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Capítulo 07:

TEMPERATURA DO AR E

DO SOLO

Disciplina(s): Meteorologia Agrícola e Meteorologia Florestal

Prof.: Roberto Avelino Cecílio

A energia radiante que atinge a superfície terrestre será destinado,basicamente, a três processos físicos, dentre os quais dois estãoassociados à temperatura: fluxo convectivo de calor sensível(temperatura do ar) e o fluxo por condução de calor no solo (temperaturado solo).

Temperatura do ar e do solo

Superfície úmida - dia

Sr

Aquecimento do ar

Aquecimento do solo

Temperatura do soloO regime térmico de um solo é determinado pelo aquecimento da superfíciepela radiação solar e transporte, por condução, de calor sensível para seuinterior. Durante o dia, a superfície se aquece, gerando um fluxo de calor parao interior. À Noite, o resfriamento da superfície, por emissão de radiaçãoterrestre (ondas longas), inverte o sentido do fluxo, que agora passa a ser dointerior do solo para a superfície.

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15 20 25 30 35 40 45

Temperatura do solo (oC)

Pro

fun

did

ad

e d

o s

olo

(cm

)

13h

19h

23h

5h

9h

A variação da temperatura do solo ao longo do

dia (temporal) e da profundidade (espacial) é

estudada a partir da elaboração dos

perfis de variação da temperatura, denominados de TAUTÓCRONAS

Fatores Determinantes da Temperatura do Solo

O fluxo de calor no solo depende, basicamente, da sua condutividade

térmica, de seu calor específico e de sua emissividade, os quais por

sua vez dependem do tipo do solo. Além disso, essa variação é afetada

pela interação com outros fatores, dentre eles:

Fatores ExternosRelacionados aos elementos meteorológicos: irradiânciasolar global, temperatura do ar, nebulosidade, chuva evento.

Fatores IntrínsecosRelacionados ao tipo de solo, ao relevo e ao tipo decobertura do terreno

Tipo de SoloRelacionado à textura, estrutura e teor de matér ia orgânica do solo. Solos arenosostendem a apresentar maiores amplitudes térmicas diárias nas camadas superficiaise menores em profundidade. Isso ocorre pelo fato dos solos arenosos terem maiorporosidade, havendo um menor contato entre as partículas do solos, dif icultandoassim o processo de condução. Os solos argilosos, por sua vez, apresentam maioreficiência na condução de calor, tendo menor amplitude térmica diária.

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Hora

Tem

pera

tura

do

solo

(oC

)

Arenoso Argilos o

Variação horária da temperatura de um solo

arenoso e de outro argiloso, Observ e a

menor amplitude diária no solo argiloso, o que se dev e ao fato deste

solo ser mais eficiente em transportar calor

para seu interior

Relevo

Es te é um fator topoclimático, que condic iona o terreno a diferentes exposições àradiação solar direta e, também, ao acúmulo de ar frio durante o inverno. Como visto naaula de fatores climáticos, os terrenos de meia-encosta voltados para o norte (nohemisfério Sul) recebem mais energia do que os voltados para o sul. Já nas baixadasocorre um maior acúmulo de ar frio durante o inverno, o que acaba condicionandoredução da temperatura do solo também nessa área.

Ar frio

Exposição e configuração do terreno

Faces sul e sudoeste Face

norte

2

Cobertura do Terreno

Este é um fator microclimático. Solos sem cobertura (desnudos) ficamsujeitos a grandes variações térmicas diárias nas camadas superficiais. Acobertura com vegetação ou resíduos vegetais (mulch) modifica o balanço deradiação e de energia, pois a cobertura intercepta a radiação solar, impedindoque esta atinja o solo. Esse fator é importante no sistema de plantio direto enos pomares, onde as plantas ficam bem espaçadas. Em períodos críticos(inverno) e em locais sujeitos a geadas, a cobertura do terreno é um fatoragravante das geadas, pois impede que o solo armazene calor durante o diae liberando-o para a superfície à noite

Sistema convencional solo exposto

Sistema plantio-direto solo com mulch

Mato na entrelinha do cafezal

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5

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20 25 30 35 40 45 50

Temperatura do solo (oC)

Pro

fun

did

ade (

cm)

0t/ha(6h) 14t/ha(6h) 28t/ha(6h)

0t/ha(14h) 14t/ha(14h) 28t/ha(14h)

A figura acima mostra a variação da temperatura do solo para dois horários dodia e até a profundidade de 20cm, para diferentes graus de cobertura compalha de café. Observe que o solo sem cobertura apresentou uma amplitudetérmica (variação entre 6 e 12h) muito maior do que para o solo coberto commulch. Os resultados confirmam que quanto maior a cobertura com mulch,maior o isolamento proporcionado.

Variação Temporal da Temperatura do Solo

Diária

Varia com a profundidade. Nas camadas mais superficiais, var ia de acordo com aincidênc ia de radiação solar, tendo o valor máx imo entre 12 e 14h. Em profundidadesmaiores, as máximas tendem a ocorrer mais tarde, assim como as mínimas.

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0

15 20 25 30 35 40 45

Temperatura do solo (oC)

Pro

fun

did

ade

do

so

lo (

cm

)

13h

19h

23h

5h

9h

Variação Temporal da Temperatura do Solo

Anual

Também segue a disponibilidade de energia na superfície, com valores máximos noverão e mínimos no inverno. Em profundidade, ocorre um pequeno atraso nos valoresmáximos e mínimos. A figura ao lado ilustra a var iação anual da temperatura do solo emduas profundidades. Observe que no verão a temperatura média mensal é maior nasuperfície. Já no inverno, isso se inverte.

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Jan

Fev

Mar

Abr

Mai

Jun

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Ago Set

Out

Nov

Dez

Tem

per

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a do

sol

o (o

C)

2 cm 100 cm

Variação anual da temperatura do solo em região de clima temperado, onde, durante oinverno, o solo fica coberto com neve.

Medida da Temperatura do SoloSão utilizados os geotermômetros, cujo o elemento sensor é o mercúrio, cujo princ ípiode medida é a dilatação de um líquido. Além deles pode-se utilizar outros tipos deelementos sensores, como os termopares e os termistores.

Geotermômetros instalados em gramado

Geotermômetros instalados em solo desnudo

Além dos geotermômetros padrões, existem outros tipos degeotermômetros de baixo custo, para uso em plantações,

Sensor automático para medida da temp, do solo

Termistor

Geotermógrafo

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Temperatura do ar

A temperatura do ar é um dos efeitos mais impor tantes da radiação solar. Oaquecimento da atmosfera próxima à superfície terrestre ocorre principalmentepor transporte de calor, a partir do aquecimento da superfície pelos raiossolares. O transporte de calor sensível (H) na atmosfera se dá por 2 processos:

Condução MolecularProcesso lento de troca de H,ocorrendo pelo contato entre asmoléculas de ar, Assim, esseprocesso tem extensão espac iallimitada, f icando restr ito à camadalimite superficial,

Sup, quente

Ar frio

Co

nd

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de

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H)

Difusão TurbulentaProcesso rápido de troca de energia, emque parcelas de ar aquec idas pelasuperfície entram em movimento convectivodesordenado, transportanto calor (H), vapor(LE), etc, para camadas super iores daatmosfera.

A figura acima é uma representação real do que se vê na figura ilustrativa doprocesso de convecção, O vermelho indica temperaturas maiores e o azul menores.

Processos de convecção

Fatores Determinantes da Temperatura do Ar

Os fatores determinantes da temperatura do ar são aqueles associados às trêsescalas dos fenômenos atmosféricos:

Fatores MacroclimáticosRelacionados à latitude, alt itude, correntes oceânicas,continentalidade / oceanidade, massas de ar e frentes

Fatores TopoclimáticosRelacionados ao relevo, mais especif icamente àconfiguração e exposição do terreno

Fatores MicroclimáticosRelacionados à cobertura do terreno

Variação Temporal da Temperatura do Ar

A temperatura do ar varia basicamente em função da disponibilidade de radiação solar nasuperfície terrestre. O v alor máximo diário da temperatura do ar ocorre normalmente de 2 a3h após o pico de energia radiante, o que se deve ao fato da temperatura do ar ser medida acerca de 1,5 a 2,0 m acima da superfície. Já a temperatura mínima diária ocorre demadrugada, alguns instantes antes do nascer do sol.

Diária

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Horas

Tem

per

atu

ra

Temperatura

Radiação Solar

Tmax

Tmin

A variação diária normalmente observada da temperatura do ar podesofrer variações, especialmente com a entrada de frentes frias oudiasnublados, quando a temperatura do ar praticamente não varia

AnualTambém segue a disponibilidade de energia na superf ície, comvalores máximos no verão e mínimos no inverno.

A variação diária normalmente observada da temperatura do arpode sofrer variações, especialmente com a entrada de frentesfrias ou dias nublados, quando a temperatura do ar praticamentenão varia

TEMPERATURA MÉDIA MENSAL - SÃO MATEUS - ES

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J M S J M S J M S J M S J M S

Mês/Ano

Te

mp

era

tura

, ºC

2001 2002 2003 2004 2005

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REPRESENTAÇÃO DA TEMPERATURA DO AR

MÉDIAS DIÁRIASMÉDIAS MENSAISMÉDIAS ANUAIS

MÁXIMAS ABSOLUTASMÉDIA DAS MÁXIMASMÍNIMAS ABSOLUTASMÉDIA DAS MÍNINAS

http://siag.incaper.es.gov.br/index.htm

http://w w w.agritempo.gov.br

http://w w w.agritempo.gov.br http://w w w.agritempo.gov.br

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Medida da Temperatura do Ar

O padrão para a medida da temperatura do ar visa homogeneizar as condições demedida, com relação ao topo e microc lima, deixando essa var iável dependenteunicamente das condições macroclimáticas, o que possibilita a comparação entrelocais. Assim, mede-se a temperatura do ar com os sensores instalados em um abrigometeorológico, a 1,5 – 2,0 m de altura e em área plana e gramada.

Abrigos meteorológicos utilizados em estações

meteorológicas convencionais

Abrigo meteorológico utilizado em estações

meteorológicas automáticas

Termometria – Princípios

•Dilatação de líquidos: os mais comuns => capilar devidro onde uma coluna de líquido (Álcool ou Mercúrio)se dilata/contrai com o aquecimento/resfriamento

•Dilatação de sólidos

•Par termoelétrico

•Resistência elétrica (Termistores)

•Radiação infravermelha

Dilatação de líquido: são denominados de termômetros. Ostermômetros são utilizados em estações meteorológicasconvencionais, onde ficam instalados dentro do abrigometeorológico. Dois termômetros são destinados a medir astemperaturas máxima (Tmáx) e mínima (Tmín) e outros dois sedestinam a medir a temperatura do bulbo seco (Ts) e do bulbo úmido(Tu), os quais constituem o conjunto psicrométrico, a ser utilizadosna aula de umidade do ar

Tmáx

Tmín

Ts Tu

Arco metálico

Dilatação de sólido: Instrumento que se baseia no princípio de que umsólido ao se aquecer sofre dilatação proporcional ao aquecimento. Osensor é uma placa metálica, que se dilata e contrai com a variação detemperatura. O termógrafo é um tipo desse sensor, São utilizados emestações meteorológicas convencionais, onde ficam instalados dentrodo abrigo meteorológico. Eles medem a temperatura do arcontinuamente, com o registro sendo feito com uma pena sobre umdiagrama (termograma).

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Pares termoelétricos: utilizam junções de dois metais diferentes. Adiferença de temperatura entre as duas junções (uma no abrigo eoutra numa temperatura de referência) gera uma força eletromotrizproporcional. Na figura abaixo vemos sondas de termopar, nas quaisuma junção é o sensor e a outra junção se encontra conectada aosistema de aquisição de dados(referência)

Sondas de Termopar

Sensor de temperatura

Efeito Peltier-Seebeck

Tipos de termopares:Tipo K (Cromel / Alumel); Tipo E (Cromel / Constantan); Tipo J (Ferro /

Constantan); Tipo N (Nicrosil / Nisil); Tipo B (Platina / Ródio-Platina); Tipo R (Platina / Ródio-Platina); Tipo S (Platina / Ródio-Platina);

Tipo T (Cobre / Constantan) - É dos termopares mais indicados para medições na gama dos -270°C a 400°C, Constante de cerca de 13mV/ºC

Resistência elétrica (Termistores): constituídos de material semi-condutor, com coeficiente térmico negativo (variação da resistênciacom a temperatura, ou seja maior a temperatura, menor aresistência), permitindo seu acoplamento a sistemas de aquisição dedados. Ao lado vemos vários tipos de termistores e uma sonda demedida da temperatura do ar, cujo elemento sensor é um termistor.

Termistores

Sensor de temperatura

Radiação infravermelha: baseia-se na detecção da radiaçãoeletromagnética emitida pelos corpos (Stefan-Boltzman), Esseinstrumento é utilizado para detecção da temperatura da superfície deum corpo

Cálculo da Temperatura Média do Ar

Tmed do ar = (Ta9h + Tmáx + Tmín + 2.Ta21h) / 5

Tmed do ar = (Σ Tai) / n

Estação Convencional:

Estação Automática:

INMET

IAC Tmed do ar = (Ta7h + Ta14h + 2.Ta21h) / 4

Valores Extremos

Tmed do ar = (Tmáx + Tmín) / 2

Real

Tai é a temperatura do ar medida a cada interv alo de tempo e n é o total de observ ações feitas ao longo de um dia

Termó-grafo

Tmed do ar = (Σ Tai) / 24

Tai é a temperatura do ar medida a cada interv alo de 1 hora e 24 é o total de observ ações feitas ao longo de um dia

Estimativa da Temperatura Média Mensal do Ar

Caso não se disponha de dados médios mensais detemperatura do ar para um local. Esses podem serestimados em função das coordenadas geográficas(latitude, longitude e altitude), devido à relação dedependência entre elas e a temperatura do ar:

> Latitude < Temperatura média do ar

> Altitude < Temperatura média do ar

Longitude expressa, em alguns casos, a proximidade de oceanos (oceanidade)

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A estimativa da temperatura média normal de um localé de extrema utilidade para a agricultura, pois muitasvezes necessita-se dos dados de temperatura para oplanejamento agrícola e a única forma de obtê-los épor meio de estimativas.

A estimativa da Temperatura média mensal normal éobtida com o emprego de uma regressão linearmúltipla:

Tmed = a + b.ALT + c.LAT + d.LONG

em que: ALT = altitude, em metros; LAT = latitude eLONG = longitude, ambas em graus. As letras a, b, c ed, representam os coeficientes da equação, obtidosestatisticamente.

Os coeficientes da equação variam de acordo com ascaracterísticas de cada local e também com a épocado ano. Valores desses coeficientes estão disponíveispara vários estados brasileiros, porém aqui iremosapresentar apenas aqueles relativos ao estado doEspírito Santo, cujo modelo leva em consideração aaltitude,latitude e longitude (trabalho de Castro 2008):

Temperatura MÉDIA

Mês Coeficiente (a) Altitude (b) Latitude (c) Longitude (d) R²

JAN -11,7915 -0,0067 NS -0,9718 0,95

FEV -10,2517 -0,0070 NS -0,9458 0,95

MAR 27,6025 -0,0064 NS NS 0,95

ABR -3,4176 -0,0070 0,4854 -0,9669 0,96

MAI 24,6425 -0,0071 NS NS 0,95

JUN 23,2446 -0,0074 NS NS 0,94

JUL 22,7931 -0,0073 NS NS 0,94

AGO -14,8756 -0,0078 NS -0,9410 0,94

SET -26,3387 -0,0071 0,5999 -1,5304 0,95

OUT -29,9065 -0,0069 0,6815 -1,6918 0,96

NOV -20,9442 -0,0065 0,5549 -1,4274 0,96

DEZ -10,3282 -0,0064 0,4060 -1,1145 0,97

ANO -12,9848 -0,0071 0,4690 -1,1761 0,97

Estimativas para o estado do Espírito SantoExemplos: Janeiro

Tmed = [-11,7915 + (-0,0067*727)+(-0,9718*-41,2)] = 23,4oC

Venda Nova Imigrante

Lat. = 20,38ºS = -20,38

Long. = 41,2ºW = -41,2

Alt = 727m

São Mateus

Lat. = 18,72oS

Long. = 39,8ºW

Alt = 9m)

Tmed = 22,7931 +(- 0,0073*727) = 17,5oCJulho

JaneiroTmed = [-11,7915 + (-0,0067*9)+(-0,9718*-39,8)] =

26,8oC

Tmed = 22,7931 - 0,0073*9 = 22,7oCJulho

Tmed = -12,9848 +(- 0,0071*727)+( 0,4690*-20,38)+ (-1,1761*-41,2)= 20,8oC

Ano

Tmed = -12,9848 +(- 0,0071*9)+( 0,4690*-18,72)+ (-1,1761*-39,8)= 25,0oC

Ano

A partir de um modelo digital de elevação (MDE) do Estado do Espírito Santo gerado a partir de dados de radar SRTM (Shuttle Radar Topography

M ission) (Castro, 2008)....

LINH ARE S

SÃO MA TEUS

ECO POR ANG A

ARAC RUZ

CO LATI NA

PANC AS

NO VA V ENÉC IA

M ONTA NHA

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RIO BA NAN AL

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LA RANJA DA TER RA

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D ORE S D O RIO P RETO

VEND A N OVA DO IM IG RAN TE

DI VIN O DE SÃO LOU REN ÇO

BO M JESUS DO N ORT E

µ 0 15 30 457.5

Km

< 10 °C 10 - 12 °C 12 - 14 °C 14 - 16 °C 16 - 18 °C

18 - 20 °C 20 - 22 °C 22 - 24 °C > 24 °C

BAH IA

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LÂN

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IO DE JA NEIROProjeção Univer sal Tr ansver sa de Mercator (UTM)Fuso 24 - S outh A merican Datum 1969 (S AD 69)

Pode-se gerar um mapa com as temperaturas

médias anuais do Estado do Espírito Santo(Castro,

2008) ou mensais.......

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Médias mensais da temperatura média do ar para o ES, estimadas através de equações múltiplas lineares e MDE obtido através de imagem de radar

(SRTM)(Castro, 2008)

Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho

Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro

Para outros estados....

(EMBRA PA, 2006)

(Medeiros et al., 2006)

Cálculo da Temperatura Média do Solo

Tmed do Solo = (Ts7h + Ts14h + Ts21h) / 3

Tmed do Solo = (Σ Tsi) / n

Estação Convencional:

Estação Automática :

Estimativa da Temperatura Média Mensal do Solo

Tsi é a temperatura do solo medida a cada interv alo de tempo e n é o total de observ ações feitas ao longo de um dia

Caso não se disponha de dados para determinar a temperatura média mensal de umsolo, pode-se recorrer às estimativas por meio da relação da temperatura do solo com atemperatura do ar:

Ts = a + b TarOs valores de a e b dependem do tipo de solo e também da profundidade dedeterminação de Ts, Veja a seguir os valores dos coeficientes para um Latossolo Roxodesnudo:

Profundidade Equação

2 cm Ts2cm = -4,56 + 1,38.Tar

5 cm Ts5cm = -3,61 + 1,33.Tar

10 cm Ts10cm = -2,59 + 1,28.Tar

20 cm Ts20cm = -1,70 + 1,22.Tar

40 cm Ts40cm = 0,62 + 1,12.Tar

100 cm Ts100cm = 7,27 + 0,81.Tar

Exemplos:

2 cm Ts2cm = -4,56 + 1,38* 24 = 28,6oCTar = 24oC

100 cm Ts100cm = 7,27 + 0,81* 24 = 26,7oC

2 cm Ts2cm = -4,56 + 1,38* 17 = 18,9oCTar = 17oC

100 cm Ts100cm = 7,27 + 0,81* 17 = 21,0oC