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Coletânea Física Ambiental I


José de Souza Nogueira Erondina Azevedo de Lima Organizadores

Coletânea Física Ambiental I

São Paulo 2011


Copyright © 2011 by Editora Baraúna SE Ltda Capa: Flávia Maria de Moura Santos (Arquiteta e Urbanista)

Priscila Loiola CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO-NA-FONTE SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ _________________________________________________________________

C658

Coletânea física ambiental I / José de Souza Nogueira, Erondina Azevedo de Lima organizadores. - São Paulo : Baraúna, 2011. Inclui índice ISBN 978-85-7923-464-4 1. Física atmosférica. 2. Climatologia. 3. Física ambiental. I. Nogueira, José de Souza. II. Lima, Erondina Azevedo de. 11- 7266.

26.10.11 27.10.11

CDD: 551.55 CDU: 551.55 030761

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Impresso no Brasil Printed in Brazil DIREITOS CEDIDOS PARA ESTA EDIÇÃO À EDITORA BARAÚNA www.EditoraBarauna.com.br Rua Januário Miraglia, 88 CEP 04507-020 Vila Nova Conceição - São Paulo - SP Tel.: 11 3167.4261 www.editorabarauna.com.br www.livrariabarauna.com.br


Prefácio Esta coletânea contém pesquisas realizadas no Programa de Pós-Graduação em Física Ambiental/Instituto de Física/Universidade Federal de Mato Grosso. Os autores apresentam pesquisas em nível de mestrado e doutorado relacionadas aos processos atmosféricos, aos sistemas climáticos, à Análise Microclimática de Sistemas Urbanos e à Análise de Modelagem de Processos Ecofisiológicos. O estudo sobre o clima refere-se às características da atmosfera, e o tempo e o clima podem ser considerados como consequência e demonstração da ação dos processos complexos existentes na natureza. As interações entre os processos atmosféricos e o homem são examinadas com detalhes nas obras desta coletânea, explicando os sistemas climáticos que vêm sendo analisados na cidade de Cuiabá e em outras regiões do Estado de Mato Grosso. A coletânea também reflete as pesquisas que vêm sendo realizadas no Programa de Pós-Graduação em Física Ambiental. Apresentando aspectos da climatologia


regional , indicando a importância da dinâmica atmosférica específica para o estudo ambiental. Prof. Dr. José de Souza Nogueira Coordenador do Programa de Pós-graduação em Física Ambiental


COMITÊ CIENTÍFICO Prof. Dr. Denilton Carlos Gaio Profª. Drª. Iramaia Jorge Cabral de Paulo Profª. Drª. Luciana Sanches Prof. Dr. Marcelo Sarcadi Biudes Profª. Drª. Marta Cristina de Jesus Albuquerque Nogueira Prof. Dr. Osvaldo Borges Pinto Júnior Prof. Dr. Sérgio Roberto de Paulo


Sumário

Sazonalidade da Condutividade Térmica do Solo no Norte do Pantanal Mato-Grossense. . . . . . . . . . . . . . 13 Análise de Séries Temporais para Estudo de Sistemas Dinâmicos Climáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Análise de Variação Térmica e Higrométrica por Transectos Noturnos em Cuiabá-Mt . . . . . . . . . . . . . 31 Armazenamento e Gerenciamento de Dados Ambientais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Avaliação da Melhoria no Conforto Térmico dos Edifícios com a Implantação da Cobertura Verde. . . 51 Avaliação de Métodos Indiretos para Estimativa do Índice de Área Foliar de Espécies Árboreas em Área Urbana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Balanço de Energia em Área de Cerrado Degradado . . . 73 Coeficiente de Priestley-Taylor em Diversos Ecossistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85


Transformada Wavelet Aplicada à Umidade do Ar em Área Urbana e Rural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Climatologia de Frentes Frias em Cuiabá. . . . . . . . . 105 Contribuição ao Estudo dos Aspectos Físicos e Fisiológicos da Evapotranspiração . . . . . . . . . . . . . . 119 Descrição do método da Razão de Bowen Modificada para estimativa do Fluxo vertical de CO2. . . . . . . . . 129 Discussão Sobre Morfologia Urbana e Seus Impactos no Microclima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 Gráficos de Recorrência do Balanço de Radiação no Pantanal Norte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Emissão da Atmosfera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Estimativa do Balanço de Energia Pelo Método da Razão de Bowen Durante o Período Seco e Chuvoso na Cidade de Cuiabá/Brasil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Método para Preenchimento de Falhas em Séries de Dados Micrometeorológicos com Inteligência Artificial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 Métodos Geoestatísticos Aplicados ao Estudo da Variabilidade Espacial do pH da Chuva . . . . . . . . . . 213 Modelos Analíticos e Empíricos de Ondas Longas Atmosféricas em Mato Grosso. . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Teoria da Complexidade e Suas Aplicações no Programa de Pós-Graduação em Física Ambiental.239 Variabilidade Temporal do Albedo na Superficie Vegetada no Período Seco e Chuvoso no Cerrado Sensu Strictu Mato-Grossense . . . . . . . . . . . . . . . . . 251


Estimativa do Índice de Área Foliar de Uma Floresta de Transição Amazônia-Cerrado Utilizando Dados de Interceptação de Luz e Sensores Orbitais . . . . . . . . 265 Análise de Livros Didáticos do Nível Médio Quanto à Potencialidade Para uma Possível Aprendizagem Significativa de Física Ambiental. . . . . . . . . . . . . . . . 277


Sazonalidade da Condutividade Térmica do Solo no Norte do Pantanal Mato-Grossense Jonathan Willian Zangeski Novais, Sérgio Roberto de Paulo, Thiago Rangel Rodrigues, Leone Francisco Amorim Curado, José de Souza Nogueira O conhecimento das variações geotérmicas do Pantanal, induzido pela radiação solar nas camadas superiores, é muito importante para o entendimento deste bioma, uma vez que os primeiros centímetros de profundidade servem de palco para muitos processos geoquímicos, como a difusão de solutos e gases, o desenvolvimento das plantas – germinação de sementes e assimilação de águas e nutrientes pelas raízes –, a atividade dos micro-organismos no solo, que dependem diretamente da propagação do calor, e o estudo de sua sazonalidade, para a análise da influência da água nessa propagação de calor.

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O estudo teve por objetivo determinar a condutividade térmica em Gleissolo Háplico, no Pantanal Mato-Grossense, em condições sazonais de alagamento e analisar a variabilidade dos componentes térmicos causada pela variação do conteúdo de água, levando em consideração a variação do fluxo de calor no solo e do gradiente. O estudo foi realizado numa área localizada na Reserva Particular do Patrimônio Natural – RPPN SESC Pantanal, município de Barão de Melgaço, Mato Grosso, distante 160 km de Cuiabá, onde estava instalada uma torre micrometeorológica de 32 m de altura (16º39’50’’S; 56º47’50’’O) e 120 m de altitude. Esta área apresenta vegetação monodominante de Cambará (Vochysia divergens, Phol), conhecida localmente como cambarazal, com altura do dossel variando entre 28 e 30 m. O solo é classificado como Gleissolo Háplico (EMBRAPA, 1997). O clima da região é do tipo AW, que corresponde a invernos secos e verões chuvosos. A letra “A” corresponde à zona climática tropical úmida, ocupada pela categoria florística das megatermacaracterizada por vegetação tropical com temperaturas e umidade relativa do ar sempre elevadas. E a letra “w” corresponde, na região, a uma precipitação anual entre 1.000 e 1.500 mm, com total mensal médio do mês mais seco inferior a 40 mm. A temperatura anual média do ar na RPPN SESC Pantanal oscila entre 22°C e 32°C, e a precipitação média anual, entre 1.100 e 1.200 mm. A torre micrometeorológica possui dois termistores instalados a 0,03 m e 0,07 m de profundidade, modelo 108-L (Campbell Scientific, Inc., Logan, Utah, USA),

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um fluxímetro (Campbell HFT3 Soil Heat Flux Plate) na profundidade de 0,05m, um saldo radiômetro (Kipp & Zonen Delft, Inc., Holland), um datalogger modelo CR 10X (Campbell Scientific, Inc., Logan, Utah, USA) e uma placa multiplexadora modelo AM16/32A-ST-SW (Campbell Scientific, Inc., Logan, Utah, USA). A condutividade térmica K pode ser definida a partir da equação de Fourier, segundo a qual a densidade de fluxo de calor no solo q (W.m-2) é proporcional ao gradiente de temperatura na profundidade dT/dz (ºC.m-1) (CARSLAW & JAEGER, 1959), isto é: G= -K dT/dz Equação (1) K= -G/(dT/dz) Equação (2) G = densidade de fluxo de calor no solo (W.m-2) dT/dz = gradiente de temperatura no solo (°C.m-1) K = condutividade térmica do solo (W.m-1.°C) Por meio da equação, podem-se analisar o fluxo de calor e o gradiente de temperatura, e observar como sua variação influencia os valores de condutividade. Para estimar a condutividade térmica do solo do Pantanal, utilizaram-se os dados coletados entre os anos de 2008 e 2009, sendo de abril a setembro de 2008 o período de seca, e de outubro de 2008 a março de 2009 o período chuvoso. Os valores médios da condutividade térmica (K), do fluxo de calor no solo (G), do gradiente de temperatura (dT/dz) e das temperaturas nas profundidades 0,03 m e 0,07 m se encontram na tabela a seguir:

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Coletânea Física Ambiental 2