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Edital FACEPE 02/2012

Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica PIBIC/FACEPE

PROFESSOR ORIENTADOR André Quintão de Almeida

ABRIL 2012 a. Boletim de informações agrometeorológicas das regiões do Sertão e do São Francisco Pernambucano b. Objetivos b.1. Objetivo Geral Elaborar um boletim online diário de informações agrometeorológicas para alguns municípios do Sertão e do São Francisco Pernambuco.

b.2. Objetivos específicos Estimar a evapotranspiração de referência diária para alguns municípios do

Sertão e do São Francisco Pernambuco;

Modelar os principais componentes do balanço hídrico e estimar a deficiência e o excedente de água no solo em municípios do Sertão e do São Francisco Pernambuco;

Gerar um boletim diário online de informações agrometeorológicas para municípios das regiões do Sertão e do São Francisco Pernambuco, com valores de precipitação pluvial, temperatura do ar, evapotranspiração, deficiência e excedente de água no solo.

c. Introdução (Estado da arte) c.1. Histórico das informações agrometeorológicas no mundo O prognóstico do tempo e do clima, em bases científicas, começou a tomar impulso no início do século XIX, após os avanços alcançados nos dois séculos anteriores, nos equipamentos de observações meteorológicas, e nos conhecimentos sobre os fenômenos atmosféricos.

Durante a primeira metade do século XIX, iniciou-se na Europa a confecção de cartas sinópticas precárias, representando mais uma análise retrospectiva do clima, com dados do passado, do que propriamente um prognóstico. Na segunda metade daquele século, a evolução do conhecimento de dinâmica da atmosfera, o aumento das redes de observação de cartas sinópticas associando isóbaras e condições do tempo. Tais cartas foram aperfeiçoadas ao longo das décadas finais do século. A constatação de que a melhoria das previsões passava por uma colaboração entre países fez com que, em 1873, fosse criada, em Viena, a Organização Meteorológica Mundial (OMM), uma agência da Organização das Nações Unidas (ONU).

Em países com tecnologia mais adiantada, o estudo atual das técnicas e da arte de previsão do tempo (agrometeorológica) tem permitido prognósticos com pequena margem de erro para 36 horas de antecedência e com detalhamento até em escala regional. Previsões para até 10 dias de antecedência, nas quais pesa bastante o prognóstico numérico, também são feitas, com bom grau de acerto, evidentemente menor conforme aumenta o número de dias de antecedência.

c.2. Informações agrometeorológicas no Brasil A OMM desenvolve um programa mundial voltado para o intercâmbio de informações agrometeorológicas entre os países e a previsão de tempo, composto de três sistemas: a) Sistema Mundial de Observações; b) Sistema Mundial de Preparação de dados; c) Sistema Mundial de Telecomunicações.

O Brasil participa desse programa tendo como executor o Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) com sede em Brasília, onde se encontra o centro regional para a América do sul do sistema mundial de telecomunicações. O INMET é responsável pela coleta de dados de cerca de mais de 400 estações agrometeorológicas. O instituto elabora previsões e prognósticos do tempo e clima, divulgados atualmente em site da internet, com previsões diárias válidas para até 96 horas para cada região geográfica e para 24 horas para os estados brasileiros e várias capitais.

A densidade de estações meteorológicas recomendada pela Organização

Mundial de Meteorologia é de uma distância máxima de 150 km entre duas estações meteorológicas. O Brasil por suas dimensões continentais ainda não apresenta uma rede de estações agrometeorológicas suficientemente grande para atender às suas necessidades. É comum uma maior concentração de pontos de medidas em áreas mais desenvolvidas e pouquíssimos deles em áreas mais remotas. Atualmente, com a crescente importância dada ao ambiente e aos impactos gerados nele pelo homem, principalmente na agricultura, tem ocorrido aumento no número de pontos de observação agrometeorológica, especialmente nas áreas mais afastadas, onde as estações automáticas monitoradas por telemetria vêm assumindo papel fundamental. Atualmente, o Brasil conta com diversas redes de estações meteorológicas, sendo a mais importante a coordenada pelo INMET.

c.3. Sistemas de informações agrometeorológicas Um sistema de informações agrometeorológicas consiste da operacionalização de técnicas desenvolvidas pela pesquisa em agrometorologia, visando a gerar informações que auxiliem no planejamento das atividades agrícolas e, principalmente, na tomada de decisões com relação às práticas essenciais, tais como: semeadura/plantio, manejo do solo, irrigação, colheita, aplicação de defensivos, etc. Sendo o Brasil um país de dimensões continentais, é inviável pensar-se em um sistema de monitoramento gerenciado por uma única instituição. As diversidades agrícolas e climáticas regionais impõem a necessidade de sistemas de monitoramento específicos, gerenciados localmente.

Para a integração das informações agrometeorológicas, em tempo real, é necessário a utilização de modelos e técnicas agrometeorológicas que geram produtos auxiliares à tomada de decisão, por especialistas da área agrícola. A informação agrometeorológica gerada é também uma ferramenta auxiliar para entidades relacionadas ao financiamento, comércio, e seguro dos empreendimentos agrícolas.

A divulgação de informações agrometeorológicas através de boletins, divulgados em curtos intervalos de tempo, é de fundamental importância na tomada de decisão para a condução das lavouras. No setor agrícola, o conhecimento das necessidades hídricas das culturas, probabilidade infestações de pragas e doenças, probabilidade de ocorrência de chuvas em curto prazo, entre outras informações meteorológicas são essenciais. Com estas informações pode-se, por exemplo, proporcionar uma economia de até 30% no consumo de água (em média), redução na aplicação de defensivos agrícolas, além de economias indiretas, como energia elétrica, mão-de-obra, horas máquinas, com conseqüente aumento de produtividade.

Apesar da evidente importância de informações agrometeorológicas para o desenvolvimento das atividades do setor agrícola na região do Sertão e do São Francisco Pernambuco, não existe um projeto que produza informações que auxiliem os administradores de empreendimentos no campo na tomada de decisões, no que diz respeito ao manejo das comunidades vegetais, diante das variabilidades climáticas ao longo do ano, apesar de já existir uma rede de estações de observações distribuídas na região do Sertão e do São Francisco Pernambuco.

c.4. Região do Sertão e do São Francisco Pernambuco A mesorregião do Sertão Pernambucano é a menos densamente habitada de

Pernambuco, as maiores cidades são Serra Talhada e Arcoverde (IBGE, 2012).

O clima local é o semiárido, com baixa umidade do ar, chuvas escassas e mal distribuídas ao longo do ano e altas temperaturas. A umidade do ar relativa do ano varia entre 0% a 100%. As chuvas são escassas e mal-distribuídas, com os meses entre janeiro a março como os mais chuvosos e de agosto a dezembro como os mais secos e que apresentam altas temperaturas.

As cidades de Floresta, Ibimirim, Ouricuri, Arcoverde e Serra Talhada possuem estações automáticas do INMET, as condições climáticas dessas cidades podem ser observadas de uma em uma hora. Enquanto Triunfo possui uma estação convencional do INMET.

A mesorregião do São Francisco Pernambucano é uma das cinco mesorregiões do estado brasileiro de Pernambuco (IBGE, 2012). Na sua porção mais seca, em que dominam o clima semiárido, os rios temporários e a vegetação da caatinga, a atividade econômica predominante é a pecuária bovina extensiva de corte. Já na sua porção Sul o Rio São Francisco tem influência marcante. Às suas margens desenvolvem-se culturas irrigadas, utilizando técnicas modernas que aumentam a produtividade. Esse aspecto contribui cada vez mais para a instalação de agroindústrias, principalmente produtora de vinhos. Merece destaque a produção de Cebola (Belém do São Francisco) e Arroz (Cabrobó), e de frutas como manga, uva e melão (Petrolina, Lagoa Grande) para Exportação. Nela também está localizada a barragem de Itaparica sendo de grande importância para a região.

As cidades de Cabrobó e Petrolina possuem estações automáticas do INMET, as condições climáticas dessas cidades podem ser observadas de uma em uma hora.

d. Metodologia

O trabalho será realizado nas regiões do Sertão e do São Francisco Pernambuco, localizadas na porção oeste do estado (entre 34º e 41º de longitude O e 08º e 10º de latitude S), apresentando uma área total de aproximadamente 57.0,0 km². Fazem parte destas regiões, 56 municípios de PE, sendo 41 na região do Sertão: Araripina, Bodocó, Exu, Granito, Ipubi, Moreilândia, Ouricuri, Santa Cruz, Santa Filomena, Trindade, Cedro, Mirandiba, Parnamirim, Salgueiro, São José do Belmonte, Serrita, Verdejante, Afogados da Ingazeira, Brejinho, Calumbi, Carnaíba, Flores, Iguaraci, Ingazeira, Itapetim, Quixaba, Santa Cruz da Baixa Verde, Santa Terezinha, São José do Egito, Serra Talhada, Solidão, Tabira, Triunfo, Tuparetama, Arcoverde, Betânia, Custódia, Ibimirim, Inajá, Manari, Sertânia; e 15 na região do São Francisco Pernambuco, sendo eles: Belém de São Francisco, Carnaubeira da Penha, Floresta, Itacuruba, Jatobá, Petrolândia, Tacaratu, Afrânio, Cabrobó, Dormentes, Lagoa Grande, Orocó, Petrolina, Santa Maria da Boa Vista, Terra Nova.

Serão utilizados dados meteorológicos na escala de tempo diária de oito estações de superfície do INMET, localizadas nos municípios de Floresta, Ibimirim, Ouricuri, Arcoverde e Serra Talhada, Triunfo, Cabrobó e Petrolina. Além destes, serão utilizados dados diários de postos pluviométricos sob coordenação da Agência Nacional das Águas (ANA). As variáveis meteorológicas básicas utilizadas na elaboração do boletim de informações agrometeorológicas serão a temperatura mínima, média e máxima do ar (C ), umidade relativa do ar (%), velocidade do vento (m s-1) e precipitação (m).

A partir dos dados meteorológicos diários, a evapotranspiração potencial será estimada pela equação original de Penman – Monteith padrão FAO 56 (ALLEN et al., 1998):

vDPVcRnsET pa

em que, ET é a evapotranspiração potencial, m dia-1; s é a declividade da curva de pressão de saturação do ar à temperatura do ar t, kPa° C-1; Rn é o balanço de radiação, MJ m-2 dia -1; ρa é a densidade média do ar, kg m-3; cp é o calor específico do ar, MJ kg-1 °C-1; λ é o calor latente de evaporação, MJ kg-1; DPV, kPa; γ é a constante psicrométrica, kPa ºC-1; v é a velocidade do vento a dois metros de altura, m s-1.

O saldo de radiação (Rn) será estimado a partir da modelagem do balanço de ondas curtas e do balanço de ondas longas, como a seguir:

BOLBOCRn (2) em que, Rn é o balanço de radiação, MJ m-2 dia -1; BOC é o balanço de ondas curtas, MJ m-2 dia -1; e BOL é o balanço de ondas longas, MJ m-2 h-1.

em que, BOC é o balanço de ondas curtas, MJ m-2 dia -1; Rg é a irradiância solar global, MJ m-2 dia -1; e α é o albedo da cultura (0,20), adimensional.

Para a estimativa do balanço de ondas longas será utilizada à equação (4), proposta por Facco (2004).

456,0)56,009,0(503510,945etBOLmed (4) em que, BOL é o balanço de onda longa, MJ m-2 dia-1; e e é a pressão real de vapor, mmHg.

A estimativa do balanço hídrico climático será realizada de acordo com a metodologia de Thornthwaite e Mather (1955), obtendo-se assim os valores de deficiência e excedente hídrico, além da água armazenada no solo em cada mês, sendo:

ETPARMARMidiaidia1 (5)

em que, ARMdia i é a água armazenada no solo no dia i; ARMAdia i-1 é a água armazenada no solo no dia anterior i-1; P é a precipitação no dia i; ET é a soma da evapotranspiração total no dia i; todos em milímetros.

O valor inicial da água armazenada no solo será igual ao valor da Capacidade de Água Disponível (CAD) no solo (100 m).

Utilizando um Sistema de Informações Geográficas (SIG) os dados serão interpolados gerando-se mapas meteorológicos quinzenais e referentes ao ano. Os dados serão disponibilizados em uma “homepage” (site) vinculado a Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE), que irá conter o resumo de cada uma das oito estações, gráficos quinzenais e do ano agrícola, possibilitando, também, a comparação da condição atmosférica atual em relação à média histórica. O site será desenvolvido na linguagem de HTML.

e. Metas e fases do desenvolvimento do projeto com cronograma e.1. Metas - Iniciar e estimular a vida acadêmica do discente envolvido no projeto;

- Estimar e analisar o padrão sazonal mensal do processo de evapotranspiração nas regiões do Sertão e do São Francisco Pernambuco;

- Modelar os principais componentes do balanço hídrico nas regiões do

Sertão e do São Francisco Pernambuco;

- Fornecer informações agrometeorológicas básicas para agricultores das regiões do Sertão e do São Francisco Pernambuco, de forma a auxiliá-los no processo de tomada de decisão.

e.2. Fases 1° Fase - Estimar e analisar o padrão sazonal mensal do processo de evapotranspiração nas regiões do Sertão e do São Francisco Pernambuco.

- Coleta de dados meteorológicos das oito estações do INMET; - Organização dos dados meteorológicos coletados; Estimativa da evapotranspiração potencial via equação de Penman – Monteith padrão FAO 56.

2° Fase - Modelar os principais componentes do balanço hídrico nas regiões do Sertão e do São Francisco Pernambuco.

- Estimativa dos principais componentes do balanço hídrico (excedente e deficiência de água no solo) via modelo de Thornthwaite e Mather; Geração de gráficos das variáveis agrometeorológicas coletadas (temperatura do ar e precipitação pluvial) e estimadas (evapotranspiração, excedente e deficiência de água no solo).

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