Validação do modelo de Deardorff para cálculo do balanço de energia durante um ciclo de cana-de-açúcar

The quantification of the available energy in the environment is important because it determines photosynthesis, evapotranspiration and, therefore, the final yield of crops. Instruments for measuring the energy balance are costly and indirect estimation alternatives are desirable. This study assessed the Deardorff's model performance during a cycle of a sugarcane crop in Piracicaba, State of São Paulo, Brazil, in comparison to the aerodynamic method. This mechanistic model simulates the energy fluxes (sensible, latent heat and net radiation) at three levels (atmosphere, canopy and soil) using only air temperature, relative humidity and wind speed measured at a reference level above the canopy, crop leaf area index, and some pre-calibrated parameters (canopy albedo, soil emissivity, atmospheric transmissivity and hydrological characteristics of the soil). The analysis was made for different time scales, insolation conditions and seasons (spring, summer and autumn). Analyzing all data of 15 minute intervals, the model presented good performance for net radiation simulation in different insolations and seasons. The latent heat flux in the atmosphere and the sensible heat flux in the atmosphere did not present differences in comparison to data from the aerodynamic method during the autumn. The sensible heat flux in the soil was poorly simulated by the model due to the poor performance of the soil water balance method. The Deardorff's model improved in general the flux simulations in comparison to the aerodynamic method when more insolation was available in the environment.A quantificação da energia disponível no ambiente é importante porque ela afeta a fotossíntese, a evapotranspiração e conseqüentemente a produtividade final dos cultivos. Instrumentos para medidas de balanço de energia são caros e alternativas para estimações são desejáveis. O presente trabalho procura avaliar a performance do modelo de Deardorff (1978) ao longo do desenvolvimento de uma cultura de cana-de-açúcar em Piracicaba, SP, Brasil, em comparação ao método aerodinâmico. Este modelo mecanístico simula os fluxos energéticos (calor sensível, latente e saldo de radiação) em três níveis: a atmosfera, o dossel vegetativo e o solo, usando somente a temperatura do ar, umidade relativa e velocidade do vento medidos num nível de referência acima do dossel, o índice de área foliar e alguns parâmetros previamente calibrados (albedo do dossel, emissividade do solo e a transmissividade atmosférica e características hidrológicas do solo). As análises dos resultados foram feitas em diversas escalas de tempo, condições de insolação, nas diferentes estações do ano (primavera, verão, outono). Analisando todos os dados de 15 minutos, o modelo apresentou boa performance na simulação de radiação líquida em diferentes condições de insolação e estações do ano. O fluxo de calor latente e o fluxo de calor sensível na atmosfera não apresentaram diferenças em comparação ao método aerodinâmico no outono. O calor sensível no solo foi pobremente simulado pelo modelo devido à baixa capacidade de estimação do balanço hídrico do solo. Geralmente as estimações pelo modelo de Deardorff foram melhoradas quando mais insolação era disponível no ambiente.FAPES

Validation of the Deardorff model for estimating energy balance components for a sugarcane crop

A quantificação da energia disponível no ambiente é importante porque ela afeta a fotossíntese, a evapotranspiração e conseqüentemente a produtividade final dos cultivos. Instrumentos para medidas de balanço de energia são caros e alternativas para estimações são desejáveis. O presente trabalho procura avaliar a performance do modelo de Deardorff (1978) ao longo do desenvolvimento de uma cultura de cana-de-açúcar em Piracicaba, SP, Brasil, em comparação ao método aerodinâmico. Este modelo mecanístico simula os fluxos energéticos (calor sensível, latente e saldo de radiação) em três níveis: a atmosfera, o dossel vegetativo e o solo, usando somente a temperatura do ar, umidade relativa e velocidade do vento medidos num nível de referência acima do dossel, o índice de área foliar e alguns parâmetros previamente calibrados (albedo do dossel, emissividade do solo e a transmissividade atmosférica e características hidrológicas do solo). As análises dos resultados foram feitas em diversas escalas de tempo, condições de insolação, nas diferentes estações do ano (primavera, verão, outono). Analisando todos os dados de 15 minutos, o modelo apresentou boa performance na simulação de radiação líquida em diferentes condições de insolação e estações do ano. O fluxo de calor latente e o fluxo de calor sensível na atmosfera não apresentaram diferenças em comparação ao método aerodinâmico no outono. O calor sensível no solo foi pobremente simulado pelo modelo devido à baixa capacidade de estimação do balanço hídrico do solo. Geralmente as estimações pelo modelo de Deardorff foram melhoradas quando mais insolação era disponível no ambiente.The quantification of the available energy in the environment is important because it determines photosynthesis, evapotranspiration and, therefore, the final yield of crops. Instruments for measuring the energy balance are costly and indirect estimation alternatives are desirable. This study assessed the Deardorff's model performance during a cycle of a sugarcane crop in Piracicaba, State of São Paulo, Brazil, in comparison to the aerodynamic method. This mechanistic model simulates the energy fluxes (sensible, latent heat and net radiation) at three levels (atmosphere, canopy and soil) using only air temperature, relative humidity and wind speed measured at a reference level above the canopy, crop leaf area index, and some pre-calibrated parameters (canopy albedo, soil emissivity, atmospheric transmissivity and hydrological characteristics of the soil). The analysis was made for different time scales, insolation conditions and seasons (spring, summer and autumn). Analyzing all data of 15 minute intervals, the model presented good performance for net radiation simulation in different insolations and seasons. The latent heat flux in the atmosphere and the sensible heat flux in the atmosphere did not present differences in comparison to data from the aerodynamic method during the autumn. The sensible heat flux in the soil was poorly simulated by the model due to the poor performance of the soil water balance method. The Deardorff's model improved in general the flux simulations in comparison to the aerodynamic method when more insolation was available in the environment

Radiações UV, par e IV em estufa de polietileno

No trabalho são apresentadas as evoluções anuais das radiações H̅ G IN, H̅ UV IN, H̅ PAR IN, H̅ IV IN e das frações K̅ UV , K̅ PAR e K̅ IV médias mensais em estufa de polietileno para uma base de dados das irradiações diárias medidas no período de março a dezembro de 2008 e de janeiro a fevereiro de 2009 em Botucatu/SP/Brasil. São apresentadas também as correlações anual e sazonal lineares tipo Y = a X das irradiações diárias ultravioleta interna (HUV IN), fotossinteticamente ativa interna (HPAR IN) e infravermelha interna (HIV IN) em função da irradiação global interna (HG IN) e global externa(HG EX)com seus respectivos coeficientes de determinação.This work presents annual and monthly evolutions of H̅G IN, H̅ UV IN, H̅ PAR IN, H̅ IV IN solar radiations and K̅ UV, K̅ PAR e K̅ IV ratios inside a polyethylene greenhouse. The measurements were performed from March 2008 to February 2009 in Botucatu/SP/Brazil. We presented either the annual linear relations ( type Y = a X ) of ultraviolet (H̅ UV IN ), photosynthetically active radiation (H̅ PAR IN ) and near infrared (H̅ IV IN ) daily irradiations with global inside irradiation (HG IN ) and global outside irradiation (HG EX ) and its respective coefficients of determination.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Albedo and estimates of net radiation for green beans under polyethylene cover and field conditions

Este trabalho objetivou determinar o albedo (r) no espectro solar e estimar o saldo de radiação, em ambientes cultivados com feijão-vagem (Phaseolus vulgaris L.), em condições de campo e em casa de vegetação com cobertura de polietileno, em Botucatu, SP, (22o 54' S; 48o 27' W; 850 m). A irradiância solar global (Rg) e a radiação solar refletida (Rr) foram utilizadas na determinação do albedo através da razão entre Rr e Rg. Curvas diurnas de r foram traçadas para dias com céu parcialmente nublado e claro, em fases fenológicas da cultura. Os valores do albedo diurno, obtidos através dos totais de radiações, foram utilizados para analisar a variação desse índice durante o ciclo da cultura, nos dois ambientes. O albedo variou com a elevação solar, o ambiente e as fases fenológicas da cultura. A variação de nebulosidade praticamente não influiu sobre o albedo, para totais diurnos. As estimativas do saldo de radiação nas fases vegetativa, reprodutiva e no ciclo da cultura, foram realizadas por meio de regressões lineares simples, tendo como variáveis independentes a irradiância solar global (Rg) e o saldo de radiação de ondas curtas (Rc). Todas as estimativas de radiações apresentaram um melhor ajustamento para fases fenológicas que para o ciclo como um todo. O saldo de radiação (Rn), em condições de campo, ficou bem estimado pela irradiância solar global e o saldo de ondas curtas. O saldo de radiação interno (RnI) à casa de vegetação mostrou-se satisfatoriamente estimado pela irradiância global externa (RgE).This paper describes the albedo (r) and estimates of net radiation and global solar irradiance for green beans crop (Phaseolus vulgaris L.), cultivated in greenhouse with cover of polyethylene and field conditions, in Botucatu, SP, Brazil (22o 54' S; 48o 27' W; 850 m). The solar global irradiance (Rg) and solar reflected radiation (Rr) were used to estimate the albedo through the ratio between Rr and Rg. The diurnal curves of albedo were obtained for days with clear sky and partially cloudy conditions, for different phenological stages of the crop. The albedo ranged with the solar elevation, the environment and the phenological stages. The cloudiness range have almost no influence on the albedo diurnal amount. The estimation of radiation were made by linear regression, using the global solar irradiance (Rg) and net short-waves radiation (Rc) as independent variables. All estimates of radiation showed better adjustment for specific phenological periods compared to the entire crop growing cycle. The net radiation in the greenhouse has been estimated by the global solar irradiance measured at field conditions

SALDO DE RADIAÇÃO EM ESTUFA DE POLIETILENO

O trabalho descreve uma análise climática e estatística do Balanço de Radiação em estufa de polietileno tipo túnel. O balanço de radiação é a soma das radiações de ondas curtas (Global e refletida) com as radiações de ondas longas (atmosférica e terrestre). As medidas no interior da estufa foram feitas no período de 01/03/2008 a 28/02/2009 e as medidas no exterior foram realizadas no período de 01/03/2011 a 28/02/2012, no campus da FCA, UNESP de Botucatu. As quatro radiações apresentam variações sazonais ao longo do ano: os valores médios mensais das radiações são maiores no período chuvoso, verão e primavera, nos quais são maiores as concentrações de nuvens e vapor de água, e menores no outono e inverno, no período da seca, onde são menores as concentrações de nuvens e vapor de água. O valore médio-anual do Balanço de ondas curtas no interior da estufa foi de 11,2 MJ/m2 e no exterior foi de 15,0 MJ/m2, o valor médio-anual do Balanço de ondas longas no interior da estufa foi de -3,8MJ/m2 e de -5,7MJ/m2 no exterior e o valor médio-anual do saldo de radiação no interior da estufa foi de 7,4 MJ/m2 e de 9,3 MJ/m2 no exterior

Radiações solares UV, PAR e IV: I-estimativa em função da global

No trabalho são apresentadas equações de estimativa, horária e diária, para as radiações, ultravioleta (UV), fotossintética (PAR) e infravermelha (IV) em função global total (G), medida entre os anos de 2001 a 2005 em Botucatu, SP, Brasil. As radiações UV, PAR e IV foram correlacionadas com a radiação global, com coeficientes de determinação r2 em torno de 0,99. As equações de estimativas quantificaram as frações das radiações UV, PAR e IV no espectro global como: UV/G= 4,2%; PAR/G= 49,0% e IV/G= 46,8%. Na validação das equações obteve-se os indicativo estatísticos: MBE inferior a 5,0% para UV; inferior a 2,0% para PAR e inferior a 3,0% para IV. O RMSE variou até um máximo de 10,63%, com melhor desempenho para as equações diária. O coeficiente “d” de Willmott, superior a 0,9879, mostrou bom índice de ajustamento entre estimativa e medida. O desempenho das equações entre as radiações foi melhor na seqüência: PAR, IV e UV.This work presents equations to estimate the hourly and daily solar radiation components ultraviolet (UV), photosynthetically active (PAR), and infrared (IV) from the total global (G) radiation measures carried out from 2001 to 2005, in Botucatu, SP, Brazil. The UV, PAR and IV radiations were correlated with the global radiation, with R2 near 0.99. The equations showed the following results to UV, PAR and IV fractions of the global spectrum: UV/G = 4.2%; PAR/G = 49.0% and IV/G = 46.8%. The statistical indicators of validation were: MBE less than 5.0% for UV; less than 2.0% for PAR, and less then at 3,0% for IV. RMSE varied until a maximum of 10.63%, with better results for the daily equations. The " d " of Willmott's coefficient, superior of 0.9879, showed good adjustment index between the estimate and the measure. The better results for the equations among the radiations followed the sequence: PAR, IV and UV.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Parametrização de equações clássicas de estimativa da radiação atmosférica de ondas longas no interior de uma estufa de polietileno para Botucatu-SP

Objetivou-se neste trabalho a modelagem da radiação de ondas longas atmosféricas no interior de uma estufa agrícola de polietileno. Estes modelos (modelos clássicos) estimam a radiação solar de ondas longas (LW) em função da temperatura do ar Ta e pressão atual de vapor ea, e só tem validade para dias de céu completamente limpo (sem nuvens). Foram feitas medidas das radiações de ondas longas e ondas curtas no interior de uma estufa plástica de polietileno (100 micra) no intervalo de um ano. Com estes dados os 13 modelos tiveram seus parâmetros originais ajustados (valores de erros residuais minimizados) para o interior da estufa. Dos 13 modelos ajustados, oito apresentaram um elevado coeficiente de correlação (valores de r2 maiores que 0,9). Dois modelos apresentaram desempenho inferior ao primeiro grupo, com valores de r² próximos a 0,7; e em três modelos o ajuste dos coeficientes não foi viável.The objective of this work is to get the modelling of the atmospheric longwave radiation within an agricultural greenhouse polyethylene. These models (classic models) estimate solar radiation long-wave (LW) according to the air temperature (Ta) and current vapor pressure (ea), and they are valid only for days to completely clear sky (cloudless). Measurements were made of the long-wave and short-wave radiation inside a polyethylene plastic greenhouse (100 microns) within one year. With these data, 13 models had their original parameter set (residual error minimized values) into the greenhouse. Of the 13 adjusted models, eight had a high correlation coefficient (r 2 values greater than 0.9). Two models showed lower performance to the first group, with r² values close to 0.7, and three models adjustment of the coefficients are not feasible.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Radiações solares UV, PAR e IV: I-estimativa em função da global

No trabalho são apresentadas equações de estimativa, horária e diária, para as radiações, ultravioleta (UV), fotossintética (PAR) e infravermelha (IV) em função global total (G), medida entre os anos de 2001 a 2005 em Botucatu, SP, Brasil. As radiações UV, PAR e IV foram correlacionadas com a radiação global, com coeficientes de determinação r2 em torno de 0,99. As equações de estimativas quantificaram as frações das radiações UV, PAR e IV no espectro global como: UV/G= 4,2%; PAR/G= 49,0% e IV/G= 46,8%. Na validação das equações obteve-se os indicativo estatísticos: MBE inferior a 5,0% para UV; inferior a 2,0% para PAR e inferior a 3,0% para IV. O RMSE variou até um máximo de 10,63%, com melhor desempenho para as equações diária. O coeficiente “d” de Willmott, superior a 0,9879, mostrou bom índice de ajustamento entre estimativa e medida. O desempenho das equações entre as radiações foi melhor na seqüência: PAR, IV e UV.This work presents equations to estimate the hourly and daily solar radiation components ultraviolet (UV), photosynthetically active (PAR), and infrared (IV) from the total global (G) radiation measures carried out from 2001 to 2005, in Botucatu, SP, Brazil. The UV, PAR and IV radiations were correlated with the global radiation, with R2 near 0.99. The equations showed the following results to UV, PAR and IV fractions of the global spectrum: UV/G = 4.2%; PAR/G = 49.0% and IV/G = 46.8%. The statistical indicators of validation were: MBE less than 5.0% for UV; less than 2.0% for PAR, and less then at 3,0% for IV. RMSE varied until a maximum of 10.63%, with better results for the daily equations. The " d " of Willmott's coefficient, superior of 0.9879, showed good adjustment index between the estimate and the measure. The better results for the equations among the radiations followed the sequence: PAR, IV and UV.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Evolução diurna e anual da radiação direta na incidência

A radiação solar direta na incidência é uma fração da radiação solar global e possui aplicações na agronomia, fisiologia vegetal e na engenharia térmica. No trabalho, é descrita a análise temporal da evolução diurna das médias horárias e da evolução anual das médias mensais, da radiação direta na incidência do período de 1996 a 2003, em Botucatu/SP/Brasil. A evolução diurna das médias horárias anuais gerou uma equação temporal, com elevado coeficiente de determinação R2= 0,99867, que permite estimar a radiação direta horária anual, com precisão e exatidão (MBE=1,0%, RMSE=3,7% e d=0,9980). A evolução anual da média mensal horária gerou uma equação temporal com coeficiente de determinação R2 =0,75, e a validação mostrou bom desempenho nos indicativos estatísticos, superestimando a medida em menos de 1% , espalhamento de 6,72% e índice de ajustamento de d=0,9232.This work describes the diurnal evolution of the hourly-averaged and the annual evolution of the monthly-averaged of the direct radiation in the incidence carried out from 1996 to 2003, in Botucatu/SP/Brazil. The diurnal evolution of the hourly values of the direct radiation provided a temporary equation, with high coefficient of determination R2 = 0.99867, which allows to esteem with accuracy (MBE=1.0%, RMSE=3.7% and d=0.9980). Because of the seasonal dependence, equations to estimate diurnal evolution of the hourly monthly average values of the direct radiation were proposed, with high determination coefficients. The annual evolution of the daily monthly average values provided a temporal equation with R2 =0.75, and the validation showed good agreement in the statistical indicators, overestimating the measure in less than 1%, scattering in 6.72% with index of adjustment of d=0.9232.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES