Apostila Agroclimatologia (parte 1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA 
CENTRO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR NORTE-RS 
DEPARTAMENTO DE AGRONOMIA 
DISCIPLINA DE AGROCLIMATOLOGIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAL DIDÁTICO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROF. FELIPE GUSTAVO PILAU 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FREDERICO WESTPHALEN, 2010. 
 
 
 
 
UNIDADE 1 - INTRODUÇÃO À CLIMATOLOGIA AGRÍCOLA 
 
1.1 - Importância do tempo e do clima para os vegetais e animais. 
 
� Meteorologia – estudo fenômenos físicos da atmosfera “valores 
instantâneos” (TEMPO) 
Um dos ramos expoentes é a Previsão do Tempo. 
 
� Climatologia – médias (longos períodos). A descrição estatística em 
termos de valores médios sequenciais – CLIMA) – Normais Climatológicas: 30 
anos de dados coletados. 
 
Meteorologia possui ramos específicos – Agrometeorologia/Agroclimatologia 
(condições atmosféricas e suas conseqüências/condições atmosféricas médias 
e suas influências). 
 
� Condições médias – viabilidade de uma atividade agrícola na região 
� Condições instantâneas – potencial produtivo de uma cultura. 
 
Ambiente e Sistema: 
 
Ambiente é tudo que envolve e interage um sistema: agricultura (solo, 
atmosfera e água fazem parte do ambiente) 
 
Sistema: plantas, animais, microorganismos, etc. 
 
Em agricultura – sistema tecnológico artificial desenvolvido pelo homem com 
objetivo de obter alimentos . 
 
Condicionantes climáticos: Fatores e Elementos do Clima: 
 
Fatores (fixo), condicionantes dos elementos: latitude, longitude, altitude, 
continentalidade/oceanidade, tipo de corrente oceânica. Radiação solar pode 
ser tomada como um fator (condicionante). 
 
Elementos (variáveis) – caracterizam o estado da atmosfera: radiação solar, 
temperatura do ar, umidade do ar, pressão atmosférica, velocidade e direção 
do vento, precipitações. 
 
Sistema Agrícola (agricultura): interação com o ambiente é o determinante do 
potencial produtivo – plantas geneticamente iguais, num mesmo estádio de 
desenvolvimento “aumento dos riscos”. 
 
Radiação Solar: Disponibilidade regional de energia e água determina o 
potencial de produtividade agrícola. Radiação, temperatura e umidade 
afetam diretamente o crescimento e desenvolvimento dos vegetais. Produção 
de biomassa tem relação direta com radiação solar (modelos agroclimáticos 
podem estimar o potencial produtivo – subsídio à previsão de safras). 
 
Temperatura do Ar: Duração das fases e do ciclo de desenvolvimento dos 
vegetais e insetos condicionados pela temperatura do ar – graus-dia, número 
de horas de frio. 
 
Fotoperíodo – número máximo de horas de brilho solar possível – influencia 
direta em algumas espécies – passagem do período vegetativo ao reprodutivo. 
 
Temperatura e molhamento foliar (orvalho) – surgimento de doenças - 
essenciais a germinação de esporos e penetração dos fungos no tecido 
vegetal. 
 
Vento e chuva: atuam como agentes de dispersão, carregando os esporos – 
vento (condição adversa) causam lesões nos tecidos vegetais favorecendo a 
incidência dos patógenos – SISTEMAS DE ALERTA FITOSSANITÁRIOS. 
 
Disponibilidade hídrica (balanço hídrico “chuva + evapotranspiração”) – 
planejamento da atividade agrícola (períodos de excedente e deficiência 
hídrica – semeadura/plantio, desenvolvimento, colheita, trafegabilidade, 
irrigação, etc. 
 
� ESCALA TEMPORAL DOS FENÔMENOS ATMOSFÉRICOS 
 
Macro-escala – latitude, longitude, altitude, continentalidade/oceanidade 
Meso-escala – topografia, exposição do terreno, grau de inclinação do terreno, 
Micro-escala – tipo de cobertura do solo que determina o balanço de energia 
local. 
 
 
 
 
1.2 - ORGANIZAÇÕES NACIONAIS E MUNDIAIS LIGADAS A METEOROLOGIA E 
CLIMATOLOGIA. 
 
WMO/ONU – WORLD METEOROLOGICAL ORGANIZATION (OMM – ORGANIZAÇÃO 
MUNDIAL DE METEOROLOGIA) 
Estabeleceu padronização para as medidas das variáveis meteorológicas 
(horários, organização das estações), possui 188 membros (países), que 
integram a base de dados meteorológicos mundial. 
 
INMET – INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA (www.ibge.gov.br) 
Rede de estações meteorológicas no Brasil 
 
 
 
1.4 – Objetivos 
 
Dentre todas as atividade a agricultura é a que tem maior dependência das 
condições de tempo e do clima. 
Afetam atividades desde o preparo do solo até a colheita, transporte, 
preparo, armazenamento. 
Condições adversas levam a enormes prejuízos econômicos. Como são muitas 
vezes imprevisíveis a médio e longo prazo (secas prolongadas, chuvas 
excessivas, vendavais, granizo, etc.), fazem da agricultura uma atividade de 
alto risco. 
Segundo Smith (1975) a “Meteorologia Agrícola” tem por objetivo colocar a 
ciência da Meteorologia a serviço da Agricultura”. Para isso é imprescindível 
conhecimento para se analisar e entender as relações entre o ambiente e as 
atividades agrícolas, buscando maximizar a exploração econômico dos 
recursos naturais, porém consciente da necessidade de preservação. 
 
1.5 Perspectivas 
 
Necessidade de maximizar a produção com redução dos riscos (zoneamentos – 
ecologia agrícola). Tomada de decisão diretamente relacionada às condições 
de tempo e clima. 
Necessidade de prever o potencial produtivo com antecedência (mercado 
financeiro) – modelagem agrometeorológica para previsão de safra. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIDADE 2 - RELAÇÕES TERRA-SOL E SUAS INFLUÊNCIAS SOBRE OS 
VEGETAIS E ANIMAIS 
 
 
Coordenadas geográficas (latitude e longitude) 
 
 
IMPORTANTE: 
 
LONGITUDE LESTE: (+) Positiva 
LONGITUDE OESTE (-) Negativa 
 
LATITUDE NORTE: (+) Positiva 
LATITUDE SUL: (-) Negativa 
 
 
 
 
Longitude - Meridianos 
Latitude - Paralelos 
Movimento de rotação e translação da terra e suas conseqüências 
Posição relativa Terra-Sol: 
 
� Circunferência Elíptica: 
� Periélio: 147.000.000 km (03 Janeiro) / Afélio: 152.000.000km (04 
Julho) 
 
 
Inclinação de eixo terrestre... 
 
 
 
Declinação Solar 
 
� Ângulo formado entre uma linha imaginária ligando o centro da Terra 
ao centro do sol, com o plano do Equador. Ao longo do ano, a 
declinação varia entre -23o27´ (solstício de verão) e +23o27´ (solstício 
de inverno). 
 
 
 
 
 
 
Cálculo da Declinação 
 
 
 
 
Onde: NDA é o número do dia do ano 
 
Ângulo Zenital 
 
A irradiância solar varia de acordo com o ângulo de incidência dos raios 
solares. 
O ângulo formado entre a Zênite local e os raios solares, denomina-se 
ÂNGULO ZENITAL (Z). Quanto maior Z, menor a irradiância solar. A lei do 
Cosseno de Lambert mostra essa relação entre a irradiância solar e Z da 
seguinte forma: 
 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 
1 1 32 60 91 121 152 182 213 244 274 305 335 
2 2 33 61 92 122 153 183 214 245 275 306 336 
3 3 34 62 93 123 154 184 215 246 276 307 337 
4 4 35 63 94 124 155 185 216 247 277 308 338 
5 5 36 64 95 125 156 186 217 248 278 309 339 
6 6 37 65 96 126 157 187 218 249 279 310 340 
7 7 38 66 97 127 158 188 219 250 280 311 341 
8 8 39 67 98 128 159 189 220 251 281 312 342 
9 9 40 68 99 129 160 190 221 252 282 313 343 
10 10 41 69 100 130 161 191 222 253 283 314 344 
11 11 42 70 101 131 162 192 223 254 284 315 345 
12 12 43 71 102 132 163 193 224 255 285 316 346 
13 13 44 72 103 133 164 194 225 256 286 317 347 
14 14 45 73 104 134 165 195 226 257 287 318 348 
15 15 46 74 105 135 166 196 227 258 288 319 349 
16 16 47 75 106 136 167 197 228 259 289 320 350 
17 17 48 76 107 137 168 198 229 260 290 321 351 
18 18 49 77 108 138 169 199 230 261 291 322 352 
19 19 50 78 109 139 170 200 231 262 292 323 353 
20 20 51 79 110 140 171 201 232 263 293 324 354 
21 21 52 80 111 141 172 202 233 264 294 325 355 
22 22 53 81 112 142 173 203 234 265 295 326 356 
23 23 54 82 113 143 174 204 235 266 296 327357 
24 24 55 83 114 144 175 205 236 267 297 328 358 
25 25 56 84 115 145 176 206 237 268 298 329 359 
26 26 57 85 116 146 177 207 238 269 299 330 360 
27 27 58 86 117 147 178 208 239 270 300 331 361 
28 28 59 87 118 148 179 209 240 271 301 332 362 
29 29 88 119 149 180 210 241 272 302 333 363 
30 30 89 120 150 181 211 242 273 303 334 364 
31 31 90 151 212 243 304 365 
( )



 −
=
365
8036045,23 NDAsenδ
 
 
Fotoperíodo 
 
Intervalo entre o nascer e o pôr-do-sol em um dado dia, também denominado 
de duração do dia: 
 
 
Cálculo do Fotoperíodo (N) 
� N = hora do pôr-do-sol – hora do nascer-do-sol 
� Considerando a trajetória simétrica do sol em relação ao meio-dia, 
podemos admitir que: 
� N = 2 * hn/15 
� Ao nascer, o ângulo zenital é 90 e cos90 = 0. Assim, 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIDADE 3 – ATMOSFERA 
 
A atmosfera da Terra é uma fina camada de gases que circunda o nosso 
planeta. Possui, no total, 480 quilômetros de espessura. 
* Diâmetro equatorial ~ 12.742 km 
� Maior parte da atmosfera (~80%), situada até 16 quilômetros de altura. 
� Atua como sede dos fenômenos meteorológicos. 
� Distribuição homogênea. 
� Forte interação com a Radiação Solar. 
 
Composição da atmosfera terrestre 
Matriz básica (% em vol. de ar seco): N2 (~78%), O2 (~21%) e 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 
 
GÁS FONTES DE EMISSÃO 
 naturais antropogênicas 
CONCENTRAÇÃO 
 1750 atual 
TEMPO DE 
RESIDÊNCIA NA 
ATMOSFERA 
 
PODER DE 
AQUECIM. 
CO2 →Respiração →queima combustíveis fósseis 
→ Decomposição de →mudanças na vegetação 
 material orgânico → queima de biomassa 
 → fabricação de cimento 
 
280 ppmv 370 ppmv 50 - 200 anos 1 
CH4 →mat. orgânica em →combustíveis fósseis 
 decomposição →fermentação entérica 
 (pântanos, lagos →arrozais inundados 
 e oceanos ) →dejetos animais 
 →esgotos 
 
700 ppbv 1800 ppb 12 - 17 anos 21 
N2O →oceanos , solos →fertilizantes 
 tropicais e →indústria :nylon, ac.nítrico 
 temperados →queima de biomassa e 
 (bactérias) de combustíveis fósseis 
 →modificação do uso do solo 
 →conversão catalítica (carros) 
 
 275 ppbv 310 ppbv 120 anos 310 
CFCs →propelentes, solventes, 
 refrigeração, espumas 
0 ordem de 
 pptv 
 13 - 102 anos acima de 
 10.000 
 
GÁS FONTES DE EMISSÃO 
 naturais antropogênicas 
CONCENTRAÇÃO 
 1750 atual 
TEMPO DE 
RESIDÊNCIA NA 
ATMOSFERA 
 
PODER DE 
AQUECIM. 
CO2 →Respiração →queima combustíveis fósseis 
→ Decomposição de →mudanças na vegetação 
 material orgânico → queima de biomassa 
 → fabricação de cimento 
 
280 ppmv 370 ppmv 50 - 200 anos 1 
CH4 →mat. orgânica em →combustíveis fósseis 
 decomposição →fermentação entérica 
 (pântanos, lagos →arrozais inundados 
 e oceanos ) →dejetos animais 
 →esgotos 
 
700 ppbv 1800 ppb 12 - 17 anos 21 
N2O →oceanos , solos →fertilizantes 
 tropicais e →indústria :nylon, ac.nítrico 
 temperados →queima de biomassa e 
 (bactérias) de combustíveis fósseis 
 →modificação do uso do solo 
 →conversão catalítica (carros) 
 
 275 ppbv 310 ppbv 120 anos 310 
CFCs →propelentes, solventes, 
 refrigeração, espumas 
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 13 - 102 anos acima de 
 10.000 
 
GÁS FONTES DE EMISSÃO 
 naturais antropogênicas 
CONCENTRAÇÃO 
 1750 atual 
TEMPO DE 
RESIDÊNCIA NA 
ATMOSFERA 
 
PODER DE 
AQUECIM. 
CO2 →Respiração →queima combustíveis fósseis 
→ Decomposição de →mudanças na vegetação 
 material orgânico → queima de biomassa 
 → fabricação de cimento 
 
280 ppmv 370 ppmv 50 - 200 anos 1 
CH4 →mat. orgânica em →combustíveis fósseis 
 decomposição →fermentação entérica 
 (pântanos, lagos →arrozais inundados 
 e oceanos ) →dejetos animais 
 →esgotos 
 
700 ppbv 1800 ppb 12 - 17 anos 21 
N2O →oceanos , solos →fertilizantes 
 tropicais e →indústria :nylon, ac.nítrico 
 temperados →queima de biomassa e 
 (bactérias) de combustíveis fósseis 
 →modificação do uso do solo 
 →conversão catalítica (carros) 
 
 275 ppbv 310 ppbv 120 anos 310 
CFCs →propelentes, solventes, 
 refrigeração, espumas 
0 ordem de 
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 13 - 102 anos acima de 
 10.000 
 
Gases de Efeito Estufa – fontes, concentração, tempo de 
residência e poder de aquecimento em relação ao CO2
 
 
Estrutura da Atmosfera 
A atmosfera pode ser dividida de acordo com suas características físicas e 
químicas 
 
 
Variação da temperatura e da pressão atmosférica nas diferentes camadas da 
atmosfera. 
� Pressão atmosférica 
� Temperatura 
Na Troposfera há diminui devido à rarefação do ar e à redução da pressão. 
Aumentos de temperatura em altitudes maiores estão relacionadas a efeitos 
físico-químicos - na estratosfera o aumento se deve à absorção da radiação 
solar ultravioleta pelas moléculas de ozônio). 
 
 
Absorção da radiação solar 
Espectro teórico da radiação solar antes da interação com a atmosfera, com a 
proporção de cada faixa de comprimento de onda 
 
 
Absorção de Energia Radiante pelos Componentes Atmosféricos em Diferentes 
Comprimentos de Onda 
 
 
Absorção de Energia Radiante pelos Componentes Atmosféricos em Diferentes 
Comprimentos de Onda 
 
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 direção dos 
raios solares, devido aos processos de absorção e difusão da radiação solar 
 
 
Radiação solar: direta e difusa 
Constituintes atmosféricos (aerossóis, partículas de poeira e gotículas de 
água, nuvens, nevoeiros, etc.) mudama direção dos raios solares. 
Tal processo gera a radiação multi-direcional, 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. 
 
 
 
 
 
 
Movimentos Atmosféricos 
 
 
Forças atuantes sofre as massas de ar: forças primárias 
 
 
Forças atuantes sofre as massas de ar: forças secundárias 
 
 
 
A associação das 5 forças caracteriza o deslocamento das massas de ar, ou 
circulação geral da atmosfera. 
 
Formação das Zonas de Convergência 
 
 
 
Ciclones e Anticiclones 
 
Os ciclones e anticiclones formados na atmosfera conferem mudanças na 
direção dos ventos predominantes 
 
 
Circulação Atmosférica na América do Sul 
 
A circulação geral da atmosfera é modificada por uma séries de fatores ao 
longo do ano, tendo grande variação temporal e espacial. Na América do Sul, 
além dos ciclones e anticiclones, um fenômeno bastante conhecido, é a 
variação da circulação no sentido zonal (leste – oeste), conhecido como El 
Niño 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 
fenômeno com El-Niño/La-Niña. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIDADE 4 - ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS 
 
Organização e Padronização das Observações Meteorológicas 
 
� Criada em 1950, WMO tornou-se uma agencia das Nações Unidas 
especializada em meteorologia (clima e tempo), hidrologia e ciências 
geofísicas. 
 
� Como tempo, clima e o ciclo hidrológico basicamente não apresentam 
barreiras nacionais, uma cooperação internacional em escala global é 
essencial para o desenvolvimento da meteorologia e hidrologia. É a 
WMO que estabelece o quadro para a cooperação internacional. 
 
� Importância: contribuição substancial para reforçar o desenvolvimento 
econômico e bem-estar social de todos os setores da sociedade, em 
áreas como a segurança alimentar, recursos hídricos e transporte. 
 
 
Procedimentos e padronização das observações 
 
� A observação de superfície consiste de procedimentos sistemáticos e 
padronizados, visando à obtenção de informações qualitativas e 
quantitativas referentes aos parâmetros meteorológicos, capazes de 
caracterizar plenamente o estado instantâneo da atmosfera. 
 
� Padrão: ORGANIZAÇÃO METEOROLÓGICA MUNDIAL (OMM/ONU), 
incluindo: tipos de equipamentos usados, técnicas de calibração, 
aferição, ajuste, manuseio e procedimentos observacionais (horário). 
 
� Obtenção dos dados: mediante leituras ou registros contínuos; 
identificados pelo próprio observador (a quantidade, altura e o tipo de 
nuvens, a visibilidade, etc.). Alguns são estimulados ou derivados dos 
primeiros (a temperatura do ponto do orvalho, a pressão ao nível do 
mar, etc.). 
 
Tipos de Estações Meteorológicas 
 
� Estações sinóticas: realizam observações em horários padronizados 
internacionalmente, para fins de previsão do tempo. O horário padrão 
é o Tempo Médio de Greenwich – TMG (00:00, 6:00, 12;00 e 18:00). 
Assim todas as observações são efetuadas ao mesmo tempo, 
independente da localização geográfica da estação. Quando reunidas 
em um mapa, todas as observações efetuadas no mesmo TMG 
denominam-se Carta Sinótica, que constitui um flash do estado 
atmosférico para toda a área coberta pelas estações. 
 
� Estações climatológicas: fins climatológicos. As principais medem os 
elementos meteorológicos necessários aos estudos climáticos (medida 
diária e ininterrupta de pelo menos 30 anos). 
 
� Estações agrometeorológicas: objetivam coletar dados meteorológicos 
de interesse às atividades agrícolas - realizam algumas observações não 
encontradas em outros tipos de estação; 
 Ex: temperatura do solo, evaporação. 
 
Estação Meteorológica: os Sistemas de Coleta de Dados 
 
� Estações meteorológicas convencionais – estação que exige a presença 
diária do Observador Meteorológico para a coleta dos dados. Os 
equipamentos são normalmente de leitura direta como os termômetros, 
ou com sistema mecânico de registro. 
 
� Vantagens: Equipamentos mais robustos, menor necessidade de 
manutenção. 
 
� Desvantagem: necessidade de mão de obra diária (feriados, páscoa, 
natal, etc...), equipamentos de maior custo. 
� Estações meteorológicas automáticas – estação que tem coleta de 
dados totalmente automatizada. Sensores operam com princípios que 
permitam a emissão de sinais elétricos, que são captados por um 
sistema de aquisição de dados (datalogger), armazenamento, processo 
e envio informatizado dos dados. 
 
� Vantagem: dispensa mão de obra; registro contínuo dos elementos 
meteorológicos; aquisição, armazenamento e saída dos dados em 
intervalos definidos pelo usuário (ex: leitura a cada segundo e média a 
cada 15 minutos), equipamentos de menor preço. 
 
� Desvantagens: dependente de energia elétrica “painel solar”; exige 
calibração mais constante dos sensores. 
 
 
Estação Meteorológica Automática/Convencional: exigência para definição do 
local de instalação 
 
O local escolhido deve ser representativo da área, tomando-se as seguintes 
precauções: 
 
� evitar condições extremas de relevo; 
� área deve ser bem exposta aos ventos locais, tendo longos horizontes, 
especialmente no sentido leste-oeste; 
� deve ser ampla, plana, de fácil acesso, gramada (8 a 10cm de altura), 
deve ser cercada para evitar a entrada de animais (convencionais e 
automáticas). 
� evitar proximidade de maciços florestais, árvores isoladas e 
construções que possam projetar sombra na área da estação ou 
interferir nas condições atmosféricas; 
� afastada de cursos ou represamento de água (termorregulação ~ 
modificação do balanço de energia). 
 
Classificação quanto ao número de elementos meteorológicos observados. 
 
a) Estações de primeira classe: instrumentos para medir todos os elementos 
meteorológicos. Possibilita caracterização detalhada das condições 
meteorológicas do local. 
 
b) Estações de segunda classe: não são medidas a pressão atmosférica, 
velocidade e direção do vento, e irradiância solar global. Possibilita 
caracterização dos principais elementos para fins agrometeorológicos. 
 
c) Estações de terceira classe: estação termo-pluviométrica (temperatura 
máxima, mínima e chuva). De uso em propriedades agrícolas. 
 
Estação meteorológica convencional: equipamentos e instalação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rede de Estação Meteorológicas no Brasil 
 
 
 
 
 
 
 
 
Usos dos dados meteorológicos “Agrometeorologia” 
 
Sistema de Informações Agrometeorológicas 
Operacionalizar técnicas desenvolvidas pela pesquisa em Agrometeorologia 
visando gerar informações que auxiliem no planejamento das atividades 
agrícolas. 
Exemplos: 
� Santa Catarina: EPAGRI / CIRAM 
� São Paulo: IAC / CIIAGRO 
� Brasil: Embrapa Informática Agropecuária & Cepagri-Unicamp / 
AGRITEMPO