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X SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA FÍSICA APLICADA




 

NOVA TECNOLOGIA APLICADA AO MONITORAMENTO AMBIENTAL

 

 

 

 

 

Ricardo Augusto Calheiros de Miranda 1

Fernando Reiszel Pereira 2

André Soares Monat 1

 

 

 

 

1Universidade do Estado do Rio de Janeiro / Departamento de Climatologia e Meteorologia

 

2 Universidade do Estado do Rio de Janeiro / Instituto Politécnico

 

 

 

 

Palavras-chave: Monitoramento ambiental, Estação termo-pluviométrica, Clima

Eixo 3: Aplicação da Geografia à Pesquisa

Sub-eixo 3.2: Propostas teóricas e metodológicas

 

 

 



 

INTRODUÇÃO

 

Atualmente é imprescindível que o uso sustentado dos recursos naturais a partir do planejamento ambiental seja, à semelhança dos conhecimentos dos recursos do solo (geologia, vegetação e relevo) e sócio-econômicos, elaborado também a partir do conhecimento das condições climáticas (AYOADE, 1991).

Dentro da problemática de aproveitamento dos recursos naturais de um local ou região verifica-se, devido à deficiência de dados meteorológicos básicos (MOTA, 2002), que a utilização de aparatos eletrônicos construídos a partir de uma tecnologia baseada em microcontroladores de baixo custo (STINGER, 1994), tem se mostrado útil e essencial para caracterização ambiental ao nível de monitoramento macro, meso e microclimático.

Ao nível microclimático são evidentes as perturbações dos elementos climáticos, resultantes da interferência do homem, principalmente, a partir de diferenças geradas pela estrutura urbana (LOMBARDO, 1985 e BRANDÃO e LUCENA, 1999) e na utilização de diferentes modelos de produção visando uma maior eficiência do rendimento do plantio (MATIELLO et al., 1981). Em escala macro e mesoclimática, apesar das características médias dos últimos 10 anos na região muitas vezes não apresentarem evidências de ocorrência de diferenças expressivas dos diferentes elementos meteorológicos, é possível que significativas mudanças pontuais decorrentes da degradação ambiental, produzam sobre certos elementos meteorológicos, diferenciações específicas, determinadas pelo desmatamento e o aumento de aerossóis em suspensão na atmosfera adjacente (MENDONÇA, 1995; MOLION, 2001).

Desta forma, seguindo o propósito deste estudo, procurou-se detectar as possíveis diferenças entre os dados de temperatura e pluviosidade coletados pela estação termo-pluviométrica automática proposta por PEREIRA e MIRANDA (2002) com os dados monitorados por meio de uma estação meteorológica “Davis” já comercializada.

 

 

MATERIAL E MÉTODOS

 

Até o presente momento, os sistemas de aquisição de dados (conhecidos como “data loggers”) convencionais eram baseados em arquiteturas convencionais de microprocessadores, composta pela unidade central de processamento associada a uma unidade de memória não-volátil para armazenar o programa de controle do sistema e a uma memória de dados para armazenar os valores amostrados (SUTTON ET AL, 1984). Estes sistemas de aquisição eram baseados na arquitetura tradicional de Van Neumann, onde informações de dados e programa circulam pelo mesmo barramento.  Os elementos destinados à captação dos dados (amplificadores, conversores analógicos digitais, etc) eram externos ao microprocessador, o que resultava em um equipamento pouco compacto e de alto custo de fabricação.

A configuração básica da estação termo-pluviométrica proposta (PEREIRA e MIRANDA, 2002), os valores do tempo e da temperatura do ar e do total de chuva precipitada são registrados em um microcontrolador desenvolvido pela Microchip Technology Inc.Ò (MICROCHIP TECHNOLOGY INC, 2000). Este microcontrolador condensa todas as funções necessárias para a implementação de um sistema de aquisição de dados em um único circuito integrado alocado no interior do corpo do pluviômetro em um pequeno abrigo de PVC. O microcontrolador é alimentado com tensões de 2 a 6 Volts o que possibilita o uso de pilhas comuns para alimentação do pluviômetro.

Em operação, o consumo do equipamento situa-se entorno de 50µA, o que garante uma autonomia em campo de dois a três anos.

A estação termo-pluviométrica proposta é basicamente construída em termoplástico do tipo PVC ou ABS conforme o esquema de coleta e armazenamento dos dados apresentado na Figura (1). Sendo que as peças maiores, tais como o corpo cilíndrico do pluviômetro, são usinadas em PVC. As peças menores mais complexas (como o sistema basculante para coleta da chuva e suportes) são injetadas em ABS.

Para versão termo-pluviométrica utilizou-se de um sensor de temperatura semicondutor (LM35) de alta linearidade e precisão de 0,1 ºC. Este sensor foi alocado externamente, no lado inferior do abrigo do circuito eletrônico a fim de evitar a chuva e a incidência direta da radiação solar. 

 

 

Figura 1 – Diagrama em blocos do sistema de coleta de dados meteorológicos via estação Termo-Pluviométrica de baixo custo.

 

 

RESULTADOS

 

Para melhor seqüência os resultados são apresentados e discutidos por elemento meteorológico monitorado.

 

 

Temperatura do Ar

 

A temperatura do ar embora seja um elemento de fácil mensuração necessita que o elemento sensível não fique exposto a condições diferenciadas do ambiente que se deseja caracterizar. Em função do perfeito sincronismo entre as curvas da temperatura do ar coletado simultaneamente nas estações termo-pluviometrica e na automática sob condições diferenciadas de tempo verifica-se que a disposição do sensor de temperatura sob o compartimento de circuito da estação mostrou-se adequada (Figura 2) na estação termo-pluviométrica. No entanto ao serem analisados individualmente os perfis de variação horária das temperaturas coletadas pelas duas estações observa-se que, no período matutino, há uma tendência de superposição dos valores monitorados pela estação termo-pluviométrica em relação aos coletados pela estação de referência independentemente do tempo prevalecente. Também pode-se concluir que em função da incidência do sol em relação à localização das estações se observam desvios, durante o período amostrado, de até 2,3 º C entre as temperaturas registradas pelas estações. As médias de variação diária entre as temperaturas para o período amostrado se mantiveram em 0,1 ºC e -0,9 ºC.

 

 

Figura 2 - Variação diária das temperaturas do ar coletadas simultaneamente nas estações termo-pluviometrica e no padrão “Davis” sob condições diferenciadas de tempo.

 

Regressão linear simples entre os dados de temperatura do ar coletados pelas estações termo-pluviométrica e estação “Davis” apresentaram resultados significativos ao nível de 1% de probabilidade para o teste F. A equação de regressão e o seu respectivo R2 (Figura 3), mostram a existência de uma alta correspondência entre dados monitorados pelas estações.

 

 

 

Figura 3 – Intercomparação das temperaturas do ar coletadas por estações termo-pluviométrica e de referência “Davis” na Fazenda Haras Monte Café, Duas Barras (RJ).

 

Precipitação Pluvial

 

Do ponto de vista prático, são as chuvas ou precipitação pluvial que apresentam maior interesse, sobretudo em nossa latitude, já que são inúmeras as suas aplicações na agricultura. A quantidade e a distribuição de chuvas que se precipitam sobre uma determinada região determinam o tipo de vegetação natural e também o tipo de exploração agrícola possível. Entretanto, a despeito da simplicidade de seu monitoramento, é uma das variáveis meteorológicas mais difícies de serem coletadas, uma vez que erros associados ao tipo instrumental; de exposição e mesmo de localização (MOLION e DALLAROSA, 1990) podem interferir no seu monitoramento.

A Figura (4) mostra, a partir de amostragens aleatórias entre diferentes dias chuvosos, a relação entre os totais pluviométricos coletados pelos dois sistemas de monitoramento.

 

 

Figura 4 – Relação entre os volumes precipitados, a intervalos de 15 minutos, durante diferentes dias chuvosos nas estações termo-pluviométrica e a de referência.

 

Pelo o apresentado verifica-se que os dados coletados apresentaram uma concordância elevada (R2 = 0,96), embora em algumas situações apresentem valores acentuadamente discrepantes.

As discrepâncias encontradas podem estar associadas a vibrações do mastro de sustentação da estação termo-pluviométrica o que se deve a influência do vento. Embora não tenham sido apresentados, as comparações e análise da velocidade e predominância dos ventos durante os períodos chuvosos, os dados obtidos e avaliados demonstram coerência e acurácia.  Pode-se dizer que em média 87% dos volumes de água precipitada coletados pela estação termo-pluviometrica seriam também coletados pela estação de referência “Davis”.

 

CONCLUSÃO

 

Os resultados avaliados até o presente momento têm demonstrado que a concepção elaborada e adotada na estação termo-pluviométrica de baixo custo proposta têm apresentado acurácia e precisão, permitindo o seu uso em projetos de pesquisa e no acompanhamento meteorológico por produtores rurais e diferentes Instituições no Brasil.

 

 

REFERÊNCIAS

 

AYOADE, J.O. Introdução à Climatologia para os trópicos. Editora Difel. São Paulo. 1996.

 

BRANDÃO, A.M.P.M. e LUCENA, A.J. A ilha térmica e a sua influência no conforto humano na área central da cidade do Rio de Janeiro. IN: Anais do VII Simpósio Brasileiro de Geografia Física Aplicada. Belo Horizonte (MG). Pp 66-67. 1999.

 

LOMBARDO, M.A. Ilha de calor nas metrópoles:exemplo de São Paulo. Editora Hucitec. São Paulo. 1985.

 

MATIELLO,J.B.; ALMEIDA, S.R.; PULINI, A.E. e GUIMARÃES, P.M. Efeito de espaçamento do cafezal sobre a incidência de ferrugem e bicho mineiro. IN: Resumos do Congresso Brasileiro de Pesquisas Cafeeiras, Vol, 9. São Lourenço (MG). pp 13-14.1981.

 

MENDONÇA, F.A. O clima e o planejamento urbano de cidades de porte médio e pequeno: proposição metodológica para estudo e sua aplicação à cidade de Londrina/PR. Universidade de São Paulo (USP). Tese (Doutorado). 360p. 1995.

 

Microchip Technology Inc. PIC16F8X/ PIC16F62X - 18-pin Flash/EEPROM 8-bit Microcontrollers - ã 2000.

 

MOLION, L.C.B. Aquecimento global: fato ou ficção. Revista Ação Ambiental. Universidade Federal de Viçosa. 4(18), 2001.

 

MOLION, L.C.B.; DALLAROSA, R.L.G. Pluviometria da Amazônia: são os dados confiáveis? Climanálise – Boletim de Monitoramento e Análise Climática, 5(30:40-42).1990.

 

MOTA, F.S. Agrometeorologia: uma seleção de temas. Edição do Autor. Pelotas. Rio Grande do Sul. Brasil. 339p. 2002.

 

PEREIRA, F.R. e MIRANDA, R.A.C. Uma proposta de estação termo-pluviométrica empregando microcontroladores de última geração. CD Anais do XII Congresso Brasileiro de Meteorologia. Comitê temático 4: Processos de troca entre solo-planta-atmosfera. Foz do Iguaçu. Paraná. Brasil. 2002.

 

STINGER, C.J. Conditions, requirements and needs for outdoor  measurements in developing coutries: The case of agrometeorology and agroclimatology. World Meteorological Organization – WMO/Td588, Instruments and Observing Methods, Reports No. 57, Switzerland, p.1-2, 1994.

 

SUTTON, J.C.; GILLESPIE, T.J. e HILDEBRAND, P.D. Monitoring weather factors in relation to plant disease. Plant Disease, 68:78-84. 1984.