS TEMPERADAS (HEMISFÉRIO NORTE) OU TROPICAIS (EQUADOR E HEMISFÉRIO SUL); MELHORAMENTO GENÉTICO AMPLIOU A FAIXA DE ADAPTAÇÃO A DIFERENTES TEMPERATURAS; CASAS DE VEGETAÇÃO SIMULAM SITUAÇÕES FAVORÁVEIS DE TEMPERATURA; MEDIÇÃO DE TEMPERATURA: FEITA COM DIVERSOS TIPOS DE TERMÔMETROS, QUE MEDEM AS TEMPERATURAS MÍNIMA, MÉDIA E MÁXIMA. TEMPERATURAS CARDEAIS O CRESCIMENTO VEGETAL ESTÁ LIMITADO POR FAIXAS DE TEMPERATURA QUE VARIAM DE UM VALOR MÍNIMO, PASSANDO POR UM VALOR ÓTIMO, ATÉ UM VALOR MÁXIMO. ESTA VARIAÇÃO SE DÁ CONFORME: COMPLEXIDADE FISIOLÓGICA CULTURAS DE INVERNO (AVEIA, TRIGO, CENTEIO, CEVADA): MÍNIMA: 0° a 5° C ÓTIMA: 25° a 31° C MÁXIMA: 31° a 37° C CULTURAS DE VERÃO (MELÃO, SORGO, FRUTEIRAS TROPICAIS): MÍNIMA: 15° a 18°C ÓTIMA: 31° a 37° C MÁXIMA: 44° a 50° C 44 TEMPERATURAS CARDEAIS VARIAM COM: FISIOLOGIA ESTÁDIO DE DESENVOLVIMENTO ESPÉCIE DISTRIBUIÇÃO GEOGRÁFICA TEMPERATURA DO AR E DO SOLO A ENERGIA RADIANTE QUE ATINGE A SUPERFÍCIE TERRESTRE SERÁ DESTINADA A ALGUNS PROCESSOS FÍSICOS PRINCIPAIS: CONVECÇÃO – RELACIONADO PRINCIPALMENTE AO AQUECIMENTO DO AR CONDUÇÃO – RELACIONADO PRINCIPALMENTE AO AQUECIMENTO DO SOLO TEMPERATURA DO ARÉ UM DOS EFEITOS MAIS IMPORTANTES DA RADIAÇÃO SOLAR OCORRE PELO TRANSPORTE DE CALOR DA SUPERFÍCIE AQUECIDA (CONDUÇÃO/CONVECÇÃO OU DIFUSÃO TURBULENTA) A CONVECÇÃO OU DIFUSÃO TURBULENTA DO AR AQUECIDO TRANSPORTA CALOR, VAPOR D’ÁGUA, AEROSÓIS, POEIRA, ETC., PARA AS CAMADAS SUPERIORES VARIAÇÃO DA TEMPERATURA DO AR: TEMPORAL E ESPACIAL VARIAÇÃO TEMPORAL = BALANÇO DE ENERGIA NA SUPERFÍCIE (MAIOR INTENSIDADE AO MEIO DIA) VARIAÇÃO ESPACIAL o ESCALA MACROCLIMÁTICA: PREDOMINÂNCIA DOS EFEITOS DA RADIAÇÃO SOLAR; VENTOS; NEBULOSIDADE; TRANSPORTE CONVECCTIVO DE CALOR E CONCENTRAÇÃO DE VAPOR D’ÁGUA NA ATMOSFERA. o ESCALA TOPOCLIMÁTICA: EXPOSIÇÃO E CONFIGURAÇÃO DO TERRENO SÃO OS MODULADORES DA TEMPERATURA o ESCALA MICROCLIMÁTICA: FATOR CONDICIONANTE É A COBERTURA DO TERRENO PARA FINS METEOROLÓGICOS E CLIMATOLÓGICOS A TEMPERATURA DO AR É MEDIDA SOB UMA CONDIÇÃO DE REFERÊNCIA (PADRÃO), PARA QUE SE PERMITA A COMPARAÇÃO ENTRE LOCAIS DIFERENTES. AS CONDIÇÕES PADRÃO SÃO: ÁREA PLANA (TOPOCLIMA) E GRAMADA (MICROCLIMA). NESSE CASO AS DIFERENÇAS REGISTRADAS SERÃO EM DECORRÊNCIA APENAS DO MACROCLIMA. A ALTURA DE MEDIÇÃO É ENTRE 1,5 A 2,0 m ACIMA DO NIVEL DO SOLO (DENTRO DO ABRIGO). A TEMPERATURA MÁXIMA OCORRE COM UMA DEFASAGEM DE DUAS A TRÊS HORAS EM RELAÇÃO AO HORÁRIO DE MAIOR IRRADIÂNCIA SOLAR (12h EM DIAS SEM NUVENS). A TEMPERATURA MÍNIMA OCORRE UM POUCO ANTES DO NASCER DO SOL. 45 TEMPERATURA DO AR REQUERIDA PELAS PLANTAS 1. FASE VEGETATIVA FOTOSSÍNTESE X RESPIRAÇÃO TEMPERATURA DE EQUILÍBRIO (ÓTIMO) - FIGURA FOSSÍNTESE CAI DRASTICAMENTE SE A TEMPERATURA > 35°C RESPIRAÇÃO CAI DRASTICAMENTE COM TEMPERATURAS > 45°C EXEMPLO: TOMATEIRO TEMPERATURA: 20 ° C TEMPERATURA: 35° C BAIXA RESPIRAÇÃO ALTA RESPIRAÇÃO MÁXIMA PRODUÇÃO DE MS BAIXA PRODUÇÃO DE MS DESENVOLVIMENTO LENTO DESENVOLVIMENTO RÁPÍDO CICLO TARDIO CICLO PRECOCE GRANDES CÉLULAS PEQUENAS CÉLULAS BOA COLHEITA MÁ COLHEITA 2. FASE REPRODUTIVA INDUÇÃO FLORAL POLINIZAÇÃO FERTILIZAÇÃO FORMAÇÃO DO FRUTO DORMÊNCIA DE GEMAS REPRODUTIVAS CICLOS DE CRESCIMENTO LEI DE VAN’T HOFF “PARA CADA 10°C DE AUMENTO DE TEMPERATURA, CONSIDERANDO-SE ENTRE O MÍNIMO E O ÓTIMO, A FORMAÇÃO DE MATÉRIA SECA DOBRA”. O DESENVOLVIMENTO VEGETAL TAMBÉM VAI DEPENDER DA RAZÃO ENTRE: TEMPERATURAS DIURNAS – FOTOTEMPERATURAS (MORANGO, ERVILHA) TEMPERATURAS NOTURNAS – NICTOTEMPERATURAS (TOMATE, BATATA, PIMENTA) 46 TEMPERATURA DO SOLO FLUXO DE CALOR DA SUPERFÍCIE PARA O INTERIOR DO SOLO (DURANTE E O DIA) E DO INTERIOR PARA A SUPERFÍCE (NOITE). O PROCESSO RADIATIVO DE PERDA É MAIS EFICIENTE QUE O DE GANHO. OCORRE VARIAÇÃO TEMPORAL (DIÁRIA E ANUAL, DE ACORDO COM AS ESTAÇÕES) E VARIAÇÃO ESPACIAL, QUE DEPENDE DOS: FATORES EXTERNOS (ELEMENTOS METEOROLÓGICOS QUE AFETAM O BALANÇO NA SUPERFÍCIE) FATORES INTRÍNSECOS o TIPO DE COBERTURA DA SUPERFÍCIE = SOLOS NUS OU COBERTOS (VEGETAÇÃO, MULCH) o RELEVO = CONDICIONA O TERRENO A DIFERENTES EXPOSIÇÕES À RADIAÇÃO SOLAR o TIPO DE SOLO = TEXTURA, ESTRUTURA E TEOR DE ÁGUA. OUTROS EFEITOS DA TEMPERATURA CONDICIONA O NÍVEL DAS REAÇÕES FÍSICO-QUÍMICAS DAS PLANTAS PERDA DE ÁGUA AUMENTA OU DIMINUI CONFORME A TEMPERATURA; A TEMPERATURA DO AR INFLUI DIRETAMENTE SOBRE A TEMPERATURA DO SOLO COM VALORES DE TEMPERATURA BAIXOS, A PLANTA DIMINUI SEU METABOLISMO E TRANSPIRAÇÃO; TEMPERATURAS MUITO ALTAS OU MUITO BAIXAS IMPOSSIBILITAM O CRESCIMENTO E DESENVOLVIMENTO VEGETAL. 47 UNIDADES TÉRMICAS DE CRESCIMENTO TEMPERATURA-BASE (OU BASAL)= TEMPERATURA ABAIXO DA QUAL AS PLANTAS NÃO SE DESENVOLVEM. É VARIÁVEL PARA CADA ESPÉCIE VEGETAL. UNIDADES DE CALOR OU “GRAUS-DIA” = UM GRAU-DIA É A MEDIDA DA DIFERENÇA DA TEMPERATURA MÉDIA DIÁRIA ACIMA DO MÍNIMO DE TEMPERATURA, NECESSÁRIO PARA UMA ESPÉCIE. O CRESCIMENTO VEGETAL VARIA DE ACORDO COM A QTDE DE CALOR AO QUAL É SUBMETIDO DURANTE O CICLO VITAL; É O SOMATÓRIO DO CALOR EFETIVO PARA O CRESCIMENTO DAS PLANTAS, ACUMULADO DURANTE O DIA; CONSTANTE TÉRMICA = É UM ÍNDICE RESIDUAL OU SEJA, É A TEMPERATURA ACUMULADA DESDE OS PRIMEIROS DIAS ATÉ A MATURAÇÃO DA PLANTA. SE DESDE O MOMENTO EM QUE SE VERIFICA A GERMINAÇÃO SOMAR-SE A TEMPERATURA MÉDIA DIÁRIA, A SOMA TOTAL É SEMPRE A MESMA, QUALQUER QUE SEJA A SITUAÇÃO; É APROXIMADAMENTE CONSTANTE PARA CADA ESTAÇÃO DO ANO E PARA CADA CULTURA QUE CRESCE NUM MESMO LOCAL; TEMPERATURAS ABAIXO DE 0°C SÃO DESCONSIDERADAS. APLICA-SE TAMBÉM ÀS SUBFASES DE CULTIVO; EXEMPLOS: MILHO = 2500°C; CEVADA = 1700°C; TRIGO: 2000°C. SE O MILHO FOR CULTIVADO EM LOCAL ONDE A TEMPERATURA MÉDIA DIÁRIA É DE 25°C, O CICLO SERÁ DE 100 DIAS. MÉTODOS DE CÁLCULO: DIRETO = TEMPERATURA-BASE DE 0°C RESIDUAL = TEMPERATURA-BASE DE 6°C EXPONENCIAL = VELOCIDADE DAS REAÇÕES FISICO-QUIMICAS TERMOFISIOLÓGICO = VELOCIDADE DE CRESCIMENTO IMPERFEIÇÕES DA TEORIA DE GRAUS-DIA: SOMENTE UMA TEMPERATURA BASAL DURANTE O CICLO; TEMPERATURAS NOTURNAS E DIURNAS TEM O MESMO PESO; RESPOSTA LINEAR; TEMPERATURAS ACIMA DE 27°C PODEM SER PREJUDICIAIS (PELO MÉTODO, QUANTO MAIOR A TEMPERATURA, MAIOR EFICIÊNCIA); O VALOR MÉDIO DIÁRIO NÃO É SIGNIFICATIVO. OUTRAS VARIÁVEIS CLIMATOLÓGICAS INTERFEREM 48 FATORES AMBIENTAIS QUE FAZEM VARIAR A CONSTANTE TÉRMICA FERTILIDADE POPULAÇÃO DE PLANTAS SOLOS TEMPERATURAS DO SOLO (DIFERENTES DA TEMP. DO AR) UMIDADE EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO (UNIDADES TÉRMICAS) UM AGRICULTOR QUER FORNECER FEIJÃO PARA UMA FEIRINHA LOCAL DE SUA CIDADE, MAS PRETENDE PLANEJAR SEU CULTIVO PARA ALCANÇAR A ÉPOCA ONDE O PREÇO DO FEIJÃO É MELHOR PARA ELE (MAIOR LUCRO). O AGRICULTOR DISPÕE DE APENAS UMA VARIEDADE DE FEIJÃO E DE UMA FAIXA DE TEMPO DE PLANTIO DE 15 DE SETEMBRO A 15 DE OUTUBRO. LEVANDO EM CONTA QUE O AGRICULTOR DEVE PLANTAR DIA 15 DE CADA MÊS, QUAL DATA SERÁ MELHOR PARA O PLANTIO, VISANDO MAIOR LUCRO? VARIEDADE DE FEIJÃO (HIPOTÉTICA) Exigência de 1276 graus-dia para amadurecer Temperatura-base = 6°C TEMPERATURA MÉDIA MENSAL SETEMBRO = 18°C OUTUBRO = 22°C NOVEMBRO = 20° C DEZEMBRO = 18,5 °C JANEIRO = 17°C SAZONALIDADE DE PREÇOS (R$/saca) SETEMBRO= 50,00 OUTUBRO = 60,00 NOVEMBRO = 70,00 DEZEMBRO = 80,00 JANEIRO = 40,00 49 UMIDADE DO AR ÁGUA NA FORMA DE VAPOR, EXISTENTE NA ATMOSFERA. FONTES NATURAIS: SUPERFÍCIES DE ÁGUA, GELO E NEVE SOLO SUPERFÍCIES VEGETAIS E ANIMAIS PROCESSOS FÍSICOS DETERMINANTES EVAPORAÇÃO SUBLIMAÇÃO TRANSPIRAÇÃO CONCENTRAÇÃO DE VAPOR D’ÁGUA NA ATMOSFERA BAIXA (MÁX. 4%) EXTREMAMENTE VARIÁVEL LIBERAÇÃO OU ABSORÇÃO DE CALOR LATENTE DISTRIBUIÇÃO DE CALOR NA TERRA TRANSPORTE DO VAPOR D’ÁGUA NA ATMOSFERA BALANÇO DE RADIAÇÃO: EVAPORAÇÃO DA ÁGUA TRÊS PROCESSOS: o DIFUSÃO o CONVECÇÃO (LIVRE OU FORÇADA) o ADVECÇÃO CONTEÚDO DE VAPOR D’ÁGUA NO AR ATMOSFÉRICO AR SATURADO = QUANTIDADE DE VAPOR D’ÁGUA EM SUA CONCENTRAÇÃO MÁXIMA. QUANTO MAIOR A TEMPERATURA, MAIOR É A CAPACIDADE DO AR EM RETER ÁGUA. UMIDADE RELATIVA DO AR = RELAÇÃO PERCENTUAL ENTRE A CONCENTRAÇÃO DE VAPOR D’ÁGUA EXISTENTE NO AR E A CONCENTRAÇÃO DE SATURAÇÃO, NA PRESSÃO E TEMPERATURA EM QUE O AR SE ENCONTRA.50 MEDIÇÃO DA UMIDADE DO AR PSICRÔMETROS = FORMADO POR DOIS TERMÔMETROS COMUNS, SENDO: o 1 BULBO SECO o 1 BULBO ÚMIDO HIGRÔMETROS OU HIGRÓGRAFOS = VARIAÇÃO DO COMPRIMENTO DO CABELO HUMANO COM A UMIDADE RELATIVA DO AR. PSICRÔMETROS (COMO MEDIR) VER TEMPERATURA BULBO SECO (Ts) VER TEMPERATURA BULO ÚMIDO (Tu) VER DEPRESSÃO PSICROMÉTRICA (d) d = Ts- Tu ENTRA COM VALOR DE Ts e d NA TABELA ENCONTRA UMIDADE RELATIVA DO AR NAQUELE MOMENTO UMIDADE ABSOLUTA DO AR = QUANTIDADE DE VAPOR D’ÁGUA TOTAL EXISTENTE NO AR, EM DETERMINADAS CONDIÇÕES DE TEMPERATURA E PRESSÃO. A UMIDADE DO AR DEVE SER MEDIDA À SOMBRA, EM LOCAL VENTILADO E PROTEGIDO DA PRECIPITAÇÃO (CHUVA). GERALMENTE FICA DENTRO DOS ABRIGOS METEOROLÓGICOS. 51 VARIAÇÃO DIÁRIA DA UMIDADE DO AR A UR DO AR APRESENTA UM CURSO DIÁRIO INVERSO AO DA TEMPERATURA DO AR, SENDO MENOR DURANTE O DIA E MAIOR DURANTE A NOITE. ISTO PORQUE A TENSÃO DE SATURAÇÃO DE VAPOR D’ÁGUA É DIRETAMENTE PROPORCIONAL À TEMPERATURA E INVERSAMENTE PROPORCIONAL À UMIDADE RELATIVA DO AR. O VALOR MÍNIMO DE UMIDADE É ALCANÇADO NA TEMPERATURA MÁXIMA. EM CONDIÇÕES DE RESFRIAMENTO NOTURNO MODERADO, A UR TENDE A SE ESTABILIZAR EM UM VALOR MÁXIMO, PRÓXIMO À 100%, ATÉ A MANHA SEGUINTE (ORVALHO E/OU NEVOEIRO). VARIAÇÃO ANUAL DA UMIDADE DO AR ACOMPANHA O CURSO ANUAL DA COBERTURA DO CÉU E PRECIPITAÇÃO. TABELA 1: PRECIPITAÇÃO TOTAL ANUAL (MÉDIA) E UMIDADE RELATIVA DO AR EM DIFERENTES REGIÕES: ESTADO PRECIPITAÇÃO (mm) UMIDADE RELATIVA (%) CE 971 70 DF 1000 65 BA 1203 72 MT 1404 75 MG 1421 76 RS 1555 77 AM 2705 87 52 GRÁFICO PSICROMÉTRICO ( Porcentagem de umidade relativa (1000 Milibares) DEPRESSÃO DE BULBO ÚMIDO (Td - TW) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 - 20 28 - 18 40 - 16 48 0 - 14 55 11 - 12 61 23 - 10 66 33 0 -8 71 41 13 -6 73 48 20 0 -4 77 54 32 11 -2 79 58 37 20 1 0 81 63 45 28 11 2 83 67 51 36 20 6 4 85 70 56 42 27 14 6 86 72 59 46 35 22 10 0 8 87 74 62 51 39 28 17 6 10 88 76 65 54 43 33 24 13 4 12 88 78 67 57 48 38 28 19 10 2 14 89 79 69 60 50 41 33 25 16 8 1 16 90 80 71 62 54 45 37 29 21 14 7 1 18 91 81 72 64 56 48 40 33 26 19 12 6 0 20 91 82 74 66 58 51 44 36 30 23 17 11 5 0 22 92 83 75 68 60 53 46 40 33 27 21 15 10 4 0 24 92 84 76 69 62 55 49 42 36 30 25 20 14 9 4 0 26 92 85 77 70 64 57 51 45 39 34 28 23 18 13 9 5 28 93 86 78 71 65 59 53 47 42 36 31 26 21 17 12 8 4 30 93 86 79 72 66 61 55 49 44 39 34 29 25 20 16 12 8 4 32 93 86 80 73 68 62 56 55 46 41 36 32 27 22 19 14 11 8 4 34 93 86 81 74 69 63 58 52 48 43 38 34 30 26 22 18 14 11 8 5 36 94 87 81 75 69 64 59 54 50 44 40 36 32 28 24 21 17 13 10 7 38 94 87 82 76 70 66 60 55 51 46 42 38 34 30 26 23 20 16 13 10 40 94 89 82 76 71 67 61 57 52 48 44 40 36 33 29 25 22 19 16 13 53 VENTO O VENTO É O MOVIMENTO DO AR EM RELAÇÃO À SUPERFÍCIE TERRESTRE. O ambiente em que as plantas e animais crescem nem sempre é o ideal ou ótimo para sua produção. Várias são as condições adversas do clima que interferem no seu crescimento e desenvolvimento. A manipulação do solo, a irrigação e o uso de ambientes parcialmente protegidos são algumas técnicas utilizadas com a finalidade de alterar o microclima de um local, proporcionando melhores condições para a produção. A atmosfera se movimenta em decorrência da diferença de pressão entre duas regiões, principalmente por causa da incidência e absorção dos raios solares de maneira distinta entre diferentes regiões. O vento, que é o ar em movimento, se desloca de áreas de maior pressão (mais frias) para áreas de menor pressão (mais quentes) e quanto maior a diferença entre as pressões dessas áreas, maior será a velocidade de deslocamento. ORIGEM GRADIENTES DE PRESSÃO ATMOSFÉRICA ROTAÇÃO DA TERRA FORÇA CENTRÍFUGA AO MOVIMENTO DA TERRA ATRITO COM A SUPERFÍCIE GRADIENTE DE PRESSÃO ATMOSFÉRICA GERADO PELO AQUECIMENTO DIFERENCIAL DA ATMOSFERA VARIAÇÃO DE PRESSÃO ISÓBARAS = LOCAIS QUE APRESENTAM O MESMO VALOR DE PRESSÃO ATMOSFÉRICA. CARTA GEOGRÁFICA ISOBÁRICA DELIMITA REGIÕES DE ALTA E BAIXA PRESSÃO CRUZAM-SE COM GRADIENTES HORIZONTAIS DE PRESSÃO O GRADIENTE HORIZONTAL DE PRESSÃO DETERMINA UMA MOVIMENTAÇÃO DO AR DAS ZONAS DE MAIORES PRESSÕES PARA A DE MENORES PRESSÕES, NA TENDÊNCIA DE IGUALÁ-LAS. ESTA FORÇA TENDE A INICIAR E MANTER O VENTO. QUANTO MAIS PRÓXIMAS FOREM AS ISÓBARAS, MAIOR O GRADIENTE DE PRESSÃO E MAIOR DEVERÁ SER A VELOCIDADE DO VENTO. EFEITO DA ROTAÇÃO DA TERRA MOVIMENTO DE OESTE PARA LESTE O AR ATMOSFÉRICO TAMBÉM SE MOVE, MAS EM VELOCIDADE DIFERENTE; 54 EFEITO DA FORÇA CENTRÍFUGA O VENTO SE DESLOCA EM DIREÇÃO PERPENDICULAR ÀS ISÓBARAS MOVIMENTO CURVO FORÇA CENTRÍFUGA ACIMA DE 500m = VENTO GRADIENTE (PARALELO ÀS ISÓBARAS) ESCALAS DE FORMAÇÃO DO VENTO Ocorre nas três escalas do clima: Macro, Meso e Micro. MACROESCALA: são os ventos associados à circulação geral da atmosfera, sendo função dos gradientes de pressão. Apesar da variação temporal e espacial dos ventos sobre a superfície, é possível se verificar uma certa tendência: a. Entre os Trópicos e o Equador: Alísios de NE (Hemisfério Norte) e Alísios de SE (Hemisfério Sul). b. Entre os Trópicos e as regiões Sub-Polares: Ventos de Oeste. c. Regiões Polares: Ventos de Leste. Classificação dos Ventos em nível Global 55 MESOESCALA: os ventos oriundos da circulação geral modificam-se acentuadamente na escala de tempo e espaço devido ao aquecimento diferenciado, e conseqüente diferença de pressão, entre continentes e oceanos; configuração da encosta, sistema orográfico e topografia, variando diariamente ou sazonalmente. Os principais tipos de vento na mesoescala são: Brisa Terrestre (noite) e Brisa Marítima (dia); Brisa de montanha ou Catabática (noite) e Brisa de Vale ou Anabática (dia); Ventos Foehn ou Chinook. Uma Brisa é um vento local suave causado pelo aquecimento e pelo arrefecimento desigual de superfícies adjacentes, sob influência da radiação solar (durante o dia) e da radiação terrestre (durante a noite), que produzem um gradiente de pressão (razão de decréscimo ou aumento da pressão por unidade de distância num determinado período de tempo) entre o cume e o vale ou numa zona costeira,entre a superfície aquosa e terrestre. Brisa da montanha - vento fresco e moderado que sopraà noite do cume da montanha para o vale porque à noite, os cumes arrefecem mais rapidamente, formando-se aí altas pressões e nos vales, com um arrefecimento mais lento, formam-se baixas pressões. Brisa do vale - sopra de manhã do vale para a montanha porque os cumes da montanha aquecem primeiro que o vale, formando-se nos cumes baixas pressões. Brisa marítima - vento que sopra de dia, do mar para terra. Durante o dia, a terra aquece mais rapidamente, originando em terra baixas pressões e no mar altas pressões. 56 Brisa terrestre - vento que sopra de noite, da terra para o mar. Durante a noite a terra arrefece mais rapidamente, formando-se aqui altas pressões, enquanto a água arrefece mais lentamente, criando-se no mar baixas pressões. MICROESCALA: o processo é semelhante ao da mesoescala, porém, com menor magnitude do fenômeno. Exemplos desse tipo de contraste são: áreas ensolaradas e sombreadas; objetos com diferentes coeficientes de absorção de radiação solar; áreas irrigadas e não irrigadas, etc. Vento em microescala (luz/sombra) Mapa de ventos do Brasil 57 PERFIL DO VENTO É a velocidade do vento em diversas alturas em relação ao solo. Fornecem medidas de fluxo de momento que permite avaliar a transferência de vapor d’água e dióxido de carbono e estimar a velocidade do vento em alturas diferentes a partir da medida em outra altura. Tais utilizações de dados sobre o perfil do vento são de extrema importância no planejamento de diversas práticas agrícolas como, por exemplo, a irrigação por aspersão, cuja locação dos irrigadores é dependente da velocidade do vento no local. Equação Logarítmica do Perfil do Vento O perfil do vento próximo ao solo pode ser determinado com a seguinte equação: V = 1/k . τ1/2/ρ . ln . Z/Zo V= velocidade do vento na altura Z; k=constante de von Karman de valor 0,40; τ= força tangencial; ρ= densidade do ar; Zo= parâmetro de rugosidade. EFEITOS DO VENTO NO CRESCIMENTO DAS PLANTAS O VENTO AFETA O CRESCIMENTO DAS PLANTAS SOB TRÊS ASPECTOS (PRINCIPALMENTE): 1. TRANSPIRAÇÃO a. Aumenta com a velocidade do vento até certo ponto b. É variável conforme a espécie vegetal c. Maior influência sobre a transpiração cuticular que sobre a estomática d. Principalmente em hidrófitas (plantas com alta respiração cuticular e. Em condições normais, varia com a rugosidade, que é determinada pela área exposta f. Efeito maior em plantas isoladas do que em populações i. Ex.: Palmeiras isoladas (100% de aumento da transpiração para velocidade de 2 m/s g. Faixa de 2 a 6% de perda de água pela planta pode ser atribuída ao vento h. Varia com a temperatura e a umidade do ar que incide sobre as plantas i. Ventos secos e quentes causam rápido murchamento das plantas (climas áridos) 2. ABSORÇÃO DE CO2 a. O suprimento de CO2 é favorecido pela turbulência, o que favorece a fotossíntese b. Há um aumento linear da absorção de CO2 com relação à velocidade do vento até 167 cm / s 3. EFEITO MECÂNICO SOBRE AS FOLHAS E RAMOS a. Altas velocidades do vento são prejudiciais ao crescimento das plantas 58 b. Plantas de altitudes elevadas e do litoral tem configuração peculiar c. Folhas mecanicamente danificadas pelo vento têm reduzida capacidade de translocação e fotossíntese d. Estudo com a cana de açúcar (HARTT, 1963): i. Quebra da nervura central da folha diminui a translocação em 34-38% e a fotossíntese em 30%; ii. Quebra da nervura central e do limbo foliar diminui a translocação em 99-100% e a fotossíntese em 84 % acima da regia afetada. CLASSIFICAÇÃO DAS PLANTAS QUANTO À REAÇÃO AOS VENTOS FORTES 1. As que ESCAPAM à ação do vento: plantas pequenas e rasteiras 2. As que TOLERAM a ação do vento: diminuição da matéria seca em menor proporção 3. As SENSÍVEIS ao vento: não sobrevivem à exposição. MEDIDA DO VENTO O regime dos ventos é medido por sua VELOCIDADE e DIREÇÃO. A velocidade é dada pela componente horizontal em m/s ou km/h, sendo que 1 m/s = 3,6 km/h. A direção dos ventos é definida pelo seu ponto de origem, com oito direções fundamentais: N, NE, NO, S, SE, SO E O. Nos sensores digitais a direção é dada em graus. Os equipamentos medidores de velocidade são os ANEMÔMETROS: O número de giros das hélices ou canecas é transformado em deslocamento (espaço percorrido) por um odômetro. O espaço percorrido dividido pelo tempo fornece a 59 velocidade média do vento. Em estações meteorológicas automáticas utiliza-se o ANEMÓGRAFO. ESCALA DE VELOCIDADE DOS VENTOS Escala Categoria Velocidade (km/h) 0 Calmo: fumaça vertical < 2 1 Quase calmo: fumaça desviada 2 a 5 2 Brisa amena: agitação das folhas 6 a 10 3 Vento leve: agitação das bandeiras 11 a 20 4 Vento moderado: poeira no ar 21 a 30 5 Vento forte: ondas em lagos e rios 31 a 40 6 Vento muito forte 41 a 50 7 Ventos fortíssimos: fios assobiam 51 a 60 8 Ventania: impossível caminhar 61 a 75 9 Vendaval: danos em edificações 76 a 100 10 Tornado, furacão: danos generalizados > 100 Efeitos do vento na Agricultura Essa importante variável climática tem efeitos em praticamente todos os setores da agricultura, desde a criação de animais até o cultivo de vegetais. Sua importância engloba tanto aspectos positivos quanto negativos, sendo decisivo na implantação de projetos. Os efeitos podem ser favoráveis ou desfavoráveis. Efeitos favoráveis do vento na agricultura Translocação de calor de regiões mais quentes para regiões mais frias, amenizando assim o efeito da temperatura; Translocação de vapor d’água, tirando o excesso de regiões úmidas e umedecendo regiões mais secas; Dispersão de gases e partículas suspensas no ar, diminuindo as concentrações que podem ser problemáticas principalmente no inverno, quando o ar se torna mais denso; Remoção de calor de plantas e animais durante épocas quentes, atuando como substância de arrefecimento; Renovação do ar próximos às plantas, mantendo assim o suprimento de CO2 para as folhas durante o processo de fotossíntese e aumentando sua eficiência; Dispersão de esporos, sementes, pólen, facilitando a disseminação e diversificação de espécies; Fonte limpa e renovável de energia, podendo ser muito utilizada no campo. 60 Efeitos desfavoráveis Erosão eólica e deformação de paisagens, constituindo um acelerador do processo de desertificação; Eliminação de insetos polinizadores devido à dificuldade de vôo em áreas com grande incidência de ventos; Desconforto animal devido à remoção excessiva de calor, fazendo com que o metabolismo fique acelerado para produzir calor e manter a temperatura corporal constante, resultando em diminuição de ganho de peso; Deformações de plantas devido ao efeito mecânico do vento; Danificação de tecidos vegetais devido à abrasão de partículas transportadas pelo vento; Fissura de tecidos vegetais pela agitação contínua, permitindo a penetração de patógenos e diminuindo a translocação de substâncias, acarretando diminuição na taxa de fotossíntese; Desfolha por efeito mecânico do vento; Aumento da evapotranspiração podendo levar ao fechamento dos estômatos; Queda na taxa de fotossíntese devido aos danos citados; Para manter as taxas de transpiração e fotossíntese a planta desenvolve um sistema radicular profundo, podendo provocar o nanismo da parte aérea devido ao gasto excessivo de energia com as raízes; Para minimizar a perda de água por transpiração a planta reduz a área foliar e onúmero de estômatos por área (características xerófitas) o que resulta em redução na taxa de fotossíntese; Parte da energia armazenada e produzida é destinada aos processos de reconstrução dos tecidos danificados, diminuindo assim a energia disponível para o crescimento e desenvolvimento; Disseminação de patógenos e ervas-daninhas; Aumento do risco de incêndios em áreas florestais; Conseqüente diminuição da produtividade. 61 Irrigação por Pivô Central Irrigação por Aspersão Em conseqüência do efeito sobre os processos nos vários processos citados, em geral plantas submetidas a ventos de 10 km/h ou mais continuamente, apresentam: Redução no crescimento no desenvolvimento Internódios menores e em menor número Nanismo da parte aérea Menor diâmetro Menor número de folhas (menores, mais grossas) Menor número de estômatos por área foliar e estômatos menores. O vento é um elemento do clima que influi diretamente no microclima de uma área, interferindo no crescimento de culturas e animais, tendo tanto efeitos favoráveis como desfavoráveis. Ventos excessivos e contínuos representam um grande problema nas áreas rurais, sendo necessário a proteção das culturas, principalmente, através da utilização de quebra-ventos, sejam eles naturais ou artificiais, para que as atividades agrícolas sejam viáveis. 62 Práticas Preventivas Contra os Efeitos Desfavoráveis do Vento Locais menos sujeitos à incidência dos ventos Ao se instalar uma cultura ou atividade agropecuária dentro de uma propriedade agrícola, deve- se escolher as áreas da propriedade menos sujeitas aos ventos frios e intensos. Uso de Quebraventos (QV) QUEBRA – VENTOS (QV) Estruturas físicas que servem para reduzir a velocidade do vento a níveis suportáveis pelos seres vivos; Geralmente, se utiliza como QV plantas de porte maior do que aquelas que se quer proteger. Outras estruturas como telhados (sombrites e ripados) também vem sendo utilizados como QV; Os QV servem tanto na proteção vegetal com na animal, ajudando também na contenção de dunas, minimizando o processo de desertificação, principalmente em regiões planas. VANTAGENS DO USO DE QV a) altera o microclima, principalmente a luminosidade e o vento, que por conseqüência altera as taxas de evapotranspiração da cultura, que passa a viver num ambiente menos estressante, com menor demanda atmosférica por água, o que permite que ela aproveite melhor a acua disponível no solo. Desse modo, os estômatos permanecem mais tempo abertos facilitando também a fotossíntese. b) o QV também serve para proteger pastagens e animais. A redução da velocidade do vento promove ambiente mais agradável aos animais, repercutindo na produtividade. c) as árvores utilizadas como QV servem como abrigo para a fauna silvestre, contribuindo para a manutenção do equilíbrio ecológico da área. Para melhorar o aspecto ecológico pode-se considerar a possibilidade de se utilizar mais de uma espécie na linha de QV, promovendo uma certa diversidade biológica. d) as árvores do QV favorecem a manutenção de insetos polinizadores e de pássaros, inimigos naturais de alguns insetos predadores da cultura. TIPOS DE QV VEGETAIS: utilizados para grandes áreas a. Temporários: plantas anuais ou semi-perenes. Ex: milho, sorgo, cana-de- açúcar. bananeira, capim; b. Permanentes: árvores. Ex: grevílea. eucalipto, pinus. Seringueira; c. Misto: combinação de árvores e plantas anuais. Ex. grevílea e milho. 63 ARTIFICIAIS: utilizados para plantas de pequeno porte em cultivo intensivo e com alto valor econômico, sendo temporários, pois dependem da durabilidade do produto empregado. Ex: sombrites e ripados. Energia eólica É a energia contida na força dos ventos que sopram sobre a superfície da Terra. Quando captada, a energia eólica pode ser convertida em energia mecânica, para a realização de tarefas como bombear água, moer grãos e serrar madeira. Conectando um rotor giratório (um conjunto de pás ligadas a um eixo) a um gerador elétrico, as modernas turbinas eólicas convertem a energia eólica, que gira o rotor, em energia elétrica. Energia eólica 64 PRECIPITAÇÃO (CHUVA) Na região tropical, as chuvas são as principais formas de retorno da água para a superfície terrestre, após a evaporação e condensação, completando o ciclo hidrológico. Conceito: Processo pelo qual a água condensada na atmosfera atinge gravitacionalmente a superfície terrestre. A precipitação ocorre sob as formas: Pluvial (chuva) Granizo Neve Originam-se de nuvens formadas pelo processo de resfriamento por expansão de massas de ar que se elevam na atmosfera, podendo ser dos tipos: Orográfico Convecctivo Frontal A união dos “elementos de nuvem” forma os “elementos de chuva” Superação da força da gravidade; Coalescência: crescimento das gotículas e agregação das mesmas. É resultado da diferença de temperatura, quantidade, tamanho, carga elétrica e turbulência das gotículas no interior das nuvens. Precipitações orográficas Ocorrem nas regiões que apresentam grandes variações de altitude, podendo abranger o ano todo ou qualquer época dele. Originam-se devido à formação de nuvens por causa do relevo acidentado (regiões montanhosas) Precipitações convectivas Localizam-se na época de maior ganho de energia do ano. São originárias de nuvens convectivas (Convecção térmica) e caracterizam-se pela forte intensidade, curta duração, podendo ocorrer descargas elétricas, trovoadas, ventos fortes e granizos, predominando no período da tarde e à noite (chuvas de verão); Pela forte intensidade, provocam muitos danos (erosão, derrubada de vegetação, inundação), pois a incidência é maior que a capacidade de infiltração do solo. Precipitações frontais Originárias de nuvens formadas a partir do encontro de massas de ar frio e quente, caracterizam- se pela intensidade moderada, longa duração (dias) e sem horário predominante; Concentram-se no período do ano em que ocorre a penetração de massas de ar de origem polar. 65 Medição da precipitação A medida da precipitação é feita por pluvíômetros e pluviógrafos. Consiste em determinar a espessura da camada de água líquida que se depositaria sobre a superfície horizontal, em decorrencia da precipitação, assumindo-se que: Evaporação Escorrimento superficial Infiltração Interceptação Esta espessura, denominada altura de precipitação, é determinada pela medida do volume de água captado por uma superfície horizontal de área conhecida, através da expressão: h = 10 . V / A Onde: h = altura de precipitação (mm) V = volume de água captada (ml) Área da superfície coletora (cm 2 ) Figuras do Pluviômetro e do Pluviógrafo Variação anual da precipitação O curso anual da precipitação é apresentado normalmente como um histograma (gráfico de barras), indicando os totais mensais. 66 Precipitação no Brasil Região Sul = as precipitações mensais variam pouco ao longo do ano, não existindo diferenciação de períodos mais ou menos chuvosos; Regiões Sudeste de Centro – Oeste: chuvas concentram-se na época mais quente do ano, em torno do solsticio de verão; Região Nordeste: equinócio de outono e solsticio de inverno são mais chuvosos; equinócio de primavera é menos chuvoso. Região Norte: precipitações mensais elevadas, com época mais
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