D3 Fluxos Superficiais e Balanço Energético

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O método de covariância de vórtices mede os fluxos turbulentos de calor sensível, calor latente e dióxido de carbono como a covariância entre as flutuações turbulentas na velocidade vertical do ar e as flutuações turbulentas na temperatura, umidade específica ou concentração de dióxido de carbono, dependendo do fluxo que está sendo medido. Este método requer uma resolução temporal muito alta, pelo menos dez medições por segundo, e baseia-se na suposição de que o fluxo líquido de calor ou gás é quase inteiramente dominado por esses mesmos vórtices turbulentos.

Uma rede global de estações que aplica este método de covariância de vórtices compreende atualmente centenas de torres de medição distribuídas por diversos ecossistemas ao redor do mundo, permitindo comparações de fluxos turbulentos medidos em uma floresta tropical com aqueles medidos em uma pastagem ou campo agrícola.

O balanço de energia da superfície relaciona a radiação líquida recebida por uma superfície com a forma como essa radiação é distribuída entre três destinos distintos: calor latente, calor sensível e o fluxo de calor transmitido para o solo. É precisamente essa radiação líquida disponível que garante que a soma desses três fluxos sempre coincida com a energia que realmente atingiu a superfície.

A razão de Bowen quantifica precisamente como essa energia é distribuída entre calor sensível e latente. A umidade disponível na superfície faz com que essa razão seja alta em superfícies secas, onde quase toda a energia é perdida como calor sensível, e baixa em superfícies úmidas, onde a maior parte da energia é consumida pela evaporação da água como calor latente.

A radiação líquida que alimenta todo esse balanço é obtida, em parte, medindo-se a temperatura da superfície com um termômetro infravermelho e convertendo essa temperatura em um fluxo de radiação de ondas longas usando a lei de Stefan-Boltzmann. O fluxo de calor para o solo, por outro lado, é obtido a partir de gradientes de temperatura medidos em diferentes profundidades dentro do próprio solo, aplicando-se a lei de Fourier para condução de calor.

Finalmente, as câmaras de fluxo oferecem um método mais direto para medir gases como dióxido de carbono e metano: elas envolvem uma porção de solo dentro de uma câmara hermética e determinam o fluxo desses gases com base na taxa na qual sua concentração muda dentro dessa câmara fechada. Assim, desde a covariância dos vórtices com que este documento começa até as câmaras de fluxo com que termina, passando pelo balanço de energia superficial, pela razão de Bowen e pelas leis de Stefan-Boltzmann e de Fourier, a medição dos fluxos superficiais permite que a energia e os gases trocados entre a superfície da Terra e a atmosfera, invisíveis a olho nu, sejam quantificados com precisão a partir de uma única torre de medição.

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