Dada as opções de processamento de dados disponíveis no programa, um objetivo específico foi determinar a combinação de opções de processamento que fornecesse um melhor fechamento do balanço de energia (FBE).
Para isto foram realizadas 107 rodadas apenas para os meses de fevereiro/2014 (representativo do verão) e junho/2014 (representativo do inverno). As opções alteradas no EddyPro® podem ser vistas no Diagrama 1, as demais opções foram mantidas iguais. A codificação utilizada e as combinações das opções de processamento testadas foram:
a) Remoção de tendência das flutuações turbulentas:
MB (Média do bloco) ou L (Tendência Linear) ou MM (Média Móvel) ou MME (Média Móvel Exponencial) com variação das constantes de tempo para 30s ou 1800s;
b) Defasagem temporal entre os sensores:
Constante (Cte) ou Maximização da Covariância Pré-definida (MCP) ou Maximização da Covariância (MC) ou Defasagem Automática (DA).
Tabela 3.4.1 – Etapas de processamento de dados para o cálculo dos fluxos e opções de conversões e correções. Em negrito são as opções de processamento testadas no programa EddyPro® para diferentes combinações (ver seção seguinte para detalhes).
(continua)
Etapa Opções Descrição resumida Referência
Preparação de dados
Remoção de spikes
Remoção de tendência das flutuações turbulentas
média do bloco (MB), tendência linear (L); média móvel (MM); média móvel
ponderada exponencial (MME)
Defasagem temporal entre os sensores Constante – Cte (não recomendada para IRGA de caminho fechado);
Maximização da Covariância (MC); Maximização da Covariância Pré-definida (MCP); Defasagem Automática (DA)
Testes estatísticos sobre a série temporal para detecção de pontos com saltos abruptos (spikes) nas variáveis;
Métodos para extrair as flutuações turbulentas das séries temporais. Para remoção de tendência linear e médias móveis deve-se definir uma constante de tempo.
Compensação devido o tempo de atraso das medições das concentrações relativamente às medições da componente vertical da velocidade do vento, devido à separação dos sensores e à deficiência no tempo de resposta do analisador.
VICKERS & MARHRT (1997) MAUDER et al. (2013)
GASH & CULF (1996) MONCRIEFF et al. (2004)
MCMILLEN (1988); RANNIK & VESALA (1999)
RUNKLE et al. (2012) FAN et al. (1990)
Rotação de coordenadas
Rotação dupla – R2 (vegetação baixa e terreno plano);
Rotação tripla – R3
Ajuste planar (vegetação de porte alto e terreno complexo)
Em terrenos irregulares as linhas de corrente do escoamento do vento não são perpendinculares ao anemômetro sônico. Assim, para forçar a velocidade vertical média ser nula (w = 0) os eixos do sistema são rotacionados.
WILCZAK et al. (2001)
VAN DIJK et al. (2004)
Ângulo de ataque
Depende do modelo de Anemômetro sônico:
Gill R2, R3
WindMaster, WindMaster Pro
Correção das componentes do vento para compensar os efeitos de distorção do escoamento induzido pela estrutura do anemômetro.
NAKAI et al. (2006)
Tabela 3.4.1 – Etapas de processamento de dados para o cálculo dos fluxos e opções de conversões e correções. Em negrito são as opções de processamento testadas no programa EddyPro® para diferentes combinações (ver seção seguinte para detalhes).
(conclusão)
Correções espectrais
Baixa frequência
Alta frequência
Essas correções são necessárias para corrigir as estimativas de fluxos por perdas no intervalo de baixa e alta frequência do espectro devido a configuração instrumental, limites de amostragem dos instrumentos e algumas escolhas de processamento.
MONCRIEFF et al. (2004)
MONCRIEFF et al. (1997) HORST (1997)
IBROM et al. (2007a)
Correções de densidade do ar
Depende do tipo de IRGA:
Caminho aberto
Caminho aberto (LI‑ 7500) Caminho fechado
Associada aos efeitos de mudança na densidade do ar causados pelas flutuações de temperatura e vapor d’água. Se as concentrações são fornecidas como razão de mistura não é necessária a aplicação dessa correção. WEBB et al. (1980) BURBA et al. (2012) IBROM et al. (2007b) Correção da temperatura do sônico pela umidade
Única
Conversão da temperatura do sônico em temperatura do ar considerando o efeito da umidade do ar.
VAN DIJK et al. (2004)
Controle de qualidade
Testes
Esquema de classificação
Testes baseados na análise dos dados brutos de alta frequência de u, v, w, Tar
e das concentrações de água e CO2. Níveis de qualidade são atribuídos de acordo com a estacionariedade do escoamento e da turbulência desenvolvida. A combinação desses critérios produz classes de níveis de qualidade individuais para os fluxos de momentum, calor sensível, latente e de CO2. As classes variam de 1 a 9, sendo melhor qualidade quanto mais próximo de 1.
MAUDER & FOKEN (2006)
FOKEN (2003)
c) Rotação de coordenadas:
R2 (Rotação Dupla) ou R3 (Rotação Tripla) ou AP (Ajuste Planar); d) Correções de densidade do ar:
I (Ibrom) ou B (Burba);
Exemplos da combinação de diferentes opções são: I_R2_MB_30s_Cte ou I_AP_MM_30s_MC. A lista completa de combinações testadas encontra-se na Tabela 4.3.1 (seção 4.3).
Das 107 rodadas, a primeira foi feita com a configuração padrão do programa, 72 com a constante de tempo de 30s e 9 com 1800s. Em 24 combinações com a opção Média do Bloco, a constante de tempo não foi necessária.
As constantes de tempo foram definidas após alguns testes em que modificou-se a mesma a partir do valor padrão de 250s para mais (300, 600 e 1800s) e para menos (100, 60, 30 e 15s). Das 72 feitas com a constante de tempo de 30s, em 36 utilizou-se a metodologia proposta por Ibrom et al. (2007) e em outras 36 a de Burba et al. (2012), intercalando-se os outros parâmetros. A seguir, testou-se 9 combinações com a constante de tempo de 1800s, sendo todas com a correção de Ibrom et al. (2007) e o ajuste de defasagem de tempo MCP, variando-se apenas as correções para rotação do eixo das coordenadas (R2, R3, AP) e remoção da tendência (L, MM, MME). Após a definição da melhor combinação de opções, foi realizada uma rodada sem a correção das flutuações de densidade (I ou B) para avaliar seu impacto nos fluxos.
A escolha da melhor combinação foi baseada na análise dos coeficientes da reta de regressão linear entre a soma dos fluxos (H + LE) e a radiação disponível (Rn – G):
coeficiente angular (CA), linear (CL) e o de determinação (R²). Em geral, o melhor fechamento do balanço de energia é obtido quando: CA = 1, CL = 0 e R2 = 1. O CA foi o principal critério usado para a definição da melhor combinação das correções dos fluxos (resultados na seção 4.3). No período de medidas com o IRGA caminho aberto, a correção para flutuações de densidade aplicada foi a de Webb.
Diagrama 1 – Parâmetros alterados no programa EddyPro®.