Reanálise CFSR-NCEP aplicada ao modelo SiB2 na simulação de fluxos de CO2 sobre o cultivo de soja em Cruz Alta

Abstract

Este trabalho buscou avaliar o comportamento dos fluxos de CO2, simulados pelo modelo de superfície SiB2, a partir da adoção dos dados de reanálise CFSR-NCEP como condições de contorno atmosféricas. Para a validação dos resultados obtidos utilizou-se uma análise estatística, através de um coeficiente de ajuste, o qual foi embasado nos parâmetros simulados em comparação aos dados observados, sendo estes obtidos pela torre micrometeorológica sitiada na área de cultivo. O estudo foi aplicado ao sítio experimental de soja localizado em Cruz Alta (-28,6036; -53,6736) no Rio Grande do sul e o período adotado compreendeu os anos de 2008 e 2009. Inicialmente foi necessário realizar a calibração de alguns parâmetros presentes nas sub-rotinas (módulos) do modelo. Para tanto, foi adotada uma metodologia em que os parâmetros foram calibrados conforme os módulos sequenciais, respeitando a seguinte ordem: aerodinâmico, transferência radiativa, difusão hidráulica do solo e fotossíntese e condutância estomática. A calibração do módulo aerodinâmico foi aplicada aos parâmetros referentes à altura do dossel, fração de cobertura vegetal e distribuição do ângulo foliar. No módulo de transferência radiativa, foi calibrado o parâmetro de reflectância da folha viva no visível. A calibração dos parâmetros referentes ao módulo de difusão hidráulica do solo foi realizada na porosidade do solo, profundidade individual das camadas e expoente de umidade. No módulo de fotossíntese e condutância estomática os parâmetros testados foram índice de área foliar, condutância estomática mínima e temperatura crítica para a respiração foliar. A calibração destes parâmetros permitiu que se obtivesse uma substancial melhoria na simulação dos fluxos de CO2 pelo modelo, obtendo-se um ganho expressivo na qualidade da simulação. Esta etapa constitui fundamental importância, uma vez que permitiu que a adoção dos dados de reanálise fosse efetuada no modelo adequado à área de estudo. No que tange a etapa final desta pesquisa, destaca-se que os dados do CFSR foram utilizados como condição de contorno atmosférica. Estas condições são necessárias à inicialização do modelo e originalmente utilizam-se as variáveis meteorológicas obtidas a partir da estação do INMET. Foram adotadas as variáveis referentes à temperatura do ar, pressão atmosférica ao nível do mar, precipitação, radiação de onda curta incidente e velocidade do vento, utilizadas para descrever o estado físico da atmosfera nas novas simulações dos fluxos de CO2, as quais foram comparadas aos dados observados da torre. A partir dos resultados obtidos, presumiu-se que a utilização dos dados de reanálise CFSR-NCEP pode ser considerada aceitável na aplicação de estudos dos fluxos de CO2 a partir do modelo SiB2, ressaltando-se que a calibração do referido modelo à área de estudo é de grande importância para sua adequação e obtenção de resultados mais satisfatórios.

The present work aimed to evaluate the behavior of CO2 fluxes, run by the Simple Biosphere Model (SiB2), by adopting CFSR-NCEP data reanalyzed as an atmospheric boundary condition. A statistical analysis was used in order to validate the results obtained using a coefficient for the adjusted model based on the simulation parameters when compared to the data observed in field, which was obtained by the micrometeorological tower located on the cultivation areas. The study was applied in a soybean experimental site located in Cruz Alta (-28,6036; -53,6736), in the state of Rio Grande do Sul, Southern Brazil between 2008 and 2009. Some of the parameters presented in the subroutines of the model had to be adjusted first. For such, a methodology in which the parameters were calibrated in sequential modules was applied according to the following order: aerodynamics, radiative transfer, hydraulic diffusion of the soil and photosynthesis and stomatal conductance. In the aerodynamics module, the calibration was made using the parameters for the canopy height, vegetation coverage and leaf-angle distribution. For the radiative transfer, the calibration used the parameters for the live leaf transmittance visible reflectance. The calibration for the hydraulic diffusion of the soil was accomplished in the soil porosity, depth of individual layers and humidity exponent. For the photosynthesis and stomatal conductance, the parameters tested were the leaf area index, minimum stomatal conductance and leaf respiration critical temperature. It could thus be possible to obtain a considerable improvement for the simulation of the CO2 fluxes in this model for a high-quality simulation. That stage was significantly important since it enabled the reanalysis data to be set in the best model for the studied area. Regarding the final stage of this study, data from the CFSR were used as the atmospheric boundary condition instead of originally applied meteorological variables from the INMET station. Variables concerning air temperature, air pressure at sea level, precipitation, incident short-wave radiation and wind speed were used in order to describe the physical condition of the atmosphere in new simulations with CO2 fluxes, and then compared to the data observed in the micrometeorological tower. From the results, using the CFSR-NCEP reanalysis data can be considered acceptable for studies on CO2 fluxes from the SiB2 model. Yet, calibrating this model for the studied area is a key factor for its suitability and for obtaining adequate results.