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Tipo: Tese
Título: Desenvolvimento de um modelo biofísico de crescimento da cana-de-açúcar para estudos globais
Título(s) alternativo(s): A biophysical sugarcane growth model for global studies
Autor(es): Cuadra, Santiago Vianna
Primeiro Orientador: Costa, Marcos Heil
Primeiro coorientador: Rocha, Rosmeri Porfírio da
Segundo coorientador: Ribeiro, Aristides
Primeiro avaliador: Nunes, Edson Luis
Segundo avaliador: Hamakawa, Paulo José
Terceiro avaliador: Costa, José Maria Nogueira da
Abstract: Previsões apontam uma expansão das terras cultivadas ao longo das próximas décadas devido a uma combinação do aumento da população global, com consequente necessidade de aumento da produção de alimentos, e do recente crescimento exponencial da produção de biocombustíveis baseados em cultura agrícolas. As alterações resultantes do uso da terra podem, por sua vez, impactar significativamente os ciclos biogeoquímicos e biogeofísicos ao longo do globo. Portanto, a representação de culturas agrícolas para produção de biocombustíveis, como a cana-de-açúcar, devem ser integradas em modelos de processos superficiais terrestres, possibilitando considerar nas simulações numéricas os feedbacks bidirecionais entre a superfície e a atmosfera. Neste estudo, nós apresentamos um novo modelo mecanicista de crescimento da cultura da cana-de-açúcar, incluído como um módulo dentro do modelo dinâmico de agro-ecossistema Agro-IBIS, que pode ser aplicado em múltiplas escalas espaciais (do local ao global). O modelo pode ser acoplado a um modelo atmosférico, permitindo a simulação das interações bidirecionais entre a atmosfera e o sistema de cultivo de cana. Esse novo módulo inclui uma série de equações e parâmetros de manejo agrícola que diferem das formulações para as culturas anuais pré-existentes. O modelo é avaliado contra observações micro-meteorológicas e de biomassa, obtidas para um ciclo da cultura (391 dias), no norte do Estado de São Paulo (Brasil), e para a produtividade agrícola em diferentes escalas espaciais. Os resultados da validação micro-meteorológica indicam que o modelo produz robustamente as flutuações sazonais e diárias do albedo, biomassa seca, e as relações entre troca líquida do ecossistema (NEE) e das variáveis atmosféricas (temperatura e umidade relativa do ar). Ao nível local, o modelo simulou com precisão a intensidade e a variabilidade diária da evapotranspiração (ET) durante dois ciclos consecutivos da cana-de-açúcar em um sítio experimental na localidade Kalamia, nordeste da Austrália. O modelo simulou com exatidão a média da produtividade da cana-de-açúcar para as quatro maiores mesorregiões produtoras (aglomerados de municípios) do estado de São Paulo (Brasil), durante um período de 16 anos, com viés relativo entre -0,68% e +1,08%. Finalmente, a simulação da produtividade média anual de cana para o Estado de Louisiana (EUA) produziu um viés relativo (-2,67%) baixo, mas apresentou menor variabilidade interanual do que a série de produtividade estimada. Considerando os resultados de todas as validações, podemos concluir que o novo modelo é capaz de capturar a relação entre a produção de biomassa e variabilidade do clima (temperatura e precipitação), indicando que o módulo pode ser utilizado com sucesso para prever alterações nos sistemas de cultivo de cana e as respectivas interações com o clima.
Global agricultural lands are predicted to expand over the next few decades due to a combination of increasing global population, the need for increased food production, and exponential growth in crop-based biofuels production. The resultant changes in land use could, in turn, greatly impact biogeochemical and biogeophysical cycles across the globe. Therefore, representation of biofuel crops such as sugarcane should be integrated into the latest models to ensure that accurate simulations of the bidirectional feedbacks between the land surface and atmosphere take place. In this study, we present a new process-based sugarcane model, included as a module within the Agro- IBIS dynamic agro-ecosystem model, that can be applied at multiple spatial scales (from site to global). The model may be coupled to an atmospheric model, allowing the simulation of the bi-directional interactions between atmosphere and the sugarcane cropping system. It includes a series of equations and crop management parameters that differ from the standard formulations for annual crops. The model is evaluated against micrometeorological and biomass observations, obtained for one crop cycle (391 days) in northern São Paulo state (Brazil), and yield at a range of spatial scales. The results of the micro-meteorological validation suggest that the model produces robust simulations of seasonal and daily albedo fluctuations, dry biomass, and relationships between net ecosystem exchange (NEE) and atmospheric variables (temperature and relative humidity). At the site level, the model accurately simulated the intensity and variability of daily evapotranspiration (ET) for two consecutive crop cycles at an experimental site at Kalamia estate, northeast Australia. The model also accurately simulated the average yield for the four largest mesoregions (clusters of municipalities) in the state of São Paulo (Brazil), over a period of 16 years, with a relative bias of -0.68% to 1.08%. Finally, a simulation of the annual average sugarcane yield over 31 years for the State of Louisiana (U.S.) produced a low relative bias (-2.67%) but exhibited lower yiled interannual variability than the estimated yields. Considering the results of all validations, we conclude that the new model is able to accurately capture the relationship between yield and climate variability (temperature and precipitation), indicating that the module may be successfully used to forecast changes in sugarcane cropping systems and associated climate interactions.
Palavras-chave: Modelagem agrometeorológica
Cana de açúcar
Modelos mecanicistas de crescimento de culturas
Interação biosfera-atmosfera
Agrometeorological modeling
Sugarcane
Mechanistic models of crop growth
Biosphere-atmosphere interaction
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::METEOROLOGIA::CLIMATOLOGIA
Idioma: por
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Agrometeorologia; Climatologia; Micrometeorologia
Programa: Doutorado em Meteorologia Agrícola
Citação: CUADRA, Santiago Vianna. A biophysical sugarcane growth model for global studies. 2010. 82 f. Tese (Doutorado em Agrometeorologia; Climatologia; Micrometeorologia) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2010.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/1500
Data do documento: 26-Nov-2010
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