Artigo Original
DOI:10.5902/2179460X20131
Ciência e Natura, Santa Maria v.38 Ed. EspecialIX Workshop Brasileiro de Micrometeorologia, 2016, p. 152 – 156 Revista do Centro de Ciências Naturais e Exatas - UFSM ISSN impressa: 0100-8307 ISSN on-line: 2179-460X
Características Médias do vento acima e abaixo do dossel da floresta durante o CaracterísticasGoAmazon Médias do em vento e abaixo do dossel da floresta durante o umacima sítio experimental na Amazônia GoAmazondoem um sítio experimental na Amazônia Características vento acima e abaixo do dossel da floresta durante o Wind averages Médias features above and below of the forest canopy during GoAmazon GoAmazon em um experimental na Amazônia Wind averages features above andsítio below ofin the forest canopy during GoAmazon in an experimental site the Amazon in anabove experimental siteof inthe theforest Amazon Wind averages features and below canopy during GoAmazon 1,2 1,2 Raoni Aquino Silva de Santana , Roseilson Souza , Julio Tóta3, Rosa Maria Nascimento in an experimental sitedoinVale the Amazon
1,2, Julio 4, DavidSilva 6, Sarah 6, Ana Santana51,2 , Roseilson Souza do Vale Tóta3Suely , RosaAlves. Maria Batalha Nascimento dosRaoni SantosAquino Roy de Fitzjarrald , Giorgio Arlan da Silva Picanço 4 5 6 6 8, Raphael 1 eSuely 3 dos Santos , David Fitzjarrald GiorgioBrito Arlan da Silva Picanço , Sarah Alves. Batalha , Ana Carla dos Roy Santos Gomes3, ,Gabriel Costa Tapajós Rodrigo da Silva 1,2, Roseilson Souza do Vale1,2, Julio Tóta3, Rosa Maria Nascimento Raoni Aquino Silva de Santana
[email protected];
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[email protected]; Carla dos Santos Gomes3, Gabriel Brito Costa8, Raphael Tapajós1 e Rodrigo da Silva3 4, David Roy Fitzjarrald5, Giorgio Arlan da Silva Picanço6, Sarah Suely Alves. Batalha6, Ana
[email protected]; Santos
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[email protected]; 3, Gabriel Brito Costa 8, Raphael Tapajós 1 e Rodrigo da Silva3
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[email protected] Carla dos Santos Gomes
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[email protected] [email protected];
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[email protected]; 1Mestre, Instituto de Engenharia e Geociências, Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil
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[email protected] 1Mestre, Instituto de Engenharia 2Pós-Graduação e Geociências, Universidade Federal Oeste doe Pará, Santarém, em Clima e Ambiente, Instituto Nacional de Pesquisas da do Amazônia Universidade doBrasil Estado do 2Pós-Graduação
em Clima e Ambiente, Instituto Nacional de Pesquisas Amazonas, Manaus, Brasil da Amazônia e Universidade do Estado do
1Mestre, Instituto de Engenharia e Geociências, Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil 3Doutor(a), Amazonas, Manaus, Brasil Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil Instituto de Engenharia e Geociências, Universidade
2Pós-Graduação em Clima e Ambiente, Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia e Universidade do Estado 3Doutor(a), 4Doutora, Instituto deSuperior Engenharia e Geociências, Universidade do Amazonas, Oeste do Pará, Santarém, Escola de Tecnologia, Universidade do Federal Estado do Manaus, BrasilBrasil
do
Amazonas, Manaus, Brasil 5PhD, Escola Superior de Tecnologia, Universidade do Estado University at Albany, USA do Amazonas, Manaus, Brasil 3Doutor(a), Instituto de Engenharia e Geociências, Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil 5PhD, University at Albany, USA 6Graduando (PIBIT), Instituto de Engenharia e Geociências, Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil 4Doutora, Escola Superior de Tecnologia, Universidade do Estado do Amazonas, Manaus, Brasil 6Graduando 7Mestre, (PIBIT), Instituto de Engenharia e Geociências, Universidade do Oeste do Pará, Santarém, Programa de Pós-graduação Doutorado em Sociedade, Natureza eFederal Desenvolvimento, Santarém, Brasil Brasil 5PhD, University at Albany, USA 7Mestre, Programa de Pós-graduação Doutorado 8Doutor(a), em Sociedade, Natureza e Desenvolvimento, Santarém, Brasil Instituto de Biodiversidade e Florestas, Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil 6Graduando (PIBIT), Instituto de Engenharia e Geociências, Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil 8Doutor(a), Instituto de Biodiversidade e Florestas, Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil 4Doutora,
7Mestre,
8Doutor(a),
Programa de Pós-graduação Doutorado em Sociedade, Natureza e Desenvolvimento, Santarém, Brasil
Instituto de Biodiversidade e Florestas, Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, Brasil
Resumo Resumo O objetivo deste trabalho foi avaliar as características médias da evolução temporal do perfil vertical da Resumo da evolução temporal do perfil vertical da O objetivo edeste trabalho foi acima avaliar as características velocidade direção do vento e abaixo do dossel da médias floresta no sítio experimental do Cuieiras, localizado velocidade e direção do vento acima e abaixo do dossel da floresta no sítio experimental do Cuieiras, localizado cerca de 100 Km da cidade Manaus, estado do Amazonas, Brasil. Para tanto, foram utilizados aproximadamente O objetivo deste trabalho foi avaliar as características médias da evolução temporal do perfil vertical da cerca de 100 da cidade estadosônicos do Amazonas, Brasil. Para tanto,níveis foramacima utilizados aproximadamente 10 meses deKm dados de 10 Manaus, anemômetros instalados em diferentes e abaixo do dossel da velocidade e direção do vento acima e abaixo do dossel da floresta no sítio experimental do Cuieiras, localizado 10 meses de dados de 10 anemômetros sônicos instalados em diferentes níveis acima e abaixo do dossel da floresta, durante o projeto GoAmazon, no ano de 2014 . Analisando o conjunto de dados, por meio de médias cerca de 100 Km da cidade Manaus, estado do Amazonas, Brasil. Para tanto, foram utilizados aproximadamente floresta, durante o projeto GoAmazon, no ano de 2014 . Analisando o conjunto de dados, por meio de médias para cada 30 minutos diários de todo período estudado, foi possível observar que o perfil vertical da velocidade do 10 meses de dados de 10 anemômetros sônicos instalados em diferentes níveis acima e abaixo do dossel da para 30 de minutos todo período estudado, observar o perfil vertical velocidade do ventocada varia acordodiários com asdediferentes camadas acimafoie possível abaixo do dossel que da floresta e possuida uma forma tipo floresta, durante o projeto GoAmazon, no ano de 2014 . Analisando o conjunto de dados, por meio de médias vento varia de acordo com as diferentes camadas acima e abaixo do dossel da floresta e possui uma forma tipo “S”, definida pelas obstruções físicas impostas pela heterogeneidade vertical da floresta. As direções para cada 30 minutos diários de todo período estudado, foi possível observar que o perfil vertical da velocidade do “S”, definida do pelas obstruções físicas impostas pela heterogeneidade vertical da floresta. As direçõeso predominantes vento não são constantes com a altura, sugerindo que circulações locais podem influenciar vento varia de acordo com as diferentes camadas acima e abaixo do dossel da floresta e possui uma forma tipo predominantes do vento não são constantes escoamento no sítio experimental estudado. com a altura, sugerindo que circulações locais podem influenciar o “S”, definida pelas obstruções físicas impostas pela heterogeneidade vertical da floresta. As direções escoamento no sítio experimental estudado. predominantes doPerfil, vento Vento, não sãoFloresta, constantes com a altura, sugerindo que circulações locais podem influenciar o Palavras-chave: Amazônia, GoAmazon . Palavras-chave: Perfil, Vento, Floresta, Amazônia, GoAmazon . escoamento no sítio experimental estudado. Palavras-chave: Perfil, Vento, Floresta, Amazônia, GoAmazon. Abstract
Abstract
The aim of this study was to evaluate the temporal evolution of average characteristics of the vertical profiles of Abstract The aim this study was and to evaluate thethetemporal evolution of Cuieiras average characteristics of the vertical profiles of speed andof direction above within of forest canopy at the experimental site, located about 100 km speed and direction above and within of the forest canopy at the Cuieiras experimental site, located about 100 km from the Manaus, Amazonas state, Brazil. We used about 10 months of half-hourly averaged data from 10 sonic The aim of this study was to evaluate the temporal evolution of average characteristics of the vertical profiles of from the Manaus, Amazonas state, levels Brazil.above We used about 10 of half-hourly dataproject from 10 anemometers installed at different and within themonths forest canopy during averaged GoAmazon in sonic 2014. speed and direction above and within of the forest canopy at the Cuieiras experimental site, located about 100 km anemometers installed at different levels above and within the forest canopy during GoAmazon project in 2014. We found that the vertical wind speed profile varied with various layers above and below the forest canopy, from the Manaus, Amazonas state, Brazil. We used about 10 months of half-hourly averaged data from 10 sonic We found that the vertical speed profile varied with the various layers abovebyand belowheterogeneity the forest canopy, describing an S-shape type,wind a form determined by physical obstructions imposed vertical of the anemometers installed at different levels above and within the forest canopy during GoAmazon project in 2014. describing anpredominant S-shape type,wind a form determined obstructions imposed by vertical heterogeneity of the canopy. The directions wereby notphysical constant with height, suggesting that very local circulations We found that the vertical wind speed profile varied with the various layers above and below the forest canopy, canopy. The predominant wind directions were not constant with height, suggesting that very local circulations can influence the subcanopy flow. describing an S-shape type, a form determined by physical obstructions imposed by vertical heterogeneity of the can influence the subcanopy flow. canopy. TheProfile, predominant not constant with height, suggesting that very local circulations Keywords: Wind, wind Forest,directions Amazon,were GoAmazon. Keywords: Profile, Wind, Forest, can influence the subcanopy flow.Amazon, GoAmazon. Keywords: Profile, Wind, Forest, Amazon, GoAmazon. Recebido: dia/mês/ano Aceito: dia/mês/ano
Ciência e Natura v.38 Ed. Especial- IX Workshop Brasileiro de Micrometeorologia 2016, p. 152– 156
1. Introdução O estudo das trocas de energia, massa e momentum entre a superfície terrestre e a atmosfera é parte essencial no entendimento dos processos que ocorrem na interação biosferaatmosfera. Em particular, as regiões de florestas tropicais, especialmente a floresta amazônica, exercem papel fundamental nessas trocas, dada a sua importância no balanço global de carbono (Melillo et al., 1993; Malhi et al., 1998) e transferência de umidade do solo e por interceptação para atmosfera (Shuttleworth, 1988), por exemplo. O transporte de energia e quantidades escalares (CO 2, por exemplo) da floresta para camadas superiores da atmosfera é realizada por movimentos verticais turbulentos. Tais movimentos, por sua vez, podem ser gerados térmica ou mecanicamente. Em regiões de floresta densa, como a floresta Amazônica, pouca radiação solar incidente consegue atingir o solo (cerca de 1 a 3%, segundo Shuttleworth et al., 1984), o resultado disso é que abaixo do dossel da floresta forma-se uma camada atmosférica estaticamente estável em média, em outas palavras, o ambiente abaixo do dossel é desacoplado da parte superior da floresta (Fitzjarrald et al., 1990). Este desacoplamento pode gerar camadas de ar fisicamente distintas. De acordo com Yi et al. (2005) e Yi (2008) uma das variáveis fundamentais para se entender os processos de trocas citadas acima é o perfil vertical da velocidade do vento, que segundo os autores pode apresentar um formato de “S” (“S-shape”). Baseado nisso, este trabalho propõe estudar as características médias do perfil vertical do vento em um sítio experimental de floresta densa na Amazônia.
2. Material e Métodos Os dados utilizados nesta pesquisa foram coletados no sítio experimental K34, situado na reserva biológica do Cuieiras (54° 58’ O, 2° 51’ S), distante cerca de 100 Km a noroeste da cidade de Manaus, a qual pertencente ao estado do Amazonas, Brasil. Neste local está instalada uma torre de medidas micrometeorológicas, com área de 1,5 m X 2,5 m de seção transversal e 50 m de altura, tal torre foi implementada no ano de 1999 e desde então vem sendo utilizada como ponto de observação de longo prazo na Amazônia (mais detalhes sobre estes dados é encontrado em Araújo et al. (2002)). As medidas ocorreram durante os meses de março a dezembro de 2014, como parte do projeto GoAmazon (do inglês, “Green Ocean Amazon”, Oceano Verde Amazônico), consistindo, basicamente, de perfis verticais das componentes de velocidade do vento (vertical, zonal e meridional) e temperatura coletados por anemômetros sônicos tridimensionais (CSAT3, Campbell Scientific). Os anemômetros sônicos foram instalados em 10 níveis diferentes, dentro e acima do dossel da floresta, sendo 9 destes instalados na torre principal de 50 m, nas alturas de 6, 13, 19, 25, 28, 32, 35, 39 e 43 m, além disso, o anemômetro sônico mais próximo ao solo (1,5 m de altura) foi instalado em uma pequena torre distante cerca de 30 metros da torre principal (Figura 1). A partir dos dados das componentes do vento obteve-se a velocidade horizontal e a direção do vento, depois de removidos picos irreais, tomando como base o diagnóstico fornecido pelo instrumento de medida. Em seguida, foi realizada a média para cada 30 minutos diários para todo o conjunto de dados utilizados nesta pesquisa.
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Figura 1. Figura ilustrativa representando os instrumentos de medidas instalados na K34 durante os meses de março a dezembro de 2014.
3. Resultados e discussão Dividindo-se o perfil vertical da floresta em três regiões: sub-dossel; camada do dossel e atmosfera acima do dossel, notou-se uma nítida diferença no escoamento entre estas camadas (Figura 2). A velocidade do vento foi em média bastante fraca, os maiores valores foram observados na altura de 1,2 da altura do dossel (sendo h = 35 m a altura média da copa), entre os horários de 10 a 15 horas (hora local, HL), atingindo o valor aproximado de 2 ms -1. Na camada do dossel a velocidade do vento se aproxima de zero durante a noite e oscila em torno de 0,5 ms -1 durante o dia. Já na camada do sub-dossel, a velocidade do vento volta se intensificar, porém com valores baixos, quando comparados com os observados na camada acima do dossel. A configuração do perfil vertical da velocidade do vento no sítio da K34 assemelha-se ao perfil com formato de “S” sugerido por Yi (2008), sendo a obstrução física
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imposta pela floresta, provavelmente, o que define este tipo de perfil. Em relação à evolução temporal do perfil vertical de direção do vento (Figura 2, painel inferior), foi possível observar que nem todas as camadas de ar escoam nas mesmas direções. Acima do dossel da floresta, a direção predominante foi de sudeste, tanto durante o dia quanto à noite, um resultado similar ao encontrado por Tóta et al. (2012) para o ano de 2006, no mesmo sítio experimental estudado. Em torno de 0,4 de h a direção predominante foi de sul a sudoeste em praticamente todos os horários diários. A exceção ocorreu por volta das 7 HL, em que o perfil vertical de direção do vento se aproxima da homogeneidade em todas as alturas. O mesmo comportamento também foi observado abaixo de 0,2 de h entre os horários de 11 a 21 HL. Uma primeira explicação para o comportamento da direção do vento nas diferentes camadas de ar é a
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possibilidade de os sensores estarem levemente desalinhados, devido à dificuldade de instalação destes na floresta densa. A
segunda, é que circulações locais podem ocorrer devido à heterogeneidade do terreno do sítio K34 (Tóta et al., 2012).
Figura 2. Padrão médio diário do perfil vertical da velocidade (painel superior) e direção (painel inferior) do vento. No eixo y as alturas das medições (z) foram normalizadas com a altura média do dossel (h = 35 m).
4. Conclusões Neste trabalho foram utilizados cerca de 10 meses de dados de 10 anemômetros sônicos instalados em diversas alturas acima e abaixo do dossel da floresta durante o ano de 2014. foi possível observar que o perfil vertical da velocidade do vento varia de acordo com as diferentes camadas acima e abaixo do dossel da floresta e possui uma forma tipo “S”, definida pelas obstruções físicas impostas pela heterogeneidade vertical da floresta. As direções predominantes do vento não são constantes com a altura, sugerindo que circulações locais podem influenciar o escoamento no sítio experimental estudado.
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Agradecimentos Como primeiro autor, agradeço a CAPES pela bolsa de doutorado concedida. Os autores agradecem também a todos aqueles que participaram do projeto GoAmazon no sítio da K34, desde os coordenadores até aos motoristas e caseiros que possibilitaram a coleta dos dados utilizados neste trabalho.
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