ÁREA: Ambiental
TÍTULO: ANÁLISE DE FOURIER DO FLUXO DE CARBONO NA FLORESTA DE TRANSIÇÃO EM SINOP-MT
AUTORES: Carvalho, F.N. (IFMT-FO/PL) ; Oliveira, D.F. (IFMT-FO/PL) ; Lopes, R.A. (IFMT-FO/PL) ; Silva, S.T. (IFMT-FO/PL)
RESUMO: Este estudo foi realizado utilizando dados coletados no período de 1999-2007 numa região de floresta tropical de transição Amazônica-Cerrado, localizada aproximadamente a 50 Km da cidade de Sinop, norte de Mato Grosso, Brasil (11º24,75’ S; 55º19,50’ W) com dados obtidos por equipamentos instalados numa torre de 42 metros (eddy covariance). O objetivo foi identificar as frequências dominantes intradiárias do fluxo de carbono (Fc) utilizando análise de Fourier. Os períodos dominantes encontrados foram de 24h, 12h, 8h, 6h, 4,8h e 3,4h. Esses valores sugerem a dependência da variável com o ciclo da radiação solar e com a dinâmica de abertura e fechamento dos estômatos.
PALAVRAS CHAVES: Fluxo de Carbono; Séries de Fourier; Períodos Dominantes
INTRODUÇÃO: A Amazônia tem um destaque especial no âmbito das mudanças climatológicas globais por ser uma floresta que contém uma grande biodiversidade de fauna e flora, e pelos efeitos que as queimadas e mudanças de uso e ocupação do solo podem provocar no clima, hidrologia, ciclos biogeoquímicos, em escala regional e global. Devido a sua grande extensão, essa floresta exerce um papel importantíssimo no balanço de energia e ciclos da água e de carbono. Pesquisas a respeito da dinâmica própria de florestas têm sido desenvolvidas, mesmo assim, devido ao fato delas serem sistemas abertos e fora do equilíbrio, envolvendo processos determinísticos e estocásticos caracterizado por sua não linearidade, muitos estudos ainda devem ser desenvolvidos, pois a compreensão da dinâmica que regula os ciclos naturais de florestas ajudaria nas pesquisas que atuam no tema de mudanças climáticas. Um importante ecossistema de nosso estado é a Floresta de Transição Amazônica-Cerrado em Sinop, a compreensão dos processos envolvidos e da periodicidade das variáveis ajudaria a entender o funcionamento do mesmo. Uma característica importante de um sistema não linear é sua periodicidade, a tendência a um período (ciclo) em relação ao tempo, ao espaço, ou a ambos. De acordo com este ponto de vista, podemos considerar florestas como um sistema não linear, acoplado por um conjunto de diferentes funções. O elemento básico das séries temporais é o ciclo: uma completa descrição do sistema deve conter as frequências de todos os seus ciclos dominantes (PLATT & DENMAN, 1975). O objetivo deste trabalho foi identificar os períodos dominantes do fluxo de carbono (Fc) coletados na floresta de transição no noroeste de Sinop-MT, utilizando análise de Fourier clássica, de dados coletados entre 1999-2007.
MATERIAL E MÉTODOS: Os dados utilizados neste estudo foram coletados em uma área plana localizada a 50 Km NE de Sinop, Norte de Mato Grosso, Brasil (11°24,75'S: 55°19,50'W), pertencente à fazenda Maracaí (área aproximada de 20 Km2), numa Floresta de Transição Cerrado-Amazônia. A torre pertence ao projeto Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera (LBA) coordenada pelo Grupo de Pesquisadores do Programa de Pós-Graduação em Física Ambiental. Para a medida da variável em estudo utilizou-se de um anemômetro–termômetro sônico tridimensional, o qual possui resposta rápida de 10Hz; um analisador infravermelho de gases, baseado no sistema adotado pela Divisão de Difusão de Turbulência Atmosférica (NOAA – ATDD), opera a uma frequência de 10Hz e uma sensibilidade de 6,8 µmol.m-3 e 0,5 µmol.m-3 para dióxido de carbono (CO2) e o vapor d’água (H2O), respectivamente. A série de Fourier permite representar qualquer sinal periódico em uma somatória de ondas senoidais cujas frequências são múltiplos da frequência do sinal considerado. As análises de séries temporais que se propõem a identificar as frequências de ciclos regulares – ou seja, não fractais, como a periodicidade diária da radiação solar – geralmente são baseadas na análise de Fourier. Comumente, na área das Ciências Ambientais, são empregados métodos que utilizam a chamada “transformada rápida de Fourier”, ou “fast Fourier transform” (FFT), tal como o “espectro de potências” (“power spectra”) (BALDOCCHI, 1988, PLATT & DENMAN, 1975). Contudo, o Grupo de Física Ambiental da UFMT tem obtido melhores resultados, utilizando a análise de Fourier como uma série de senos e cossenos (ARFKEN, 1977). Essa análise tem apresentado picos mais nítidos, para os dados de Sinop, que aqueles obtidos com o espectro de potências (MARIANO, 2008).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os períodos dominantes para a variável Fc obtidos pelas análises mensais são de 24h, 12h e 8h para o coeficiente an, com alguns períodos menores (4,8h, 6h e 3,4h) sendo encontrados durante a análise, enquanto que para bn os períodos são de 24h, 12h, 8h, 4,8h e 3,4h. Notadamente os ciclos encontrados para a variável em estudo sugerem que os mesmos correspondam ao ciclo diário e semi-diário da radiação solar (período de 12 horas); quanto ao período de 8h, Mariano (2008) afirma que o mesmo pode estar relacionado ao tempo em que efetivamente as folhas ficam submetidas à radiação solar direta, já que, enquanto o Sol está relativamente próximo do horizonte, o dossel como um todo pode projetar sombra sobre a maioria das folhas, ficando estas submetidas apenas à radiação solar difusa. Quanto ao período de 4,8 horas encontrado, a hipótese proposta por Pinheiro (2008) relacionada ao tempo de abertura e fechamento dos estômatos que na natureza correspondem a esses períodos menores encontrados parece ser a mais plausível. Do ponto de vista da Teoria de Sistema Dinâmico não linear e de acordo com Capistrano (2007), o fluxo de CO2 é uma variável que precisa de no mínimo sete variáveis para seu entendimento, sendo o seu comportamento diário irregular. Baldocchi et al. (2001) identificaram, tomando-se dados da floresta temperada da reserva americana de Oak Ridge, mesmos períodos dominantes intra-diários para fluxo de carbono. Os possíveis fenômenos ligados a esses períodos assim como para temperatura são o ciclo da radiação e a dinâmica estomatal.
CONCLUSÕES: Com o estudo realizado utilizando a análise de Fourier foi possível verificar quais são os períodos dominantes para o fluxo de carbono dentro da dinâmica que regula esta variável na floresta de transição em Sinop-MT, estes correspondem aos períodos de 24h, 12h, 8h, 6h, 4,8h e 3,4h. Os dados mostraram uma precisão maior pra as frequências mais altas somente para o coeficiente an, enquanto que para esta variável em estudo o coeficiente bn mostrou ter uma melhor precisão para os períodos menores.
AGRADECIMENTOS: Ao Grupo de Pós-Graduação em Física Ambiental - UFMT, IFMT-FO/PL, CNPq e LBA.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ARFKEN, G. Mathematical methodos for physicists. Academics Press.1977.
BALDOCCHI, D. D; HICKS, B.B; MEYERS, T.P. – Measuring Biosphere-Atmosphere Exchanges of Biologically Related Gases With Micrometeorological Methods. Ecology, 69, 1331-1340, 1988.
BALDOCHI, D.D.; FALGE, E.; WILSON,K.; A spectral analysis of biosphere- atmosphere trace gas glux densities and meteorological variables across hour to multi-year time scale. Agricultural and Forest Meteorology, 107: 1-27.2001.
CAPISTRANO, V. B. Análise de Séries Temporais de Variáveis Microclimatológicas Medidas em Sinop Mato Grosso Utilizando a Teoria da Complexidade. 2007. 47p. Dissertação (Mestrado em Física Ambiental) - Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá.
MARIANO, R.T.G. Análise Espectral de séries temporais de variáveis microclimatológicas em uma área de ecótono entre os biomas Amazônia e Cerrado no norte de Mato Grosso, 2008. 83p. Dissertação (Mestrado em Física Ambiental) - Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá.
PINHEIRO, M. R. Freqüências dominantes de variáveis micrometeorológicas de uma floresta de transição do norte de Mato Grosso pelo método das séries de Fourier, 2008. 50p. Dissertação (Mestrado em Física Ambiental) - Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá.
PLATT,T. & DENMAM, K. L.. Spectral Analysis in Ecology. Annual Review of Ecology and Systematics, Vol. 6, p. 189-210. 1975.
