Microclima em gradientes de altitude: variabilidade ambiental em florestas montanas na região central da
Mata Atlântica
52 Microclima em gradientes de altitude: variabilidade ambiental em florestas
montanas na região central da Mata Atlântica
Rocha, Diogo S.B.; Martini, Adriana M.Z.; Amorim, André M.A.; Mielke, Marcelo S.
Resumo
A maioria das estações meteorológicas encontra-se, de uma forma geral, instalada em áreas de terras baixas, persistindo lacunas de conhecimento a respeito da variabilidade climática em gradientes altitudinais. No entanto, mesmo em distâncias de poucas centenas de metros, o aumento da altitude pode proporcionar sensíveis mudanças nas condições climáticas em ambientes de florestas montanas tropicais. No presente trabalho apresenta- se uma descrição detalhada da variabilidade climática em gradientes de altitude em florestas montanas na região norte da Mata Atlântica. O objetivo foi obter uma caracterização das variações da temperatura, pluviosidade e déficit de pressão de vapor (DPV), a partir de medições in situ. Os dados de temperatura, umidade relativa do ar e pluviosidade foram obtidos diretamente a partir de medições de seis sensores instalados em duas cotas altitudinais em três áreas montanas no norte da Mata Atlântica e foram coletados durante o período de março/2014 a março/2015. Em todos os sítios, os meses que apresentaram maior precipitação acumulada foram junho, julho, novembro e dezembro/2014, e as menores precipitações ocorreram nos meses de abril, agosto e setembro/2104 e março/2015. A pluviosidade total variou de 1165.8 a 2485.4 mm entre as três localidades e os maiores volumes pluviométricos foram registrados sempre nas cotas altitudinais mais altas. A temperatura variou de 11.9 °C a 30.7 °C, com a maior média mensal (23° C) registrada em março/2015 na cota mais baixa da Serra da Pedra Lascada. O período mais frio compreendeu os meses de julho e agosto/2014 nas três serras. As médias de temperatura nas três serras foram menores que a média anual em terras baixas adjacentes e foram registradas diferenças significativas da temperatura entre as cotas altitudinais nas três serras, estimando-se que para cada aumento de 100 m na altitude, a temperatura nas serras diminui em média 0.61° C. O DPV não apresentou qualquer padrão ao longo do ano, mas seus menores valores ocorreram sempre nas cotas altitudinais mais altas, com as médias não diferindo significativamente entre as altitudes, ou entre as três localidades analisadas. As médias mensais do DPV estiveram sempre abaixo de 0.05 Kpa ao longo de todo o ano.
Palavras-chave: Pluviosidade; temperatura; déficit de pressão de vapor.
53 Abstract
Significant changes in climatic conditions can be observed within few meters of distance in tropical montane forest environments. However, generally, weather stations have been installed in lowland areas, resulting in lack of knowledge regarding climate variability along altitudinal gradients. We presented a detailed description of climate variability in altitude gradients in this paper. We characterized the changes in temperature, rainfall and vapor pressure deficit (VPD) from the measurements in situ in montane forests northern Atlantic Rainforest. Temperature data, relative humidity and rainfall were obtained directly from the sensors installed in three montane sites in northern Atlantic Rainforest.
The dataset was collected from March / 2014 to March / 2015. In all sites, the months with higher cumulative rainfall were June, July, November and December / 2014. The lowest rainfall occurred in April, August and September / 2104 and March / 2015. Total rainfall varied from 1165.8 to 2485.4 mm among the three locations and the highest rainfall volumes were always recorded in the highest altitudinal quotas. Temperature ranged from 11.9 ° C to 30.7 ° C, with the highest monthly average (23 ° C) recorded in March / 2015 in Serra da Pedra Lascada. The coldest period comprising the months of July and August / 2014 in the three mountain ranges. The average temperature in the three localities was lower than in adjacent lowlands. Significant temperature differences were recorded between altitudinal quotas in the three mountain ranges. It was estimated an average decrease of 0.61 ° C for every increase in 100 m of altitude. The VPD showed no clear pattern throughout the year, but its lower values occurred in the higher elevations.
The VPD mean values did not differ significantly between the altitudes and among the three locations analyzed. The VPD monthly averages were always below 0.05 KPa throughout the year.
Keywords: Rainfall; temperature; vapor pressure deficit.
54 Introdução
O microclima em ambientes de florestas montanas e sua variação entre as cotas de altitude caracteriza-se por amplas faixas de temperatura, pluviosidade e umidade relativa do ar (Cavelier 1996), com variações moduladas por outros três importantes fatores, além da altitude: continentalidade (distância do litoral), latitude e topografia (Barry 1992). Entre diferentes cotas altitudinais, distantes em pouco metros, podem proporcionar sensíveis mudanças nas condições climáticas, relacionadas, especialmente, à intensificação da precipitação pluviométrica, maior umidade relativa do ar e redução da temperatura (Cavelier 1996, Bendix et al. 2008), podendo causar mudanças nas características do solo e influenciando, consequentemente, a composição e distribuição de espécies vegetais (Fritzsons et al. 2008).
A pluviosidade é tradicionalmente o primeiro critério adotado para a classificação de ambientes florestais (Rizzini 1979, Veloso et al. 1991), devido aos seus relevantes efeitos sobre as características morfológicas e fisiológicas dos componentes bióticos dos sistemas. A pluviosidade influencia, por exemplo, os tipos foliares produzidos pelas árvores (Santiago & Mulkey 2003) e a fisionomia da vegetação predominante em determinado sistema (Vazquez & Givnish 1998). A temperatura, por sua vez, destaca-se como uma variável de grande importância para estudos de padrões ecológicos em gradientes de altitude, por tratar-se de um elemento climático com efeitos diretos sobre a fisiologia dos organismos (Ayoade 1996).
Existem ainda limitações do conhecimento a respeito da variabilidade dessas condições abióticas em gradientes de altitude de florestas montanas, especialmente, devido à escassez de observações in situ, adequadamente distribuídas no tempo e espaço nestes sistemas (Beniston et al. 1996, Fritzsons et al. 2008), uma vez que as estações meteorológicas se encontram, em sua maioria, instaladas nas terras baixas, próximo às sedes municipais (INMET 2015). Sabe-se, no entanto, que há uma baixa sobreposição de condições climáticas entre as terras baixas e áreas de maiores altitudes em regiões tropicais (Janzen 1967) ressaltando-se dessa forma, a importância de se conhecer a variabilidade do clima em gradientes altitudinais. Assim, o presente trabalho apresenta uma descrição da variabilidade do microclima, a partir de dados coletados in situ em diferentes cotas altitudinais, com o objetivo de caracterizar as variações de temperatura, pluviosidade e déficit de pressão de vapor (DPV), em florestas montanas na região norte da Mata Atlântica.
55 Material e Métodos
Área de estudo
A região norte da Mata Atlântica é composta por sistemas de terras baixas e áreas montanas de até 1000 m, acima do nível do mar (MMA 2006; Amorim et al. 2009, Rocha
& Amorim 2012, Leitman et al. 2014), estendendo-se do norte do Rio Grande do Norte até o norte do Espírito Santo. A área estudada (Figura 1) está inserida na região Sul da Bahia, dentro do domínio climático do tipo Af, quente e úmido sem estação seca e intensa precipitação anual (ca. 2000 mm ano-1), segundo classificação de Köppen (Peel et al.
2007), umidade relativa do ar geralmente acima de 80% e temperatura média anual de 24-25°C (CEI 1994).
Coleta e análise de dados
Para a amostragem das variáveis climáticas foram instalados pluviômetros (Onset HOBO RGB-M002) e termômetros automáticos (Onset HOBO Pro RH/Temp), com intervalo de registro de 1h, em duas diferentes cotas altitudinais (Tabela 1) em três áreas montanas no sul da Bahia: Serra da Pedra Lascada (SPL), Município de Barro Preto, no Parque Nacional da Serra das Lontras (SLO), entre os municípios de Arataca e Una, e na Reserva Particular do Patrimônio Nacional Serra Bonita (SBO), no Município de Camacan (Figura 1).
Os dados de temperatura, umidade relativa do ar e pluviosidade foram obtidos diretamente a partir de medições dos sensores. A partir dos dados de umidade relativa do ar foram discriminados o ponto de orvalho, calculado com o auxílio do software HOBOWARE®PRO, e o déficit de pressão de saturação de vapor de água no ar (DPV), calculado utilizando-se o pacote ‘plantecophys’ (Duursma 2015). O DPV é dado pela diferença entre a pressão exercida pelo vapor de água no ar e a pressão de saturação de água no ar, correspondendo à capacidade de absorção de água pelo ar em um dado sistema e apresentando relação direta com os processos de evaporação da água (Alvarenga et al.
2014).
56 O DPV foi calculado de acordo com a fórmula:
DPV =
e
s- e
aSendo:
e
s = pressão de vapor saturado (KPa).e
a = pressão de vapor do ar (KPa).Onde:
e
a = URx e
se
s = 0,6108 × 10[(7,5×𝑇) (237,5+𝑇)]
Em que:
UR = umidade relativa do ar (%).
T = temperatura do ar (ºC).
Os fatores climáticos foram descritos pelos valores de pluviosidade acumulada total, registrada entre abril/2014 e março/2015 e médias, máximas e mínimas de DPV e temperatura para o período de março/2014 a fevereiro/2015.
Detectada a heterocedasticidade dos dados, por meio do teste de Levene, foram realizadas análises de Kruskal-Wallis, com o teste de Dunn, a posteriori, para analisar se houve diferenças significativas de DPV e temperatura, entre as cotas altitudinais e entre as localidades (serras) (Tabela 1). Todas as análises foram realizadas em ambiente R (R Core Team 2015).
57 Figura 1 – Localização das áreas amostradas em florestas montanas ao norte da Mata Atlântica. SPL = Serra da Pedra Lascada; SLO = Serra das Lontras e SBO = Serra Bonita.
Os círculos pretos representam os locais onde foram instalados os sensores de temperatura/umidade e os pluviômetros.
58 Resultados e Discussão
Os meses que apresentaram maiores pluviosidades foram junho, julho, novembro e dezembro/2014 (Figura 2), e as menores pluviosidades ocorreram nos meses de abril, agosto e setembro/2104 e março/2015. Em linhas gerais, a pluviosidade é um fator meteorológico muito variável, tanto em termos de volume, quanto de distribuição ao longo do ano (Medeiros et al. 2005), quando comparada a outros fatores climáticos. O padrão bimodal, com dois períodos chuvosos, observado ao longo do estudo, não é comumente observado na região Sul da Bahia, de acordo com a série histórica, caracterizada por um período menos chuvoso, entre março e julho, e um período de maior intensidade e frequência de chuvas, de novembro a janeiro (Araújo & Rodrigues 2000).
A pluviosidade anual variou de 1165.8 a 2485.4 mm entre as três localidades, com os maiores valores registrados na SBO e SLO (Tabela 1). Os maiores volumes pluviométricos foram registrados nas cotas altitudinais mais altas da SBO e SLO, segundo um padrão típico de aumento da pluviosidade ao longo de gradientes altitudinais (Cavelier 1996, Lomolino 2001, Bendix et al. 2008, Unger et al. 2010, Roldão et al. 2012, Lippok et al. 2014), observando-se, por exemplo, que o maior volume pluviométrico (2485.4 mm) registrado na SLO-800 m, foi muito superior ao volume total de chuvas (1411.4 mm), registrado no Município de Ilhéus-Bahia, localizado na região litorânea, no mesmo período de estudos (INMET 2015).
A Serra das Lontras a 800 m (SLO-800 m) foi a cota altitudinal que apresentou a maior pluviosidade anual, com valores muito acima do registrado, por exemplo, por Pinheiro et al. (2013), na Serra do Teimoso (1163 mm), em altitudes similares a da SLO e distante ca. 10 km da mesma. Essa diferença pluviométrica pode estar relacionada às posições geográficas das duas serras, estando a SLO localizada entre a Serra do Teimoso e o mar, constituindo dessa forma uma barreira orográfica que, de acordo com Reibota et al. 2010, atua reduzindo a influência da umidade trazida pelos ventos alísios que predominam na região.
A temperatura variou de 11.9 ° C a 30.7° C nas três localidades (Tabela 1), com a maior média mensal registrada em março/2015 na SPL (23° C), seguida pela SBO (22.8°
C) e SLO (22.6° C) e o período mais frio (média < 17° C) compreendendo os meses de julho e agosto /2014 (Figura 3). As médias de temperatura nas três localidades foram menores que a média anual (24-25° C) em Ilhéus-Bahia (CEI 1994).
59 Tabela 1 – Valores anuais de temperatura, déficit de pressão de vapor e precipitação nos sítios a 500 m e a 800 m de altitude em florestas montanas ao norte da Mata Atlântica, no período de abril/2014 a março/2015. Tmin=Temperatura mínima; Tmed=Temperatura média; SD=desvio padrão; Tmax=Temperatura máxima; Pacum= Precipitação acumulada; DPVmed= déficit de pressão de vapor médio e DPVmax= déficit de pressão de vapor máximo. Letras iguais não diferem significativamente.
Localidade Altitude Tmin Tmed (±SD) Tmax Pacum (mm)
DPVmed
(±SD) DPVmax Serra Bonita
(SBO) 513 m 14.53 20.70(±2.03)a 29.14 1627.60 0.08(±0.14)a 1.30 Serra Bonita
(SBO) 894 m 12.17 18.44(±1.94)b 26.72 1976.02 0.01(±0.07)b 1.14 Serra das Lontras
(SLO) 509 m 14.51 20.66(±1.83)a 27.90 1732.80 0.03(±0.07)c 0.85 Serra das Lontras
(SLO) 860 m 11.98 18.38(±1.82)b 24.82 2485.40 0(±0.03)d 0.58 Serra da Pedra
Lascada (SPL) 557 m 13.69 20.65(±2.28)c 28.79 1165.80 0.1(±0.18)e 1.54 Serra da Pedra
Lascada (SPL) 847 m 12.36 18.89(±1.9)d 26.50 1208.60 0.01(±0.04)f 0.66
Figura 2 –Precipitação pluviométrica mensal em sítios a 500 m e a 800 m de altitude em florestas montanas ao norte da Mata Atlântica.
60 A Serra da Pedra Lascada (SPL) foi a localidade que apresentou as maiores temperaturas ao longo do ano, diferindo significativamente tanto da SBO, quanto da SLO (Tabela 1). Ocorreram ainda diferenças significativas da temperatura entre as cotas altitudinais nas três localidades, seguindo o padrão reconhecido de redução desta variável ao longo do gradiente altitudinal (Lomolino, 2001, Bendix et al., 2008, Unger et al., 2010, Lippok et al., 2014). Com base na diferença entre as temperaturas médias ao longo do ano entre as cotas altitudinais analisadas, foi possível estimar que para cada aumento de 100 m na altitude, a temperatura diminui 0.59° C na SBO, 0.65° C na SLO e 0.60° C na SPL. Essa mesma estimativa foi registrada para áreas montanas no Rio Grande do Sul e em Goiás, por exemplo, com reduções da temperatura de 0.3 °C (Cargnelutti Filho et al.
2006) e 0.5 °C (Alfonsi et al. 1974), respectivamente, a cada 100 m de altitude.
Os maiores valores de DPV ocorreram nas menores altitudes (Figura 4), não sendo observado um padrão claro de variabilidade ao longo do ano. Foram detectadas diferenças significativas dessa variável entre as três localidades e entre as cotas altitudinais (Tabela 1), estando a variabilidade do DPV estruturada em função da altitude. Os valores de Kpa estiveram próximos de zero ao longo de todo o ano, nas três localidades, semelhante ao proposto por Cunningham (2006) para florestas tropicais (0.05 Kpa.). A grande importância desta variável diz respeito à sua ação direta sobre a abertura dos estômatos - quanto maior o DPV, menor a condutância estomática e, consequentemente, menores taxas fotossintéticas, o que tem influência no crescimento das plantas (Cunningham 2005).
A variabilidade do microclima entre as cotas altitudinais nas áreas montanas na região norte da Mata Atlântica caracterizou-se por uma intensa pluviosidade ao longo do ano, apresentando valores superiores aos registrados para o litoral Sul da Bahia e um padrão geral de aumento da pluviosidade e redução da temperatura com a altitude, como observado geralmente em florestas tropicais. Dados os reconhecidos efeitos dessas variáveis no estabelecimento/desenvolvimento das comunidades arbóreas em gradientes de altitude, sugere-se a ampliação dessas análises com vistas à investigação da influência da variabilidade da pluviosidade, temperatura e DPV nos padrões da comunidade nestas florestas montanas tropicais.
61 Figura 3 – Variação anual da média da temperatura do ar nos sítios a 500 m e a 800 m de altitude em florestas montanas ao norte da Mata Atlântica. A) Serra Bonita (SBO), B) Serra das Lontras (SLO) e C) Serra da Pedra Lascada (SPL). Círculos vazios representam sítios a 500 m; círculos pretos representam sítios a 800 m; linhas pontilhadas representam máximas e mínimas de sítios a 500 m e linhas tracejadas representam máximas e mínimas de sítios a 500 m.
62 Figura 4 – Variação do déficit de pressão de vapor de água (DPV) nos sítios a 500 m e a 800 m de altitude em florestas montanas ao norte da Mata Atlântica. A) Valor médio mensal na Serra Bonita (SBO), B) Valor máximo mensal na Serra Bonita (SBO), C) Valor médio mensal na Serra das Lontras (SLO), D) Valor máximo mensal na Serra das Lontras (SLO), E) Valor médio mensal na Serra da Pedra Lascada (SPL), F) Valor máximo mensal na Serra da Pedra Lascada (SPL). Linhas tracejadas sítios a 500 m e linhas contínuas representam sítios a 800 m.
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