Modelo de fluxos de energia, água e CO2 aplicado em ecossistema de floresta tropical

Abstract

Este estudo enfoca a relação entre um ecossistema de floresta tropical e a atmosfera, através das técnicas observacionais e de modelagem numérica dos fluxos de CO2 , vapor d’água e energia. Para estudar a resposta de ecossistemas tropicais em relação às condições ambientais foi desenvolvido neste trabalho um modelo simplificado de ecossistema tropical (Simple Tropical Ecosystem Model - SITE). SITE, modelo pontual que usa um intervalo de integração (dt) de uma hora, se baseia fundamentalmente em modelos previamente desenvolvidos, principalmente o LSX, o LSM e o IBIS, sendo, entretanto, muito mais simples. O modelo é estruturado com uma camada de dossel e duas camadas no solo, onde a primeira camada é próxima a superfície do solo e a segunda até uma profundidade de 3,5 m. SITE é um modelo dinâmico que incorpora nove processos: balanço da radiação infravermelha no dossel, balanço de radiação solar, processos aerodinâmicos, fisiologia vegetal e transpiração, balanço da água interceptada pelo dossel, transporte de massa e energia, fluxo de calor no solo, fluxo de água no solo e balanço de carbono. O modelo SITE, utilizado para estimar os fluxos de CO2 , água e energia, é forçado com base nos dados médios horários das observações meteorológicas das variáveis de temperatura, balanço de radiação, precipitação, umidade, vento e CO2 . Para a calibração do modelo e validação dos resultados, foram usados os fluxos de CO2, vapor d’água e calor sensível. Os fluxos foram medidos por sensores instalados em uma torre micrometeorológica de aproximadamente 56 m de altura na Reserva Florestal de Caxiuanã, no município de Melgaço-PA, usando a técnica da covariância de vórtices turbulentos. O modelo reproduziu satisfatoriamente a variabilidade horária dos fluxos de CO2 e vapor d’água, e simulou de maneira apropriada os balanços destes elementos em escala sazonal.

The goal of this work was to study the relationship between an ecosystem of tropical forest and atmosphere, through measurement techniques and modeling of CO2 , water vapor and energy fluxes. A simple tropical ecosystem model (SITE) was developed to study the response of tropical ecosystems related to the environmental conditions. SITE is a point model that uses an integration interval (dt) of one hour, and is based on models previously developed, mainly LSX, LSM and IBIS, being much simpler, though. The model is structured with a canopy layer and two soil layers, where the first layer is close to the soil surface and the second reaches 3.5 m of depth. SITE is a dynamic model that incorporates nine processes: canopy infrared radiation balance, solar radiation balance, aerodynamic processes, canopy physiology and transpiration, balance of water intercepted by the canopy, transport of mass and energy, soil heat flux, soil water flux and carbon balance. The model SITE, used to predict the fluxes of CO2, water and energy, is forced by hourly data of temperature, radiation balance, precipitation, humidity, wind and CO2. For calibration of the model and validation of the results, fluxes of CO2 , water vapor and sensible heat were used. The fluxes were measured by sensors installed at a height of approximately 56 m in a micrometeorological tower at the Caxiuanã Forest Reserve, Melgaço County– PA, using the eddy covariance technique. The model reproduced well the hourly variability of the fluxes of CO2 and water vapor, and it simulated the balance of those elements in seasonal scale properly.