Estimativas horárias de temperatura do ar Thays Camassola Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina (CEFET/SC) E-mail: [email protected] Lívia Humaire Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina (CEFET/SC) E-mail: lí[email protected] Isabel Stumpf Mitchel Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina (CEFET/SC) E-mail: belfisica @gmail.com Márcia Fuentes Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina (CEFET/SC) E-mail: [email protected], [email protected] Hamilton Vieira Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A. / Centro de Informações de Recursos Ambientais e de Hidrometeorologia de Santa Catarina E-mail: [email protected] Resumo: O presente estudo consiste na utilização de um método estatístico de regressão para estimativa horária da temperatura do ar a partir de dados sinóticos de estações meteorológicas convencionais. Palavras Chave: temperaturas horárias do ar, estimativa, regressão polinomial. Abstract: The present study it consists of the use of a statistical method of regression for horária estimate of the temperature of air from sinóticos data of conventional meteorological stations. Key words: hourly temperatures of air, estimate, polynomial regression. Na cidade de São Joaquim, O 1. Introdução cultivo dá-se a partir de 1999, quando a Estudos arqueológicos revelaram fósseis de folhas de videiras anteriores à última era glacial. Originária da Ásia, da árida região (Agropecuária do Cáucaso Catarinense.,v.16, n.2, jul. 2003) introduzida em 1532 trazida por Martim de Souza da Capitania Hereditária de São Vicente (SP), sendo que no final do século XIX a imigração italiana começou uma produção maior Grande do Sul. Atualmente Rio Grande do Sul, Paraná, Santa Catarina, São Paulo, Pernambuco e Bahia são os produtores desta cultura. (Jornal Sur, História da uva, 2007). Através criação do Projeto de Fruticultura de Clima Temperado – Profit, em 1970, o plantio de cultivares de videira de origem européia (Vitis vinifera) recebeu um incentivo técnico e financeiro por parte do poder público estadual de Santa Catarina visando a melhoria da qualidade enológica dos vinhos o primeiro empreendimento vitivinícola, objetivando exploração comercial de vinhos finos com a adaptação de cultivares vitis viníferas na Região. Hoje a variedade é a Cabernet Sauvignon, porém, Merlot, Pinot Noir, Cabernet Franc, Sangiovese, Sauvignon Blanc, Chardonnay, Tinta Roriz, Touringa Nacional, Trincadeira e Malbec são variedades já introduzidas desde 2006. das videiras em São Paulo e Rio principais instalou predominante na região de São Joaquim No Brasil, porém, a videira foi Afonso Epagri produzidos no Estado. (Agropecuária Catarinense.,vol.12, nº.1, p. 17-19, mar. 1999). Em Urussanga, o cultivo da uva iniciou-se com a vinda dos imigrantes, a maioria, vindos da Itália a partir de 1870. As espécies européias (Vitis vinifera) não conseguiram se adaptar muito bem à região, devido ao clima ser muito diferente ao da Europa e, principalmente, ao excesso de umidade, o que possibilita o aumento da proliferação de doenças e pragas, cujas espécies viníferas são muito sensíveis. Foi introduzida na região, então, as videiras de origem americana (Vitis labrusca) e as uvas híbridas (Vitis vinifera x apresentarem rústicas, Vitis labrusca), características assim, possuindo por mais maior resistência aos problemas fitossanitários da região. (artigo: Mariot, p.4. 2003 ) da vitis, determinou-se um dos produtos Essa crescente produção, tanto quantitativa quanto qualitativa, Através do conhecimento do ciclo finais da página elaborada. de videiras na região sul brasileira requer o Crescimento: é condicionado pelos aprimoramento de técnicas específicas fatores do meio como temperatura, que auxiliem o produtor na escolha da luminosidade, umidade, disponibilidade melhor época/ condições para o cultivo de nutrientes e outros (Giovannini, vinífero. 1999). Nessa fase, a partir do início até Desta forma, o objetivo deste o fim do período de atividade vegetativa, projeto foi gerar um produto que, as primeiro fosse possível descobrir a crescentes, variam de 10ºC a 23°C. Em função que melhor se aproximasse da temperaturas inferiores a 10°C não há variação de temperatura horária do ar crescimento, temperaturas superiores a para as cidades de São Joaquim e 39°C ou mais prejudicam a planta, Urussanga localizadas no Estado de sendo 45°C a temperatura crítica e 50°C Santa Catarina. Assim foi possível letal. (Giovannini, 1999). estimar para as temperaturas Dormência estações médias (novembro diárias a abril): meteorológicas convencionais, o que ocorre desde a queda das folhas até está ocorrendo nos horários diários que pouco antes do início da brotação,onde não se tem leitura, já que estas a poda precoce, que é feita em regiões possuem leitura mais quentes de SC. Nesse período são sinóticos(12UTC, 18UTC e 00UTC), necessárias no mínimo 100h frios. permitindo assim avaliar quantas horas (Epagri. Sistemas de Produção, nº33, a planta (videira) terá para um ótimo p.41. 2005. 67p.). horários de Brotação (abril e maio): é a fase desenvolvimento para uma determinada em data. que a planta, após ter sido satisfeitas as necessidades em frio Ciclo de vida da Vitis vinifera: (para o período de dormência) e ter atingido a temperatura de base (em média 10ºC), havendo seu início com a separação das escamas que cobrem as Os gemas. (Giovannini, p.69, 1999). realização Temperaturas, no entanto, muito dados utilizados deste para projeto a de pesquisa foram fornecidos pela altas (acima de 40ºC) ou muito baixas Epagri/Ciram. (inferiores utilizados referem-se ao ano de a 15ºC) prejudicam o florescimento da planta. Estes dados 2006, com informações sobre as temperaturas horárias e sinóticas Maturação e Amadurecimento de São Joaquim e Urussanga, (agosto/ outubro): resultado de um totalizando 17.522 (estações conjunto de transformações químicas e meteorológicas físicas onde ocorre uma interação entre 2.190 (estações meteorológicas a planta, o solo e o clima. (Rosier, p.20, convencionais). automáticas) e 1988). O amadurecimento dos frutos da videira necessita principalmente entre de as calor, fases de floração e maturação da uva, sendo que nesse período do objetivo principal. A primeira etapa consistiu na temperaturas próximas aos 30ºC para parte estatística do trabalho, onde que a acidez dos frutos não seja muito através de um banco de dados elevada e atinjam um grau de açúcar fornecidos ideal (Empresa de Pesquisa Agropecuária a produção (Giovannini, p.69, 1999). ela utilizou-se três etapas até realização exige para final No presente projeto de pesquisa, do vinho. pela Epagri/Ciram e Extensão Rural de Santa Catarina/ Centro de Informações de Recursos Ambientais e de Hidrometeorologia), METODOLOGIA E DADOS referentes Joaquim às e cidades Urussanga, de São foram elaborados gráficos de temperaturas Dados Meteorológicos horárias dessas duas cidades, a fim de se obter uma equação média que mostre a maior correlação do ano estudado(2006). Com a equação já A terceira etapa consistiu na encontraram-se junção das duas etapas anteriores valores para os horários que não são para a elaboração de uma página na feitas Internet. Através do programa Java determinada, leituras nas estações Script meteorológicas convencionais. (linguagem computacional desta para o desenvolvimento de páginas metodologia estatística elaborou-se para a Internet, possibilitando a um inserção de cálculos matemáticos) Através da artigo aplicação sobre os resultados obtidos(anexo1). formulou-se A segunda etapa do trabalho - um computacional script capaz de /sistema ler o programação computacional - onde resultado utilizou-se conhecimentos gerada pelo Oracle SQl*Plus. Após a adquiridos no decorrer do 3º módulo, leitura desses 3 valores, o script nas aulas de CAC (Construção de aplica a fórmula encontrada através Aplicativos e da primeira etapa do trabalho, e juntamente com os colaboradores da apresenta dezesseis temperaturas Epagri/Ciram, Nathan para os dezesseis horários, que vai Antunes e Patrick Padilha, elaborou- da máxima às 15h do dia anterior até se uma consulta capaz de gerar três às 06h do dia posterior, como mostra valores a tabela 1 abaixo. os Computacionais) de Eduardo temperatura do ar, obtido pela consulta baseados em uma média de cinco dias (pêntadas) programa Oracle utilizando SQl*Plus o (um sistema de gerenciamento de banco 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 1 2 3 4 5 6 7 8 23h 00h 01h 02h 03h 04h 05h 06h 9 10 11 12 13 14 15 16 de dados, que serve para armazenar informações). Segue no anexo 2 e no anexo 3 as etapas desta consulta, a tabela com os relacionamentos e as linhas respectivamente. de comando, Tabela 1: Definição numérica correspondente a cada horário, da máxima do dia anterior para a mínima do dia seguinte. Conclusão: Através da primeira etapa aplicado pra qualquer localidade, deste trabalho (tratamento estatístico com no mínimo três registros de dos dados), foi possível determinar temperaturas do ar dos horários a regressão polinomial como melhor sinóticos. representante da variação diária da É evidente que o mesmo, não temperatura do ar. Isto porque ela deve ser utilizado em dias aleatórios, apresentou as maiores correlações pois os mesmos podem estar sobre comparando-se com as outras efeito de sistemas meteorológicos de regressões testadas (linear e tempo logarítmica). temperatura muito distintas daquelas Pelo fato de ter-se testado que causem variações de encontradas no presente estudo. No esta regressão para dois locais com entanto, inumeras diferenças entre si perfeitamente aplicável em períodos (altitude, influência da estendidos como pêntadas ou períodos maritimidade/continentalidade, relevo ainda maiores. etc) e esta ter apresentado melhor aderência para ambas cidades, conclui-se que este método pode ser essa metodologia é Anexo 1 Estimativa de temperaturas horárias do ar em São Joaquim Thays Camassola1, Isabel Stumpf Mitchel2, Lívia Humaire3, Márcia Fuentes 4 e Hamilton Vieira 5 [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], vieira@epagri5 epagri.rct-sc.br Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina (CEFET/SC) Av. Mauro Ramos, 950, Florianópolis CEP: 88020-300 Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A. / Centro de Informações de Recursos Ambientais e de Hidrometeorologia de Santa Catarina Rod. Admar Gonzaga, 1347, Florianópolis CEP: 88034-901 Palavras Chave: temperaturas horárias do ar, estimativa, regressão polinomial. Resumo: O presente estudo consiste na utilização de um método estatístico de regressão para estimativa horária da temperatura do ar a partir de dados sinóticos de estações meteorológicas convencionais. INTRODUÇÃO A maior parte das estações meteorológicos no Brasil ainda são convencionais, nessas estações as leituras dos parâmetros meteorológicos são realizados nos horários sinóticos das 00, 06 e 12 UTC. As leituras de temperatura são as das máximas e mínimas diárias e temperaturas registradas nos horários dessas observações, quais sejam as 9, 15 e 21 horas local. O conhecimento do comportamento das temperaturas no decorrer de um dia ou período é objeto de muitas áreas da ciência. No caso da agricultura o interesse está associado às necessidades térmicas de cada espécie vegetal, neste sentido, muitos estudos como os de Pedro et al (1993), Sans e Guimarães (2006) e Gadioli et al (2007) tratam do assunto. A motivação para esse estudo foi o cultivo de viníferas e suas necessidades térmicas. No cultivo de uvas viníferas é conhecido a temperatura mínima do ar necessária para a planta sair do estágio de dormência, em média 10°C, conhecida como temperatura basal. Além dessa, são conhecidos os limites de temperatura que auxiliam no monitoramento da planta para o seu melhor desenvolvimento. A partir da temperatura base é possível quantificar os graus-dia, ou seja, calcular o número horas em que a temperatura do ar esteve acima da temperatura base (Giovannini, 1999). O objetivo do presente estudo foi o de aperfeiçoar a metodologia proposta por Vieira e Lopes (2007). A metodologia proposta por esses autores é de um Método Geométrico Analítico que estima os valores horários de temperatura do ar a partir da temperatura máxima e mínima. Nosso estudo verifica através de regressões das séries temporais de temperatura qual aquela que melhor responde pela estimativa de temperatura horária, quando os dados disponíveis são apenas aqueles em horários sinóticos, não só os de temperaturas máximas e mínimas, mas também de temperatura das 00 UTC. MATERIAIS E MÉTODOS Os dados utilizados para a elaboração desse estudo foram cedidos pela EPAGRI/ CIRAM e referem-se aos dados das estações meteorológicas convencional (dados sinóticos) e automática (dados horários) de superfície no período que compreende o ano de 2006. A localização dessas estações e o total de dados utilizados nesse trabalho são apresentados na Tabela 1. EstaçõesEpagri/Ciram Automática Convencional altitude 1294 m 1376m latitude 28° 15' 13" 28° 16’ 31’’ longitude 49° 57' 01" 49° 56’ 03’’ total de dados 8.760 1.095 Tabela 1: Características das estações meteorológicas de são Joaquim Para o estudo das regressões das séries temporais de temperatura, a partir dos dados da estação meteorológica automática, selecionaram-se os horários diários desde as 15 h do dia anterior até as 06 h do dia em questão, para representar a variação da temperatura máxima de um dia até a mínima do outro. Como esta estação meteorológica registra os dados de hora em hora, diariamente, padronizou-se para o horário da temperatura mínima do ar o horário da 06 h da manhã. Entretanto, a temperatura máxima foi considerada como sendo aquela registrada as 15 h. Para a estação meteorológica convencional utilizaram-se regressões temporais a partir dados de temperaturas máximas, mínimas e da temperatura das 21 h que são obtidos através das observações sinóticas das 12, 18 e 00 UTC. As regressões aplicadas às séries de dados apresentados foram a Regressão Linear (Equação 1), Regressão Logarítima (Equação 2) e Regressão Polinomial (Equação 3). y mx b (Eq. 1) onde: y é a variável dependente, x é a variável independente, m é o coeficiente angular da reta e b a intersecção. y c ln x b (Eq.2) onde: y é a variável dependente, x é a variável independente, c e b são constantes. y b c1 x c 2 x 2 (Eq. 3) onde: y é a variável dependente, x é a variável independente, c 1, c 2 e b são constantes. Todos os cálculos foram realizados para as médias mensais de temperaturas horárias, dessa forma as influências temporais e espaciais dos sistemas meteorológicos foram suavizadas ou filtradas. Assim identificou-se o comportamento médio do declínio de temperatura sem considerar flutuações inferiores há um mês. Para cada uma das regressões foram calculados os R 2 , coeficiente de determinação, dado pela Equação 4, esse valor foi comparado para determinar qual das regressões estudadas melhor se ajustam ao declínio de temperatura entre a máxima e mínima na cidade de São Joaquim. R2 1 SSE SST onde SSE ( y i y ) 2 SST ( y i ) 2 ( y i ) 2 n (Eq. 4) onde: Y é valor das temperaturas, n o número de dados utilizados Uma vez conhecida a melhor regressão aplicou-se a mesma aos dados de temperatura máxima, mínima e das 21h da estação meteorológica convencional, o que permitiu a comparação entre essas estimativas e aquelas aplicadas à série de dados da estação automática. RESULTADOS Através dos coeficientes de determinação (R²), verificou-se uma melhor aderência da equação polinomial aplicada aos dados de temperatura do ar, para ambas as estações meteorológicas. Tendo em vista o mês de janeiro, este apresentou R² igual a 0,86 para a equação linear, R² igual a 0,97 para a equação logarítmica e R² igual a 0,98 (Figura 1) para a equação polinomial. O mesmo foi realizado para o restante dos meses do ano e a regressão que apresentou os melhores resultados também foi a polinomial. 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 1 3 5 7 Tempo (horas) 9 11 13 Temperatura do ar (ºC) Temperatura do ar (ºC) 22,0 15 Estação automática Estação convencional Figura 1: Temperatura Média do ar e Regressão Polinomial – Jan/ 2006 A Figura 1 mostra as regressões polinomiais aplicadas à série de dados horários médios do mês de janeiro de 2006, obtidos através da estação automática de São Joaquim (linha preta tracejada), bem como a regressão polinomial aplicada aos dados médios das temperaturas máxima (linha preta contínua), das 21 h e mínima, para o mesmo período. Os valores associados à primeira regressão são apresentados no eixo da direita, enquanto os da segunda no eixo da esquerda. Esta figura mostra claramente que a estimativa de temperatura horária pode ser feita através de uma regressão polinomial aplicada apenas as três leituras sinóticas, pois a aderência verificada entre as séries é notável. Através dessa figura, observa-se que a maior diferença entre uma curva e outra se refere à temperatura mínima, ou extremo da regressão, esse resultado já era esperado, pois no caso da regressão aplicada à série de dados obtidos da estação automática a referida temperatura é a registrada as 6 h da manhã, o que pode em alguns casos não refletir a temperatura mínima do dia. No restante do dia percebe- se que a taxa de variação horária da temperatura é realmente muito similar nas duas regressões. A diferença média entre as duas séries está em torno de 2C, isso ocorre em função dessas estações, a automática e convencional não estarem no mesmo sítio meteorológico, o que pode ajudar a explicar a diferença mais acentuada entre as mínimas registradas em um local e outro. Nesse estudo também se realizou a regressão polinomial para períodos pentadais, exatamente da mesma forma descrita anteriormente, os resultados nesse caso foram muito similares aos apresentados aqui, os valores do R² superaram para o mês de janeiro, por exemplo, variou entre 0,91 e 0,98 o que é um resultado desejável em estudos como esse. Por outro lado, quando se aplicou a mesma metodologia em dias aleatórios esse resultado não apresentou a mesma destreza em representar a variação diária da temperatura. Isso ocorre pelo fato de um dia qualquer apresentar um padrão de variação típico de atuação de sistemas meteorológicos e não o padrão médio detectado nos dados mensais ou pentadais. COMENTÁRIOS FINAIS Os resultados obtidos nesse estudo mostram o método polinomial como uma excelente alternativa na estimativa horária de temperatura através de dados de estações sinóticas, onde a disponibilidade de dados está limitada aos horários das observações, bem como nas somas térmicas de temperaturas que são adequadas ou não às videiras. É evidente que o mesmo, não deve ser utilizado em dias aleatórios, pois os mesmos podem estar sobre efeito de sistemas meteorológicos de tempo que causem variações de temperatura muito distintas daquelas encontradas no presente estudo. No entanto, essa metodologia é perfeitamente aplicável em períodos estendidos como pêntadas ou períodos ainda maiores. REFERÊNCIAS GADIOLI, J. L. et al. Temperatura do ar, rendimento de grãos de milho e caracterização fenológica associada à soma calórica. Scientia Agrícola, v. 57, n. 3, p. 377 – 383, 2000 GIOVANNI, Eduardo. Produção de Uvas – para vinho, suco e mesa. Porto Alegre: Ed. Renascença, 1999. 364p. PEDRO JÚNIOR, M.J., SENTELHAS, P.C., POMMER, C.V., et al. Determinação da temperatura-base, graus-dia e índice biometeorológico para a videira Niágara Rosada. Revista Brasileira de Agrometeorologia, Santa Maria, v. 2, p. 51-56, 1994. SANS, L.M.A., SANTOS, N.C Resposta de cultivares de milho a variações climáticas. In: CONGRESSO NACIONAL DE MILHO E SORGO, 19., 1992, Porto Alegre. Resumos... Porto Alegre, 1992. VIEIRA, H., LOPES, F. Normas técnicas utilizadas pela EPAGRI/ CIRAM. Anexo 2 Tabela de Relacionamentos Tabelas de relacionamentos do programa Oracle SQl*Plus, utilizadas para efetuar a consulta realizada através deste programa. Anexo 3 Segue abaixo as linhas de comando do programa Oracle SQl*Plus: 1 SELECT AGRUPADO 2 SELECT ESTACAO, AVG(MAXIMA), AVG(BSECO), AVG(MINIMA) 3 FROM ( 4 SELECT D1.CD_ESTAC_AGROMET AS ESTACAO, MAX(D1.VL_DADO_2) AS 5 MAXIMA, MAX(D2.VL_DADO_4) AS BSECO, MIN(D1.VL_DADO_1) AS MINIMA 6 FROM DADO_ESTAC_AGROMET D1, 7 DADO_ESTAC_AGROMET D2 8 WHERE D1.CD_ESTAC_AGROMET = &ESTACAO 9 AND D1.CD_ESTAC_AGROMET = D2.CD_ESTAC_AGROMET 10 AND D1.CD_VAR_LEITURA = 3 11 AND D1.CD_VAR_LEITURA = D2.CD_VAR_LEITURA 12 AND D1.DT_HORA_LEITURA >= &DATA_INICIAL 13 AND D1.DT_HORA_LEITURA <= &DATA_FINAL 14 AND TRUNC(D1.DT_HORA_LEITURA) = TRUNC(D2.DT_HORA_LEITURA) 15 AND TO_CHAR(D2.DT_HORA_LEITURA,'HH24:MI') = '21:00' 16 GROUP BY D1.CD_ESTAC_AGROMET, TRUNC(D1.DT_HORA_LEITURA)) 17 GROUP BY ESTACAO; Explicação das linhas de comando: linha 1: título do script; linha 2: seleciona as estações e faz a média utilizando os valores da máxima da temperatura máxima, mínima da temperatura mínima e a máxima da temperatura do bulbo seco; Observação: se utilizou a máxima da temperatura do bulbo seco devido ao comando “GROUP BY”, uma função de agrupamento, por isso, esse comando necessita que se especifique qual temperatura deve ser utilizada; linha 3: o comando “FROM” especifica qual a origem dos dados utilizados para a consulta; linha 4 e 5: o segundo “SELECT” do “script” seleciona as estações e as variáveis a serem usadas na consulta; linha 6 e 7: o segundo “FROM” seleciona os dados de duas tabelas: “DADO_ESTAC_AGROMET D1” e “DADO_ESTAC_AGROMET D2” linha 8: comando “WHERE”: determina que “D1.CD_ESTAC_AGROMET” é igual a “&ESTACAO” (linha 8); que as duas tabelas selecionadas pelo comando “FROM” são iguais (linha 9); especifica o código do banco de dados do CIRAM, SAM (Sistema Agrometeorológico), das variáveis utilizadas (linha 10); especifica que a tabela “D1.CD_VAR_LEITURA” é igual a tabela D2.CD_VAR_LEITURA (linha 11); especifica o comando para a data inicial para a consulta (linha 12); especifica o comando para a data final para a consulta (linha 12); o comando “TRUNC” é para definir os horários para a consulta, onde o horário da tabela “D1.DT_HORA_LEITURA” é igual ao horário da tabela “D2.DT_HORA_LEITURA” (linha 14); determina que o horário da temperatura do bulbo seco é as 21h, pois é uma condição do programa (linha 15); comando: “GROUP BY” é uma função de agrupamento. Observação: O conteúdo das tabelas citadas nos comandos estão especificadas no Anexo 3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Agropecuária Catarinense, vol.16, n.2, p.17-19, jul. 2003 Agropecuária Catarinense, vol.16, nº.2, p.?,jul. 2003 Normas técnicas para o cultivo da videira em Santa Catarina. Florianópolis, Epagri 2005. p 67. (Epagri. Sistemas de Produção, 33). GIOVANNI, Eduardo. Produção de Uvas – para vinho, suco e mesa. Porto Alegre: Ed. Renascença, 1999. 364p. Jornal Sur Disponível em: http://www.jornalsur.com/agronegocio.cfm?id=2890&idestaque=5323. Acesso em: 01/09/2007. A UVA GOETHE SÍMBOLO DA VITIVINICULTURA DA REGIÃO DE URUSSANGA, SANTA CATARINA. Mariot, Edson João. Camboriú, Novembro de 2003. ROSIER, Jean Pierre. Manual de elaboração de vinho para pequenas cantinas. Florianópolis: EMPASC, 1988. p.62.