ABSTRACT This study evaluated the adequacy of the One-Source Energy Balance (OSEB) and Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) models to estimate evapotranspiration in grain growing areas with humid subtropical climate in Rio Grande do Sul, southern Brazil. The dataset was obtained from a micrometeorological station (Eddy Covariance) and MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) products during 84 observation days between 2009 and 2011. The OSEB and SEBAL models were used to estimate the partition of net radiation (Rn) into the components latent heat flux (LE), sensible heat flux (H), and ground heat flux (G) estimated from the MODIS images while the experimental data measured in situ were used to compare the results. Analyses indicated that the Energy Balance (EB) components were estimated from the MODIS images satisfactorily despite the spatial resolution limitations. Furthermore, the SEBAL model estimated the EB components satisfactorily only for summer crops. There are uncertainties associated with determining the hot and cold pixels due to the region humid subtropical climate and the spatial resolution of the sensor used in the other periods. The OSEB model has the lowest errors and the most adequate partitioning of the EB components throughout the year, and therefore, it is the most suitable for the climatic conditions of Rio Grande do Sul.

O presente estudo teve como objetivo avaliar a eficiência do algoritmo SEBAL na estimativa dos componentes de balanço de energia e da evapotranspiração para áreas de cultivo de soja irrigada no município de Cruz Alta (RS), assim como analisar a variação temporal e espacial da evapotranspiração a partir de imagens do sensor TM Landsat 5. O algoritmo Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) foi aplicado a seis imagens distribuídas ao longo do ciclo fenológico da cultura da soja, no município de Cruz Alta, RS, nas safras 2009 e 2010. As estimativas obtidas foram comparadas com os dados de superfície, obtidos por meio da estação micrometeorológica localizada na área de estudo. As estimativas mais precisas foram as do saldo de radiação, enquanto que a estimativa que apresentou maior erro foi a do fluxo de calor no solo. O SEBAL mostrou potencial para mapear a variabilidade espacial e temporal da evapotranspiração, evidenciando sensibilidade aos diferentes tipos de ocupação do solo e aos diferentes estádios de desenvolvimento da cultura.

The present study aimed to evaluate the efficiency of SEBAL algorithm in estimating the energy balance components and evapotranspiration for irrigated soybean areas, near the municipality of Cruz Alta, RS, Brazil, and to analyze the temporal and spatial variation of evapotranspiration from Landsat TM5 image. The Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) was applied to six images distributed throughout the soybean growth season in 2009 and 2010 harvests. The estimates were compared to micrometeorological data retrieved from a station located in the studied area. The most accurate modeled parameter estimatives was net radiation while the one which presented the highest error was soil heat flux. The SEBAL showed potential to map the spatial and temporal evapotranspiration variability, showing sensitivity to different types of land cover and to different crop development stages.

O aumento das emissões dos gases de efeito estufa (GEE) se configura, atualmente, como um dos principais problemas ambientais, o que pode afetar significativamente as atividades humanas e os ecossistemas terrestres. Um dos principais GEE é o CO2, o qual tem sido emitido indiscriminadamente em função do estilo de vida atual, assim como pela intensificação das atividades agrícolas. Neste contexto, o objetivo da pesquisa foi estudar a relação entre o comportamento espectral da cultura de soja ao longo de seu ciclo de desenvolvimento, utilizando imagens NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) e o fluxo de CO2, calculado pelo método de covariância de vórtices (eddy covariance), gerando informações e metodologia para investigar as trocas de carbono em uma área de cultivo de soja no estado do Rio Grande do Sul, durante a safra de 2008/2009. Utilizou-se imagens TM do satélite Landsat 5, dados fenológicos e dados coletados em estação micrometeorológica ao longo do ciclo de desenvolvimento da soja. Os resultados mostraram que o padrão temporal do fluxo de CO2 ao longo do dia é cíclico, sendo que no período diurno apresenta valores negativos (captura) e no período noturno, positivos (liberação). A radiação solar global determina a magnitude do aprisionamento de CO2 pela cultura da soja, mas o fluxo é modulado pelo estádio fenológico da cultura. A atividade fotossintética das plantas de soja é maior durante o estádio vegetativo, quando coincide a maior incidência de radiação solar e o maior aparato fotossintético. O NDVI, obtido de imagens Landsat, é um indicador da evolução da biomassa da soja ao longo do ciclo. Existe correlação entre o NDVI e o fluxo negativo de CO2 (captura), ocorridos no período diurno. Portanto, técnicas de sensoriamento remoto demonstram potencialidade na geração de informações úteis sobre as trocas de CO2 entre a superfície e a atmosfera.

The increasing on the greenhouse gases (GHG) emissions is today one of the main environmental problems, which can significantly affect human activities and land ecosystems. One of the main GHG is CO2, which has been emitted indiscriminately due to the current lifestyle, as well as the intensification of agricultural activities. In this context, the objective of this investigation was to study the relationship between the spectral behavior of soybean during the crop cycle, using NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), and the CO2 fluxes, calculated by the eddy covariance method, generating information and methodology to investigate the carbon exchange in a soybean crop area in the State of Rio Grande do Sul, during the 2008/2009 soybean crop. For this, Landsat images 5 (TM), the phenological information and collected data from micrometeorological station throughout the development cycle of soybean were used. The results showed that the temporal pattern of CO2 flux during the day was cyclical, showing negative values (capture) during daytime and positive values (liberation) at night. The global solar radiation determines the magnitude of the trapping of CO2 by soybean, but the flow is modulated by the phenological stage of the crop. The photosynthetic activity of soybean plants is higher during the vegetative stage, coinciding to the higher incidence of solar radiation and the greater photosynthetic apparatus. The NDVI, obtained from Landsat images, is an indicator of the evolution of soybean biomass during the cycle. NDVI and negative CO2 flow (capture) are correlated during the day. Therefore, remote sensing techniques show potentiality in generating of useful information on CO2 exchange between the surface and atmosphere.

Um modelo estocástico Lagrangeano é utilizado para simular a dispersão e o transporte de contaminantes, sob condições estáveis, com velocidade do vento fraco, no experimento traçante realizado no Idaho National Engineering Laboratory (INEL). Neste trabalho é testada uma nova parametrização dos parâmetros que representam as freqüências associadas ao fenômeno de meandro do vento, presentes nas equações de Langevin para as componentes do vento horizontal. Esta nova parametrização é descrita em termos de uma quantidade adimensional que controla a freqüência de oscilação de meandro do vento e da escala de tempo, associada às estruturas coerentes em uma turbulência bem desenvolvida. As simulações demonstram que o modelo Lagrangeano considerado, incorporando esta nova parametrização, reproduz corretamente a difusão de escalares passivos em uma camada limite atmosférica estável com velocidade do vento fraco.

A Lagrangian stochastic particle model is utilized to simulate the dispersion and the transport of contaminants under low wind stable conditions in the tracer experiment carried in the Idaho National Engineering Laboratory (INEL). In this work a new parameterization for the parameters representing the frequencies associated to the meandering phenomenon is tested. The new parameterization is expressed in terms of a non-dimensional quantity that controls the frequencies of the meandering oscillation and of the time scale associated to a coherent structure in a fully developed turbulence. The simulations show that the considered Lagrangian model, incorporating this new parameterization, reproduces correctly the diffusion of passive scalars in a low wind speed stable atmospheric boundary layer.