Aula 5 engenharia metereologia

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Universidade Federal do Maranhão
Centro de Ciências Agrárias
Fatores e elementos climáticos
Prof. Mayanna Karlla Lima Costa
✓ Pressão Atmosférica ✓ Ventos
✓ Umidade do ar✓ Evapotranspiração
✓ Nuvens ✓ Precipitação
✓ Radiação Solar
“Os elementos climáticos são responsáveis pela produção
de tipos e variedades do tempo e clima.”
✓ Temperatura do Ar e do 
solo
Definição:
✓ CALOR:
Energia cinética total dos átomos e moléculas que compõem uma substância.
✓ TEMPERATURA:
É uma medida de energia cinética média das moléculas ou átomos individuais
Calor 
sensível
Calor latente
Corpo muda de 
temperatura
Corpo muda de fase
✓ Temperatura do ar é o valor lido em um termômetro que é exposto ao ar abrigado
da radiação solar direta.
✓ Temperatura é uma grandeza física que mede o nível de agitação das moléculas
que constituem o corpo.
TEMPERATURA DO AR 
Vejamos o que acontece com o termômetro... 
Moléculas 
com pouca
velocidade
Moléculas 
com muita
velocidade
Existem normas de medição para que possa comparar medidas de
locais diferentes. A medida deve ser feita à sombra, a 1,5m de altura da
superfície com grama, com pouca ventilação e sem interferência
artificial.
✓Grau Celsius ou Centígrado (°C )
✓Fahrenheit (ºF)
✓Kelvin (K)
TEMPERATURA DO AR 
No Brasil é adotado a unidade de °C
RELAÇÃO ENTRE AS TRÊS ESCALAS DE TEMPERATURA
Ex:- transformar 30° C em °F.
- 280 ° k em ° C 
- 100 ° F em ° K
PONTOS DE EBULIÇÃO 
Ponto de ebulição da água
Valor da temperatura desejado
Ponto de fusão do gelo
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 ocorre por dois processos:
✓Condução molecular
✓Difusão turbulenta
As variações temporal e espacial da temperatura do ar são condicionadas
pelo balanço de energia na superfície. Assim, todos os fatores que afetam o balanço
de energia na superfície influenciam também a temperatura do ar. Entre esses fatores
destacam-se aqueles que ocorrem:
 Na escala macroclimática, com predominância dos efeitos da irradiância
solar, ventos, nebulosidade, transporte convectivo de calor, e concentração de vapor
d’água na atmosfera;
 Na escala topoclimática, em que a exposição e a configuração do terreno são 
os moduladores da temperatura do solo e do ar;
 Na escala microclimática, em que o fator condicionante é a cobertura do
terreno.
Variação Temporal e Espacial da Temperatura do ar
Termômetro de máxima e mínima:
Esse instrumento é colocado verticalmente, e
tem forma de U, contendo mercúrio na parte
de baixo do U e álcool acima, em cada lado.
Portanto, há uma interface mercúrio-álcool
em cada lado. Um lado marca a temperatura
máxima, e o outro a mínima.
Como os líquidos se movimentam
livremente, são necessários dois indicadores,
um para a temperatura máxima, e outro para a
mínima
Termômetro conjugado de Tmáx e Tmin: TIPO SIX
Termômetro de máxima e mínima: Indicam as temperaturas 
máxima e mínima do ar (°C) ocorridas no dia.
Cálculo da temperatura média do ar e do solo
✓Em climatologia e em agrometeorologia, as temperaturas do ar e do solo são
expressas em valores médios (diários, mensais, e anuais), valores extremos
(máxima e mínima), e amplitudes correspondentes.
✓O cálculo da temperatura média (Tméd) é tanto mais exato quanto maior for o
número de observações no período considerado.
✓ Inúmeras são as fórmulas para cálculo da temperatura média, mas serão
apresentadas apenas as mais comuns. Algumas delas são adotadas por orgãos
responsáveis por redes públicas de estações meteorológicas.
Estimativa da temperatura média mensal do ar
Planejamento agrícola (nem todos locais dispõem de posto
meteorológico)
▪ Estimar um valor médio mensal normal (média de vários anos) pelas
coordenadas geográficas (latitude e longitude)
Tméd = a + b ALT + c LAT + d LONG
Em que: Tméd é a temperatura média do ar num dado mês,
expressa em °C; ALT é a altitude do local, em metros; LAT é a
latitude, e LONG a longitude, ambas dadas em minutos; e os
parâmetros a, b, c, e d são determinados para a região como um
todo.
TEMPERATURA DO SOLO 
✓ Durante o dia, a superfície se aquece, gerando um fluxo de calor para o interior.
✓ A 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 e da profundidade
pode ser estudada a partir da
elaboração de perfis de variação da
temperatura (tautócronas).
TEMPERATURA DO SOLO 
TEMPERATURA DO SOLO- IMPORTÂNCIA NA 
AGROPECURÁRIA 
O solo, além de armazenar e permitir os processos de transferência de água,
solutos e gases, também armazena e transfere calor. A capacidade de um solo de
armazenar e transferir calor é determinada pelas suas propriedades térmicas e pelas
condições meteorológicas que, por sua vez, influenciam todos os processos químicos,
físicos e biológicos do solo
Fatores determinantes da temperatura do solo
✓Condutividade térmica
✓Calor específico
✓Emissividade (poder emissor da superfície), os quais irão depender de sua textura,
densidade e umidade.
✓ Fatores Externos
Relacionados aos elementos meteorológicos: irradiância solar global,
temperatura do ar, nebulosidade, chuva e vento.
✓ Fatores Intrínsecos
Relacionados ao tipo de solo, ao relevo e ao tipo de cobertura do
terreno: microclimáticos ou topoclimáticos
Fatores determinantes da temperatura do solo
Tipo de solo
✓ TEXTURA
✓ COMPOSIÇÃO
✓ ESTRUTURA
✓ MO
Cobertura do Terreno 
Fator 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.
Cobertura do Terreno 
Variação Temporal e Espacial da Temperatura do Solo: Diária 
Na camada superficial (2cm), a temperatura atinge o valor máximo entre as 12h e
as 14h; e em profundidades maiores, se observa as menores amplitudes térmicas.
Variação Temporal e Espacial da Temperatura do Solo: Anual
A variação anual corresponde à disponibilidade de energia na superfície, ou seja,
valores máximos ocorrem no verão, e mínimos no inverno.
RELEMBRANDO
TEMPERATURA COMO 
FATOR AGRICOLA 
Para seu crescimento e desenvolvimento os
seres vivos, tanto animais como vegetais, necessitam
de condições climáticas adequadas para que os
processos fisiológicos transcorram dentro de sua
normalidade
CANCRO DE CALOR:
- desestruturar as membranas
das células
- Desidratar o tecido do colo da
planta
Ganho/perda de peso (kg/dia), em suínos submetidos a diferentes condições 
térmicas ambientais.
TEMPERATURA COMO FATOR 
AGRICOLA 
Vento
Precipitação
Radiação 
direta + 
indireta
Temperatura
ambiente
UR
Adaptação, sanidade, nutrição, estado fisiológico
TEMPERATURA COMO FATOR AGRICOLA 
Vento
Precipitação
Radiação 
direta + 
indireta
Temperatura
ambiente
UR
Adaptação, sanidade, nutrição, estado fisiológico
TEMPERATURA COMO FATOR AGRICOLA 
Conforto térmico
Afinal o que é conforto térmico?
= > Associar com respostas fisiológicas:
Temp. epiderme, temp. retal; Taxa de sudorese; Frequência
cardíaca e respiratória;Produção, desempenho; Taxa de crescimento;
Níveis hormonais (T3 e T4).
TEMPERATURA COMO FATOR AGRICOLA 
a. Índice de temperatura e umidade:
ITU = Ta + 0,36Tpo + 41,5
Ta = Temp. ar (°C)
Tpo = Temp. pto orvalho (°C)
ITU para bov. Leit.:
71: conforto
71 – 78: crítico
79 – 83: perigo
> 83: limite superior
Zoneamento bioclimático para bov. leite - ITU
Bahia
Zona I (perigo): 73 – 75
Zona II (alerta): 71 – 73
Zona III (normal): 69-71
IDEAL: < 69
Meses frios
Zoneamento bioclimático para bov. leite - ITU
Bahia
Zona I (perigo): 77 – 79
Zona II (alerta): 75 – 77
Zona III (normal): 73 – 75
IDEAL: < 73
Meses quentes
Índices Bioclimáticos
a. Índice de temperatura e umidade:
Equipamentos:
Termômetro (álcool ou mercúrio);
Termômetro de bulbo seco = Temp. pto orvalho.
b. Índice de globo e umidade ou THI (Temperature-Humidity Index),
ITGU = Tg + 0,36Tpo + 41,5
Tg = Temp. de globo negro (°C)
Tpo = Temp. pto orvalho (°C)
Aves: (conforto)
1ª semana: 78,6 – 81,6
2ª semana: 67,4 – 75,6
3ª a 6ª semana: 65 -75,5
Índices Bioclimáticos
• No caso de vacas leiteiras, o THI deve ser menor ou igual a 70.
• Valores acima de 72 prejudicam a produção de leite e a
alimentação;
• valores superiores a 90, por tempo prolongado, podem levar os
animais à morte.
b. Índice de globo e umidade ou THI (Temperature-Humidity Index),
Índices Bioclimáticos
Desempenho de vacas leiteiras em diferentes condições térmicas. Fonte: Müller 
TEMPERATURA COMO FATOR 
AGRICOLA 
Conforto Térmico Bovino ITU – Gráfico- CHAPADINHA-MA
Conforto Térmico Bovino ITU – Gráfico- TERESINA-PI
Conforto Térmico Bovino ITU – Gráfico- PORTO ALEGRE-RS
b. Índice de globo e umidade:
Equipamentos:
Termômetro (álcool ou mercúrio)
Globo de Vernon
Índices Bioclimáticos
b. Índice de globo e umidade:
Equipamentos:
Índices Bioclimáticos
b. ÍTGU:
Equipamentos:
Índices Bioclimáticos
c. Índice de conforto térmico (ovinos):
ICT = 0,659Ta + 0,511p + 0,550 Tg – 0,042 v
Ta = Temp. do ar (°C)
p = pressão de vapor (kPa)
Tg = Temp. globo negro (°C)
v = velocidade do vento (m/s)
Variável por raça:
Ideal (Tretal normal) ICT 20 – 37;
Suffolk (Tretal elevada) ICT >20
Índices Bioclimáticos
c. Indice de conforto térmico (ovinos):
Equipamentos:
Termômetro (álcool ou mercúrio);
Carta psicrométrica
Termômetro de bulbo seco = Temp. pto orvalho.
Veloc. vento
Índices Bioclimáticos
d. Indice de tolerância ao calor: (UFV-MG):
ITC = 100 – 18(Tm – 38,3); para bovinos
Tm = Temp. retal média (°C)
3 dias com sol, manhã e tarde.
Índices Bioclimáticos
d. Indice de tolerância ao calor: (Modificado):
ITC = 1,2 Ta – 20 x d + 52; para bovinos
ITC = 1,0 Ta – 20 x d + 60; para ovinos
ITC = 1,4 Ta – 20 x d + 44; para suínos
Ta = Temp. do ar (°C)
d = diferença entre temp. retal (09 e 15 horas).
Índices Bioclimáticos
d. Indice de tolerância ao calor: (Modificado):
ITC = Tr /38,33 + FR/23; para bovinos
Tr = Temp. retal (°C)
FR = frequência respiratória mov./min
ITC = 2 (normal)
Índices Bioclimáticos
Variáveis
Bov. Bub.
manhã tarde manhã tarde
TR (°C) 38,1 39,3 38,1 39,1
FR (mov/min) 36 59,9 35,3 58,3
ITC
d. Indice de tolerância ao calor:
Manhã: 19,9°C e 95% UR / Tarde: 33,7°C e 44,3% UR
Índices Bioclimáticos
Variáveis
Bov. Bub.
manhã tarde manhã tarde
TR (°C) 38,1 39,3 38,1 39,1
FR (mov/min) 36 59,9 35,3 58,3
ITC 2.55 3,62 2,53 3,55
d. Indice de tolerância ao calor:
Manhã: 19,9°C e 95% UR / Tarde: 33,7°C e 44,3% UR
Índices Bioclimáticos
TEMPERATURA COMO FATOR AGRICOLA 
NHF varia entre espécies e variedades, e quanto mais
exigente for a espécie maior o valor de NHF,
TEMPERATURA COMO FATOR AGRICOLA 
TEMPERATURA COMO FATOR AGRICOLA 
Um dos primeiros estudos relacionando clima e plantas foi
feito por Reaumur, na França, por volta 1735. Ele observou que
o somatório das temperaturas do ar durante o ciclo de
qualquer planta era praticamente constante, em diferentes anos.
TEMPERATURA COMO FATOR AGRICOLA 
O conceito de graus-dia (GD) baseia-se no fato de que a taxa de
desenvolvimento de uma espécie vegetal está relacionada à temperatura do
meio.
- Constante Térmica da Cultura.
TEMPERATURA COMO FATOR AGRICOLA 
TEMPERATURA COMO FATOR AGRICOLA 
GD e GDA 
Aplicação prática do sistema grau-dia
SIMPLIFICADO: MENOR ACURÁCIA
- Cultura: soja; CT 1239° C
- Semeadura 01/05
- Colheita?? 
- Tb: 14° C
- TméA: 22,4° C
- GD: 22,4-14=8,4 °C
148 dias para colheita
Dia: 24/09
- Cultura: arroz; CT 1900° C
- Semeadura?
- Colheita: 22/02
- Tb: 10° C
- TméA: 22,4° C
- GD: 22,4-10=12,4 °C
153 dias para colheita
Dia: 22/09
Aplicação prática do sistema grau-dia
no desenvolvimento de insetos 
Porque tem menos 
insetos ou menos ciclos 
destes em regiões mais 
frias?
REVOADAS DE INSETOS NO 
VERÃO 
Temperatura do ar e desenvolvimento de insetos
- RELAÇÃO DIRETA SOBRE O METABOLISMO
- RELAÇÃO INVERSA SOBRE A DURAÇÃO DO CICLO 
IMPORTÂNCIA AGROECOLÓGICA 
DO VAPOR D’ÁGUA
Para a agricultura, o nível com que a umidade do ar ocorre
num ambiente terá efeito decisivo:
❑ Pragas ou doenças
❑Qualidade dos produtos
❑ risco de ocorrência de incêndios em pastagens, matas e
florestas, tendo assim grande importância ecológica.
✓ Pressão Atmosférica ✓ Ventos
✓ Umidade do ar✓ Evapotranspiração
✓ Nuvens ✓ Precipitação
“Os elementos climáticos são responsáveis pela produção
de tipos e variedades do tempo e clima.”
✓ Temperatura do Ar e do 
solo
✓ Radiação Solar
Radiação Solar: SOL
Radiação Solar: SOL
Radiação Solar
❑ Quantidade de energia recebida no topo da atmosfera depende da:
✓ Emissão de radiação solar
✓ Distancia entre o sol e a terra
✓ Recepção da radiação solar 
o Elevação do sol (Latitude, hora do dia, estação do ano)
o Duração do dia (Latitude, estação do ano)
❑ Energia emitida pelo sol por meio dos fótons 
Importância: Radiação Solar
✓ É de vital importância, pois é essa energia que vai acionar o sistema agrícola
✓ Fisiologia das plantas (emergência a maturação)
✓ Respostas das plantas: Quantidade e qualidade da radiação
✓ Determina as características térmicas do ambiente, principalmente as
temperaturas do ar e do solo, a duração do dia ou fotoperíodo
✓ Fotossíntese (processo básico de produção de alimentos na natureza)
✓ Fotoperiodismo, resposta dos vegetais à luminosidade.
Unidades de Radioterapia
Para quantificar a energia emitida pela radiação solar temos as demais unidades:
Balanço energético.
• Fluxo radioativo:
𝐽
𝑠
ou W-
• Densidade de Fluxo radioativo:
𝑊
m2
;
𝑘𝐽
m2h
;
𝑀𝐽
m2d
- IRRADIÂNCIA; EMITÂNCIA
Para quantificar a quantidade de fótons que a planta recebeu. Fisiologia
• Fluxo quântico: quantidade de fótons por limite de tempo - µmol s-1
• Densidade quântica: µmol m2s-1
Unidades Quânticas
Leis da radiação Solar
✓ Relação de plank Einstein
✓ Quanto menor o comprimento de onda maior energia (vice-versa)
E=
ℎ𝑐
𝛾
E= Energia (J)
h= 6.626,10-34 J s (constante de Plank)
C=2.998x108 m/s (Velocidade da luz)
ℽ= comprimento de onda (m)
• A Terra também emite sua própria radiação ( > ondas longas)
• Qualquer corpo com T ≠ 0o K – capacidade de emitir radiação
• Corpo negro: recebe e absorve toda a radiação eletromagnética que incide sobre ele,
independente do tipo de comprimento de onda.
• A quantidade total de energia irá depender da temperatura do corpo, sendo regida pela lei
de Stefan-BoltzmannE = Em . σ . T4
Onde:
E = Energia total emitida (cal/cm2 . min);
σ (sigma) = constante de Stefan-Boltzmann (5,67.10-8 w m-2 k-4)
T = temperatura absoluta (oK)
Em = emissividade do corpo
Emissividade do corpo
Lei de Wien
Esta lei estabelece que é constante o produto da temperatura absoluta
(T, em K), do objeto, pelo comprimento de onda (λmáx, em nm) de máxima
emissão energética, do próprio objeto, isto é.
T λmáx = constante = 2,898 nm K.
Exemplos: Qual o comprimento de onda em que a emitância é máxima para:
SOL (5773°k) = 0,5 µm (luz visível)
TERRA (287° k): 10,8 µm (faixa de radiação de infravermelho)
Emissão da radiação Solar
Fluxo de radiação que atinge um corpo
Ao atingir um corpo qualquer, o fluxo de radiação (Ii = radiação
incidente) sofrerá as seguintes ocorrências:
• Reflexão: parte da radiação será refletida
• Absorção: parte da radiação será absorvida, sendo retida pelo corpo,
podendo ocasionar um aumento de temperatura (aquecimento)
• Transmissão: parte da radiação vai atravessar o corpo, ser levemente
alterada, porém seguirá a diante a sua trajetória.
“Quando o calor radiante incide na superfície de um corpo, ele é
parcialmente absorvido, parcialmente refletido e parcialmente
transmitido.”
Reflexão, absorção e transmissão em um corpo
Lei do cosseno de lambert
I= In x Cos Z
I= radiação que incide na superfície
In= radiação perpendicular a radiação incidente
Cos Z= cosseno do ângulo zenital
Lei do inverso do quadrado da distância
A emitância de um corpo diminui proporcionalmente ao inverso do quadrado da
distância
O Total da radiação que incidirá por um corpo qualquer (Ii) será
soma da radiação refletida (Ir) com a radiação absorvida (Ia) e com
a radiação transmitida (It).
• A propriedade de um corpo refletir a radiação é chamada
refletividade e é dada pela razão entre Ir e Ii (R = Ir / Ii).
A propriedade de um corpo absorver a radiação é chamada de
absorvidade, e é dada pela razão entre Ia e Ii (A = Ia / Ii)
• A propriedade de um corpo transmitir a radiação é chamada
transmissividade, e é dada pela razão entre It e Ii (T = It / Ii).
Fluxo de radiação que atinge a atmosfera 
Quando a radiação solar atinge o topo da atmosfera da Terra, ela
é atenuada devido aos seguintes fatores:
• As partículas presentes na atmosfera (impurezas, cristais, etc.) que
causam o seu espalhamento;
• A alguns constituintes da atmosfera (Oxigênio, CO2, vapor, etc.) a
absorvem;
•As nuvens que absorvem no máximo 7% do total, e refletem até 90%,
dependendo de suas dimensões.
Qualidade da radiação solar: Interesse agrícola 
•Radiação Ultravioleta (UV): 0,2 a 0,4 µm- Alto potencial energético, e ao
contato com a planta pode causar foto inibição e acelerar processos de mutação
• Radiação visível (Luz): 0,4 a 0,7 µm
VERMELHA: quebra de dormência de sementes, inibição do crescimento do
caule e indução de ramificações laterais.
AZUL: Fototropismo e abertura estomática.
•Radiação Infravermelho (IV): > 0,7 µm: Não tem energia para realizar
fotossíntese. Mas fornece calor em processos metabólicos.
#Teste rápido#
1- Qual a importância do conhecimento da radiação solar para agropecuária?
2- Quais são as principais Leis da radiação solar?
3- Quais os valores de emitância máxima de radiação de um corpo com temperatura
de 100° F, 25 ° K, e 30° C, 45° C. Qual lei se aplica nesse caso?
4- Considere a sua temperatura corporal em torno de 37°C. Assumindo uma
emissividade hipotética de 0,8, determine a emissão de radiação do seu corpo. Qual lei
se aplica nesse caso?
5- Determine a emissão de radiação de um solo molhado, com temperatura de 26° C.
6- Determine a emissão de radiação de uma folha de milho, com temperatura de 70° F.
6- Quais são os comprimentos de onda de interesse agrícola, e qual a principal
interferência de cada um deles na produção vegetal.