Universidade Federal de Santa Maria
Ci. e Nat., Santa Maria v.42, Special Edition: Micrometeorologia, e25, 2020
DOI:10.5902/2179460X46928
ISSN 2179-460X
Received: 04/06/20 Accepted: 04/06/20 Published: 28/08/20
Special Edition
Estimando a altura da camada limite atmosférica sobre diferentes superfícies da região amazônica
Estimating the atmospheric boundary layer height above multiple surfaces of the amazon region
Raoni Aquino Silva de Santana I
Cléo Quaresma Dias-Júnior II
Julio Tóta III
Rodrigo da Silva IV
Roseilson Souza do Vale V
Antônio Marcos Delfino de Andrade VI
Raphael Tapajós VII
Beatriz Freire Mota VIII
Kewen Antônio Souza Vieira IX
Luis Paulo Aquino Silva de Santana X
I Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil. E-mail: raoniass@gmail.com.
II Instituto Federal do Pará, Belém, Brasil. E-mail: cleo.quaresma@ifpa.edu.br.
III Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil. E-mail: totaju@gmail.com.
IV Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil. E-mail: rodrigo.silva@ufopa.edu.br.
V Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil. E-mail: roseilson.vale@ufopa.edu.br.
VI Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil. E-mail: antonio.andrade@ufopa.edu.br.
VII Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil. E-mail: raphael.silva@ufopa.edu.br.
VIII Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil. E-mail: beatriz.freire@outlook.com.br.
IX Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil. E-mail: kewena2@gmail.com.
X Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil. E-mail: luis.aquino13@hotmail.com.
RESUMO
A altura da Camada Limite Atmosférica
() é uma
importante grandeza utilizada em muitas parametrizações nos cálculos de fluxos
de superfície. No entanto, para obter esta altura se faz necessário o uso de
sondagens atmosféricas, que podem ser dispendiosas ou até mesmo inviáveis, do
ponto vista logístico, em alguns locais da Amazônia. O objetivo deste trabalho
é estimar
por meio do
espectro da componente zonal do vento sobre diferentes superfícies da região
amazônica, comparando com os resultados disponíveis na literatura. As informações
do ciclo diário de
foram
consistentes, num aspecto geral, com valores mínimos durante a noite e máximos
durante o dia, em todas as superfícies estudadas. Por outro lado, em alguns
casos os resultados parecem fugir do que é fisicamente esperado, por exemplo, encontraram-se
valores médios de
maiores
para o lago do que para a savana. Conclui-se que o método tem potencial para
ser usado no cálculo de
, mas ainda são
necessários mais estudos para aprimorá-lo.
Palavras-chave: Savana; Lago; Floresta; Espectro da Turbulência.
ABSTRACT
The Atmospheric Boundary
Layer height () is an
important quantity used in many parameterizations in surface flux calculations.
However, to obtain this height, it is necessary to use atmospheric radiosonde,
which can be expensive or even logistically unfeasible in some places in the
Amazon. The objective of this work is to estimate
through the spectrum of the zonal wind component above multiple surfaces
of the Amazon region, comparing with the results available in the literature.
The
daily cycle information was generally consistent with minimum values
at night and maximum values during the day on all surfaces studied. On the
other hand, results seem to run away from expectations, such as
being
larger for the lake than for the savana. It follows that the method has
potential to be used in the
calculation,
but still needs further study to improve it.
Keywords: Savana; Lake; Forest; Turbulence Spectrum.
1 Introdução
Apesar de ser mais conhecida por suas vastas florestas, a região
amazônica apresenta uma considerável variedade de paisagens, que podem ser
naturais ou decorrentes da ação antrópica, com diferentes tipos de superfícies
e cobertura vegetal (HESS et al., 2015). Cada superfície interage com a
atmosfera sobrejacente por meio de fluxos de momentum, massa e energia, que por
sua vez, influenciam o crescimento da Camada Limite Atmosférica (CLA). Quando
se trata desta camada, uma das primeiras pergunta a se fazer está relacionada à
sua altura (), que varia de superfície para
superfície de acordo com a disponibilidade de energia e seu respectivo
particionamento, ou seja, como os fluxos de calor sensível, latente e no solo
são distribuídos.
Fisch et al. (2004) comparou o crescimento da camada limite
sobre uma área de pastagem com outra de floresta, ambos localizados no sudoeste
da região amazônica, encontrando valores médios de 550 metros maior sobre a pastagem do
que sobre a floresta, na estação seca. Isso acontece devido ao fluxo de
calor sensível dominar o balanço de energia na pastagem, enquanto que na
floresta quem domina é o fluxo de calor latente. Existem vários métodos para a
obtenção de
, no entanto o mais direto deles se faz
necessário medidas do perfil vertical de temperatura potencial, obtido por
radiossondagem atmosférica. Tal método, apesar de eficaz, é dispendioso e
muitas vezes impraticável em alguns locais de difícil acesso na Amazônia.
Portanto, o objetivo deste trabalho é estimar
por meio do espectro da componente zonal
do vento, para diferentes superfícies da Amazônia, comparando com os resultados
descritos na literatura para a região.
2 Metodologia
2.1 Área de Estudo e Dados
Os dados utilizados neste trabalho foram obtidos em três sítios
experimentais, um localizado no estado amazonas, que consiste de uma floresta
densa (daqui em diante chamado apenas de floresta) com um dossel () de
35m de altura, e outros dois no estado Pará, denominados aqui de savana e lago.
O sítio de floresta é o mais antigo em operação, considerando este tipo de
superfície, em toda Amazônia, operando desde 1999 (TÓTA; FITZJARRALD; DIAS,
2012). Para este trabalho utilizou-se dados do projeto GoAmazon ocorrido em
2014 e inicio de 2015, neste sítio (FUENTES et al., 2016).
Tabela 1 – Sítios, altura das medições e taxa de amostragem
|
|
Altura das Medições (m) |
Taxa de Amostragem (Hz) |
|
|
Floresta |
48,2 |
20 |
|
|
Savana |
12 |
10 |
|
|
Lago |
3 |
10 |
|
A savana, uma das poucas áreas naturais deste tipo de vegetação na amazônica, localiza-se no município de Santarém à margem leste do rio Tapajós. Em maio de 2017 foi instalada um torre triangular com 14m de comprimento, equivalente a duas vezes a altura do dossel e, desde setembro de 2018, medidas continuas vem sendo realizadas neste sítio (Figura 1, COSTA, 2019). Os dados do Lago foram coletados no reservatório da hidrelétrica Curuá-Una, distante cerca de 70Km da cidade de Santarém, medidos por um sistema de covariância de vórtices turbulentos instalado em uma boia micrometeorológica, que operou de junho de 2015 a julho de 2016 (VALE et al., 2016b). As medidas de temperatura sônica e componentes da velocidade do vento utilizadas neste trabalho foram feitas por anemômetros sônicos tridimensionais (CSAT3,Campbell Scientific; Logan, UT, EUA), sendo que a taxa de amostragem e altura das medições em cada sítio estão sumarizados na tabela 1.
2.2 Metodologia
A altura da camada de limite () foi obtida por meio do espectro de
potência da componente zonal (u) da velocidade do vento. As bases teóricas para
a derivação das equações utilizadas então descritas em Liu e Ohtaki (1997).
Assim,
é obtida pela equação:
|
|
Em que é altura das medições;
é a frequência normalizada no ponto de
máximo do espectro de potência de
.
Assim como em Miranda et al., (2013), foi
substituído por
para o sítio de floresta densa, sendo
o
deslocamento do plano zero.
Figura 1 – Esquema das medidas sobre: a) Floresta densa (adaptado de Fuentes et al., 2016); b) Savana (adaptado de COSTA, 2019); e c) Lago (adaptado de Vale et al., 2016; e Vale et al., 2016b)
3 Resultados e Discussão
Os ciclos diários de são mostrados na Figura 2 para os
sítios mencionados anteriormente, além dos resultados encontrados por Carneiro
et al. (2018) para uma área de pastagem no estado do Amazonas. Estes
pesquisadores estimaram
por diferentes instrumentos de medidas,
entre eles um ceilometer e por radiossonda. Como pode-se observar na Figura 2,
os resultados do ceilometer são consistes ao observado por radiossonda.
Figura 2 – Ciclo diário da altura da camada limite () para diferentes tipos de superfície
conforme a legenda
Comparando os resultados obtidos aqui com os de Carneiro et al.
(2018), observa-se que o método do espectro foi capaz de capturar a evolução da
camada limite, a qual começa a crescer após o nascer do sol, por volta das 08 HL(hora
local), atinge seu máximo por volta do meio dia (com exceção do lago que ocorre
no meio da tarde) e começa a decair a partir de então. Outro resultado
importante e mais ou menos esperado é a possível superestimação dos valores de no período noturno, principalmente para
a floresta, uma vez que o método utilizado neste trabalho foi desenvolvido para
o cálculo de
da camada de mistura. Por outro lado,
este resultado indica ser possível também calcular
para a camada limite estável com alguns
ajustes. Possíveis incoerências, como
ser maior sobre o lago do que sobre a
savana, podem estar relacionada ao período distinto de coleta de dados. Para se
ter uma base, o período de coletada dos dados do lago coincidiu com o forte El
Ninõ de 2015-2016.
4 Conclusão
O método baseado no espetro de potência de u tem potencial para
ser usado no cálculo , principalmente durante o dia. Para o
período noturno uma nova formulação precisa ser implementada com base no
referido espectro. Além disso, análises mais refinadas precisam ser feitas,
como a comparação de períodos semelhantes das diferentes superfícies e a
comparação com outras metodologias com dados do mesmo local.
Agradecimentos
Os autores agradecem à Universidade Federal do Oeste do Pará pelo apoio logístico na obtenção das medidas do lago e da savana e ao projeto GoAmazon que disponibilizou os dados da floresta.
Referências
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