Meteorologia aplicada aos ecossistemas santiago vianna cuadra
1. Meteorologia e a Agricultura:
Modelos matemáticos.
Santiago Vianna Cuadra
4 de Dezembro de 2012.
2. Papel da Agrometeorologia
Sentelhas/Angelocci
Fisiologia Vegetal
Construções Fitopatologia/Ento
Rurais mologia
Meteorologia
Agrícola
Produção
Animal Irrigação
Produção Conservação
Vegetal Preparo do do solo
solo
3. Clima e Tempo
A Meteorologia Agrícola tem papel fundamental tanto no planejamento
agrícola como nas tomadas de decisão
Planejamento Agrícola Tomadas de Decisão
Minimiza o risco
associado à atividade
Baseado no clima local e no agrícola Baseadas nas condições do tempo
balanço hídrico do solo que define vigentes e previstas, que definem
as estações seca e úmida as condições atuais de temperatura
e de disponibilidade hídrica do solo
Zoneamento agroclimático
Semeadura / Colheita, Irrigação, Preparo do
Época mais adequada de semeadura solo, Controle fitossanitário, Medidas
Planejamento topo e microclimático contra eventos adversos
LCE 360 - Meteorologia Agrícola Sentelhas/Angelocci
4. O Clima (Variabilidade) e a Agricultura no
estado do Rio Grande do Sul
Mapa da diferença
média entre a precipitação
pluviométrica e a
evapotranspiração
potencial (P-ETp) durante
os meses de
dezembro, janeiro e
fevereiro (período 1976-
2005) no Estado do Rio
Grande do Sul (Fonte:
Fepagro, não publicado).
5. O Clima (Variabilidade) e a Agricultura no
estado do Rio Grande do Sul
Produtividade das culturas de soja, milho e arroz irrigado, no Estado do Rio
Grande do Sul, em 23 safras agrícolas e anomalia da Temperatura da
Superfície do Mar (TSM), na região do Niño 3.4. As cores vermelha, azul e
cinza representam, respectivamente, eventos de El Niño, La Niña e Neutros.
4,0 8,00
Niño 3.4 Soja Arroz Milho
3,0 7,00
Produtividade (Toneladas/ha)
2,0 6,00
Anomalia de TSM (oC)
1,0 5,00
0,0 4,00
-1,0 3,00
-2,0 2,00
-3,0 1,00
-4,0 -
2010/11
2011/12
1989/90
1990/91
1991/92
1992/93
1993/94
1994/95
1995/96
1996/97
1997/98
1998/99
1999/00
2009/10
2000/01
2001/02
2002/03
2003/04
2004/05
2005/06
2006/07
2007/08
2008/09
Ano Safra
6. O Clima (Variabilidade) e a Agricultura no
estado do Rio Grande do Sul
Algumas recomendações técnicas gerais de convivência com o
problema da deficiência hídrica em culturas anuais:
Para a definição da época de semeadura, consultar o zoneamento
agrícola para a cultura;
Escalonar época de semeadura/plantio, utilizando cultivares de
ciclo diferentes;
Utilizar a densidade de plantas indicada para a cultura;
Dar preferência ao plantio direto na palha ou mobilizar o mínimo
possível o solo por ocasião do seu preparo e semeadura;
Descompactar o solo, quando necessário;
Observar a prática da rotação de culturas;
Consultar o serviço de previsão de tempo e clima para o
planejamento, manejo e execução das operações agrícolas;
Racionalizar o uso da água e irrigar quando necessário
preferencialmente nos períodos críticos, utilizando métodos mais
eficientes para irrigação.
7. Modelos de Produtividade Agrícola
Zoneamento Agrícola de Risco Climático
Modelos de simulação do
desenvolvimento, crescimento e produtividade
de culturas – “Crop Models”.
Modelos biofísicos de simulação do
desenvolvimento, crescimento e produtividade
de culturas.
8. Zoneamento – Portarias (219/2010 - RS)
Nota técnica
- Metodologia: parâmetros agrometeorológicos e fisiologia da cultura
• Regime pluviométrico (chuvas – série de dados com mais de 10 anos);
• Coeficiente de cultura (Kc) durante as fases fenológicas;
• Balanço hídrico;
• ISNA – Índice de Satisfação de Necessidade de Água;
- Solos: simplificados em três classes
• Tipo 1: > 10 e < 15% de argila
• Tipo 2: < 35% de argila
• Tipo 3: > 35% de argila
Fonte: (Almeida, 2010) - Embrapa
Clima Temperado
10. Fonte: (Marin, 2005) - Embrapa
Informática Agropecuária
ET (mm)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Es
ta
b
Es .
ta
b
Es .
t
D ab.
es
.V
Climático
D eg.
es
.V
D eg.
es
.V
D eg.
es
.V
e
ETr
ETm
Fl g.
or
Chuva
es
c.
Fr
ut
if.
Fase Fenológica
Fr
Passo Fundo/RS - Semeadura 10/09/04
ut
if.
Fr
ut
Fase Crítica
if.
Fr
u
M tif.
at
ur
M ac .
at
ur
ac
.
0
de prob.
50
100
150
200
250
Zoneamento Agrícola de Risco
Chuva (mm)
valor do ISNA
com 80%
11. Zoneamento Agrícola de Risco
Climático
Passo Fundo/RS
Fase Crítica: Se ISNA>0,65
Semeadura 10/09/04 prod. assegurada
20000
100% Yp
Produtividade - kg/ha
16000
Yr
12000
Fonte: (Marin, 2005) - Embrapa
Informática Agropecuária
8000
4000 Ciclo 133 dias
0%
0
to
to
ão
o
ão
iv
en
en
aç
aç
at
im
cim
et
ur
ific
ec
eg
at
es
ut
l
M
be
.v
Fr
or
es
ta
Fl
D
Es
f(graus-dia)
Fase Fenológica
12. Fonte: (Marin, 2005) - Embrapa
Informática Agropecuária
o
Temp. Ar ( C) - ET (mm)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Es
ta
b
Es .
ta
b.
Es
ta
D
ETr
Passo Fundo/RS
es b.
.V Chuva
Semeadura 10/11/04
D eg.
Climático
es
.V
e
Fl g.
or
es
ETm
c.
Fr
ut
if.
Fr
ut
if.
Fr
ut
Fase Crítica:
if.
Fase Fenológica
Fr
u
M tif.
at
ur
ac
M
at .
ur
M ac .
at
ur
M ac .
at
ur
ac
.
80% de prob.
0
50
100
150
200
250
valor do ISNA com
Chuva (mm)
Zoneamento Agrícola de Risco
13. Zoneamento Agrícola de Risco
Climático
Passo Fundo/RS Produtividade
Fase Crítica Se ISNA>0,65
Semeadura 10/11/04 assegurada
prod. assegurada
16000
100% Yp
14000
Produtividade - kg/ha
12000
10000 Yr
Fonte: (Marin, 2005) - Embrapa
8000
Informática Agropecuária
6000
4000
2000 117 dias
0%
0
to
to
ão
o
ão
iv
en
en
aç
aç
at
im
cim
et
ur
ific
ec
eg
at
es
ut
l
M
be
.v
Fr
or
es
ta
Fl
D
Es
f(graus-dia)
Fase Fenológica
14. Zoneamento Agrícola de Risco
Climático
Cultura : SOJA (140 dias) - Dois Irmãos/TO
100% Out Nov Dez
Set
Jan
80% Nov
Out
L.Vermelho Dez
Pr(ISNA>65%)
60%
Fonte: (Marin, 2005) - Embrapa
Informática Agropecuária
Ago
Set L.Vermelho
40% Fev Amarelo
Jan
20%
Jul
Neossolo
Ago
Fev Mar Quartzarênicos
Mar Abr Mai Jun Jul
0%
data de semeadura
15. ZONEAMENTO AGROCLIMÁTICO DA CULTURA DA SOJA
NO ESTADO DE MATO GROSSO
CICLO : TARDIO SOLO : TIPO 2 SEMEADURA : 01/10 a 10/10
-
-
-
- 08º 38' -
- 12º 58' -
- F A V O R Á V E L
17º 18' -
45 km
D E S F A V O R Á V E L
61º 40' 56º 25' 50º 58'
-
-
-
MAA/FINATEC/EMBRAPA-CNPSo-CPAC/DNAEE/INMET
16. ZONEAMENTO AGROCLIMÁTICO DA CULTURA DA SOJA
NO ESTADO DE MATO GROSSO
CICLO : TARDIO SOLO : TIPO 2 SEMEADURA : 01/11 a 10/11
-
-
-
- 08º 38' -
- 12º 58' -
- F A V O R Á V E L 17º 18' -
45 km
D E S F A V O R Á V E L
61º 40' 56º 25' 50º 58'
-
-
-
MAA/FINATEC/EMBRAPA-CNPSo-CPAC/DNAEE/INMET
17. ZONEAMENTO AGROCLIMÁTICO DA CULTURA DA SOJA
NO ESTADO DE MATO GROSSO
CICLO : TARDIO SOLO : TIPO 2 SEMEADURA : 01/12 a 10/12
-
-
-
- 08º 38' -
- 12º 58' -
- F A V O R Á V E L 17º 18' -
45 km
D E S F A V O R Á V E L
61º 40' 56º 25' 50º 58'
-
-
-
MAA/FINATEC/EMBRAPA-CNPSo-CPAC/DNAEE/INMET
20. Simulação do balanço de massa
e energia nos ecossistemas
wate r snow
LAI upper PAR, g s, ci, An
physiologically based formulations
T air, T leaf,qair, cs of canopy photosynthesis
and conductance
wate r snow
physically-based model of snow
LAI low er PAR, g s, ci , An temperature, extension and depth
snow puddle
T air, T leaf,qair, cs
wate r ice
T soil1 ice1 10 cm
T soil2 ice2 15 cm
T soil3 ice3 25 cm
T soil4 ice4 50 cm
Tsoil5 ice5 100 cm
Tsoil6 ice6 200 cm
physically-based model of soil
temperature, soil moisture and
soil ice with depth
Tsoil7 7 ice7 400 cm
Tsoil8 8 ice8 400 cm
Figur e 2
21. Transferência de Energia e Massa
Adicionalmente, o modelo calcula explicitamente todos os fluxos de
energia (transferência de radiação e dissipação de calor) e massa entre
os ecossistemas terrestres a Atmosfera
dTu Su I u
cu c w Wu Hu LvEu
dt LAI u
dTs Ss Is
cs c w Ws Hs L v Es
dt SAI
dTl Sl I l
c c w Wl Hl LvEl
l dt LAI l
f u LAI u H u f u SAI H s
a Ta T12 b T34 T12 0
cp cp
f l LAI l H l
b T12 T34 1 fi g Tg T34 f i i Ti T34 0
cp
f u LAI u E u f u SAI E s
a qa q12 b q 34 q12 0
* f l LAI l E l
b q12 q 34 1 fi g qg q 34 f i i q* (Ti ) q 34 0
Sg Ig g c p Tg T34 g L v q soil q * (Tsoil ) q 34 g Tg Tsoil 0
22.
23. Representação da Fotossíntese
An = Ag – Rd An: net photosynthesis
Ag: gross photosynthesis
Ag = min (Je, Jc , Js) Rd: maintenance respiration
CO2i * Fotossíntese Limitada pela Luz: 3é eficiência
Je 3 PAR
CO2i 2 * quântica, * é ponto de compensação para fotos.
bruta (Rubisco carboxylase/oxygenase).
Vm CO2i *
Jc Fotossíntese Limitada Pela Rubisco
[O2 ]
CO2i Kc 1
Ko
Vm Vm ax Tvm Máxima capacidade da Enzima Rubisco
*
Jp * Fotossíntese Limitada Pela utilização da
Jc 3T 1
CO2i CO2i triose fosfato. Onde T=Vm/8.2
24. Estrutura da vegetação é
determinada pelo balanço do carbono
4 reservatórios de Carbono: Raiz, Caule, Folha e Grão
(Sacarose)
30. Evapotranspiração Horária
ET x T ET x RH
0.8 0.8
Simulated Simulated
0.7 0.7
OBS OBS
0.6 0.6
ET (mm.hour-1)
ET (mm.hour-1)
0.5 0.5
0.4 0.4
0.3 0.3
0.2 0.2
0.1 0.1
0.0 0.0
5 10 15 20 25 30 35 40 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Air Temperature (oC) Relative Humidity (%)
31. Austrália – Agrometeorológico
• Três tratamentos de irrigação:
100 - reposição a taxa 1.0 x ETo
125 - reposição a taxa 1.25 x ETo
FRW – Irrigação por sulco.
32. Austrália
9 60
Precipitation and Irrigation (mm.day-1)
Observado
Evapotranspiration (mm.day-1)
Simulado
6 40
3 20
0 0
1
61
121
181
241
4
64
124
184
244
304
364
Days After Ratooning (DAR)
rain irrigation (100) OBS (100) Simulated (100)
1.0 x ETo Cuadra et al. (2012)
33. Austrália
9 60
Precipitation and Irrigation (mm.day-1)
Observado
Evapotranspiration (mm.day-1)
6
Simulado 40
3 20
0 0
1
4
61
121
181
241
64
124
184
244
304
364
Days After Ratooning (DAR)
rain irrigation (125) OBS (125) Simulated (125)
1.25 x ETo Cuadra et al. (2012)
35. Simulações para as meso-regiões do
IBGE (4 maiores produtoras de cana)
São José do
Rio Preto
Araçatuba
Ribeirão
Preto
Baurú
36. Meso-Regiões (IBGE) –
Produtividade média (1990-2005)
•A produtividade 81
média é bem OBS Simulated
80
simulada para
79
todas as meso- Yield (t.ha-1)
regiões 78
consideradas 77
(desvios inferiores a 76
1,5%)
75
•Parte da Araçatuba Bauru Ribeirão S. J. do Rio
variabilidade Preto Preto
espacial foi Meso-Regions
capturada nas
simulações.
Cuadra et al. (2012)
37. Aplicando para Gana (África)
Rendimento histórico simulado cana de açúcar para a região do
rio Daka (Gana) sob uma série de regimes de irrigação.
A perspectiva de exportação de
tecnologia de biocombustíveis do
Brasil para Gana, e 18 outros
países africanos (Ben Barka e
Mlambo 2011), levanta questões
urgentes sobre sustentabilidade
ambiental e da capacidade de
iniciativas do cultivo de culturas
para aliviar a pobreza nesses
países. Em particular, há uma
necessidade urgente de avaliação
rigorosa do delicado equilíbrio
entre a
produtividade, lucratividade, irriga
ção, recursos hídricos e dos
meios de subsistência da
Black et al. (2012) população local.
38. Grandes Desafios
Monitoramento ambiental
Planejamento Territorial
Previsão sazonal de Safra
Mudanças climáticas e sues
impactos na agricultura
48. Relação Produtividade e Temperatura
• A relação geral entre
a produtividade anual
simulada e a
temperatura média é
similar a observada.
• Ambas relações
apresentam um ajuste
polinomial com
máxima produtividade
para temperaturas
médias em torno de
23oC
49. IMPACTO DO AQUECIMENTO GLOBAL NA REDUÇÃO DO RISCO
DE FRIO EM ARROZ IRRIGADO NO RIO GRANDE DO SUL
Temperatura mínima do ar (Tn) menor ou igual a 15°C, no mês de fevereiro.
Fonte: Steinmetz et al. (2005)
50. IMPACTO DO AQUECIMENTO GLOBAL NA REDUÇÃO DO RISCO
DE FRIO EM ARROZ IRRIGADO NO RIO GRANDE DO SUL
Temperatura mínima do ar (Tn) menor ou igual a 15°C, no mês de fevereiro.
Fonte: Steinmetz et al. (2005)