XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002 COEFICIENTE DE REFLEXÃO OBTIDO A PARTIR DE DIFERENTES METODOLOGIAS Emerson Galvani Departamento de Ciências Atmosféricas, IAG/USP e-mail:
[email protected] João Francisco Escobedo Departamento de Recursos Naturais – FCA/UNESP, Botucatu-SP e-mail:
[email protected] Hildeu Ferreira da Assunção Departamento de Geografia, CAJA/UFG e-mail:
[email protected] Amauri Pereira de Oliveira Departamento de Ciências Atmosféricas, IAG/USP e-mail:
[email protected] ABSTRACT: The goal of this work was to evaluate six methods of calculating the average daily of reflection coefficient on the cucumber cultivated in open field condition and in protected field condition. The methodologies consisted of computing the medium relationship between the reflected and global solar irradiances observed in periods of 5 minutes, punctual hourly and daily integral. The results proved that the different methods of calculating the reflection coefficient don't affect the daily medium value significantly. Among the tested methods, the one that involves only a sampling showed the larger errors, due to the variation of the solar irradiance reflected with the zenithal angle. Regarding the crop environments, we can conclude that reflection coefficient values, significantly larger in protected field condition, are due to the homogenization of the dossel of the culture in this environment, proportioning a larger scattering of the diffuse radiation. Keywords: reflection coefficient, solar radiation, calculation methodology. INTRODUÇÃO O coeficiente de reflexão, também denominado de reflectância (Azevedo et al., 1997) ou ainda de “albedo de superfície” é uma informação de grande aplicabilidade em estudos sobre balanços de energia e na modelagem da radiação solar, cujas variações traduzem as propriedades óticas da superfície, governando a energia disponível aos diferentes processos físicos e fisiológicos que ocorrem em determinado meio. O coeficiente de reflexão ( ρ ), o qual chamaremos neste trabalho, sobre determinada superfície está relacionado com o tipo de cobertura do solo e da sua umidade, da espécie cultivada, do arranjo foliar, do ângulo de incidência dos raios solares (época do ano e hora do dia), tipo (direta, difusa e global) e da quantidade de irradiância (Stanhill et al., 1968; Blad & Baker, 1972; Leitão et al., 1990). No início da estação de crescimento de uma cultura, o coeficiente de reflexão é principalmente determinado pelas características óticas das partículas do solo e da estrutura e conteúdo de umidade da superfície do solo. Próximo ao fim da referida estação, ele é principalmente determinado pela condição física das folhas e estrutura de cultivo (Jacobs et al. 1990). Valores típicos de albedo são apresentados por Davies & Buttimor (1969), para culturas de milho, de tomate, de trigo, de pepino, do fumo, da grama e do solo sem cobertura. Ainda esses autores encontraram diferenças entre os valores médios de albedo em função do método de obtenção, ou seja, a partir de médias horárias e a partir do coeficiente angular da linha de regressão entre radiação global e a radiação refletida. Blad & Baker, (1972), Andre & Viswanadhan (1983) e Leitão et al. (1990) apresentam curvas de albedo obtido sobre cultura de soja; Azevedo et al. (1997) em videira; Assis & Escobedo (1996) em cultura de alface, Cunha (2001) em cultura de pimentão e Galvani et al. (2001) em cultura de pepineiro. Os valores obtidos na literatura podem diferir para uma mesma cultura e mesma localidade em função das diferentes formas de obtenção dos valores das irradiâncias global e refletida, quer sejam, em escala instantânea (W m-2), através da relação dos valores integrados da irradiância refletida e global (MJ m-2 d-1), através do coeficiente angular da correlação entre as irradiância global e refletida (W m-2) ou ainda, na ausência de sistema de aquisição automática de dados a partir de medidas pontuais com uso de multímetros em horários pré-determinados (geralmente 9h, 12h e 15h).
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XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002 Diante do exposto objetiva o presente trabalho avaliar os diferentes métodos de obtenção do coeficiente de reflexão, quer seja na escala instantânea, integrada e pontual, em condições de ambiente protegido e a campo ao longo de ciclo de primavera-verão da cultura de pepineiro. MATERIAL E MÉTODOS O experimento foi conduzido junto ao Departamento de Recursos Naturais, FCA, UNESP, Campus de Botucatu, SP, com as seguintes coordenadas geográficas: lat.: 22º 51’ S, long.: 48º 26’ W e alt.: 786m. O ensaio foi constituído de uma parcela interna: ambiente protegido (AP) coberta com polietileno de 120µm de espessura com laterais de sombrite a 50% e, outra parcela externa, ambas com dimensões de 7 x 40m cultivadas com cultura de pepineiro, variedade Hokuhoo, tipo salada e de crescimento indeterminado. Nos canteiros, o espaçamento entre plantas na linha foi de 0,3m e de 0,7m entre linhas. A densidade de plantio foi de 4,76 plantas m-2. Avaliaram-se, com auxílio de quatro piranômetros, as componentes de radiação global e refletida, sendo dois piranômetros montados com os sensores voltados para o dossel da cultura (um interno e outro externo) determinando a componente refletida de ondas curtas (Tabela 1). Segundo a OMM as medidas do ρ devem ser realizadas com os sensores instalados em torres mais altas que possíveis e localizados na região mais homogênea da área experimental (http://www.wmo.ch/web/gcos/terre/variable/radref.html). A partir de valores de irradiância global (G↓) e refletida (R↑) determinou-se o coeficiente de reflexão da superfície (ρ) com uso das seguintes equações:
R↑ = ρ ⋅ G ↓
ρ =
ρ =
(01)
R↑ i =8h G↓ 16 h
∑
1 n i
16 h
16 h
8h
8h
∫ R↑
∫ G↓
(02)
(03)
ρ =
R ↑ 8 h + R ↑ 9 h .... R ↑ 16 h G ↓ 8 h + G ↓ 9 h .... G ↓ 16 h
(04)
ρ =
R ↑ 9 h + R ↑ 12 h + R ↑ 15 h G ↓ 9 h + G ↓ 12 h + G ↓ 15 h
(05)
ρ =
R ↑ 12 h G ↓ 12 h
(06)
A equação (01) foi adotada como referência para estudos comparativos com as demais metodologias, sendo o ρ médio para determinado dia obtido a partir das irradiâncias refletida e global (W m-2) obtidos em intervalos de 5 minutos e freqüência de 0,2Hz, totalizando 97 observações diárias entre 08h00min e 16h00min. O critério de escolha por essa metodologia baseia-se no fato de que o coeficiente B da reta de regressão minimiza os erros que possam estar associados a essas medidas e também estabelece pesos iguais para determinada valor de energia seja ela de componente global ou refletida. A equação (02) resulta em valores ρ obtidos a partir de leituras médias instantâneas (W m-2) da componente refletida e global, totalizando, também, 97 observações para cada dia. A equação (03) foi obtido a partir do valor integrada das energias global e refletida (MJ m-2 d-1). Nas equações (04), (05) e (06) utilizou-se de valores pontuais das irradiâncias global e refletida em horários pré-estabelecidos. Tabela 1 - Sensores utilizados nas condições de ambiente protegido e a campo e suas respectivas constantes de calibração no período do experimento. Sensor Ambiente protegido Condição de campo 2 -1 Irradiância Global 8,760 µV.m .W 8,130 µV.m2.W-1
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XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002 17,183 µV.m2.W-1
Irradiância Refletida
14,437 µV.m2.W-1
RESULTADOS E DISCUSSÕES A tabela 2 apresenta os valores médios do coeficiente de reflexão obtido durante o ciclo de primaveraverão da cultura do pepineiro, totalizando 102 dias de observações, fazendo-se uso das diferentes metodologias. A análise estatística mostrou não haver diferença significativa entre os valores do coeficiente de reflexão obtidos pelas diferentes metodologias para ambas as condições de cultivo (protegido e a campo). A comparação entre os ambientes de cultivo, apresentam valores médios significativamente diferentes mostrando existir influência do dossel da cultura nos valores do coeficiente de reflexão. Tabela 02: Valores médios do coeficiente de reflexão obtido para as condições de ambiente protegido (ap) e a campo (ca) por meio de diferentes metodologias. Equação 01 Equação 02 Equação 03 Equação 04 Equação 05 Equação 06 0,1986 aA 0,1975 aA 0,2009 aA 0,2013 aA 0,1981 aA ρ ap 0,1960aA
ρ
ca
0,1686 aB
0,1727 aB
0,1701 aB
0,1728 aB
0,1707 aB
0,1649 aB
* Valores seguidos da mesma letra minúscula na linha não diferem significativamente em nível de 5% de probabilidade pelo teste t. ** Valores seguidos da mesma letra maiúscula na coluna não diferem significativamente em nível de 5% de probabilidade pelo teste t.
A Tabela 03 apresenta os valores do coeficiente B, o erro associado e a correlação entrem a metodologia referência (equação 01) e as demais metodologias. Esses resultados também podem ser observados nas figuras 1 e 2 (a, b, c, d e e). Comparativamente, a metodologia que apresentou os melhores resultados (expressos pelo coeficiente de correlação e o erro médio), foi a equação (03), ou seja, àquela em que os valores de ρ foram obtidos a partir dos valores integrados das energias refletida e global. A equação (06) apresentou os maiores erros associados ao coeficiente angular e também os menores coeficientes de correlação em ambos os ambientes, mostrando uma sub estimativa dos valores do ρ , expresso pelo coeficiente angular menor que 1 no ambiente protegido. Tal dispersão, associa-se ao fato de apenas uma medida pontual na passagem meridiana não representar fidedignamente a média dos valores de ρ para um determinado dia, uma vez que, a curva diária do ρ varia em função do ângulo zenital, ou seja, o momento da passagem meridiana não representa o valor do ρ para aquele dia (Iqbal, 1983). Tabela 03: Comparação entre a metodologia referência e as demais para as condições de ambiente protegido e a campo. Ambiente protegido Condição de campo B Erro R B Erro R Ref*eq2 1,0137 0,00394 0,990 1,0241 0,00500 0,971 Ref*eq3 1,0081 0,00129 0,999 1,0098 0,00222 0,994 Ref*eq4 1,0242 0,00475 0,986 1,0253 0,00534 0,969 Ref*eq5 1,0251 0,00628 0,976 1,0122 0,00821 0,927 Ref*eq6 0,9825 0,01271 0,858 1,0134 0,01036 0,936
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XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002
Figura 1. Relação entre o coeficiente de reflexão obtido pela metodologia de referência (equação 01) as demais apresentadas na metodologia (equação 02 – figura a; equação 03 – figura b; equação 04 – figura c; equação 05 – figura d e equação 06 – figura e) ao longo do ciclo da cultura de pepineiro cultivado em condições de ambiente protegido.
Figura 2. Relação entre o coeficiente de reflexão obtido pela metodologia de referência (equação 01) as demais apresentadas na metodologia (equação 02 – figura a; equação 03 – figura b; equação 04 – figura c;
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XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002 equação 05 – figura d e equação 06 – figura e) ao longo do ciclo da cultura de pepineiro cultivado em condições de campo. CONCLUSÕES O presente trabalho envolvendo a análise de diferentes metodologias na determinação do coeficiente médio diário da radiação refletida, permite extrair as seguintes conclusões: 1) As diferentes metodologias de se calcular o coeficiente de reflexão não afetou significativamente o valor médio diário; 2) Dentre as seis metodologias, a menos recomendada é aquela que envolve somente uma amostragem por não expressar a curva diária do coeficiente de reflexão que é função do ângulo zenital solar; 3) Valores do coeficiente de reflexão significativamente maiores na condição de ambiente protegido devem-se a formação de um dossel da cultura mais homogêneo nesta condição, promovendo maior espalhamento da radiação difusa. AGRADECIMENTOS: O primeiro autor agradece a Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) pelos recursos financeiros concedidos por intermédio do processo 96/08974-7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANDRÉ, R.G.B., VISWANADHAN, Y. Radiation balance of soybeans grown in Brazil. Agricultural Meteorology, v.30, p.150-73, 1983. ASSIS, S.V. de., ESCOBEDO, J.F. Avaliação do albedo na cultura de alface (Lactuca Sativa, L.) em estufas nas orientações norte-sul e leste-oeste. IN: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 9., 1996, Campos do Jordão, SP. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Meteorologia, 1996. 1499p. p.357360. AZEVEDO, P.V. de.; TEIXEIRA, A. H. de C.; SILVA, B.B. da.; SOARES, J.M.; SARAIVA, F.A.M. Avaliação da reflectância e do saldo de radiação sobre um cultivo de videira européia. Rev. Bras. Agrometeorologia, Santa Maria, v.5, n.1, p.1-7, 1997. BLAD, L.B. & BAKER, D.G. Reflected radiation from a soybean crop. Agronomy Journal, Madison, v.6, p.27781, 1972. CAMACHO, M. J.; ASSIS, F.N. de.; MARTINS, S.R.; MENDEZ, M.E.G. Avaliação de elementos meteorológicos em estufa plástica em Pelotas , RS. Rev. Bras. Agrometeorologia, Santa Maria, v.3, p.19-24, 1995. CUNHA, A. R., Parâmetros agrometeorológicos de cultura de pimentão (Capsicum annuum L.) em ambientes protegido e campo. Botucatu, 2001, 128p. (Tese – Doutorado em Energia na Agricultura, Universidade Estadual Paulista). CUNHA, G.R.; PAULA, J.R.F. de.; BERGAMASCHI, H.; SAIBRO, J.C. de.; BERLATO, M.A. Balanço de radiação em alfafa. Rev. Bras. Agrometeorologia, Santa Maria, v.1, n.1, p.1-10, 1993. DAVIES, J.A.; BUTTIMOR, P.H. Reflection coefficients, heating coefficients and net radiation at Simcoe, Southern Ontario. Agricultural Meteorology, Armsterdam, v.6, p.373-86, 1969. FARIAS, J.R.B.; BERGAMASCHI, H.; MARTINS, S.R.; BERLATO, M.A. Efeito da cobertura plástica de estufa sobre a radiação solar. Rev. Bras. Agrometeorologia, Santa Maria, v.1, n.1, p.31-6, 1993. FRITSCHEN, L.J. Net and solar radiation relations over irrigated field crops. Agricultural Meteorology, Armsterdan, v.4, p 55-63, 1967. GALVANI, E. Avaliação agrometeorológica do cultivo de pepino (Cucumis sativus, L.) em ambientes protegido e a campo, em ciclos de outono-inverno e primavera-verão. Botucatu, 2001, 124p. (Tese – Doutorado em Energia na Agricultura, Universidade Estadual Paulista). http://www.wmo.ch/web/gcos/terre/variable/radref.html IQBAL, M. An introduction to solar radiation, New York: Academic Press, 1983, 390p. JACOBS, A.F.G., & VAN PUL, W.A.J. Seasonal changes in the albedo os maize crop during two seasons. Agricultural and Forest Meteorology, v.49, p.351-60, 1990. LEITÃO, M.M.V.R.; AZEVEDO, P.V. de.; COSTA, J.P.R. da. Balanço de radiação e energia numa cultura de soja irrigada, nas condições semi-áridas do nordeste do Brasil. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE AGROMETEOROLOGIA, 6, Salvador-BA, Sociedade Brasileira de Meteorologia. Anais... p.27-32, 1990.
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