Calibração do modelo SiB2 para o Cerrado no Sudeste do Brasil
Abstract
Os modelos da superfície terrestre (LSMs) são a componente dos modelos numéricos de
previsão numérica do tempo e clima que representam os processos de interação entre a
biosfera e atmosfera. A necessidade de aperfeiçoar a representação dos processos biogeofísicos
estimulou o desenvolvimento de sofisticadas parametrizações, aumentando a
complexidade dos LSMs e o número de parâmetros. Alguns desses parâmetros podem
ser medidos, mas isso não assegura que melhores resultados serão produzidos devido a
erros de amostragem e representatividade das condições experimentais (variabilidade espacial,
vertical e a heterogeneidade de superfície). Portanto, uma estratégia geral é usar
experimentos de campo (locais) para calibrar esses parâmetros para diferentes tipos de
vegetação, minimizando as diferenças entre os valores simulados e observados da(s) variável(
is) de interesse. LSMs são geralmente calibrados usando observações dos fluxos
de calor sensível (H) e latente (LE). Enquanto estudos que incluam a umidade do solo
(�) na calibração são menos frequentes (ou restritos a camada superficial do solo), mas
em ecossistemas florestais sujeitos a estresse hídrico sazonal (zona radicular profunda,
heterogeneidade vertical) o perfil vertical da umidade do solo na zona vadosa é essencial
para simulação da transpiração, assimilação de CO2 e a partição entre os escoamentos
superficial e subterrâneo. Esta dissertação descreve a calibração do modelo Simples da
Biosfera (SiB2) para o Cerrado sensu-stricto, utilizando medidas de fluxos, umidade do solo
e forçantes atmosféricas coletadas em uma torre micrometeorológica localizada na Gleba
Pé de Gigante, SP, no período de Julho de 2009 até Julho de 2012. Para a calibração,
o modelo SiB2 foi separado em módulos que incluíram os processos radiativos, aerodinâmicos
e por último os processos hídricos e de condutância e fotossínteses. O algoritmo
de calibração multiobjetivo AMALGAM foi aplicado a cada um desses módulos utilizando
nas funções objetivo a raiz do erro quadrático médio (RMSE), eficiência de Nash-Sutcliffe
(NSE), erro da amplitude do ciclo médio anual (ACAM) ou horário (ACH). As variáveis calibradas
foram: albedo PAR (�PAR), albedo global (�), velocidade de fricção (u�), saldo de
radiação (Rn), fluxo de calor latente e sensível e armazenamento total de água (Az) até
dois metros de profundidade. No entanto, a calibração por módulos foi comparada com
uma calibração global na qual somente foram otimizadas as variáveis LE, H e Az. A calibração
do módulo radiativo permitiu reproduzir o ciclo sazonal e amplitude do albedo PAR,
enquanto o albedo global ficou defasado temporalmente e com amplitude levemente menor
que a observação, porém teve razoável melhora quando comparado com o simulado com
os parâmetros originais. O saldo de radiação foi razoavelmente simulado, apresentando
superestimativa no inverno e primavera e mostrou-se sensível fundamentalmente à parametrização
de radiação de onda longa incidente. Enquanto a u� subestimou levemente o
ciclo médio diário observado mas teve erro menor que a configuração original. Por outro
lado, a discretização de três camadas do solo do modelo não conseguiu representar os
processos hidrológicos no solo e superfície simultaneamente do Cerrado. Mudou-se, portanto,
a estrutura de solo, introduzindo o perfil vertical de distribuição de raízes, o processo
de redistribuição hidráulica e a atualização do esquema de infiltração Green-Ampt. Estes
esquemas foram fundamentais para a modelagem dos processos hidrológicos da vegetação
Cerrado, o que é aplicável a outras de sistema radicular profundo. A calibração global
representou razoavelmente LE, H e Az, porém resultou em �PAR anti-correlacionado, subestimativa
considerável do � e u�, além de partição inconsistente nas componentes da
evapotranspiração.