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dc.creatorKrieger, Joana Madeira-
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6484434056769350por
dc.contributor.advisor1Lyra, Gustavo Bastos-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2677800541601144por
dc.contributor.advisor-co1Ferreira, Fábio Freitas-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8670994369210141por
dc.contributor.referee1Lyra, Gustavo Bastos-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2677800541601144por
dc.contributor.referee2Porfirio, Anthony Carlos Silva-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4908831099001125por
dc.contributor.referee3Albuquerque Neto, Francisco Leite de-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/4456661337968017por
dc.contributor.referee4Senna, Mônica Carneiro Alves-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/6979755116834577por
dc.date.accessioned2022-02-14T11:46:41Z-
dc.date.issued2018-12-13-
dc.identifier.citationKRIEGER, Joana Madeira. Modelagem da transferência radiativa em cultivo de cana-de-açúcar por meio da aproximação Two-Stream e do método das diferenças finitas. 2018. 79 f. Dissertação( Mestrado em Práticas em Desenvolvimento Sustentável) - Instituto de Florestas, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ, 2018.por
dc.identifier.urihttps://tede.ufrrj.br/jspui/handle/jspui/5371-
dc.description.resumoA simulação dos processos dos ecossistemas terrestres por meio de modelos de biosfera-atmosfera, possíveis de serem acoplados a modelos numéricos atmosféricos, auxilia no diagnóstico e prognóstico mais preciso das condições de tempo e clima. Para realizar previsões mais realistas, são necessários modelos calibrados para áreas de interesse e, que reflitam melhor a interação entre biosfera e atmosfera local. Desta forma, o presente estudo tem por objetivo implementar, calibrar e avaliar um modelo de transferência radiativa baseado na aproximação two-stream a partir da sua resolução por diferenças finitas aplicado em cultivo de cana-de-açúcar. O modelo de transferência radiativa foi implementado em ambiente de modelagem aberto (Scilab) e resolvido por meio do Método das Diferenças Finitas: método de Euler combinado com Shooting Method e comparado aos dados observados em campo. Sua otimização (calibração) foi realizada por meio de Modelagem Inversa, usando o método Luus-Jaakola. Para isso, foram realizadas medidas das componentes do balanço de radiação de ondas curtas acima de um cultivo de cana-de-açúcar (cv RB 92579) em Rio Largo, estado de Alagoas. As medidas foram realizadas por um saldo radiômetro instalado em uma torre micrometeorológica de 6 m de altura no período de 17 a 24/02/2006. Neste período, também se realizaram medidas do número de folhas expandidas e as determinações de comprimento e largura das folhas, utilizadas para estimar o índice de área foliar (IAF). Como o modelo proposto necessita de dados de irradiação solar global incidente no topo do dossel, discriminados em suas componentes direta e difusa, testaram-se previamente dois modelos empíricos (polinomial de 3º e logístico), que relacionam a transmitância da atmosfera e a fração de radiação difusa em relação a global. No ajuste desses modelos empíricos foram utilizados dados horários medidos de radiação solar global e difusa entre os anos de 1997 e 1999. Nos testes dos modelos, avaliouse a precisão e exatidão das simulações expressos pelos índices estatísticos, respectivamente, coeficiente de determinação (r2), coeficiente de concordância de Willmott (d) e raiz do quadrado médio do erro percentual (RQME). O modelo polinomial de 3º teve maior precisão (r² = 0,932) e exatidão (d = 0,965 e RQME = 24 %) em relação ao logístico (r² = 0,895, d = 0,952 e RQME = 28 %) quanto a estimativa de 𝑆􀬴 ↓. Os parâmetros utilizados pelo modelo two-stream proposto foram otimizados em relação a radiação solar refletida (𝑆↑) no topo do dossel e apresentaram resultados coerentes com os reportados na literatura (𝜒 = -0,3880, 𝛼􀯩􀯜􀯦 = 0,2468, 𝜏􀯩􀯜􀯦 = 0,0652, 𝜌􀯩􀯜􀯦 = 0,1759, 𝛼􀯜􀯩 = 0,4816, 𝜏􀯜􀯩 = 0,3436, 𝜌􀯜􀯩 = 0,6500). As simulações para 𝑆↑ no topo do dossel mostraram elevada exatidão (d > 0,99 e RQME < 3,6 %) e precisão (r² > 0,99). Apesar disso, o modelo subestimou 𝑆↑ no início do dia, com o ângulo zenital inferior a 60º, entorno de 7 h da manhã. Para o albedo a precisão e exatidão foi dentro dos padrões de modelos aceitos (r² > 0,73, d > 0,89 e RQME < 6,5 %).por
dc.description.abstractThe simulation processes of terrestrial ecosystems through biosphere-atmosphere models, which can be coupled to atmospheric numerical models, helps in the diagnosis and more accurate prognosis of weather and climate conditions. To make more realistic forecasts, calibrated models are needed for areas of interest that better reflect the interaction between biosphere and local atmosphere. Thus, the present study aims to implement, calibrate and evaluate a radiative transfer model based on the two-stream approximation from its resolution by finite differences applied in sugar cane cultivation. The radiative transfer model was implemented in an open modeling environment (Scilab) and solved by means of the Finite Differences Method: Euler method combined with Shooting Method and compared to data observed in the field. Its optimization (calibration) was performed using Reverse Modelling with the Luus-Jaakola method. For this, measurements of the components of the short-wave radiation balance above a sugarcane crop (cv RB 92579) were obtained in Rio Largo, state of Alagoas. The measurements were performed by a radiometer balance installed in a 6 m high micrometeorological tower from February 17 to 24, 2006. During this period, measurements were also made of the number of expanded leaves and the determinations of leaf length and width, used to estimate leaf area index (LAI). As the proposed model requires data of global solar irradiation incident on the top of the canopy, discriminated in its direct and diffuse components, two empirical models (polynomial of 3º and logistic) were previously tested, which relate the atmosphere transmittance and the fraction of diffuse to global radiation. In the adjustment of these empirical models, measured global and diffuse solar radiation between 1997 and 1999 were used. In the tests of the models, the accuracy and precision of the simulations expressed by the statistical coefficients were evaluated, respectively, coefficient of determination (r²), Willmott's concordance coefficient (d) and percentage root mean square error (RMSE). The polynomial of 3º model had higher precision (r² = 0.932) and accuracy (d = 0.965 and RMSE = 24%) in relation to logistic (r² = 0.895, d = 0.952 and RMSE = 28%) for the estimate of 𝑆􀬴 ↓. The parameters used for the proposed two-stream model were optimized in relation to reflected solar radiation (𝑆↑) at the top of the canopy and presented consistent results related to those reported in the literature (𝜒 = -0.3880, 𝛼􀯩􀯜􀯦 = 0.2468, 𝜏􀯩􀯜􀯦 = 0.0652, 𝜌􀯩􀯜􀯦 = 0.1759, 𝛼􀯜􀯩 = 0.4816, 𝜏􀯜􀯩 = 0.3436, 𝜌􀯜􀯩 = 0.6500). The simulations for 𝑆↑ at the top of the canopy showed high accuracy (d > 0.99 and RMSE < 3.6%) and precision (r² > 0.99). Despite this, the model underestimated 𝑆↑ at the beginning of the day, with the zenith angle less than 60°, around 7 o'clock in the morning. This observation corroborates the analysis made for albedo results. Although albedo precision and accuracy were observed within the accepted model standards (r² > 0.73, d > 0.89 and RMSE < 6.5%).eng
dc.description.provenanceSubmitted by Celso Magalhaes (celsomagalhaes@ufrrj.br) on 2022-02-14T11:46:41Z No. of bitstreams: 1 2018 - Joana Madeira Krieger.pdf: 3580218 bytes, checksum: 2a9d0b1f520c36df4b3951df8c86c6d7 (MD5)eng
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2022-02-14T11:46:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018 - Joana Madeira Krieger.pdf: 3580218 bytes, checksum: 2a9d0b1f520c36df4b3951df8c86c6d7 (MD5) Previous issue date: 2018-12-13eng
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpor
dc.formatapplication/pdf*
dc.thumbnail.urlhttps://tede.ufrrj.br/retrieve/68134/2018%20-%20Joana%20Madeira%20Krieger.pdf.jpg*
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal Rural do Rio de Janeiropor
dc.publisher.departmentInstituto de Florestaspor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.initialsUFRRJpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Práticas em Desenvolvimento Sustentávelpor
dc.relation.referencesA GEOGRAFIA DA CANA-DE-AÇÚCAR. Coordenação de Geografia. Rio de Janeiro: IBGE, 2017. 172p. ALBUQUERQUE NETO, F. L. Modelagem Teórica e Experimental do Balanço de Energia Térmica e dos Fluxos Turbulentos e Radiativos para Estimativa da Temperatura de Superfícies Urbanas. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2016. ALFARO, A.Z.C. et al. Parametrização do Albedo para Estimativa da Radiação Solar Refletida em Superfície Urbana. XX Congresso Brasileiro de Agrometeorologia. Juazeiro, Bahia e Petrolina, Pernambuco. Ago, 2017. ANDRÉ, R.G.B. et al. Aspectos energéticos do desenvolvimento da cana-de-açúcar. Parte 1: balanço de radiação e parâmetros derivados. Revista Brasileira de Meteorologia, v.25, n.3, 375 - 382, 2010. BONAN, G. B. Ecological, Hydrological, and Atmospheric Studies: Technical Description and User’s Guide. [s.l.], 1996. CAMPBELL, G. S.; NORMAN, J. M. An Introduction to Environmental Biophysics. 2. ed. Springer-Verlag New York, 1997. CHAPRA, S.C.; CANALE, R.P. Métodos Numéricos para Engenharia. 5. ed. AMGH Editora Ltda., 2011. COAKLEY JR., J. A.; CHÝLEK, P. The Two-Stream Approximation in Radiative Transfer: Including the Angle of the Incident Radiation. Journal of the Atmospheric Sciences. Fev., 1975. CUADRA, S. V. Desenvolvimento de um modelo biofísico de crescimento da cana-de-açúcar para estudos globais. - Tese de Doutorado. Universidade Federal de Viçosa, 2010. CUADRA, S. V. et al. A biophysical model of Sugarcane growth. GCB Bioenergy, [s.l.], v. 4, no 1, p. 36–48, 2012. CUNHA, A. P. M. A.; ALVALÁ, R. C. S.; OLIVEIRA, G. S. Impactos das mudanças de cobertura vegetal nos processos de superfície na região semiárida do Brasil. Revista Brasileira de Meteorologia, [s.l.], v. 28, no 2, p. 139–152, 2013a. 75 CUNHA, A. P. M. A. et al. Calibration and validation of the integrated biosphere simulator (IBIS) for a brazilian semiarid region. Journal of Applied Meteorology and Climatology, [s.l.], v. 52, no 12, p. 2753–2770, 2013b. DAI, Y.; DICKINSON, R. E.; WANG, Y. P. A two-big-leaf model for canopy temperature, photosynthesis, and stomatal conductance. Journal of Climate, [s.l.], v. 17, no 12, p. 2281–2299, 2004. DICKINSON, R. E. et al. Boundary Subroutine for the NCAR Global Climate Model. [s.l.]: [s.n.], 1981. DICKINSON, R. E. Land Surface Processes and Climate Surface Albedos and Energy- Balance. Advances in Geophysics v. 25, National Center for Atmospheric Research, p. 305–353, 1983. DICKINSON, R E.; HENDERSON-SELLERS, A.; KENNEDY, P. J. Biosphere-atmosphere Transfer Scheme (BATS) Version 1e as Coupled to the NCAR Community Climate Model. NCAR Tech. Rep. NCAR/TN-3871STR, 72, [s.l.], no August, p. 77, 1993. DICKINSON, R. E. et al. Interactive canopies for a climate model. Journal of Climate, [s.l.], v. 11, no 11, p. 2823–2836, 1998. DORMAN, J.L.; SELLERS, P.J. A Global Climatology of Albedo, Roughness Length and Stomatal Resistance for Atmospheric General Circulation Models as Represented by the Simple Biosphere Model (SiB). Journal of Applied Meteorology. v. 28. Set, 1989. ECHER, M. P. S. et al. A importância dos dados de cobertura de nuvens e sua variabilidade: Metodologias para aquisição de dados. Rev. Bras. Ensino Fís., vol.28, no.3, São Paulo, 2006. EFTIMIE, E. Estimation of daily global and diffuse radiation for Braşov urban area, Romania. International Conference on Economic Engineering and Manufacturing Systems. Recent, v. 12, n. 3(33), Nov, 2011. ESCOBEDO, J. F. et al. Modeling hourly and daily fractions of UV, PAR and NIR to global solar radiation under various sky conditions at Botucatu, Brazil. Applied Energy. 86. 299-309. 2009. ESCOBEDO, J. F. et al. Ratios of UV, PAR and NIR components to global solar radiation measured at Botucatu site in Brazil. Renewable Energy. xxx. 1-10. 2010 ESCOBEDO, J.F.; SOUZA, A.P.; MARTINS, D. An assessment of the diffuse radiation models for prediction on hourly global radiation in tilted surface. Nativa, Sinop, v. 02, n. 01, p. 23-31, jan./mar. 2014 76 FERREIRA, F.F. Solução Numérica de Equações de Águas Rasas. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional na Linha de Pesquisa em Matemática Aplicada e Computação Científica) - IPRJ, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, 2003. FOLEY, J. A. et al. An integrated biosphere model of land surfaces processes, terrestrial carbon balance, and vegetation dynamics. Global Biogerchemical Cycles, v. 10, no 4, pp.603- 628. Dez, 1996. FONTES, V. C. Calibração Automática Multi-sítio e Multi-objetiva de um Modelo de Superfície Terrestre. - Dissertação (Mestrado em Meteorologia Aplicada). Universidade Federal de Viçosa, 2015. GOMES, H.B. et al. Balanço de radiação em diferentes biomas no estado de São Paulo mediante imagens Landsat 5. UNESP, Geociências, v. 28, n. 2, p. 153-164. São Paulo, 2009. GOUDRIAAN, J. Crop micrometeorology: a simulation study. [s.l.]: Wageningen Centre for Agricultural Publishing and Documentation, 1977. HADAMARD, J. Sur les problèmes aux Dérivées Partielles et leur Signification Physique. Princeton University Bulletin, 1902. HALLAK, R.; PEREIRA FILHO, A.J. Metodologia para análise de desempenho de simulações de sistemas convectivos na região metropolitana de São Paulo com o modelo ARPS: sensibilidade a variações com os esquemas de advecção e assimilação de dados. Revista Brasileira de Meteorologia, v.26, n.4, P. 591 - 608, 2011. IQBAL, M. Prediction of Hourly Diffuse Solar Radiation from Measured Hourly Global Radiation on a Horizontal Surface. Solar Energy Vol. 24, pp. 491-503. Pergamon Press Ltd., 1980. IQBAL, M. An Introduction to Solar Radiation. Academic Press. The University of British Columbia, Vancouver, 1983. ISAACSON, E.; KELLER, H.B. Analysis of Numerical Methods. Dover Publications, Inc., Nova Iorque, 1966. KIUSALAAS, J. Numerical Methods in Engineering with MATLAB®. Cambridge University Press, 2005. KREYSZIG, E. Advanced Engineering Mathematics. John Wiley and Sons, Inc. 2006. LIOU, K. N. An Introduction to Atmospheric Radiation. International Geophysics Series v. 84. 2. ed. 2002. LLOPART, M. P. Calibração do Modelo SiB2 em Módulos Sequenciais para a Floresta Tropical Amazônica. - Dissertação de Mestrado. Universidade de São Paulo, 2009. 77 LUUS, R.; JAAKOLA, T.H.I. Optimization by Direct Search and Systematic reduction of the Size of Search Region. AlChE Journal v.19 No.4. p. 760-766. Julho, 1973. MARQUES FILHO, E. P. et al. Global, diffuse and direct solar radiation at the surface in the city of Rio de Janeiro: Observational characterization and empirical modeling. Renewable Energy. v. 91, p. 64-74, 2016. MELO, E. C. De; BRASIL JR, A. C. P. Um Modelo multi-camadas para Atenuação de Radiação Solar em Florestas e Plantações. II Congresso Nacional de Engenharia Mecânica. João Pessoa/PB, 2002. MGHOUCHI, Y. EL et al. Models for obtaining the daily direct, diffuse and global solar radiations. Renewable and Sustainable Energy Reviews, [s.l.], v. 56, p. 87–99, 2015. MONTEITH, J. L.; UNSWORTH, M. H. Principles of Environmental Physics: Plants, Animals and the Atmosphere. 4. ed. Elsevier, 2013. NICÁCIO, R. M. Radiação Solar Global e Difusa para a Região de Maceió-AL: Medidas e Modelos. Dissertação (Mestrado em Meteorologia). Departamento de Meteorologia. Universidade Federal de Alagoas. 2002. NOBRE, C. A. Mudanças climáticas e o Brasil – Contextualização. Parcerias Estratégicas, [s.l.], no 27, p. 7–17, 2008. OLIVEIRA, A. P. et al. Diurnal evolution of solar radiation at the surface in the city São Paulo: seasonal variation and modeling. Theoretical and Applied Climatology. v. 71, p. 231-249. 2002. PAULESCU, E.; BLAGA, R. Regression models for hourly diffuse solar radiation. Solar Energy. v. 125, p. 111–124, 2016. PEREIRA, A.; VRISMAN, A.; GALVANI, E. Estimativa da Radiação Solar Global Diária em Função do Potencial de Energia Solar na Superfície o Solo. Scientia Agricola, [s.l.], v. 59, no 2, p. 211–216, 2002. PEREIRA, A. R.; ANGELOCCI, L. R.; SENTELHAS, P. C. Agrometeorologia: Fundamentos e aplicações práticas. Edição Revista e Ampliada. Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz". Departamento de Ciências Exatas. Universidade de São Paulo. Fev, 2007. PEREIRA, D. R. et al. Desempenho de métodos de estimativa da evapotranspiração de referência para a região da Serra da Mantiqueira, MG. Ciência Rural, Santa Maria, v.39, n.9, p.2488-2493. Dez, 2009. POLLARD, D.; THOMPSON, S. L. Use of a land-surface transfer scheme (LSX) in a global climate model: the response to doubling stomatal conductance. Global Planet. Change, [s.l.], v. 10, no 1, p. 129–161, 1995. 78 PORFIRIO, A. C. S. et al. An Assessment of the Global UV solar radiation under various sky conditions in Maceió-Northeastern Brazil. Energy. vol. 44. p. 584-592. 2012. RIVERA, L.D. Comparativo entre os padrões SBTVD e o ATSC 3.0. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Telecomunicações). Universidade Federal Fluminense. Niterói, 2018. ROSS, J. The radiation regime and architecture of plant stands. Dr W. Junk Publishers. The Hague-Boston-London, 1981. SANTOS, M. A. Balanço de Radiação, Energia e Água em Cana-de-açúcar na Região dos Tabuleiros Costeiros de Alagoas. - Universidade Federal de Alagoas, 2010. SANTOS, M. A. et al. Observed and modelled solar radiation components in sugarcane crop grown under tropical conditions. International Agrophysics, [s.l.], v. 31, no 2, p. 231–241, 2017. SELLERS, P.J. et al. A simple biosphere model (SiB) for use within General Circulation Models. Journal of the Atmospheric Sciences. v. 43. n. 6. Mar, 1986. SELLERS, P.J. et al. A Revised Land Surface Parametrization (SiB2) for Atmospheric GCMs: part I - Model Formulation. Journal of Climate. v.9. 1996. SPITTERS, C.J.T.; TOUSSAINT, H.A.J.M.; 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. v. 38, p. 217-229. 1986. TISOT, D. A. Modelos de Transferência Radiativa no Estudo da Concentração de Clorofila em Cana-de-açúcar Utilizando Dados Hiperespectrais. Tese (Doutorado em Sensoriamento Remoto) - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), 2009. TORMAN, V.B.L.; COSTER, R.; RIBOLDI, J. Normalidade de variáveis: métodos de verificação e comparação de alguns testes não-paramétricos por simulação. Revista HCPA, v. 32, n.2, p. 227-234. 2012. VAREJÃO-SILVA, M. A. Meteorologia e Climatologia. Versão Digital 2. Recife. Mar, 2006. WILLMOTT, C. J.. Some Comments on the Evaluation of Models. Bulletin of the American Meteorological Society, v. 63, p. 1309–1313, 1982. WILLMOTT, C. J. et al. Statistics for the Evaluation and Comparison of Model Performance. Journal of Geophysical Research, [s.l.], v. 90, p. 8995–9005, 1985. XUE, Y. et al. A Simplified Biosphere Model for Global Climate Studies. American Meteorological Society, v. 4, p. 345-364, 1991. 79 YANAGI, S.N.M. Albedo de uma Floresta Tropical Amazônica: Medições de campo, Sensoriamento Remoto, Modelagem e sua Influência no Clima Regional. Tese (Doutorado em Meteorologia Agrícola). Universidade Federal de Viçosa, Minas Gerais. 2006. YANAGI, S. N. M.; COSTA, M. H. Modeling radiative transfer in tropical rainforest canopies: Sensitivity of simulated albedo to canopy architectural and optical parameters. Anais da Academia Brasileira de Ciencias, [s.l.], v. 83, no 4, p. 1231–1242, 2011.por
dc.rightsAcesso Abertopor
dc.subjectBiosfera-atmosferapor
dc.subjectCulturas agrícolaspor
dc.subjectParametrizaçãopor
dc.subjectBalanço de radiaçãopor
dc.subjectBiosphere-atmosphereeng
dc.subjectAgricultural cropseng
dc.subjectParametrizationeng
dc.subjectRadiation balanceeng
dc.subject.cnpqRecursos Florestais e Engenharia Florestalpor
dc.titleModelagem da transferência radiativa em cultivo de cana-de-açúcar por meio da aproximação Two-Stream e do método das diferenças finitaspor
dc.title.alternativeModeling radiative transfer in sugarcane cultivation using the Two-Stream approximation and the finite difference methodpor
dc.typeDissertaçãopor
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