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

 

by-nc-sa 


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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VALE, R. S. do; SANTANA, R. A. S. de; SILVA, J. T. da; MILLER, S. D.; SOUZA, R. A. F. de; PI-CANÇO, G. A. da S.; GOMES, A. C. dos S.; TAPAJÓS, R. P.; PEDREIRO, M. R. MEDIçõES POR COVARIÂNCIA DE VÓTICES TURBULENTOS DOS FLUXOS DE CALOR LATENTE, SENSÍVEL, MOMENTUM e CO2 SOBRE o RESERVATÓRIO DA USINA HIDRELÉTRICA DE CURUÁ-UNA – PA. Ciência e Natura, Universidad Federal de Santa Maria, v. 38, p. 15, jul 2016.



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