Estimativa dos fluxos de CO2 e evapotranspiração em áreas de caatinga em recuperação e degradada no estado da Paraíba

Estudos sobre trocas energéticas entre ecossistemase a atmosfera são de grande importância no entendimento do papel da vegetação sobre o microclima local, sendo ainda bastante escassos quando se trata da vegetação da Caatinga. O presente trabalho tem o objetivo de estudar as diferenças no comportamento de importantes variáveis como o albedo (α), saldo de radiação (Rn), evapotranspiração (ET) e fluxos de CO2 (NEE e GPP) em área de Caatinga em recuperação (CREC) e degradada (CDEG) no estado da Paraíba. Em campo, os fluxos foram medidos pelo método da covariância de vórtices turbulentos (Eddy Covariance) para posterior comparação com as mesmas variáveis obtidas a partirde dados provenientes do sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) a bordo do satélite Terra. As estimativas mostraram maiores valores de albedo para a CDEG, e maiores valores de Saldo de radiação, para a CREC, evidenciando que nessa área deve existir uma maior disponibilidade de energia para realização dos processos físicos. O coeficiente de determinação (R2) entre as estimativas e as observações de Rn diário foi de até 0,93. A ET estimada pela metodologia SEBAL apresentou maiores diferenças com relação aos valores observados, fato porém a ser considerado foi a ocorrência de chuvas próximas a quase todas as datas das imagens. O algoritmo MOD16A2, no entanto, apresentou valores de ET mais próximos das observações e maior concordância com o Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI). A CREC, em geral, apresentou maiores valores de ET em comparação com a CDEG. As trocas líquidas do ecossistema (NEE) com a atmosfera mostraram-se mais evidentes para a CREC, com a CDEG apresentando um aumento perceptível na absorção de CO2apenas na época chuvosa. A produtividade primária bruta (GPP) estimada a partir do MOD17A2, mesmo subestimando bastante os dados medidos, consegue diferenciar as duas áreas em estudo para todas as épocas do ano, ao passo que a metodologia aplicada em escala local, associando dados MODIS e medidas de campo (GPP_ mod) aproximou-se mais das observações, porém a diferença entre as duas áreas em estudo tornou-se mais evidente no período com menor disponibilidade hídrica. Os valores de R2 entre GPP_torre e GPP_MOD17 foram, respectivamente de 0,74 e 0,66 para CREC e CDEG. Já ente GPP_torre e GPP_ mod os valores de R2 foram menores, quais sejam: 0,35 e 0,51 para a CREC e CDEG, respectivamente.Studies on energy exchanges between ecosystems and the atmosphere are of great importance in understanding the role of vegetation on the local microclimate, still quite sparse when it comes to the vegetation of the Caatinga. This work aims to study the differences in the behavior of important variables as the albedo (α), net radiation (Rn), evapotranspiration (ET) and CO2 fluxes (NEE and GPP) in Caatinga area in recovery (CREC ) and degraded (CDEG) in the state of Paraíba. In the field, the flows were measured by the method of Eddy Covariance for later comparison with the same variables derived from data from the MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) aboard the Terra satellite. The estimates showed higher albedo values for the CDEG, and higher net radiation values for the CREC, showing that in this area there should be a greater availability of energy for realization of physical processes. The coefficient of determination (R2) between the estimates and observations of daily Rn reached 0,93. The ET estimated by SEBAL methodology showed higher differences in relation to the observed values, but fact to be considered was the rainfall next to almost all dates of the images. The MOD16A2 algorithm, however, presented closer ETvalues of the observations and the agreement with the normalized difference vegetationindex (NDVI). The CREC, in general, showed higher ET values in comparison with the CDEG. The Net ecosystem exchange (NEE) with the atmosphere were more evident to CREC, withthe CDEG showing a noticeable increase in CO2 absorption only in the rainy season. The gross primary production (GPP) estimated from the MOD17A2 even quite underestimating the measureddata, can differentiate the two areas under study for all seasons, whereas the methodology applied at the local level, linking MODIS data and measures field (GPP_ mod) moved closer to the observations, but the difference between the two areas under study became more evident in the shorter water availability. The R2 values between GPP_torre and GPP_MOD17 were respectively 0,74 and 0,66 for CREC and CDEG. Already being GPP_torre and GPP_ mod R2 values were lower, as follows: 0,35 and 0,51 for the CREC and CDEG, respectively.Cape

Greenhouse effect and global warming : a conceptual approach from the perspective of physics to basic education

A temática das mudanças climáticas é um dos principais temas da agenda da educação ambiental para o século XXI. Contudo, o tema ainda é pouco abordado na sala de aula da educação básica e requer discussões mais aprofundadas, inclusive sobre seus aspectos científicos mais básicos. O presente artigo pretende contribuir para a articulação e inserção deste tema no ensino de ciências, especialmente nos níveis médio e fundamental. Para tanto é feita uma abordagem da perspectiva da Física básica discutindo os principais conceitos científicos necessários para a compreensão dos fenômenos do efeito estufa e do aquecimento global. Buscamos fazê-lo de forma detalhada, apresentando passo a passo os conceitos e incluindo alguns aspectos da história da ciência do clima, de modo que o leitor não familiarizado com o assunto possa formar uma visão científica inicial acerca do tema.Climate change is one of the main themes of the environmental education agenda for the 21st century. However, this topic is still poorly addressed in the classroom of basic education and requires more in-depth discussions, including its most basic scientific aspects. This article aims to contribute to the articulation and insertion of this theme in science education, especially at the elementary and high school levels. In order to do so, we made an approach from the perspective of Physics, discussing the main scientific concepts that are necessary to understand the phenomena of the greenhouse effect and global warming. We made this in a detailed way, presenting the concepts step by step and including some aspects of the history of climate science, so the reader unfamiliar with the subject can form an initial scientific view about the topic

Evolução espaço-temporal do albedo e da cobertura vegetal da superfície na bacia hidrográfica do alto curso do Rio Paraíba

O presente estudo teve como objetivo analisar a variação espaço-temporal do albedo e da cobertura vegetal da superfície na bacia hidrográfica do alto curso do Rio Paraíba, como importantes indicadores do processo de degradação das terras/desertificação. A bacia hidrográfica do alto curso engloba, total ou parcialmente, a área de 18 municípios, distribuídos nas microrregiões do Cariri Ocidental e Oriental do estado da Paraíba. As informações das duas variáveis foram obtidas de 168 imagens MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectro radiometer), correspondentes aos doze meses do ano no período de 2000-2013. O teste Mann-Kendall (MK) foi utilizado para identificação da tendência, ao nível de significância de α = 0,05. Os valores do albedo, índice de vegetação ajustada ao solo (IVAS) e estatística MK foram espacializados por krigagem, para geração de mapas temáticos. Os principais resultados evidenciaram que os valores médios do albedo da superfície variam entre 11 e 21%, com máximos em fevereiro e mínimos em julho. Os valores médios mensais do IVAS variaram entre 0,18 e 0,36, com máximos em abril e mínimos em outubro. A precipitação pluvial é a variável que condiciona a variação do índice de vegetação e do albedo na região. Os municípios de São Sebastião do Umbuzeiro e Congo apresentaram, respectivamente, os maiores e menores valores médios do IVAS, em virtude das características climáticas e do relevo do primeiro município, com altitudes mais elevadas, que propiciam mais umidade. O município de Congo apresentou os menores valores de IVAS (0,15), sendo possível identificar uma correlação inversa com os valores de albedo da superfície, em consequência da vegetação mais rala ou mesmo inexistente, caracterizando um processo de degradação das terras. As tendências para as duas variáveis: albedo da superfície (Z = - 1,259) e IVAS (Z = - 0,164) são decrescentes, porém não significativas

Net Radiation in the Semiarid Region of the States of Paraíba and Rio Grande do Norte Using the MODIS Sensor

This study aimed to estimate the surface net radiation (Rn) for the States of Paraíba and Rio Grande do Norte and validate the results with data measured in validate the results with measurements in experimental recovering (CRec), degraded (CDeg), and preserved (CPres) areas of Caatinga. Seventeen images of the MODIS sensor on board the Terra satellite were selected for CRec and CDeg in the State of Paraíba and twenty-eight images for CPres in the state of Rio Grande do Norte, corresponding to the period of January to December 2014. The MODIS-Terra MOD09A1 and MOD11A2 products were used. Parametric (Shapiro-Wilk) and non-parametric (Kolmogorov-Smirnov and Wilcoxon-Mann-Whitney) tests were applied to understand the patterns. Statistical error indices were applied to verify the accuracy of the estimates in relation to the observed values. Only the measured albedo (α_meas) met the assumption of normality. According to mean absolute percentage error statistics, the model used to estimate the albedo was classified as inappropriate for CPres and CRec ( 25%), while it was satisfactory for CDeg (15-25%). Significant differences between observed and estimated values were absent only for the variable Rn in the three observation sites. The good performance of Rn estimates confirms the efficiency of the application of the method in semiarid regions

The environmental theme and the physics teaching : a possibility throughremote sensing

Este trabalho propõe a abordagem da temática ambiental na educação básica a partir de conteúdos dafísica, utilizando dados provenientes de sensoriamento remoto (SR). Inicialmente, fazemos uma articulaçãoda legislação brasileira sobre educação ambiental com a literatura, em periódicos, referente à pesquisa emensino de física e sua relação com a educação ambiental. Na sequência, apresentamos algumas situaçõesque poderiam ser abordadas em sala de aula utilizando imagens de satélite. Posteriormente, são abordadosalguns princípios físicos do SR, destacando o papel da radiação solar e terrestre e o registro dessa radiaçãopelos sensores. Apresentamos, então, alguns resultados estimados a partir de dados de SR paraTemperatura da superfície (Ts), Radiação terrestre (radiação de onda longa - ROL) e Índice de Vegetaçãopor Diferença Normalizada (NDVI) para diferentes localidades. Os resultados demonstram a importância dapreservação da vegetação para a manutenção de temperaturas mais amenas. A proposta permite articularaspectos da temática ambiental ao ensino de física, estendendo aspectos do conteúdo científico afenômenos socioambientais para além da sala de aula, possibilitando relacionar o currículo de física com ocontexto local em que vivem os estudantes.This paper aims to approach environmental issues in basic education from Physics content, using data fromRemote Sensing (RS). First, we congregate the Brazilian legislation on environmental education with theliterature in journals, regarding research in teaching Physics. In sequence, we present some situations thatcould be addressed in the classroom using satellite images. Subsequently, some physical principles of SR areaddressed, highlighting the role of solar and terrestrial radiation and the recording of this radiation bysensors. The following step is presenting some results estimated from RS data for Surface Temperature (St),Terrestrial Radiation (long wave radiation - LWR), and Vegetation Index by Normalized Difference (IVDN) for different locations. The results show the importance of preserving vegetation to maintain mildertemperatures. The study contributes to bringing the environmental theme into the Physics teaching practice,extending aspects of the scientific content to socioenvironmental phenomena beyond the classroom, makingit possible to relate the Physics curriculum to the local context in which the students live

Changes in radiative balance and climatic impacts arising from land use in the State of São Paulo.

Quando há interesse na determinação do saldo de radiação para áreas heterogêneas é interessante recorrer ao sensoriamento remoto, visto que o mesmo não é usualmente medido em estações meteorológicas, pois depende da natureza da superfície e, portanto, sofre grande influência do albedo e da temperatura da superfície. O presente trabalho tem por objetivo avaliar se alterações promovidas pela substituição da vegetação primária por cana-de-açúcar, afetam o balanço de radiação e se podem ser detectadas por imagens geradas pelo sensor MODIS a bordo do satélite Terra. Foram utilizadas dez imagens referentes aos dias sequenciais do ano 46, 52, 70, 89, 100, 102, 212, 228, 338 e 360, do ano de 2005, cobrindo a área do município de Santa Rita do Passa Quatro - SP. Para tanto, foram utilizadas três diferentes metodologias - Bisht, METRIC e SEBAL - para o cômputo do saldo de radiação instantâneo e de suas componentes, visando à precisão das estimativas através da validação dos resultados a partir dos dados obtidos de duas torres experimentais, situadas na área do cerrado e da cana-de-açúcar. Os valores do saldo de radiação no cerrado foram maiores que na cana-de-açúcar. Para o albedo da superfície foi encontrado erro médio percentual da ordem de 15%, para a radiação de onda curta da ordem de 4%, em torno de 5,5% para a radiação de onda longa da atmosfera e 5% para o saldo de radiação instantâneo. Para o saldo de radiação diário foi encontrado erro médio percentual em torno e 10% para o método clássico, de 14% para o modelo clássico calibrado e de 13% para o modelo senoidal modificado. As técnicas empregadas proporcionam destacar padrões que diferenciam os biomas em estudo e concluir que a substituição da vegetação nativa por cana-de-açúcar aumenta o albedo e a temperatura da superfície, além de diminuição no saldo de radiação; porém, impactando claramente o clima das áreas motivo de tal substituição.When there is interest in determining the net radiation - Rn for heterogeneous areas the use of remote sensing techniques is very important. Rn is not usually measured in meteorological stations since it depends on the nature of the surface and thus is greatly influenced by albedo and land surface temperature. This study aims to evaluate whether changes introduced by land change use, particularly replacing the savanna (Cerrado) by sugar cane crop areas, can be detected through the use of MODIS sensor images onboard Terra satellite. Ten images referring to the sequential day of year 46, 52, 70, 89, 100, 102, 212, 228, 338 and 360 of 2005, covering the area of Santa Rita do Passa Quatro – SP municipality, were used. Therefore, three different methodologies - Bisht, METRIC and SEBAL - for calculating the instantaneous net radiation and its components were applied in order to determine the results. Data obtained from two icrometeorological towers located in Cerrado and sugar cane crop areas were used for validation and calibration of the models. The net radiation values in the savanna area were bigger than in the sugar cane crop area. The sugar cane area presented albedo and land surface temperature values bigger than those obtained in savanna areas. For the surface albedo was found an average percentage error of approximately 15%, for shortwave radiation of about 4%, about 5,5% for the atmosphere longwave radiation and 5% for the instantaneous net radiation. For the balance of radiation daily average error percentage was found around 10% and for the classical method, 14% for the classical model calibrated and 13% for the modified sinusoidal model. The techniques employed provide highlight patterns that distinguish the studied biomes and to conclude that replacement of Cerrado areas by sugar cane crop raise albedo and land surface temperature, and then impact locally the climate.Cape

Diferentes modelos de estimativa da radiação de onda longa a partir de dados MODIS/TERRA

The objective of this study is to analyze the accuracy of different methods to estimate the surface downwelling and upwelling longwave radiation (LWR) using data from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) onboard the satellite Terra. For downwelling LWR three methods were used which is conventionally called SEBAL (S), METRIC (M) and Bisht (B). For application of the methods SEBAL and METRIC need only data for air temperature, which is easily obtained from the weather station. The method proposed by Bisht was processed in a completely autonomous form because the air temperature, as well as the dew temperature, were obtained from MODIS/ TERRA data. The upwelling LWR was estimated from a single mode, only with remote sensing data. The SEBAL method demonstrated greater accuracy, followed by METRIC, with standard deviations of 19 and 20 Wm-2, respectively. Finally, the Bisht method showed that errors introduced were above the acceptable precision (36 Wm-2). It was also examined the emissivities estimated by each method, as well as their impact on the accuracy of longwave radiation data. It is observed that the performance not so satisfactory of the Bisht methodology is due to estimate of the atmosphere emissivity, whose performance was not as good as the others. This is due to the fact of that the air temperature data obtained of the MODIS sensor were 2 3° higher than air temperature measured on the meteorological towers.Pages: 8698-870

Greenhouse effect and global warming : a conceptual approach from the perspective of physics to basic education

A temática das mudanças climáticas é um dos principais temas da agenda da educação ambiental para o século XXI. Contudo, o tema ainda é pouco abordado na sala de aula da educação básica e requer discussões mais aprofundadas, inclusive sobre seus aspectos científicos mais básicos. O presente artigo pretende contribuir para a articulação e inserção deste tema no ensino de ciências, especialmente nos níveis médio e fundamental. Para tanto é feita uma abordagem da perspectiva da Física básica discutindo os principais conceitos científicos necessários para a compreensão dos fenômenos do efeito estufa e do aquecimento global. Buscamos fazê-lo de forma detalhada, apresentando passo a passo os conceitos e incluindo alguns aspectos da história da ciência do clima, de modo que o leitor não familiarizado com o assunto possa formar uma visão científica inicial acerca do tema.Climate change is one of the main themes of the environmental education agenda for the 21st century. However, this topic is still poorly addressed in the classroom of basic education and requires more in-depth discussions, including its most basic scientific aspects. This article aims to contribute to the articulation and insertion of this theme in science education, especially at the elementary and high school levels. In order to do so, we made an approach from the perspective of Physics, discussing the main scientific concepts that are necessary to understand the phenomena of the greenhouse effect and global warming. We made this in a detailed way, presenting the concepts step by step and including some aspects of the history of climate science, so the reader unfamiliar with the subject can form an initial scientific view about the topic