XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002
VARIABILIDADE DAS IRRADIAÇÕES MENSAIS GLOBAL E DIFUSA FOTOSSINTETICAMENTE
ATIVA (PAR) EM AMBIENTE PROTEGIDO
FRISINA, V.A., J.F. ESCOBEDO; GOMES, E.N.
Dept. Recursos Naturais, Faculdade de Ciências Agronômicas / UNESP
CP 237 CEP 18603-970 Botucatu-SP / tel (0xx14) 6802-7162 / e-mail: [email protected]
ABSTRACT
A study into photosynthetically active radiation (PAR) variability has been carried out and inside a
polyethylene greenhouse, using polyethylene covering (100 µm) and a 50% shadowband polypropylene screen.
The experiment has been carried out from June 1st/1999 to September 5th/2000. A Datalogger Campbell has been
used for data aqcuisition, operating at 1 Hz frequency. The variational study allowed to determine the ratio between
PAR to shortwave radiation outside K ex
p
= 43.22% and inside K inp
transmissivity of PAR and shortwave radiation τGp
= 45.06% the greenhouse; mean covering
= 77.13% and τG
= 73.36%. Considering the diffuse
component, it has been determined the mean ratio between diffuse PAR and diffuse radiation (outside and inside
greenhouse) K ex
Dp
= 49.98% and K inDp
= 51.50%; diffuse fractions of shortwave radiation and PAR K ex
d
=
in
41.05%, K ind = 51.13%, K ex
dp = 37.06% and K dp = 56.58%.
INTRODUÇÃO
Uma das componentes da radiação solar de grande interesse às ciências biológicas e agronômicas é a
radiação fotossinteticamente ativa (PAR), que compreende a faixa espectral de comprimentos de onda de 0,4 a 0,7
µm. É a radiação que ativa os pigmentos fotossintéticos, permitindo que as plantas absorvam a energia radiante do
sol e a convertam em energia química, através do processo de fotossíntese.
Apesar da grande importância da PAR, encontram-se poucos trabalhos na literatura (Grant et al., 1996,
Alados & Alados-Arboledas, 1999) que tratam da componente difusa na faixa espectral fotossinteticamente ativa.
Sabe-se, no entanto, que, em climas onde extremos de nebulosidade são comuns, diferenças nos percentuais da
componente difusa da PAR de um dia para o outro podem ser responsáveis por diferenças significativas na
eficiência da produção fotossitética (De Wit, 1965 citado por Stigter & Musabilha, 1982). Além disso,
determinações precisas das componentes difusa e direta da PAR são necessárias para estudos de transmissividade
da luz por coberturas vegetais e coberturas transparentes de ambientes protegidos (Gueymard 1989).
Este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo de variações das irradiações global e difusa de
ondas curtas e fotossinteticamente ativa em ambiente protegido por cobertura de polietileno, determinando-se a
fração da PAR em relação à radiação global, a transmissividade da cobertura da estufa e as frações difusas para
ambas as faixas espectrais de ondas curtas e fotossinteticamente ativa.
NOMENCLATURA DOS SÍMBOLOS
= média mensal
= irradiação global externa
H ex
G
H inG = irradiação global interna
= irradiação fotossinteticamente ativa externa
H ex
Gp
H inGp = irradiação fotossinteticamente ativa interna
= irradiação difusa externa
H ex
D
H inD = irradiação difusa interna
= irradiação difusa fotossinteticamente ativa externa
H ex
Dp
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H inDp = irradiação difusa fotossinteticamente ativa interna
K ex
= fração fotossinteticamente ativa da radiação global externa
p
K inp = fração fotossinteticamente ativa da radiação global interna
τGp = transmissividade da radiação fotossinteticamente ativa
τG = transmissividade da radiação global
K ex
Dp = fração difusa fotossinteticamente ativa da irradiação difusa externa
K inDp = fração difusa fotossinteticamente ativa da irradiação difusa interna
= fração difusa da irradiação global externa
K ex
d
K ind = fração difusa da irradiação global interna
K ex
dp = fração difusa da irradiação fotossinteticamente ativa externa
K indp = fração difusa da irradiação fotossinteticamente ativa interna
MATERIAL E MÉTODOS
O experimento foi realizado na Estação de Radiometria Solar de Botucatu, FCA, UNESP, BotucatuSP, com coordenadas geográficas: latitude de 22o54' S, longitude de 48o27' W e altitude de 786 m. O ambiente
protegido utilizado foi do tipo arco, orientado no sentido leste-oeste, com cobertura de polietileno (100 µm de
espessura) e laterais de malha preta (sombreamento de 50%), com as seguintes dimensões: 7 m largura, 20 m
comprimento e 3,5 m de altura de pé direito.
As irradiações foram monitoradas no período de 01/06/1999 a 31/08/2000, abrangendo todo o intervalo
da declinação solar e de condições atmosféricas diversas. Para a medição da radiação solar global de ondas curtas,
foram utilizados dois piranômetros, um instalado na área externa e outro no interior da estufa. A radiação
fotossinteticamente ativa global foi medida por dois detectores quânticos Li-Cor instalados dentro e fora da estufa.
Foi utilizado o fator de conversão de 4,6 µmol s-1W-1 (Li-Cor, 1991), que está dentro de ± 8% dos fatores
determinados por McCree (1972). As componentes difusas foram medidas através do método do anel de
sombreamento. Utilizou-se o fator de correção desenvolvido por Melo (1993) e Oliveira (2001) para as condições
locais. Na aquisição dos dados, foi utilizado um sistema digital composto por dois Datalogger Campbell Scientific
21X e 23X, interligados a placas Multiplex AM 416 (de 32 canais), operando na frequência de 1 Hz, captando
leituras a cada segundo e armazenando médias de 5 minutos. A comunicação entre o sistema de aquisição de dados
e os radiômetros solares foi efetuada através de cabos coaxiais e a comunicação entre o Datalogger e o
microcomputador, através de uma interface SC 32A.
RESULTADOS
MÉDIAS MENSAIS DA FRAÇÃO FOTOSSINTETICAMENTE ATIVA DA GLOBAL K ex
E K inp
p
A figura 1 mostra os valores médios mensais da fração fotossinteticamente ativa da radiação solar
global, em meio externo
atmosféricas, o índice K ex
p
K ex
p
e interno
K inp
e da irradiação solar extraterrestre
ex
foi determinado pela razão H ex
Gp H G
H o . Em condições
e, dentro da estufa, o índice K inp , foi
calculado pela razão H inGp H inG .
Os valores apresentados mostram uma variação de 39% a 50%, para o meio exterior e de 43% a 47%
para o interior. A variação da fração fotossinteticamente ativa da radiação global pode ser, segundo Rao (1984),
atribuído, principalmente, às variações na importância relativa dos processos de absorção e espalhamento na
atenuação da irradiância solar global pelas nuvens em diferentes regiões do espectro. As nuvens atenuam a
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irradiância solar incidente em comprimentos de onda maiores que 0,7 µm por absorção e espalhamento, ao passo
que a atenuação (pelas nuvens) no visível deve-se somente ao espalhamento.
A variação sazonal mostrou que no mês de junho de 2000, obteve-se o menor valor de K ex
, igual a
p
39,07%, enquanto o maior valor ocorreu em janeiro de 2000, igual a 50,49%. Esta variação pode ser atribuída às
condições atmosféricas locais. Em junho de 2000, o número de dias de céu aberto foi consideravelmente maior que
em janeiro (figura 2), mostrando que a condição de nebulosidade está associada ao aumento da fração da PAR em
relação à radiação global. Outro aumento do índice Kp pode ser observado de agosto a setembro devido ao
aumento do número de dias de céu nublado e céu parcialmente nublado, neste período, elevando K ex
em 5%.
p
ex
Kp
in
Kp
Ho
50
50
2
60
40
40
Kp (%)
30
30
20
20
10
10
0
Irradiação Extraterrestre (MJ/m )
Estas variações estão de acordo com citações da literatura, que apresentam maiores percentuais da PAR sobre a
global em condições de céu nublado e parcialmente nublado.
0
Jul/99 Set/99 Nov/99Jan/00 Mar/00 Mai/00 Jul/00
Tempo (meses)
Figura 1. Valores médios mensais da fração fotossinteticamente ativa da radiação solar global, em meio externo
e interno K inp e da irradiação solar extraterrestre H o .
K ex
p
100
90
Frequência (%)
80
CN
CP
CA
70
60
50
40
30
20
10
0
jun99 jul99 ago99 set99 out99 nov99 dez99 jan00 fev00 mar00 abr00 mai00 jun00 jul00 ago00
Tempo (meses)
Figura 2. Frequência de dias de céu nublado (CN), parcialmente nublado (CP) e aberto (CA).
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Inúmeros pesquisadores têm comprovado a dependência da razão K ex
a fatores como nebulosidade,
p
turbidez atmosférica, conteúdo de água precipitável, entre outros. Rao, em 1984 atribuiu para a dependência
sazonal da distribuição da energia espectral da radiação solar incidente na superfície terrestre, função
essencialmente causada pelas mudanças na composição das massas de ar locais ao longo do ano, promovendo
variações de turbidez atmosférica, água precipitada, ozônio e nuvens.
O valor médio encontrado para o meio exterior foi de 43,22%. Este valor está de acordo com outros
trabalhos realizados no Brasil: 44% em Piracicaba (Assunção, 1994), 42% para o Rio Grande do Sul (França et al.,
1997), 45% em Petrolina-PE (Teixeira et al., 1998).
Dentro da estufa, a variação do índice K inp
é semelhante ao do meio externo K ex
, sendo superior
p
em torno de 2%. Esta diferença entre os dois meios é devido a maior transmissividade da faixa espectral da PAR do
que da radiação global de ondas curtas. As exceções ocorreram nos meses de setembro, dezembro e janeiro, em que
K ex
foi superior a K inp , provavelmente devido ao elevado número de dias nublados e parcialmente nublados.
p
O valor médio da fração da radiação fotossinteticamente ativa em relação à radiação solar global dentro
da estufa K inp
foi de 45,06%.
TRANSMISSIVIDADE DA RADIAÇÃO FOTOSSINTETICAMENTE ATIVA ( τ Gp ) E DA RADIAÇÃO
SOLAR GLOBAL NA ESTUFA DE POLIETILENO ( τ G )
A transmissividade da radiação solar global na cobertura da estufa foi determinada pela relação entre a
radiação solar global incidente no interior da estufa e a radiação solar global incidente no meio externo, dada pela
razão H inG H ex
G . De forma similar, a transmissividade da radiação fotossinteticamente ativa foi calculada pela
razão H inGp H ex
Gp .
A figura 3 mostra os valores médios mensais de transmissividade da PAR e da radiação solar global.
Pode-se observar que a transmissividade da PAR foi superior a da radiação global em todo o período, como
consequência do maior nível de energia da faixa espectral da PAR.
Transmissividade (%)
100
90
τG
τGp
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Jul/99 Set/99 Nov/99 Jan/00 Mar/00 Mai/00 Jul/00
Tempo (meses)
Figura 3. Valores médios mensais de transmissividade da PAR e da radiação solar global.
Os valores de transmissividade médios obtidos foram: τ Gp = 77,13% e τ Gp = 73,36%. Os resultados
mostraram que a transmissividade na faixa espectral da radiação fotossinteticamente ativa foi aproximadamente 4%
maior do que a transmissividade da radiação solar global.
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in
MÉDIAS MENSAIS DOS ÍNDICES DA RADIAÇÃO DIFUSA K ex
Dp E K Dp
O índice KDp (figura 4) é a relação entre a componente difusa da PAR e a componente difusa da
radiação solar global, ou seja, representa a fração da radiação solar difusa na faixa espectral da PAR. Em meio
externo, o índice K ex
Dp
ex
foi calculado pela razão H ex
Dp H D
e, no interior da estufa, K inDp
foi dado pela razão
H inDp H inD .
80
70
KD p
ex
KD p
in
60
KDp (%)
50
40
30
20
10
0
Jul/99 Set/99 Nov/99 Jan/00 Mar/00 Mai/00 Jul/00
Tempo (meses)
in
Figura 4. Valores médios mensais dos índice K ex
Dp e K Dp .
Os valores médios mensais do índice K ex
Dp , apresentados na figura 4, mostraram um mínimo de
44,90% em março de 2000 e máximo de 55,43% em agosto de 1999. Dentro da estufa, o valor mínimo do índice
K inDp foi de 47,80% em maio de 2000 e o máximo de 59,33% em junho de 1999. De modo geral, os maiores
valores ocorreram quando o sol declinou no hemisfério norte (outono e inverno) e os menores, quando o sol
declinou no hemisfério sul (primavera e verão). De junho de 1999 à setembro de 2000, os valores médios de
in
K ex
foram 52,73% e 56,07%, respectivamente. De outubro a março de 2000, K ex
e K inDp médios
Dp e K Dp
Dp
foram de 47,14% e 50,57%, representando um decréscimo médio da fração difusa da PAR de aproximadamente 5%
nos dois ambientes.
in
Os valores médios dos índices foram: K ex
= 51,50%, em meio externo e dentro
Dp = 49,98% e K Dp
da estufa, respectivamente.
Um aumento da componente difusa da PAR pode ser responsável por um acréscimo na eficiência
fotossintética, uma vez que a radiação difusa, por ser de natureza isotrópica, atinge maior área foliar (De Wit, 1965
citado por Stigter & Musabilha, 1982). Segundo Weiss & Norman (1985), quando se desconsidera a diferença entre
a radiação difusa e direta dentro de uma cobertura vegetal, pode-se levar a erros significativos no cálculo da
fotossíntese, uma vez que a radiação difusa é muito mais eficiente do que a direta para as folhas fotossintetizantes.
Comparando as frações difusas da PAR dentro e fora da estufa, pode-se observar que, nos meses em
que predominaram dias de céu nublado ou parcialmente nublado (de junho de 1999 à março de 2000, conforme
mostrado pela figura 2), o índice K inDp
foi superior ao K ex
Dp . Por outro lado, nos meses em que predominaram
céu aberto (abril à agosto de 2000), K inDp foi menor que K ex
Dp .
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MÉDIAS MENSAIS DOS ÍNDICES K d
E K dp
K ex
, calculado pela razão entre a
d
A figura 5 mostra a variação média mensal dos índices Kd:
ex
in
radiação difusa e a radiação global externas H ex
D H G ; K d , calculado pela razão entre a radiação difusa e a
ex
ex
in
global internas H inD H inG ; K ex
dp , razão entre a PAR difusa e a PAR global externas H Dp H Gp ; K dp , razão
entre a PAR difusa e PAR global internas H inDp H inGp .
Pode-se observar que as frações difusas, em condições atmosféricas, aumentam na primavera e verão,
período em que é elevado o nível de nebulosidade local. Entre os meses de junho a setembro de 1999, as frações
difusas da global foram: K ex
dp
= 32,64% e K ex
d
= 35,25%. De outubro de 1999 a março de 2000, os valores
aumentaram, em média, aproximadamente 10% para a faixa da PAR K ex
dp
= 43,42% e 15% para a faixa da
= 50,25%. De abril a agosto de 2000, os percentuais diminuiram na mesma
radiação global de ondas curtas K ex
d
proporção de 10% para a PAR e 15% para a global.
100
80
70
Kdp
90
Kd e Kdp (%)
ex
Kd
in
Kd
ex
Kdp
in
60
50
40
30
20
10
0
Jul/99
Set/99
Nov/99
Jan/00
Mar/00
Mai/00
Jul/00
Tempo (meses)
in
Figura 5. Valores médios mensais dos índices K ex
, K ind , K ex
d
dp e K dp .
Dentro da estufa, a fração difusa é mais alta que a externa, durante todo o período, devido à difusão
provocada pela cobertura de polietileno. Os valores médios internos no período de junho a setembro de 1999
foram: K indp
= 54,37% e K ind
= 45,64%. Entre outubro de 1999 e março de 2000, os índices aumentaram
aproximadamente na mesma razão da área externa: K indp
= 60,85% e K ind
= 56,23%. No período de abril a
agosto de 2000, ambas as frações difusas diminuiram, em relação ao período anterior K indp = 53,25% e K ind
=
49,41%.
Considerando o período total, os valores médios obtidos foram: K ex
dp
= 37,06%, K indp
= 56,58%,
= 41,05%, K ind = 51,13%.
K ex
d
CONCLUSÕES
A partir do estudo variacional das componentes global e difusa de ondas curtas e fotossinteticamente
ativa, verificou-se que a fração fotossinteticamente ativa da radiação global foi em média 2% superior dentro da
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estufa; a transmissividade da cobertura da estufa foi aproximadamente 4% superior para a radiação
fotossinteticamente ativa; a atenuação provocada pela cobertura foi, em média, 22,87% para a PAR e 26,64% para
a radiação global; as fração difusa da PAR em relação à radiação difusa apresentou dependência das condições de
in
cobertura do céu, sendo maior dentro da estufa em dias nublados; em média, K ex
dp foi de 49,98 % e K dp igual a
51,50%; em condições atmosféricas, o índice K ex
dp
foi inferior a K ex
d
na maior parte dos meses, enquanto,
dentro da estufa, K indp foi superior a K ind em praticamente todo o período analisado.
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