Erosion of the nocturnal boundary layer in the central Amazon during the dry season / Erosão da camada limite noturna na Amazônia central durante a estação seca

In this study, the erosion of the nocturnal boundary layer (NBL) was analyzed in the central Amazon during the dry season of 2014, using data from the GoAmazon 2014/5 Project and high-resolution model outputs (PArallelized Les Model - PALM). The dataset consisted of in situ (radiosonde) and remote sensing instruments measurements (Ceilometer, Lidar, Wind Profiler, microwave radiometer, and SODAR). The results showed that the NBL erosion occurred, on average, two hours after sunrise (06:00 local time), and the sensible heat flux provided more than 50% of the sensible heating necessary for the erosion process to occur. After the erosion, the convective phase developed quickly (175.2 m h-1). The measurements of the remote sensors showed that the Ceilometer, in general, presented satisfactory results in relation to the radiosondes for measuring the height of the planetary boundary layer. The PALM simulations represented well the NBL erosion, with a small underestimation ( 20 m) at the beginning of this phase. In the final phase of NBL erosion and in the initial stage of the development of the convective boundary layer (CBL), the model presented satisfactory results, with heights of CBL ranging from 800 m to 1,650 m, respectively.(AU)

Este estudo teve como objetivo analisar a erosão da camada limite noturna (CLN) na Amazônia central durante a estação seca de 2014, usando dados do Projeto GoAmazon 2014/5 e saídas do modelo de alta resolução (PArallelized Les Model - PALM). O conjunto de dados consistiu de medidas por instrumentos in situ (radiossonda) e sensoriamento remoto (Ceilometer, Lidar, Wind Profiler, radiômetro de microondas e SODAR). Os resultados mostraram que a erosão da CLN ocorreu, em média, duas horas após o nascer do sol (06:00 hora local), e o fluxo de calor sensível forneceu mais de 50% do aquecimento necessário para o processo de erosão ocorrer. Após a erosão, a fase convectiva se desenvolveu rapidamente (175,2 m h-1). As medidas dos sensores remotos mostraram que o Ceilometer, em geral, apresentou resultados satisfatórios em relação às radiossondas para medidas da altura da camada limite planetária. As simulações PALM representaram bem a erosão da CLN, com uma pequena subestimação ( 20 m) no início desta fase. Na fase final da erosão da CLN e no estágio inicial do desenvolvimento da camada limite convectiva (CLC), o modelo apresentou resultados satisfatórios, com alturas variando de 800 m a 1.650 m, respectivamente.(AU)

Validation of the Deardorff model for estimating energy balance components for a sugarcane crop

The quantification of the available energy in the environment is important because it determines photosynthesis, evapotranspiration and, therefore, the final yield of crops. Instruments for measuring the energy balance are costly and indirect estimation alternatives are desirable. This study assessed the Deardorff's model performance during a cycle of a sugarcane crop in Piracicaba, State of São Paulo, Brazil, in comparison to the aerodynamic method. This mechanistic model simulates the energy fluxes (sensible, latent heat and net radiation) at three levels (atmosphere, canopy and soil) using only air temperature, relative humidity and wind speed measured at a reference level above the canopy, crop leaf area index, and some pre-calibrated parameters (canopy albedo, soil emissivity, atmospheric transmissivity and hydrological characteristics of the soil). The analysis was made for different time scales, insolation conditions and seasons (spring, summer and autumn). Analyzing all data of 15 minute intervals, the model presented good performance for net radiation simulation in different insolations and seasons. The latent heat flux in the atmosphere and the sensible heat flux in the atmosphere did not present differences in comparison to data from the aerodynamic method during the autumn. The sensible heat flux in the soil was poorly simulated by the model due to the poor performance of the soil water balance method. The Deardorff's model improved in general the flux simulations in comparison to the aerodynamic method when more insolation was available in the environment.

A quantificação da energia disponível no ambiente é importante porque ela afeta a fotossíntese, a evapotranspiração e conseqüentemente a produtividade final dos cultivos. Instrumentos para medidas de balanço de energia são caros e alternativas para estimações são desejáveis. O presente trabalho procura avaliar a performance do modelo de Deardorff (1978) ao longo do desenvolvimento de uma cultura de cana-de-açúcar em Piracicaba, SP, Brasil, em comparação ao método aerodinâmico. Este modelo mecanístico simula os fluxos energéticos (calor sensível, latente e saldo de radiação) em três níveis: a atmosfera, o dossel vegetativo e o solo, usando somente a temperatura do ar, umidade relativa e velocidade do vento medidos num nível de referência acima do dossel, o índice de área foliar e alguns parâmetros previamente calibrados (albedo do dossel, emissividade do solo e a transmissividade atmosférica e características hidrológicas do solo). As análises dos resultados foram feitas em diversas escalas de tempo, condições de insolação, nas diferentes estações do ano (primavera, verão, outono). Analisando todos os dados de 15 minutos, o modelo apresentou boa performance na simulação de radiação líquida em diferentes condições de insolação e estações do ano. O fluxo de calor latente e o fluxo de calor sensível na atmosfera não apresentaram diferenças em comparação ao método aerodinâmico no outono. O calor sensível no solo foi pobremente simulado pelo modelo devido à baixa capacidade de estimação do balanço hídrico do solo. Geralmente as estimações pelo modelo de Deardorff foram melhoradas quando mais insolação era disponível no ambiente.

Validation of the Deardorff model for estimating energy balance components for a sugarcane crop

The quantification of the available energy in the environment is important because it determines photosynthesis, evapotranspiration and, therefore, the final yield of crops. Instruments for measuring the energy balance are costly and indirect estimation alternatives are desirable. This study assessed the Deardorff's model performance during a cycle of a sugarcane crop in Piracicaba, State of São Paulo, Brazil, in comparison to the aerodynamic method. This mechanistic model simulates the energy fluxes (sensible, latent heat and net radiation) at three levels (atmosphere, canopy and soil) using only air temperature, relative humidity and wind speed measured at a reference level above the canopy, crop leaf area index, and some pre-calibrated parameters (canopy albedo, soil emissivity, atmospheric transmissivity and hydrological characteristics of the soil). The analysis was made for different time scales, insolation conditions and seasons (spring, summer and autumn). Analyzing all data of 15 minute intervals, the model presented good performance for net radiation simulation in different insolations and seasons. The latent heat flux in the atmosphere and the sensible heat flux in the atmosphere did not present differences in comparison to data from the aerodynamic method during the autumn. The sensible heat flux in the soil was poorly simulated by the model due to the poor performance of the soil water balance method. The Deardorff's model improved in general the flux simulations in comparison to the aerodynamic method when more insolation was available in the environment.

A quantificação da energia disponível no ambiente é importante porque ela afeta a fotossíntese, a evapotranspiração e conseqüentemente a produtividade final dos cultivos. Instrumentos para medidas de balanço de energia são caros e alternativas para estimações são desejáveis. O presente trabalho procura avaliar a performance do modelo de Deardorff (1978) ao longo do desenvolvimento de uma cultura de cana-de-açúcar em Piracicaba, SP, Brasil, em comparação ao método aerodinâmico. Este modelo mecanístico simula os fluxos energéticos (calor sensível, latente e saldo de radiação) em três níveis: a atmosfera, o dossel vegetativo e o solo, usando somente a temperatura do ar, umidade relativa e velocidade do vento medidos num nível de referência acima do dossel, o índice de área foliar e alguns parâmetros previamente calibrados (albedo do dossel, emissividade do solo e a transmissividade atmosférica e características hidrológicas do solo). As análises dos resultados foram feitas em diversas escalas de tempo, condições de insolação, nas diferentes estações do ano (primavera, verão, outono). Analisando todos os dados de 15 minutos, o modelo apresentou boa performance na simulação de radiação líquida em diferentes condições de insolação e estações do ano. O fluxo de calor latente e o fluxo de calor sensível na atmosfera não apresentaram diferenças em comparação ao método aerodinâmico no outono. O calor sensível no solo foi pobremente simulado pelo modelo devido à baixa capacidade de estimação do balanço hídrico do solo. Geralmente as estimações pelo modelo de Deardorff foram melhoradas quando mais insolação era disponível no ambiente.

Convection regime between canopy and air in a greenhouse

The use of covering materials in protected environments modifies the air movement close to the crop canopy compared to external environment, which changes the heat and mass transfer between canopy and air. Several researches have been made in greenhouses to estimate mass and heat flux using dimensionless numbers to characterize the type of convection (forced, free or mixed). The knowledge of which one is dominant allows simplifications and specific approaches. The dominant convection regime between canopy and air was determined in a naturally ventilated greenhouse cropped with sweet pepper. Forced convection was predominant, representing more than 70% of the time. During daytime, an increase of mixed convection was observed. It is thus appropriated the use of models that include both forced and mixed convection in the studies of mass and heat exchanges in canopy - air interface.

O uso de coberturas em ambientes protegidos altera a movimentação de ar próximo do dossel da cultura, comparado com o ambiente externo, modificando os processos de trocas de calor e massa entre dossel e ar. Muitos trabalhos realizados em casas de vegetação têm estimado os fluxos de calor latente e sensível com emprego de números adimensionais caracterizadores do tipo de regime convectivo. O conhecimento do tipo de regime predominante (forçado, livre ou misto) permite simplificações e abordagens mais específicas para estimativa destes fluxos. No presente trabalho, foi determinado o tipo de regime convectivo predominante entre dossel e ar, em uma casa de vegetação em arco, com ventilação natural com a cultura do pimentão amarelo. Na maior parte do tempo (>70%) houve predominância da convecção forçada. Durante o dia, foi observado um pequeno aumento da convecção mista, sendo interessante para este período o uso de modelos que contemplem tanto a convecção mista quanto a forçada no estudo das trocas de calor e de massa entre dossel e ar.

Convection regime between canopy and air in a greenhouse

The use of covering materials in protected environments modifies the air movement close to the crop canopy compared to external environment, which changes the heat and mass transfer between canopy and air. Several researches have been made in greenhouses to estimate mass and heat flux using dimensionless numbers to characterize the type of convection (forced, free or mixed). The knowledge of which one is dominant allows simplifications and specific approaches. The dominant convection regime between canopy and air was determined in a naturally ventilated greenhouse cropped with sweet pepper. Forced convection was predominant, representing more than 70% of the time. During daytime, an increase of mixed convection was observed. It is thus appropriated the use of models that include both forced and mixed convection in the studies of mass and heat exchanges in canopy - air interface.

O uso de coberturas em ambientes protegidos altera a movimentação de ar próximo do dossel da cultura, comparado com o ambiente externo, modificando os processos de trocas de calor e massa entre dossel e ar. Muitos trabalhos realizados em casas de vegetação têm estimado os fluxos de calor latente e sensível com emprego de números adimensionais caracterizadores do tipo de regime convectivo. O conhecimento do tipo de regime predominante (forçado, livre ou misto) permite simplificações e abordagens mais específicas para estimativa destes fluxos. No presente trabalho, foi determinado o tipo de regime convectivo predominante entre dossel e ar, em uma casa de vegetação em arco, com ventilação natural com a cultura do pimentão amarelo. Na maior parte do tempo (>70%) houve predominância da convecção forçada. Durante o dia, foi observado um pequeno aumento da convecção mista, sendo interessante para este período o uso de modelos que contemplem tanto a convecção mista quanto a forçada no estudo das trocas de calor e de massa entre dossel e ar.