Estimativa da radiação solar global baseada na amplitude térmica para o Brasil

Autores

  • João Paulo Augusto Ramos ESALQ/USP
  • Murilo dos Santos Vianna ESALQ/USP
  • Fábio Ricardo Marin ESALQ/USP

DOI:

https://doi.org/10.31062/agrom.v26i1.26299

Palavras-chave:

radiação solar, modelagem, Agrometeorologia

Resumo

O presente trabalho teve por objetivo otimizar e avaliar dois métodos de estimativa da radiação global diária para diferentes localidades brasileiras. Os métodos de Bristow e Campbell (BC) e Hargreaves e Samani (H) foram otimizados tomando como base 32 séries históricas de dados meteorológicos em diferentes localidades do Brasil. O desempenho de cada modelo foi avaliado por meio de índices estatísticos de precisão (r2), acurácia (d) e raiz do erro médio quadrático (RMSE). Após a otimização, o melhor desempenho foi dado pelo modelo BC, em todas as regiões do Brasil, com RMSE médio de 3,74 MJ m²- d-1. A otimização dos parâmetros contribuiu para diminuição do RMSE em 10% para H e 25% para BC. Encontraram-se valores médios de Kt para método H de 0,152 para a região Norte, 0,173 Nordeste, 0,145 Centro Oeste, 0,163 Sul e 0,152 Sudeste. Para os parâmetros A, B e C do método BC obteve-se, respectivamente, para cada região 0,619, 0,026 e 1,845 para a região Norte, 0,694, 0,074 e 1,489 Nordeste, 0,635, 0,029 e 1,697 Centro Oeste, 0,671, 0,044 e 1,580 Sul e 0,702, 0,025 e 1,747 Sudeste.

Biografia do Autor

  • João Paulo Augusto Ramos, ESALQ/USP
    Possui graduação em Abi - Física pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho(2005) e mestrado em Engenharia de Sistemas Agrícolas pela ESALQ/USP. Tem experiência na área de Física, com ênfase em Áreas Clássicas de Fenomenologia e suas Aplicações.
  • Murilo dos Santos Vianna, ESALQ/USP
    Possui graduação em Engenharia Ambiental pela Pontifícia Universidade Católica de Campinas, SP (2011), mestrado em Engenharia de Sistemas Agrícolas pela Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" (Universidade de São Paulo), Piracicaba, SP (2013) onde atualmente é doutorando no mesmo programa. Foi bolsista de iniciação científica pela EMBRAPA entre 2008 e 2010 e, no CEPAGRI entre 2010 e 2012, Campinas, SP. Realizou doutorado sanduíche na Universidade de Wageningen, Holanda, desenvolvendo projetos de pesquisas na área de agrometeorologia e modelagem de sistemas agrícolas com ênfase no aprimoramento, calibração e avaliação de modelos de crescimento para a cultura da cana-de-açúcar.
  • Fábio Ricardo Marin, ESALQ/USP
    Engenheiro agrônomo pela ESALQ/USP (1998), com mestrado e doutorado na área de agrometeorologia pela mesma instituição. Foi pesquisador da Embrapa, atuando na equipe responsável pelo Zoneamento Agrícola de Riscos Climáticos (ZARC) do Brasil, tendo sido coordenador técnico entre 2006 e 2009; atuou na equipe responsável pelo Zoneamento Agroecológico da Cana-de--Açúcar; atuou em projetos de previsão de safras das culturas de café, cana, milho e soja para o Brasil. Concomitante (2005-2013), foi professor da PUC-Campinas, responsável pelas disciplinas na área de climatologia e mudanças climáticas e colunista (2003-2009) do Suplemento Agrícola do jornal "O Estado de São Paulo". Esteve em período sabático na Universidade da Florida (Campus de Gainesville), atuando junto a equipe mantenedora do Sistema DSSAT e com interesse em pesquisas sobre modelagem de cana-de-açúcar. Desde então, participa como co-líder da seção de modelagem de cana-de-açúcar do projeto AgMIP (www.agmip.org). É um dos representantes brasileiros no projeto Global Yield Gap Atlas (www.yieldgap.org), tendo participado dos levantamentos sobre as culturas de milho, soja e cana. Tem experiência international com visitas técnicas, participação em eventos técnico-científicos e proferindo palestras nos Estados Unidos, México, Inglaterra, França, Espanha, Holanda, Alemanha, Paraguai, Colômbia, Peru, Argentina, África do Sul, Quênia, Zimbábue, Ruanda, Uganda, Zâmbia, Angola, Moçambique, Botsuana, Tanzânia e Austrália. É o desenvolvedor do SAMUCA, um modelo brasileiro baseado em processos para cana-de-açúcar. Idealizou, implementou e mantém o Sistema TEMPOCAMPO-ESALQ, de suporte à previsão de safras das culturas de soja e cana-de-açúcar. Desenvolve projetos de extensão com diversas empresas brasileiras, principalmente no campo do monitoramento agrometeorológico e previsão de safras. Atualmente, é Pesquisador visitante na Fundação Getúlio Vargas (2008-) e professor do Depto. de Engenharia de Biossistemas da ESALQ/USP (2013-) com linha de pesquisa em agrometeorologia e modelagem de crescimento de culturas, com aplicações em avaliação de riscos climáticos para agricultura, zoneamento agrícola, projeções de impacto de mudanças climáticas, previsão de safras e manejo da irrigação.

Referências

ABRAHA, M. G.; SAVAGE, M. J. Comparisson of estimates of daily solar radiation from air temperature range for application in crop simulations. Agricultural and Forest Meteorology, Philadelphia, v.148, p.401-416, 2008.

ALLEN, R. G. Self-calibrating method for estimating solar radiation from air temperature. Journal of Hydrology Engineering, Reston, VA, USA, v. 2, p. 56–67, 1997.

ALLEN, R. G.; PEREIRA, L.; RAES, D.; SMITH, M. Crop evapotranspiration: guidelines for computing crop water requirements. Rome: FAO, 1998. (FAO: Irrigation and Drainage Paper, 56).

ALMOROX, J.; HONTORIA, C. Global solar radiation estimation using sunshine duration in Spain, Energ. Convers. Manage., Cambridge, 45, 1529-1539, 2004.

ANGSTROM, A. Solar and terrestrial radiation. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, Oxford, v. 50, n. 4, p. 121-6, 1924.

BALL, R.A.; PURCELL, L.C.; CAREY, S.K. Evaluation of solar radiation prediction models in North America. Agronomy Journal, Wisconsin, v.96, n.2, p.391-397, 2004.

BORGES, V. P.; OLIVEIRA, A. S. DE; MAURICIO FILHO, A. C.; SILVA, T. S. M. DA; PAMPONET, B. M. Avaliação de modelos de estimativa da radiação solar incidente em Cruz das Almas, Bahia. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 14, n. 1, 2010.

BRISTOW, K. L.; CAMPBELL, G. S. On the relationship between incoming solar radiation and daily maximum and minimum temperature. Agricultural and Forest Meteorology, v. 31, n. 2, p. 159–166, 1984.

CHEN R. S.; LU S.; KANG E.; YANG J.; JI X. Estimating daily global radiation using two types of revised models in China. Energy Conversion and Management, Oxford, v. 47, p. 865–878, 2006.

CONCEIÇÃO, M. A. F.; MARIN, F. R. Avaliação de modelos para a estimativa de valores diários da radiação solar global com base na temperatura do ar. Revista Brasileira de Agrometeorologia, Santa Maria, v. 15, n. 1, 2007.

CONCEIÇÃO, M. A. F. Reference evapotranspiration based on solar radiation estimated by the Bristow-Campbell model. Engenharia Agrícola, v. 30, n. 4, p. 619–626, 2010.

DAVIES, J. A.; MCKAY, D. C. Evaluation of selected models for estimating solar radiation on horizontal surfaces. Solar Energy, Kidlington, v. 43, n. 3, p. 153–168, 1989.

DE SOUZA, Adilson Pacheco et al. Radiação global por modelos simplificados para o Estado de Mato Grosso. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 52, n. 4, p. 215-227, 2017.

DONATELLI, M.; CAMPBELL, G.S. A simple model to estimate global solar radiation. In: PROCEEDING ESA CONGRESS, 9, 1998, Nitra, Repuclic Slovak. Proceedings... Nitra, Republic Slovak: Slovak Agricultural University. p.133-134.

FERNANDES, D. S.; HEINEMANN, A. B.; AMORIM, A. O.; PAZ, R. L. F. Avaliação de modelos de estimativa de radiação solar global para o estado de Goiás. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE AGROMETEOROLOGIA, 17, Guaraparí – ES, Anais... UFLA, 2011.

MONTEIRO, L. A.; SENTELHAS, P. C.; PEDRA, G. U. Assessment of NASA/ POWER satellite‐based weather system for Brazilian conditions and its impact on sugarcane yield simulation. International Journal of Climatology, London, v. 38, n. 3, p. 1571-1581, 2018.

MONTEITH, J. L.; UNSWORTH, M. H. Principles of Environmental Physics: Plants, Animals, and the Atmosphere. 4th Editio ed. Oxford: Elsevier Ltd, 2012.

MUNNER, T; GUL, M. S. Evaluation of sunshine and cloud cover based models for generating solar radiation data. Energy Conversion and Management, Oxford, v. 41, n. 5, p. 461–82, 2000.

NOGUEIRA, D. H.; SILVA, M. G.; LEDO, E. R. F.; ARAÚJO, E. M. Estimativa da radiação solar global (RS) através da amplitude térmica diária. Cong Internacional de Inovações Tecnológicas na Irrigação, Fortaleza, Anais... 2012.

PARTON, W. J.; LOGAN, J. A. A model for diurnal variation in soil and air temperature. Agricultural and Forest Meteorology, Philadelphia, v. 23, p. 205–216, 1981.

PEREIRA, E. B.; MARTINS, F. R.; ABREU, S. L.; RUTHER, R. Atlas Brasileiro de Energia Solar. São José dos Campos: Inpe, 2006. 60p.

PETELA, R. Engineering thermodynamics of thermal radiation for solar power utilization, v1, McGraw Hill, 2010.

RICHARDSON, C. W. Weather simulation for crop management models. Trans. ASABE, Michigan, v. 28, n. 5, p. 1602 – 1606, 1985.

RIVINGTON, M.; BELLOCCHI, G.; MATTHEWS, K. B.; BUCHAN, K. Evaluation of three model estimations of solar radiation at 24 UK stations. Agricultural and Forest Meteorology, Philadelphia, v. 132, n. 3–4, p. 228–43, 2005.

SAMANI, Z. Estimating Solar Radiation and Evapotranspiration Using Minimum Climatological Data (Hargreaves-Samani equation). Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Reston, v.126, n.4, p.265-267, 2000.

SENTELHAS, P. C.; ANGELOCCI, L. R. Meteorologia Agrícola. Piracicaba: ESALQ, 2012. v. 12

SILVA, C. R. DA; SILVA, V. J. DA; JÚNIOR, J. A.; CARVALHO, H. DE P. Radiação solar estimada com base na temperatura do ar para três regiões de Minas Gerais. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 16, n. 3, p. 281–288, 2012.

FIETZ, C. R.; FISCH, G. F. Avaliação de modelos de estimativa do saldo de radiação e do método de Priestley-Taylor para a região de Dourados, MS. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v.13, n.4, p. 449-453, 2009.

GEISS, J. C.; SOUZA, J. L. M.; GERSTEMBERGER, E. Ajuste de um coeficiente empírico para estimar a radiação solar global na região de Ponta Grossa – Paraná. In: XVIII EVENTO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DA UFPR. Curitiba. Anais… UFPR, 2010.

GOODIN, D. G.; HUTCHINSON, J. M. S.; VANDERLIP, R. L.; KNAPP, M. C. Estimating solar irradiance for crop modeling using daily air temperature data. Agronomy Journal, Wooster, v. 91, p. 845– 851, 1999.

HARGREAVES, G. H.; SAMANI, Z. A. Estimating potential evapotranspiration. Journal of Irrigation and Drainage. ASCE; Delaware, v. 108, p. 225-30, 1982.

HUNT, L. A.; KUCHAR, L.; SWANTON, C. J. Estimation of solar radiation for use in crop modeling. Agricultural and Forest Meteorology, Philadelphia, v. 91, n. 3–4, p. 293–300, 1998.

LIU, D. L.; SCOTT, B. J. Estimation of solar radiation in Australia from rainfall and temperature observations. Agricultural and Forest Meteorology, Philadelphia, v. 106, n. 1, p. 41–59, 2001.

LÊDO, E. R. F.; SILVA, M. G.; NOGUEIRA, D. H.; ARRAES, F. D. D. Avaliação de modelo de estimativa da radiação solar global (Rs) com base na amplitude térmica. Conex. Ci e Tecnologia. Fortaleza, v.6 n.1, p. 15-26, 2012.

MACÊDO, K, G.; OLIVEIRA, J. B.; ARRAES, F. D. D.; TORRES, W. L. V.; JUNIOR, J. C. L. Estimativa da radiação solar global com dados de temperatura do ar em seis cidades do estado do Ceará. Engenharia na Agricultura, Viçosa, V.24 n.1, p. 68-75, 2016.

MASSIGNAM, A. M. Estimativa da radiação solar em função da amplitude térmica. XV Congresso Brasileiro de Agrometeorologia. Aracajú, Anais…2007.

MEDEIROS, S. R.; PINTO, H. M. S.; MARIN, F. R. Evaluation of the model NASA/POWER for the estimate daily radiation data versus radiation daily observed data of the weather stations in Brazil. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 17.; 2., 2012, Gramado. Anais... Gramado: UFRGS, 2012.

SPITTERS, C. J. T.; TOUSSAINT, H.; GOUDRIAAN, J. Separating the diffuse and direct component of global radiation and its implications for modeling canopy photosynthesis Part I. Components of incoming radiation. Agricultural and Forest Meteorology, Philadelphia, v. 38, n. 1–3, p. 217–229, 1986.

TANAKA, A. A. Avaliação de métodos de estimativa da radiação solar global e da evapotranspiração de referência para o estado de Mato Grosso. 2013. 109 p. Tese (Doutorado em Agronomia – Irrigação e Drenagem) – Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP – Universidade Estadual Paulista, 2013.

TEH, C. B. S. Introduction to Mathematical Modeling of Crop Growth: How the Equations are Derived and Assembled into a Computer Program, Dissertation, 2006.

THORNTON, P. E.; RUNNING, S. W. An improved algorithm for estimating incident daily solar radiation from measurements of temperature, humidity, and precipitation. Agricultural and Forest Meteorology, Philadelphia, 93: 211-228, 1999.

TRNKA, M.; ZALUD, Z.; EITZINGER, J.; DUBROVSKY, M. Global solar radiation in Central European lowlands estimated by various empirical formulae. Agricultural and Forest Meteorology, Philadelphia, v. 131, n. 1–2, p. 54–76, 2005.

WALLACH, D.; MAKOWSKI, D.; JONES, J. W.; BRUN, F. Working with dynamic crop models: methods, tools and examples for agriculture and environment. Academic Press, 2013.

WEISS, A.; HAYS, C. J.; HU, Q.; EASTERLING, W. E. Incorporating bias error in calculating solar irradiance: implications for crop yield simulations. Agronomy. Journal, Wooster, v. 93, p. 1321–1326, 2001.

WONG, L. T.; CHOW, W. K. Solar radiation model. Applied Energy, London, v. 69, n. 3, p. 191–224, 2001.

YANG, K.; KOIKE, T. Estimating surface solar radiation from upper-air humidity. Solar Energy, Kidlington, v. 72, n. 2, p. 177–86, 2002.

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Publicado

12/21/2018

Edição

v. 26 n. 1 (2018)

Seção

ESTATÍSTICA E MODELAGEM

Como Citar

Estimativa da radiação solar global baseada na amplitude térmica para o Brasil. (2018). Agrometeoros, 26(1). https://doi.org/10.31062/agrom.v26i1.26299

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