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AGROM~T~ ,ROlOGIA
, . .Agrometeorologia : 1undamentos e aplicações práticas
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fundamentos eAP.lica~óes Práticas
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Antonio Roberto Pereira
Agrometeorologia fundamentos e aplicações práticas
Antonio Roberto Pereira 'Luiz Roberto Angelocci Paulo Cesar Sentelhas
• Engenheiro Ayronõmo (1968, Esalq/USP); • MS e PhD em Micromeleorologia (1976 e 1978, Purdue University, USA);
-Livre-Docente em agrometeorologia (1990, Esalq/USP); ' Pós-doutorad o em Micrometeorologia (1993, University Df California, Oavis, USA); 'Professo r de Agrometeorologia (desde 1,990, Esalq/USP); • Coordenador da PósGraduação em Agrometeorologia (1991/1993, Esalq/USP); • Pesquisador Científico em Climatologia Ag rícola, Instituto Agronômico de Campinas ( 1969/1990); • Pesquisador Científico do CN Pq ; • Membro do Editorial Board Agr i cultura l and Forest Me t eorology, Elsevier, Amslerdam (1979/1995); • Editor Associado, Revista Brasileira de Meteorologia (desde 1998); • Consu ltor Ad hoc (CNPq, Fapesp, Fapeal, Fapergs,
Facepe).
Luiz RObert~og~~~~~~'~(~'973
Livraria e Editora Agropecuária
2002
() 2002 Livraria e Editora Agropecuária Ltda.
Prefácio
Dire itos desta ed ição reserva dos à
Livraria e Editora Agropecuária Ltda Rua Bento Gonça lves 236 CaJ'Xé1 PostaJ66 . F 'one: (51) 480-3030 Fax: (51) 480-3309 Bome Page: www.ed ipec.com.br E-mail: edipec@edipec.com 92500-000 - Guaíba - RS - Bras il I
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CAT ~LOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO Ficha de catalogação e laborad8 ' por S ,"10 c GOS pcl'i n CRB;-IO-733
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r I' iJ'a, An tonio Roberto
~~"OIl1CI COl'ologia : (unda mentos e aplicações prl Ircns / I\ ntonio Ro berto Pereira L . b i\ "1'c1 ) . I' I ' Ul Z o erto R"
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au o Cesar Sentelhas - G
!\g ro" ccu6rié1, 2002.
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I csde o descobrimento do N ovo Mundo, acredi tou-se 'Itl L' s ua imensidão territorial era fonte inesgotável de recurHOH na tura is. A agricultura, fonte primári a do desenvolvimen1ll l'm n6mico, p autou seu crescimento simplesm entc pela subs111 ti iç"0 dc florestas e campos por cultivos n ecessários ao a tend imcnto das n ecessid ades alimentares da nova população . I,s ti ma-se qu e, até o momen to, mais de 90% d a Floresta Atlânti ca, m ais da metade dos cerrados, e mais de um sexto da Flores ta Amazôruca tenham sido utilizados em nome da produção de alimentos, energia, e fibras . Apesar de cinco séculos de ex ploração, a fronteira agrícola continua a se exp andir p elas mesmas práticas, ou seja, derrubada, queimada, e implantação d e monocultivos, que, em muitas situações, são logo abandonados, deixando um rastro de degradação ambiental. A agricultura é um sistema tecnológico criado p elo homem, e há n ecessidade de se entender sua p erspectiva ecológ ica. É preciso reconhecer também que essa mesma tecnologia conseguiu reverter áreas naturalmente improdutivas em campos fé rteis, mas com enfoque apenas na produção, sem p erspecti va conservacionista . Com a crescente tendência na tentaIiva de se minimizar os efeitos adversos da explora ção agríco1., sobre o ambiente, com os consumidores impondo restrições I' ,'spccificando condições de produção de alimentos, o plane1,"" L'l1tO d o uso da terra com base nos asp ectos cli máticos pro,',,,,,, fo rnecer elementos p ara desenvolvimento da agricultura tl llHIl' l1tável. Os conceitos aqui apresentados e discutidos são rUlllla ll1cl1tais para que o equilíbrio entre aumento da produ-
Sumário
CAPÍTULO 1- INTRODUÇÃO À AGROMETEOROLOGIA 1.1 Introdução ................................................................................. 19 1.2 Meio (Ambiente) e Sistema ................................. ...... ............. 20 1.3 Condicionantes Climáticos / Meteorológicos da Produtividade Agrícola ......... ............................. ... .................. 21 1.4 Objetivos e Atuação da Agrometeorologia ................ .......... 24 1.5 Perspectivas ............................................................................ 25 CAPÍTULO 2. DEFINIÇÕES E CONCEITOS 2.1 Clima e Tempo ......... .. ..... .................................................... 27 Elementos e Fatores Climáticos / Meteorológicos ............ 28 2.2 2.3 Escala Temporal dos Fenômenos Atmosféricos . ...... 29 2.4 Escala Espacial dos Fenômenos Atmosféricos .................... 32 2.5 Estações do Ano .............................................................. " ....... 34 CAPÍTULO 3. A ATMOSFERA TERRESTRE 3.1 Estrutura Vertical da Atmosfera .......................................... 41 3.2 Composição Básica da Atmosfera ........................... ............ 41 Efeitos da Atmosfera sobre o Balanço de 3.3 Energia Radiante .. .................................................................... 50 3.3.1 Absorção da Radiação ............... .. ........ ................ .... ........ . 51 3.3 .2 Difusão da Radiação Solar ...... ..... .. .. .................................... 52 CAPÍTULO 4. MOVIMENTOS ATMOSFÉRICOS 4.1 Circulação Geral da Atmosfera / Ventos Predominantes. 55 4.2 Ciclones e Anticiclones ........................................................... 59 4.3 Circulação na América do Sul. ............................................... 60 4.4 EI Nino e La N ina ...................................................... .............. 61 4.5 Estrutura Ver tical dos Ventos .............................. ............... .... 66 4.6 Circulações e Ventos Locais ............ ........ ................................ 67 4.6 .1 Brisas Tena-Mar e Monções .................... 68 4.6.2 Husas de Montanha e de Vale .... .. . ....... ........ 69 '1. 6.3 Vento Foehn ou Chinook ........ ............... .................. ... .......... 69 '1.7 Ma ssas de Ar / Frentes ..................... .. ......... 70 11.7. 1 Fren tes .. ........................ ...................... .................. ............ ..... .... 72
Agrorneteorol ogia - 13
12 - Pereira, Angelocci e Sentelhas
CAPÍTULO 5. RADIAÇÃO SOLAR 5. 1 Introd u ção .. .. .. ............ ......... ...... . .. .. .......... .. .... ....... ... ... 75 5.2 Definições .. .. .. .... .. .... .. ........ .. .. ........ .. .... .. ....... ... .. 76 5.3 Leis da Radiação .... .... .. .. .... . .. .... .. .. ..... ...... ....... ................. ..... 78 5.3.1 Lei de Stefan - Boltzmann .... .. .... .. ... .. .... .. .... .. ... .. ..... 79 5.3.2 Lei de Wien .. ...... .. .. .................... .. .. ............ ....... .. .............. ..... 79 5.4 D istribuição da Energia Solar na Superfície Terrestre ....... 80 5.5 Projeção e D ireção de Somb ra de um Objeto .. ....... .. 83 5 .6 Cálculo do Fo toperíodo .......... .... .... ........ .. .. .... .. .... .. .... ......... ... 84 5.7 Irradiância Solar em Superfícies P aralelas ao Plano do H o rizonte .. .......... ..... ........... .. .......... .. .. ...... ..... .. ........... ..... .... 86 5.7.1 Valores D iários Desconsiderando os Efeitos da Atmosfera ...... .. ................. .. .. .. .. ........... .. ......... ... 86 5.7.2 Valores D iários Conside rando os Efeitos d a A tmosfera .. ... .. .... .. ........ ...... ...... .... .. ... .... .. .. .. ....... 89 5.8 Radiação Solar Incidente em uma Superfície Inclinada .. .. 91 5.9 Medidas d a Irradiância Solar Global ............ .. .. .... .. .... .. .. .. ... 93 5.10 Medidas de Irradiâ ncia D ireta e Difusa .. .. ...... .. .. .. .......... .. . 96 5 .11 Medida do Número de Horas de Brilho Solar .. .... .... .. .. 97 5 .12 . Estimativa da Irradiância Sola r Global D iária (Qg) ... ........ 99 .. 101 5 .13 Radiação Fotossin teticamente Ativa .... .. ........ .. ........ ... .. 103 5 .14 Exercícios Propostos .... .. .... .. .... .... .. .. .. ......... CAPÍTULO 6. TEMPERATURA 6.1 Introdu ção. .. .. .. .... .... .. ........ .... .. ... ... ... .... ..... .. ..... 105 6.2 Temp eratura do Solo .... .... .. .. ...... .. .... .. ... .. .. .. .. ................. 105 6.2.1 Fatores D eterminantes da Temperatu ra d o Solo .. ... .. .. .... 106 6.2.2 Variação Tempora l da Temper atu ra do Solo .... .. ..... .... .. .. . 110 6.3 Temperatura do Ar .. .. .......... .. .... .. .. ........ .. .... .. .. .. .. .. .. . . 111 6.3.1 Variação Temporal e Espacial d a Temperatura do A r .. .. .. 112 Term om etria ... .. ... .... .. .. ... ..... ...... ... ...... .. .......... ..... ............ ..... ... 114 6.4 6.5 Cálculo da Tem pera tu r a Média do Ar e do Solo . .. . 120 6.6 Estima tiva da Temperatura Média Mensal do Ar .. ...... 124 6.7 Estimativa da Temperatu ra d o Solo em F u n ção da Tempera tura d o A r ...... .. ... .. .. .. .... .. ....... .. .. ........ . .. . 125 Exercícios Propostos ..... .. .. .. .... .. ... .. ..... ........ .... . ........ 127 6.8 C APÍTULO 7. UMIDADE DO AR 7.1 Introd ução .. .. .... .... ........ .. .... .. .... .. .............. .. ............ ............. .. . 13 1 7.2 Definições .. .......... .. .. ...................... .. ........ .. ...... ...... ........ .. ... .... 131
7.3
Equipamentos U tilizados na Determinação da Umidade Relativa do A r .............. ...... .......... .. .... .. ...... .. .. ... .. .... .. .. ...... .. .... 135 7.4 Variação Temporal d a Umidade c.lo Ar .. .... .................. .. .. ... 139 7.5 Orvalho ....... .. .... ..... .. ....... .............. ..... .. .. ... .. .. .. .. .... .. ................. 140 7.5 .1 Medida do Orvalho e de s u a D uração ...... ................ . .. .. .. 142 7.5.2 Estimativa d:. Duração do P eríodo de Molhamento por Orvalh o .. .. .... .. ........ .. ........ .. .... .. ........... ...143 7.5 Exercícios Propostos .......... ................ .. .. .. .... .. ........ .. .. ... .. .. .. . 146 CAPÍTULO 8. CHUVA 8.1 Introdução .. .. .... .. .. .. .. ........ .. .............. . ..... ........... .. .. ... 147 8.2 Condensação na A tmosfera .... .. .... .. .. .. ..... ...... ........ .. .... .. .... .. 147 8.3 Formação da Chuva .. ........ .. .. ........ .................. ........ .. .. .... . 148 8.4 Tipos d e Chu va.. .. .... .. .. .... .. .. ...... .......... .. ......... 149 8.5 Medida da Chuva .. ............ .. .... .... .. .. .. .... .. ..... .. 152 8.6 Probabilidade de Ocorrência de Chuva ..... . 155 8.7 Período de Re torno .. ....... ................ .. .. .. .... .. ................... 158 8.8 Índices de Erosividade das Chuvas .. .. .. .. .... .. ...... .. .. ........... 159 8.9 In terceptação da C h uva pela Vegetação .. .. .. .. .... .. ....... 160 8.9.1 Redistribuição da Chuva ao Inte ragir com a Vegetação .. 161 8 .9.2 EstiInativa da Precipitação A rmazenada e d a Precipitação Interna .. .. .......... .. ........ .. ........ .. ............ ....... 164 8.10 Exercícios Propostos .. .. ... .. .. ...... .. .. ..... .. .. ...... ........ .... ... 165 CAPÍTULO 9. VENTO 9.1 Introdução ...... ...... .. .. ... ........... ........... .. ... ... .... ... ........ .... .. ...... .. . 167 9.2 Escala Espacial de Formação dos Ven tos .. .. .... .................. . 168 9 .3 M ed ida do Vento .. .. .. .. ...... .. .... .. .. .. .. ........ .. .... .. .... .. ............. .. ... 169 9 .4 Direção Pred ominante dos Ventos ............ ........ .... . .171 9 .5 Velocidade dos Ventos .. .. .. .. ...... ........................ .. .. ......... .. .. .. .. 173 9 .6 Escala d e Velocidade dos Ventos .. .. ...... .. .... .. ................... 174 9.7 Exercícios P ropostos .. .. ...... .. ....... . .. .. .. .................... 175 CAPÍTULO 10. BALANÇO DE ENERGIA 10.1 Introdução .. .. ... .. ..... ... ........... .. .. .... ....... .. .. . 10.2 Balanço de Radiação .. .... .. .. .......... .... ........... . 10.3 Medida e Estim a tiva do Balan ço de Radiaçã o. 10.4 Balan ço de R ad iação em Amb iente Protegido. 10.5 Fundam entos do Ba lanço de Energ ia em Sistemas Vegetados .. . 10.6 Exercícios P ropostos ... ..
.. 179 .181 ...... 184 .. 187 .192 .. 196