BR112012004795A2

BR112012004795A2 - método para estimar evaporação, sistema para estimar evaporação, mídia legivel, por máquina, dispositivo gravador de dados e conjunto de gravação de dados

Info

Publication number: BR112012004795A2
Application number: BR112012004795-7A
Authority: BR
Inventors: Michael John Savage
Original assignee: University Of Kwazulu - Natal
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2020-08-11
Also published as: US20120232798A1; US9229131B2; WO2011027313A1; JP2013504078A

Abstract

MÉTODO PARA ESTIMAR EVAPORAÇÃO, SISTEMA PARA ESTIMAR EVAPORAÇÃO, MÍDIA LEGÍVEL POR MÁQUINA, DISPOSITIVO GRAVADOR DE DADOS E CONJUNTO DE GRAVAÇÃO DE DADOS A presente invenção se relaciona a um método e sistema para estimar a evaporação representando urna área em uma particular localização. O método compreende receber informação de temperatura de ar usando a informação de temperatura de ar recebida para determinar pelo menos temperatura de ar média, desvio padrão de temperatura de ar, e assimetria da temperatura de ar naquela particular localização, receber informação de fluxo de calor de solo naquela particular localização e informação de irradiância que indica o fluxo de calor de solo e irradiância líquida naquela particular localização respectivamente; determinar fluxo de calor sensível naquela particular localização usando pelo menos temperatura de ar média determinada, desvio padrão da temperatura do ar, e assimetria da temperatura do ar associada àquela particular localização, e determinar uma estimativa da evaporação naquela particular localização usando o fluxo de calor sensível determinado, informação de fluxo de calor de solo recebida e irradiância Iíquida recebida. A presente invenção também se relaciona a um dispositivo gravador de dados e respectivo conjunto.

Description

"MÉTODO PARA E.STIMAR EVAPORAÇÃO, SISTEMA PARA ESTIMAR EVAPORAÇÃO, MÍDIA LEGÍVEL PQR MÁQUINA, DISPOSITIVO GRAVADOR DE DADOS E CONJUNTO DE GRAVAÇÃO DE DADOS"

+, , Histórico da Invenção 5 A presente invenção se relaciona a um método e sistema y para estimar um fluxo de calor sensível e, portanto, a evaporação representativa de uma área, substancialmente em tempo real, por exemplo, em um regime sub-horário.

A presente invenção também se relaciona a um dispositivo . 10 gravador de dados ("Datalogger Device") e a um conjunto gravador de dados para estimar a evaporação.

A evaporação é um componente chave com respeito ao equilíbrio de água na superfície.

Embora esta deterrninação seja importante para gerenciar recursos 15 hídricos, a evaporação freqüentemente é medida diretamente e usualmente inferida de outras medições.

Por exemplo, dados, produzidos por uma estação automática de gerenciamento, permitem estimar a evaporação de referência de relva ("grass") e planta alta ("tall crop") 20 quase em tempo real, mas sendo requeri.do acrescentar um fator de cultura (K) no cálculo da evaporação real: Evaporação real = Evaporação de referêncía (relva) x K.

Os fatores variam de acordo com o tipo de cultura, estágio de crescimento, e prática de gerenciamento. 25 Outros mét-odos e sistemas para determinar a evaporaçào fazem uso intensivo de elementos computacionais, e não permitem estimativas erri tempo real.

Ademais, outros

"- .^ M rnétodos e/ou sisternas para determinar evaporação são , rhuito caros, requerem manutenção intensiva, ou airída "'g 30 requerem habilidades especiais em sua operação.

Portanto, constata-se a necessidade por um sistema barato de baixa potência e razoavelmente preciso, que permita esi-imar a evaporação, em regime sub-horário, sem requerer nenhurna calibração. '35 Trata-se de um objetivo da presente invenção pelo menos atender os problemas e necessidades acima mencionadas. 'Sumário da Invenção

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, provê-se um método para estimar o fluxo de calor sensível representativo de uma área em uma particular localização, * substancialmente em um regime sub-horário, o método 5 compreendendo: receber informação de temperatura de ar a partir de sensores de temperatura em uma particular localização;

- usar a informação de temperatura de ar para determinar a temperatura de ar média, desvio padrão da 10' temperatura de ar, e assimetria da temperatura de ar associada àquela particular localização; e

- determinar, substancialmente em regime sub-horário, o fluxo de calor sensível associado àquela particular l.ocalização, usando pelo menos temperatura de ar média, 15 desvio padrão de temperatura de ar, e assimetria da temperatura de ar, associada àquela partícular localização.

O método pode incluir determinar uma condição de estabilidade atmosférica a partir da difereríça de 20 temperatura entre dois níveis acima da superfície de cobertura.

Ao invés ou em adição, o método pode incluir determinar a citada condição de estabilidade atmosférica, a partir de uma função estrutura de temperatura de ar de terceira ordem para urn atraso de tempo definido- 25 O método, preferivelmente, pode compreender estimar fluxo de calor sensível, substancialmente em tempo real.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, provê-se um método para estimar a evaporação W,

representativa de uma área em uma particular localização, W 30 c) método com.preendendo:

- receber informação de temperatura de ar a partir de sensores de temperatura naquela particular localização; usar a inforrnação de temperatura de ar recebida para determinar pelo menos temperatura de ar média, desvio 35 pàdrão da temperatura de ar, e assimetria da temperatura de ar naquela particular localização, substancialmente em regime sub-horário;

—' receber inforrnação de fiuxo de calor de solo, que indica o fluxo de calor de solo associado àquela particuiar localização; - receber informação de irradiância líquida, que 5 indica a irradiância líquida naquela particular Iocalização; - determinar, substancialmente em regime sub-horário, o fluxo de calor sensível naquela particular localização, usando pelo menos temperatura de ar média, desvio padrão 10 da temperatura de ar, e assimetria da temperatura de ar associada àquela particular 1oca1ização; e determinar, substancialmente em regime sub-horário, uma estimativa da evaporação naquela particular localização usando fluxo de calor sensível determinado, 15 informação de fluxo de calor de solo recebida, e informação de irradiância líquida recebida. O método pode compreender es'timar a evaporação substancialrnente em tempo real, ou quase em tempo real, em um regime sub-horário. 20 O método pode compreender receber inform.ação de ternperatura de ar, que indica assimetria da temperatura de ar a partir de um dispositivo gravador de dados, móvel ou portátil, c) dispositivo gravador de dados compreende uina função de momento estatístíco para determinar a 25 assimetria da temperatura de ar, substancialmente em tempo real. Ao invés ou em adição, o método pode compreender determinar a assimetria da temperatura de ar substancialmente em tempo real, a partir da informaçào de momento estatistico, associada aos dados de temperatura

W W

30. de ar recebidos do gravador de dados. O método pode compreender: - determinar a função estrutura da temperatura de ar C; substancialmente em tempo real; e - usar a função estrutura det-erminada da temperatura 35 de ar C; para determinar o parâmetro de estrutura do índice refrativo C:substancialmente em tempo real. Em particular, o método pode compreender:

- receber informação de diferença de temperatura de ar entre as temperaturas de ar medidas pelos primeiro e segundo sensores de temperatura de ar, respectivamente; e usar a informação de diferença de temperatura de ar 5 e distância de sensor entre primeiro e segundo sensores de temperatura para determinar a função de estrutura de temperatura de ar G; O método pode compreender receber a distância de sensor de um usuário. Ao invés ou em adição, a dis'tância de 10 sensor pode ser uma distância pré-especificada. O método pode compreender receber informação de diferença de temperatura a partir de um sensor de diferença de temperatura de ar. O sensor de diferença de temperatura compreende primeiro e segundo sensores de temperatura 15 espaçados uma distância de sensor conhecida. A distância de sensor pode ser uma dístância especificada ou defínida peio usuário. O método pode compreender determinar o fluxo de calor sensivel pelo método de variança de temperat'ura, 20 incluindo ajustar assimetria de temperatura de ar na camada sub-inercial. O método de variança de temperatura se baseia na Teoria de Similaridade Monin-Obukhov. O método pode compreender usar c) parâmetro de estrutura determinado do índice refrativo C; para deterrninação 25 a parte (offline) do fluxo de calor sensivel, por meio de um procedimento interativo, usando MOST. O método pode compreender determinar o fluxo de calor sensível, para sub-camada de rugosidade, por meio de uma função estrutura de temperatura de ar, para um atraso de -

W 30 tempo. Em particular, o método pode compreender deterrriinar o fluxo de calor sensível a partir da função estrutura de temperatura de ar de terceira ordem. Determinar a estimativa de evaporação pode compreender subtrair o fluxo de calor sensível determinado e fluxo de 35 calor de solo recebido a partir da irradiância líquida. O método pode compreender determinar funções de estrutura de temperatura de ar de segunda, terceira, e quinta

-.

€ ordens, respectivamente, a partir das quais o rnétodo compreende usar as funções de temperatura de ar determinadas para determinar o fluxo de calor sensível a parte, por um método de renovação de superfície, 5 tipicamente, usando as funções estrutura de temperatura de ar determinadas de segunda, terceira, e quinta ordens. O método adicionalmente pode compreender: t - receber informação de umidade relativa, associada a uma particular localização; 10 - receber informação de velocidade de vento, associada àquela particular localização; - determinar evaporação de referência de relva; - determinar evaporação de referência de planta alta. De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, 15 provê-se um sistema para estirrtar evaporação representativa de uma área em uma particular localização, o sistema compreendendo: - módulo receptor de ternperatura de ar arranjado para receber informação de temperatura de ar a partir de 20 sensores de temperatura na particular localização; - processador operável para usar informação de ternperatura de ar recebida para deterrninar pelo rnenos temperatura de ar média, desvio padrão da temperatura de ar, e assimetria da temperatura de ar associada àquela 25 particular localização, substancialmente em regime sub- horário.

- módulo receptor de fluxo de calor de solo para receber informação de fluxo de calor de solo, que indica o fluxo de calor de solo daquela particular localização;

W 30 - módulo receptor de irradiância líquida arranjado para receber informação de irradiância líquida, que indica a irradiância líquida associada àquela particular localização; - módulo determinador de fluxo de calor sensível 35 arranjado para determinar, substancialmente em temp.o real, o fluxo de calor sensível associado àquela particular localização, usando pelo menos temperatura de ar média, desvio padrão da temperatura de ar, e assimetria da temperatura de ar, associada àquela particular localização.

e - módulo determinador de evaporação arranjado para . 5 d'eterminar, substancialmente em tempo real, a estimativa . de evaporação daquela particular localização, usando pelo menos fíuxo de calor sensível determinado, informação de fluxo de calor de solo recebida, e informação de írradiância líquida recebida. 10 Pelo menos o rnódulo receptor de temperatura de ar pode ser comunicativamente acoplado a um dispositivo gravador de dados, móvel ou portátil. O dispositivo gravador de dados compreendendo uma função de momento estatístico, para determinar a assimetria da temperatura do ar 15 substancialmente em tempo real. O módulo determinador de fluxo de calor sensível pode ser arranjado para determinar o fluxo de calor sensível por um método de variança de temperatura incluindo ajustar assimetria de temperatura de ar na sub-camada inercial. 20 O método de variança de temperatura se baseando no Método Monin-Obukhov (MOST). O módulo determinador de evaporação pode ser arranjado , para determinar a estimativa de evaporação, subtraindo o fluxo de calor sensível determinado e fluxo de calor de 25 solo recebido da irradiância líquida. O sistema pode ser arranjado para: - determinar uma função estrutura de temperatura de ar C;, substancialmente em tempo real e - - usar a função estrutura de ternperatura de ar C; para

O 30 determinar parâmetro estrutura de índíce refrativo C;, substancialmente em tempo reaj-. O sistema pode ser adicionalmente arranjadç) para: - receber informação de diferença de temperatura de ar entre temperaturas de ar medidas pelos primeiro e segundo

3.5 sensores de temperatura, respectivamente; - determinar ou receber a distância de sensor entre os primeiro e segundo sensores de temperatura; e

- usar a ínformação de diferença de temperatura de ar recebida e distância de sensor determinada ou recebida para determinar a função estrutura da temperatura C;.

+ De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, 5 provê-se uma mídia legivel por maquina, incorporando * instruções que, se executadas por uma rnáquina, fazem a máquina: - receber informação de temperatura de ar a partir de sensores de temperatura, em uma particular localização; 10 - usar informação de temperatura de ar recebida para determinar ternperatura de ar média, desvio padrão da temperatura de ar, e assimetria da temperatura de ar associada àquela particular localização, substancialmente em um regime sub-horário; 15 - receber informação de fluxo de calor de solo, que indica o fluxo de calor associado àquela particular Iocal-ização; e - receber informação de irradiância líquida, que indica irradiância liquida associada àquela particular 20 localização; - determinar, substancialmente em regime sub-horário, uma estimativa do riível de evaporação daquela particular localização, usando pelo menos fluxo de calor sensivel determinada, informação de fluxo de calor de solo 25 recebida, e informação de irradiância líquida recebida. A mídia legível por máquina pode fazer a máquina: - determinar a função estrutura de temperatura de ar, C; substancialmente em tempo real; e - usar a função estrutura determinada de temperatura

V 30 de ar C; para determinar o parâmetro de estrutura de índice refrativo C;, substancialmente em tempo real. f A mídia legível por máquina pode adicionalmente fazer a máquina: - receber informação de diferença de temperatura entre 35 as temperaturas de ar medidas pelos primeiro e segundo sensores de temperatura de ar, respectivamente; - determinar ou receber uma distância de sensor entre primeiro e segundo sensores de temperatura; e - usar informação de diferença de temperatura recebida e a distância de sensor determinada ou recebida para © determinar a função estrutura da temperatura C:; 5 Em uma configuração exemplar, a máquina pode ser um . dispositivo gravador de dados. A midia legível por máquina, portanto, pode compreender um código executável pelo dispositivo gravador de dados. De acordo com um quinto aspecto da presente invenção, 10 provê-se um dispositivo gravador de dados, compreendendo: um meio para receber informação de temperatura de ar a partir dos sensores de temperatura em uma particular localização; um meio para usar a informação de temperatura de ar 15 recebida para determinar temperatura de ar média, desvio padrão da temperatura de ar, e assimetria da temperatura de ar associada àquela particular localização, substancialmente em regime sub-horário; - um meio para receber informação de fluxo de calor de 20 solo, que indica o fluxo de calor de solo associado àquela particular localização; urn meio para receber informação de irradiância liquida, que indica a irradiância líquida associada àquela particular localizaçãc'; 25 - um meío para determinar, substancialmente, em regime sub-horário, o fl-uxo de calor sensível associado àquela particular localização, usando pelo menos temperatura de

W ar média, desvio padrão da temperatura de ar, e assimetria da ternperatura de ar, associada àquela 30 particular localização; e - um meio para determinar, substancialmente em regime sub-horário, estimativa do nível de' e-vaporação d'aquela particular localização, usando pelo menos q fluxo de calor de solo determinado, informação de fluxo de calor 35 de solo recebida, e informação de irradiância líquida recebida. O dispositivo pode compreender:

- um meio para determinar a função estrutura da temperatura de ar C; substancialmente em tempo real; e um rneio para usar a função estrutura da temperatura de ar determinada C; para determinar um parâmetro de 5 estrutura de índice refrativo C;, substancialmente em tempo real. O dispositivo pode adicionalmente compreender: - um meio para receber a informação de diferença de temperatura de ar entre as temperaturas medidas pelos 10 primeiro e segundo sensores de temperatura de ar, respectivamente; - um meio para determinar ou receber a distância de sensor entre os primeiro e segundo sensores de temperatura; e 15 - um rneio para usar informação diferença de temperatura de ar recebida, e distârícia de sensor determinada ou recebida, para determinar a função estrutura da temperatura C;. O dispositivo gravador de dados (datalogger) 20 preferívelmente consiste de um gravador de dados íncluindo instrução de momento estatístico, para determinar pelo menos a assimetria da temperatura de ar. O dispositivo gravador de dados pode ser arranjado para determinar a assimetria a partir do momento de terceira 25 ordem, e média e desvio padrão da temperatura de ar. De acordo com um sexto aspecto da presente invenção, provê-se um conjunto gravador de dados compreendendo:

W - um dispositivo gravador de dados, como descrito; e - um sensor de diferença de temperatura de ar,

P 30 compreendendo: um primeiro sensor de temperatura de ar, e um segundo sensor de temperatura de ar, espaça'do uma pré- deterrnínada distância de sensor horizontal do primeiro sensor de temperatura. 35 Descrição Resumida dos Desenhos A figura I rríostra um desenho esquemático de um sistema, de acordo com uma configuração exemplar, ilustrando pelo menos um sistema de evaporação, como descrito nesta; A figura 2 mostra um desenho esquemático de sistema de evaporação de figura mais detalhadamente; a A figura 3 mostra um diagrama de fluxo de alto nivel de 5 um método, de acordo com uma configuração exemplar; E A figura 4 mostra um diagrama de fluxo de alto nível de outro método, de acordo com urna configuração exemplar; e A figura 5 mostra um desenho esquemático de um sensor de diferença de temperatura de ar, de acordo com uma 10 configuração exemplar. Descriçào configurações Preferidas Na descrição que se segue, com propósito de explicação, numerosos detalhes foram estabelecidos para prover pleno entendimerrto de uma configuração da presente invenção. 15 Será evidente àqueles habilítados na técnica gue a presente invenção poderá ser pratícada sem tais detalhes. Referirido-se agora às figaras 1, 2, 5, um sisterna para determinar uma estimativa da evaporação em uma particular localização ou área de cobertura será geralmente indicado 20 pelo número de referência 10. O sistema 10 pode convenienteniente compreender urna est.ação de estímativa de evaporação, quase em tempo real, para a camada inercial a qual se aplica a Teoria de Similaridade Monin-Obukhov (MOST). 25 O sistema 10 é comunicativamente acopl-ado a um termopar de fio-fino 12 (em paralelo ou em trio), por exemplo, termopares de fio fino 75 µm não-blindados e ventilados ¥ naturalmente para medição de temperatura de ar de alta

W freqüência, placas de fluxo de calor de solo 14, e " + 30 radiômetro líquido 16, e sensores de solo e temperatura 18 para .receber informação de fluxo de calor de solo respectivamente. Em outras confígurações não mostradas, termopares 12, placas de fluxo de calor de solo 14, radiõmetro líquido 16, e sensores de solo e temperatura 35 18, fazem parte do sistema 10. O sistema 10 pode compreender uma pluralidade de componentes e modelos correspondentes a trabalhos

|' funcionais. A este respeito, o termo "Módulo", no contexto da especificação, se refere à inserçào de uma porção identificável de código, ínstruções computacionais . executáveis, dados, ou objetos computacionais, para uma 5 certa função, operação, processamento, ou procedimento.

· Segue-se que o módulo não precisa ser implementado em software; urn módulo pode ser implementado em software, hardware, ou uma combinaçáo de software e hardware. Ademais, os modelos não precisam necessariamente ser 10 consolidados em um único dispositivo, mas, ao invés, podem ser distribuídos em uma pluralidade de dispositivos. Em particular, o sistema 10 compreende um módulo receptor de temperatura de ar 20 arranjado para receber informação 15 de temperatura de ar associada a uma particular área ou localização. O sistema 10 pode compreender processador 21 arranjado para usar informação de temperatura de ar para determinar a temperatura de ar média T, desvio padrão da temperatura de ar o,, e assimetria de temperatura de ar 20 S, associada àquela particular localização. Em outras configurações, o módulo receptor de temperatura de ar 20 é arranjado para receber a temperatura de ar média T desvio padrão da temperatura de ar o"Te/ou assimetria de temperatura de ar S,.

25 O processador 21 pode ser vantajosamente arranjado para controlar a operação do sistema 10. Deve ser entendido que o processador 21 pode ser um ou mais micro- . processadores, controladores, ou qualquer outro . dispositivo, recurso, hardware, software, ou lógica "

W 30 incorporada. O sistema 10, particularinente o módulo 20, pode ser comunicativamente acoplado a um díspositivo gravador de dados (não mostrado) para receber informação de temperatura de ar. O dispositivo gravador de dados pode 35 ser acoplado (ou opcionalmente incluir) ao terrnopar 12, para obter informação de temperatura de ar. Similarmente, o dispositivo gravador de dados também pode ser acoplado

(ou compreender) a placas de fluxo de calor de solo 14, radiômetro líquido 16, sensores 18, e quaisquer outros sensores (não ilustrados) usados pelo sistema 10, para Y receber dados para o sis"tema 10, como será descrito. 5 O dispositivo gravador de dados vantajosamente compreende . tima instrução de momento estat'stico, para facilitar que o sistema 10 ou o dispositivo gravador de dados determinem assimetria da temperatura de ar, substancialmente em tempo real. 10 As instruções de momento estatístico são previamente instaladas nos gravadores de dados CRlOOO, CR3000, e CR5000 da Campbell Scientific Inc. No entanto, gravadores de dados na parte baixa da faixa (o CRlOOO) são lentos para executar eficientemente o código, como necessário 15 para implementar o método e sistema da presente invenção. A assimetria da temperatura de ar pode ser determinada, em regime sub-horário. Determinada on-line, a assímetria da temperatura de ar compreende a soma, em um intervalo de tempo, do cubo do desvio de temperatura de ar a partir 20 da média. Em particular, a assimetria da temperatura S, pode ser determinada com a seguinte equação: S,= 1, E(T-T)'/n

OT onde o, é o desvio padrão na temperatura de ar no período observado (averaging)r T é a iésima amostra de 25 temperatura de ar no período observado, T a temperatura de ar média, e n o número de rnedições de temperatura de . ar durante o periodo observado - n igual a 18000 por

W medições de ternperatura de ar a 10 Hz em 30 minutos. O termo

W n í« -T)' 30 '=' n corresponde ao valor de momento provido pelo gravador de dados para cada período observado. Sendo que o período observado é tipicamente sub-horário. Em uma configuração exemplar, o sistema 10 (ou parte) 35 pode ser provido vantajosamente no dispositivo gravador de dados, de modo que o díspositivo gravador de dados seja arranjado para prover a funcioríalidade do sistema 10, como descrito nesta. Ao invés ou em adição, o sistema m 10 (ou parte) pode ser provido em um dispositivo gravador 5 de dados, tal como, um computador remoto. Nesta última configuração exemplar, o dispositivo gravador de dados vantajosamente pode compreender, por exemplo, um modem sem-fio para permitir que o dispositivo gravador de dados se comunique remotamente com o sistema 10. 10 O sistema 10 adicionalmente compreende um módulo receptor fluxo de calor de solo 22 arranjado para receber informação de fluxo de calor de solo S a partir de placas de fluxo de calor de solo 14 ou do dispositivo gravador de dados. A informação de fluxo de calor de solo indica 15 fluxo de calor de soLo S associado àquela particular localização, temperatura de solo daquela particular localização, conteúdo de água de solo e fluxo de calor de solo a uma pré-determinada profundidade. A este respeito, onde aplicável na especificação, o termo "Informação" 20 se refere ao valor provido pelos respectivos sensores. O sistema 10 também compreende um módulo receptor de irradiâncía líquida 24 arranjado para receber informação de irradiância líquida a partir do radiômetro Iiquido 16 ou dispositivo gravador de dados, que indica irradiância 25 líquida R,,, associada àquela área. O sistema 10 compreende um módulo determinador de fluxo de calor sensível 26, convenientemente arranjado para « determinar on-line ou, substancialmente em tempo real,

H o fluxo de calor sensível H, associado àquela particular .

K 30 localização, usando pelo menos informação de temperatura de ar recebida. O módulo 26 pode ser arranjado para determinar o fluxo de calor sensível H através de vários métodos, que serão discutidos mais adiante. Em particular, o módulo determinador de fluxo de calor 35 sensível 26 é preferivelmente arranjado para determinar o fluxo de calor sensível H, por um método de variança de temperatura ou variança de fluxo, i.e. H,v que é corrigido com respeito à assimetria, usando assimetria de ar recebida ou determinada. O método de variança de temperatura, tipicamente se baseia na Teoria de Similaridade Monin-Obukhov (MOST). 5 Em particular, o módulo 26 determina o fluxo de calor de solo Htv on-line, de acordo corri a seg'uinte equação: H =-0.993pc,(o;kgz/T)°"xf(S,) (que se descobriu válida para a faixa 0,33<<-z/L<60) onde, p é a densidade de ar (kg/m3): Cp capacidade de 10 calor específico de ar a temperatura constante (J/kg.k); g aceleração da gravidade (m/s2); e z altura de medição (metros) com k= 0,41, onde cf, ("C) é o desvio padrão da temperatura de ar, determinado on-line, em um dado período de tempo; e T a temperatura de ar média (°C). 15 Deve ser notado que f(S,) |0 0549+0.0137exp(4 39 S,J;°"'

0.0137exp(4-39 S,) A condição de estabilidade é deter.ninada on-line a partir da diferença de temperatura de ar entre dois níveis acima da superfície de cobertura e/ou a partir de unia função 20 estrutura de temperatura de ar de terceira ordem S'(r)r onde, r é o atraso de tempo de temperatura de ar. Deve ser notado que também a rrtétodo on-line de variança de temperatura com ajuste para assimetria, se baseia na temperatura de ar média T, desvio padrão da temperatura 25 de ar cTTe assimetria de temperatura de ar St. Estas e informações de temperatura, obtidas para cada período de .

2 - 3 minutos, permite que H=H,v seja calculado no t . estado de estabilidade atmosférica determinado a partir

W de S'(r) e estado confirmado, usando o sinal da diferença 30 de temperatura de ar entre dois níveis atmosféricos. O sistema 10, vantajosamente, tarrtbém compreende um módulo determinador de evaporação 28, configurado para determinar, substancialmente em tempo real, por exemplo, a cada meia-hora, uma estimativa do nível de evaporação 35 para aquela área LE, usando pelo menos o fluxo de calor l 15 sensível determinado H, informação de fluxo de calor de solo S recebida, e informação de irradiância líquida recebida Rn,t. Deve ser apreciado que o módulo 28 pode ser arranjado para determinar a estimativa da evaporação LE, 5 subtraindo q fluxo de calor sensível determinado H,v (corrigido quanto à assirnetria de temperatura) e informação de fluxo de calor de solo S da informação de irradiância líquída recebída Rn,t, usando a equação: LE=LE,V=Rn,,-S-H,V 10 O sisterna 10 também compreende um banco de dados ou meio de memória 30 para armazenar informações recebidas pelo sisterna 10, assim como informações determinadas ou calculadas pelo sistema 10. As informações providas no banco de dados 30, vantajosamente, podem ser acessadas 15 pelo usuário. O meio de memória ou banco de dados 30 pode incluir midia legivel por máquina, (i.e. memória, memóría principal, e/ou disco rígido) que suporte um conjunto de instruções que instrua a operação do sistema 10, de acordo com uma 20 configuração exemplar. O módulo determinador de fluxo de calor sensível 26 também pode ser arranjado para determinar o fluxo de calor sensível, por uma função estrutura, de modo que H=Hs,. A este respeito, para a sub-camada de rugosidade, 25 o módulo 26 é arranjado para determinar o fluxo de calor sensivel a partir das funções estrutura [S'(r)/r],,,,, onde: S'(r) —' Ê (T T ,)'

H m"j i=j+l onde, m é o número de pontos de dados em um intervalo - sub-horàrio medido na freqüência f, j o atraso de amostra ¥ 30 entre pontos de dados correspondentes a um atraso de tempo (r=j/), T a temperatura de ar no instante i, e Ti-1 um tempo anterior i-j. Embora as temperaturas e valores S'(r)/r sejam disponíveis ao sistema 10 quase em tempo real, o valor máximo de S'(r)/r é determinado pelo módulo 35 26 a parte a rnenos que conhecido a priori. Em qualquer caso, o módulo determinador de fluxo de calor sensível 26 é arranjado para determinar HSF para a sub-camada inercial, a partir das seguintes equações: H=H,,=k'"¶"' pc,(z-d)'"(o,/T)'"(S'(r)/r)"' 7t M: ou 5 H=Hs,=0.575pcp(z-d)'"(o,/T)'"(S'(r)/r)"'

R onde, p é a densidade do ar, Cp a capacidade de calor especifico do ar, z a al-tura de medição, e d altura aproximada da cobertura da vegetação. Para a sub-carnada de rugosidade, z é substituído por z-d.

1.0 Como acima, se o máximo de S'(r)/re atraso de tempo forem conhecidos a priori, o módulo 26 pode ser arranjado para determinar Hsf substancialmente em tempo real. Segue que o módulo díferencial de evaporação 28 é arranjado de modo correspondente para determinar 15 estimativa de evaporação LEsf, quase em tempo real, se o valor máximo S'(r)/r for conhecido, usando o fluxo de calor sensível Hsf, como descrito acima. O módulo determínador de fluxo de calor de solo 26 também é arranjado para determinar o fluxo de calor sensível com 20 um método de renovaçào de superfície. A este respeito, .deve ser notado que o protocolo de medição de variança de temperatura pode ser estendido para incluir armazenamento de funções de estrutura de temperatura de ar de segunda, terceira, e quinta ordens - S2(r),S'(r)eS5(r),respectivamente.

25 Em particular, as três funções S'(r), S'(r)e S'(r) são obtidas on-line para cada período observado para dois valores r usualmente r= 0,4 e 0,8, a menos que o usuárío

W especifique de modo diferente. O módulo 26, então, usa estes dados para determinar o fluxo de calor sensível Hsr « ' 30 a parte, usando o método de renovação de superfície, de acordo com a seguinte equação: dT H =azPcpbt onde, a é o fator de correção (ajuste do coefíciente de regressão da equação, quando H é medido independentemente 35 usando outros métodos, (tal como, covariância eddy) e

CIT a dt t onde, a é a amplitude das rampas de temperatura de ar (°C) e t os períodos de rampa. Uma estimativa do valor médio % da amplitude a no período observado é determinada através 5 da equação abaixo (no campo real).

K a'+pa+q=0 onde, p =l0S'(r) - ;:;;; e 10 q = l0S'(r) e q =l0S'(r) O período de rawpa t é calcuíado usando: a3r 15 '="S'(r) Deve ser apreciado que o atraso de tempo r deve ser muíto menor que t, tipicamente t >>5r ou a teoria da função estrutura fica inválida. As raízes de a'+pa+q=0 são obtidas a parte por interação em uma plan'lha 20 a partir da qual ré calculada usando a equação a3r T= "S'(r) acima, dT/ôt calculada usando 13T a dt t e, portanto, Hsr calculado usando dT - m 25 H=azPc,& %

N c'orno descrito, sabendo a altura de medíção z e conhecimento anterior a. Particularmente, deve ser notado que o método de renovação de superfície não depende de MOST e, portanto, pode ser aplicado à sub-camadas de 30 rugosidade e inercial. Em uma configuração exempl-ar, a função estrutura de t.erceira ordem pode ser usada para determinar se as condições atmosféricas são estáveis ou instáveis.

Segue que o módulo 28 também é arranjado para determinar LEsb usando Hsr determinado, que não requer MOST.

O módulo 26 é adicionalmente arranjado para determinar fluxo de calor sensível, por meio de uma função estrutura 5 de temperatura de ar C;. Em uma configuração exemplar preferida, o sistema 10 e módulo 26, em particular, é vantajosamente arranjado para determinar a função estrutura da temperatura de ar C; e usar a função estrutura de temperatura de ar determinada C; para 10 determinar o parâmetro de estrutura da temperatura de ar C; para determinar o parâmetro de estrutura do indice refrativo C;, substancialmente em tempo real.

O módulo 26 é adicionalmente arranjado para determinar C; através da seguinte equaçào:

15 C; = (T,, -T,)' / x"' onde, o traço superior indica tempo médio (substancialmente sub-horário), TIl e T12 são temperaturas de ar medidas a 10 Khz a uma distância horizontal x da altura Zj. 20 Em uma configuração exemplar preferida, q sisterna 10 se comunica com o sensor de diferença de temperatura 80 (figura 5). O sensor 80 compreende um primeiro serisor de temperatura Tl, e um segundo sensor de temperatura T2 84 operável para medir urna segunda temperatura T2. 25 Os primeiro e segundo sensores de temperatura 82 e 84 são espaçados de uma dist-ância horizontal de sensor pré- determinada x.

Deve ser notado que:

% G- se refere ao campo (ground) do gravador de .dados.

H- se refere ao canal analógico alto (H de High) do 30 gravador de dados; e «

t

L- se refere ao canal analógico baixo (L de Low) do gravador de dados.

T1l, por conseguinte, corresponde à voItagem entre [j e G, T12 entre H e G, e Tl1- T22 entre H e L. 35 Segue que o sensor 80 pode ser similar ao t.ermopar 12 e p.ermite medír as diferenças de tempe'ratura de ar T1i-T22, assim como H e L, como temperaturas individuais.

A diferença de temperatura de ar T11-T22 e temperatura T1i podem ser medidas em altas treqüências (10 KHz), obtendo médias sub-horárias. Deve ser entendido que os sensores 82 e 84 estão alinhados no plano horizontal. 5 .Segue que o módulo 26 é convenientemente arranjado para receber a primeira temperatura Tll do primeiro sensor de temperatura 82 e receber a segunda temperatura T12 do segundo sensor de temperatura 84. O módulo 26 pode ser arranjado para determinar a distância de sensor x e 10 díferença de temperatura T1l-T22 dos sensores 82 e 84. Ao invés ou em adição, o sistema 10 pode ser arranjado para receber distância de sensor x em função do sensor

80. A distância de sensor x opcionalmente pode ser informada a priori ao sistema 10. O módulo 26 é arranjado 15 para usar primeira e segunda temperaturas T1l e T22 (particularmente, diferença de temperatura Tll_T22) e distância de sensor x, para determinar a função estrutura da temperatura C;, com a equação mostrada acima. Preferivelmente, a distância Ótima x é menor que 0,5 m. 20 Uma vez que a temperatura de ar varia na vertical devido à diferença de temperatura entre a superfície de cobertura e o ar sobreposto, a medição de Tl1 e T12 é feita no plano horizontal a uma certa distância. Na contiguração exemplar, o módulo 26 é preferivelmente 25 arranjado para receber a diferença de temperatura T11 _T22 dos primeiro e segundo sensores de temperatura 82 e 84, respectivamente a partir do sensor 80. Nesta configuração, as medições de alta freqüência .

permitem que o parâmetro de estrutura de temperatura C; e 30 seja calculada, se um par de termopares for usado em uma b única altura de medíção e configurado para medir díferença de temperatura de ar entre dois termopares de fio-fino a uma certa distância. Usando C;, o parâmetro de estrutura para o índice refrativo C; pode ser 35 determinado. junto com medíções de velocidade do vento, aplicação de MOST, e procedimento interativo aplicado a parte, o fluxo de calor sensível H= Hmost pode ser calculado, permitindo uma outra estimativa da evaporação. O método compõe a base para cintilometria, exceto que na cintilometria, C; é obtido pela dispersão de Laser ou feixe de luz horizontal nas proximidades do infravermelho 5 acima da cobertura. O inventor acredita que podem ser usadas medições baratas de C; a partir de medições de temperatura de alta freqüência, corno aquelas providas nesta, para validar as medições de cintilometria in situ. Referindo-se novamente à figura 5, o módulo 26 então 10 é adicionalmente arranjado para determinar C;, usando a seguinte equação: C; =C; .( ::)2.(,, °;'.)-2 assumindo u-na perfeita correlaçáo entre pressão de vapor de água e flutuações de temperatura de ar, onde T é a 15 tempetatura de ar (K) a= 0,789 l0"3 K kPa"', P a pressão atmosférica kPa, e B a razão Bowen.

Se provido o sensor de velocidade de vento, a velocidade de fricção pode ser estimada a parte, usando um procedimento interativo. H= HMOST pode ser determinado 20 a parte pelo módulo 26 usando MOST.

Em resumo, o módulo 26 é arranjado para determinar parâmetro de estrutura da temperatura C; (K2 m-2/3) on-line a partir da diferença de temperatura de ar entre uma dístância horizontal conhecida, como mencionado acima.

25 O fluxo de calor sensível é: H =pc,u·T' (1) « onde, p é a densidade do ar kg/m3, Cp a capacidade de

N calor específico do ar a uma pressão constante (J /kg K), k m µ a velocidade de fricção m/s; e T (K) a parâmetro de 30 escala de temperatura de acordo com MOST, T sendo: T. = C, · (Z - d)"' · [f(ç)]""' (2) onde, z(m) é a altura de medição (rn), d deslocamento de pLano zero (m) (aproximadamente 0,67 vezes a altura da cobertura), e **** o argumento da função adimensional e 35 semi-empirica MOST. f(¢) =4.9 (1 - 7Ç)""' (3)

r 21 m .

onde, L é o comprimento Obukhov (rn) definido por: L T ,u!_ (4) kg7". onde k é a constante von Kármán (0,41), g aceleração da 5 gravidade (m/s2); e µ velocidade de fricção estimada a partir da velocidade de vento horizontal U, usando: u. =0.14Ú (5) Deve ser apreciado não ser possível resolver as Equações (1) a (5) analiticamente para H. Daí, o módulo 26 usa um 10 procedimento interativo a parte, combinando as Equações (1) a (5), permitindo que L e H sejam estimados, usando Equação (1), variando interativamente L. O módulo 26 pode ser arranjado para realizar os cálculos através de uma planilha de cálculo.

15 Uma vez o parâmetro de estrutura de índíce refrativo C; (K2/m2'3) medido com cintilômetro, e possivelmente outro,s sistemas de medição, ele é calculado com propósito de referência possível usando: C; = C:·J0:;3:' (I) 20 assumindo uma correlação perfeita entre flutuações de pressão de vapor de água e temperatura de ar, onde T é a temperatura de ar (K), a= 0,789 x 10-3, E) a pressão atmosférica (kPa), e B razão Bowen, é calculada usando: H (2) . j3=-R,-s-H

N 25 onde, R,,,, é medido usando o radiômetro líquido, coIüo 4 k descrito acima, S calculado ou recebido usando temperatura de solo, como descrito acima, e medíções de conteúdo de água de solo e fluxo de calor de solo, e H obtido usando o método de variança de temperatura, como 30 descrito acima, incluindo um ajuste quanto a assimetria, também cornc descrito acima.

Segue que o módulo 28, então, é arranjado para determinar

LEmost, usando Hmost determinado a parte. O sistema 10 pode ser adicionalmente arranjado para receber informações de urr'.idade relativa e velocidade de g vento, associadas àquela área. Nesta confíguração 5 exemplar, o sistema lO é comunicativamente acoplado a um e solarimetro, sensor de umidade relativa, sensores de direção, velocidade de vento e chuva (não mostrado). O sistema 10, então, pode ser arranjado para uma referência de relva e também para a determinar estimativa de 10 evaporação de referência de pIanta alta (ETo), i.e., usando o método Penman-Monteith. Deve ser notado que o sistema 10, portanto, pode ser arranjado para determinar fatores de planta on-line, usando a seguinte equação: K=LEtv/ET0 15 Deve ser notado que o sistema 10 permite que um usuário selecione o método para determinar estimativa de evaporação, de acordo com seu desejo. Ao invés ou em adição, o sistema 10 pode ser arranjado para prover todas informações determinadas a um usuário, por exemplo, 20 por interface gráfica de usuário (GUI) etc.. Configurações exemplares serão agora adicionalmente descritas com referência às figuras 3 e 4. os métodos exemplares mostrados nas figuras 3 e 4 serão descritos com referência às figuras 1, 2, 5, embora deva ser 25 apreciado que os métodos exemplares também podem ser aplicados a outros sistemas (não ilustrados). Referindo-se agora à figura 3, onde um diagrama de fluxo m de um método de acordo com uma configuração exemplar

W também é indicado pelo número de referência 40.

- 4 30 O método 40 compreende receber, no bloco 42, informação de temperatura de ar associada à área, i.e. usando módulo receptor de temperatura de ar 20, como descrito. O método 40, então, compreende receber, no bloco 44, informação de fluxo de calor de solo, i.e. com módulo 35 receptor de fluxo de calor de solo 22 como descrito. O método 40 também compreende receber, nQ bloco 46, informação de írradiância liquida, i.e. com módulo receptor de irradiância líquida 24. O rnétodo 40, então, compreende determinar, no bloco 48, substancialmente em regime sub-horário, o fluxo de calor sensivel através de um módulo determinador de fluxo de 5 calor sensível 26, usando pelo rnenos informação de temperatura recebida, como descrito acima. O usuário pode s.elec-ionar uma ou mais maneiras nas quaís o fluxo de calor sensível- pode ser calculado. No entanto, em uma configuração exernplar preferida, o método compreende 10 determinar fluxo de calor sensivel, com um método de variança de temperatura, como descrito acima. O sinal do fluxo de calor sensível pode ser determinado pelo sinal da função estrutura de temperatura de ar de terceira ordem (como discutido acima). 15 O rriétodo 40 ainda compreende determinar, no bloco 50, substancialmente em tempo real, a estimativa do nível de evaporação LE da área, usando pelo rnenos fluxo de calor sensível determinado, informação de fluxo de calor de solo recebida, e informação de irradiância líquida 20 recebida, por exemplo, com módulo determinador de evaporação 28, também como descrito acima. A evaporação determinada LF, pode ser mostrada ao usuárío via gui junto com outras ínformações determinadas pelo sistema 10. O sisterna 10 também pode ser arranjado para 25 armazenar LE ou outras informações no banco de dados 30. Referindo-se agora à figura 4, outro método, de acordo com uma configuração exemplar, é geralmente indicado pelo número de referência 60. Deve ser notado que o método 60

M pode seguír ou opcionalmente fazer parte do método 40. 0

R 30 Em qualguer caso, o método 60 compreende receber, no bloco 62, a prímeira temperatura TIl a partir do primeiro sensor de ternperatura 82 do sensor 80. O método 60 ainda compreende receber, no bloco 64, a segunda 'temperatura Tl2 a partir do segundo sensor de 35 temperatura 84 do sensor 80. O método 60 pode compreender determinar a diferença de temperatura T11_T12 entre as primeira e segunda temperaturas de ar Tl1 e T12. O método 60 pode compreender receber a diferença de temperatura Tl1_T12 do sensor 60. O método 60 tipicamente compreende determinar ou receber, no bloco 66, a distância x entre os primeiro e segundo 5 sensores de temperatura 82 e 84. A distância x pode ser 0

P especificada pelo usuário. A este respeito, a distância x é tipicamente pré-especificada ou dada pelo usuário. O método 60, então, tipicamente inclui usar, no bloco 68, pelo menos as primeira e segunda temperaturas Tl1 e Ti2 10 recebidas, ou preferivelmente a diferença de temperatura d.eterrniriada T11_T12 e a distância de sensor x para determinar a furíçào estrutura da temperatura de ar C;, como descrito acima. Tipicamente, o método 60 compreende determinar a função 15 estrutura de temperatura de ar de segunda, terceira, e quinta ordens. Como descrito acima, o sinal do fluxo de calor sensível é determinado a partir da função estrutura de temperatura de ar de terceira ordem. Estas funções estrutura de temperatura de ar determinadas 20 podem ser usadas convenientemente para determinar o fluxo de calor sens'ivel a parte, usando o método de renovação de superfície, como descrito acima. Ern qualquer caso, o método 60, ademais, cornpreende usar, no bloco 70, a função estrutura de temperatura de ar 25 determinada C; para determinar um parâmetro de estrutura de índice refrativo C;, substancialmente em tempo real, como descrito acíma. Deve ser notado que o parâmetro de estrutura do índice h refrativo C; determinado pode ser usado para determinar d 30 Hmost com procedimento interativo, como descrito acima. k O método de função estrutura pode ser usado para determinar o fluxo de caíor sensível, em um regime sub- horário, para uma sub-camada de rugosidade. Deve ser notado que, se o sistema for arranjado para 35 receber informação de velocidade de vento, o sistema 10 é opcionalmente arranjado para determinar a velocidade de fricção µ com base no MOST, compreendendo a média de temperatura de ar, desvio padrão, constantes semi- empíricas e assimetria, para faixa de estabilidade de convecção Iivre e forçada. Na configuração exemplar, duas estimativas de Htv (assim 5 LE,v se Rnet e S também forem medidas) podem ser obtidas: T2l e T22 na altura z2 e T11 e T22 na altura Zj. Obtendo-se duas estimativas de C> uma usando C', =(T2,-Tn)'/X:/' na altura Z2 e outra u.sando CÊ=(4,_T,)'/x:" na altura Zj para cálculo a parte de H=HMOST usando MOST usando 10 adicional de medição das medições de velocidade de vento. Quatro estimativas de função estrutura de temperatura de ar (de segunda, terceira, e quinta ordens), duas para cada altura Zj e z2, e quatro cálculos a parte do fluxo de calor sensível pelo método de renovação de superficie. 15 Os métodos 40 e 60, preferivelmente, são computacíonais. Deve ser apreciado que os métodos 40 e 60 podem ser implementados em um dispositivo de computador adequado, por exemplo, em um computador ou dispositivo gravador de dados de software associado. E'or exemplo, métodos 40 e 60 20 (ou porções destes) podem ser implementados pelo dispositivo gravador ' de dados, via um conjunto de instruções, executáveis por computador para instruir díspositivo gravador de dados a executar pelo menos algumas etapas dos métodos 40 e 60. As instruções podem 25 compreender um código ou software incorporado provido na mídia legível por máquina, associado ao dispositivo gravador de dados, por exemplo, um meio de memória do dispositiyo gravador de dados.

W Exemplo de Implementação Detalhada

Ü 30 A seguir, serão descritos os elementos principais de uma u implementação detalhada do sistema da presente invenção: 1- gravador de dados com um dispositivo de armazenamento de cartào PC, capacídade de celular, invólucro, bateria e instrumento mast. Tipicamente, 35 o gravador de dados CR3000 da Campbell Scientific lnc (Logan, Utah, EUA), é suficiente e foi usado em todos os testes.

2- programa de gravação de dados contendo instruções para medições simples e instruções para Htv, sendo que Htv foi corrigido com respeito à assimetria.

, 3- sensores: radiômetro líquido, placas de fluxo de 5 calor de solo, sensore.q de solo e temperatura, e para ü medições de temperatura de ar a alta freqüência, termopares de fío fíno (em paralelo ou em trio) e 4- cálculo on-line final de LE, a partir de RNet-S-HTv, como parte do programa de gravação de dados. 10 O sistema e método de estimativa de evaporação descritos nesta permitem prover uma estimativa, substancialmente em tempo real (ou em intervalos sub-horários), de evaporação para a camada inercial, usando MOST, sem precisar calibração média, desvio padrão, e assimetria de 15 temperatura de ar. O método de variança de temperatura não é c) único método que pode ser usado para prover a estimativa de evaporação quase em tempo real, e rnétodos adicionais, como aqueles que serão descritos a seguir, poderão ser usados. 20 Métodos Adicioriais para Estimativa de Evaporação Fluxo de calor sensível a partir da função estrutura de temperatura de ar de terceira ordem Medições de temperatura de ar de alta freqüência e armazenamento da média, desvio padrão, e assimetria da 25 temperatura de ar pelo sístema, permitem determinar o fluxo de calor sensível. No entanto, como não é possível determinar a direção do fluxo de calor sensível com MOST utiliza-se uma função estrutura de temperatura de . terceira ordem, como comumente usado em uma análise de ' n 30 renovação de superfície. O fluxo de calor sensível determinado, junto com fluxo de calor de solo e medições de irradiância líquida e fluxo de calor de solo e conhecendo altura da cobertura e sensor de temperatura, perrrtite estimar a evaporação, quase em tempo real, para 35 camada inercial, usando MOST, sem precisar calibração com outros métodos. O sistema, portanto se aproxima de uma estação de estimativa de evaporação em tempo real para

T" " 27 carnada inercial a qual é aplicável MOST. Para a sub-camada de rugosidade foi mostrado que o fluxo de calor sensível pode ser estimado, a partir das funções estrutura [S3(r)/r]m,, onde: 5 "(')- mf j,t,(T T ,)' onde, m é o número de pontos de dados no intervalo de 30 minutos na freqüência f, j, o atraso de amostra entre pontos de dados correspondentes a um atraso de tempo (r= j/f); Ti a temperatura de ar no instante í e Ti-j 10 em um instante anterior i-j. Embora as temperaturas e valores S'(r)/r sejam dísponíveis quase em tempo real, o valor máximo de S'(r)/r nem sempre é conhecido no instante da coleta, e, portanto, deve ser determinado a parte, a menos se conhecido a priori. Foi mostrado, 15 sem provar, que H= Hsf é dado por: H - H, , - k':'Z"' pc,(z - d)"' (cf, IT)"' (S,' lr)"' ou H=Hsf =0-575pc,(z-d)'"(U,/T)'"(S:/r)"' onde, p é a densidade do ar, Cp a capacidade de calor 20 especifico, z a altura de rnedição, e d cerca de 2/3 da altura da cobertura. Renovação de Superficie As funções estrutura de segunda, terceira, e quinta ordens são armazenadas em regime sub-horário, e foi 25 mostrado que estimativas a parte de um fluxo de calor sensível, usando o método de renovação de superficie 0 (Hsr), são possiveis sem usar MOST- Assim, c) protocolo de medição de variança de terriperatura pode ser estendido k

D para incluir o armazenamento da?q funções de estrutura de 30 segunda, terceira, e quinta ordens. Estas funções permitem o cál-culo a parte de fluxo de calor sensível usando o método de renovação de superfície, que requer um procedimento interativo para cálculo de H= Hsr. Função Estrutura de Temperatura de Ar 35 Outro importante atributo da atmosfera consiste da função estrutura de temperatura de ar C; a partir do qual parâmetro de estrutura de 'ndice refrativo C: pode ser calculado. O parãmetro C; pode ser estimado usando: C;=(Tl_T,)'/X"' 5 A partir das medições de diferença de temperatura de ar, - o traço superíor indicando média de tempo, típicamente 20, 20, 60 minutos - T11 e T22 são temperatura medidas a uma distância horizontal x e C; é determinado usando: C; = C; · ( aT:)' · (1+ (.0:3.)' )-' assumindo não haver nenhuma correlação entre flutuações de temperatura de ar e pressão de vapor de água, T é a temperatura de ar (K) a= 0,789 10"3 K kpa"l a 670 nm, p pressão atmosférica (kPa); e j3 razão Bowen. A distância ótima x não é encontrada na literatura, mas, tipicamente, provavelmente é menor que 0,5 metro. Como a temperatura pode variar na vertical devido à diferença de tempera'tura entre a superficie de cobertura e o ar sobreposto, as medições de T11 e T12 devem ser feitas no plano horizontal, separadas uma distância conhecida. Se o sensor de velocidade do vento for integrado ao sistema de medição, a velocidade de fricção pode ser estimada a parte, usando um procedimento interativo, onde H= &ost pode ser estimado, usando MOST.

O método de determinar C; aproximadamente em tempo real provê outro uso das medições a partir de outros termopares de fio-fino. Também provê um método barato para determinar C; em tempo real.

Evaporação de Referência Se a umidade relativa e velocidade de vento forem medidas, então, a evaporação de referência de relva e evaporação de referência de planta alta (ETo) também podem ser calculadas on-line, em regime sub-horário, usando o método Penman Montheit. Os fatores de planta podem ser determinados usando K=LE,jE7,.

Os métodos acima de estimar evaporação quase em tempo real estão resumidos na Tabela 1 e fluxograma abaixo.

A presente invenção descrita provê um meio relatívamente barato de obter estimativas de evaporação em uma grande área, e, portanto, sendo muito interessante para validar sensoreamento remoto e outras estimativas de evaporação. 5 Por exemplo, a presente invenção pode prover um método de evaporação por satélite.

O sistema convenientemente tambérn ê uma estação de estimativa de evaporação e estabilidade atmosférica.

O método de análise de renovação de superfície para IO determinar a direçào do fluxo de calor sensível dispensa a necessidade de medições adicionais, tal corno medição de velocidade do vento e perfil de temperatura de ar, que são tomados para determinar a direção do fluxo.

O fluxo de calor sensível, junto com a correção de estabilidade usando assimetria e direção do fluxo, pode ser determinado de medíções de alta freqüência, usando um único termopar de fio-fino, quase em tempo real.

Se sensores de irradiância líquida e fluxo de calor de soIo forem disponíveis, entào, a evaporação então poderá ser calculada.

Estes resuítados são providos pela presente invenção.

A presente invenção reduz o tédio e a complexidade corrtputacional na estimativa de evaporação.

O sistema permite que as estimativas de evaporação sejam determinadas diretamente, quase em tempo real.

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Chave para Variáveis Selecionadas no Fluxograma

St = :: E(t -T)' ln

S'(')=m'_ ,,t,'T-T-i"

S'(r)= ' Ê(I-',-,Y m " J /-j+1

'""=*,E,'"_"-"' onde, mé o número de medições de alta freqüência no p=ríodo observado, tipicamente 20/30 minutos (i.e. freqüência de medição de 10 MHZ, m= 12000 amostras 5 medições de temperatura para um período mediado de 20 minutos) e j o número of atrasos qual r=i/j é o atraso de tempo (i.e. se o atraso é j=lentão .r = 1/(10 Hz) = 0.1 s). A soma sendo realízada eín j de i + j a m, e Ti a iésima amostra de temperatura de ar.

Claims

REIVINDICAÇÕES 1- Método para estimar evaporação, representativa de uma área em uma Localização particular, caracterizado

G K pelo fato de compreender as etapas de: 5 - receber a informação de temperatura a partir de 4 '4 s\ensores de temperatura em uma localização particular; - usar a informação de temperatura para determinar pelo menos a temperatura de ar média, desvio padrão da temperatura do ar, e assimetria da temperatura de ar 10 naquela particular localízação, substancialmente em regime sub-horário; receber informação de fluxo de calor do solo, que índica o fluxo de calor de solo naquela particular localização; 15 - receber inforrnação de irradiância líquida, que indi-ca a irradiânci-a líquida naquela particular Iocalização; - determinar substancialmente, erri regime sub-horário, o fíuxo de calor sensível naquela particular localização 20 usando pelo menos a temperatura de ar média determinada, desvio padrão e assimetria da temperatura do ar associado àquela particular localização; e determinar, substancialmente em regime sub-horárío, uma estimativa da evaporação naquela partícular 25 localização, usando o flLlxo de ca,1or sensível determinado, informação de fluxo de calor recebida, e informação de irradiância liquida recebida. 2- Método, de acordo com a reivíndicação 1 caracterizado pelo fato de estimar evaporação, 30 substancialmente em tempo real, próximo de tempo real, ou em regime sub-horário. 3- Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender receber ínformação de temperatura de ar, que indica assimetria da 35 temperatura de ar a partir de um dispositivo gravador de dados móvel ou portátil, que compreende função de momento estatístico para determínar assimetria da temperatura do ar substancialmente em tempo real. 4- Método, de acorda com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender determinar assimetria da temperatura de ar, substancialmente em 5 tempo real, a partir de informação de momento estatístico associada à informação de temperatura de ar recebida do gravador de dados. 5- Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender: - determinar função de estrutura da temperatura de ar C; substancialmente em tempo real;

usar a função estrutura determinada -de temperatura de ar Gpara determinar um parâmetro de estrutura de índice C:substancialmente em tempo real. 6- Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender:

- receber informação de diferença de temperatura de ar entre as temperaturas de ar medidas por primeiro e segundo sensores de temperatura de ar, respectivamente; e - usar a informação de diferença de temperatura de ar recebida e distância de sensor entre primeiro e segundo sensores de temperatura para determinar função de estrutura da temperatura de ar C;. 7- Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender determinar o fluxo de calor através de um método de variância de temperatura incluindo ajustar assimetria de temperatura de ar na subcarnada inercial. 8- Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o método variâncía-temperatura se basear na Teoria de Sim-ilaridade Monin-Obukhov. 9- Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender usar o parâmetro de estrutura pré-determinado de índice refrativo C; para determínar o desvio do fluxo de calor por meio de procedirnento interativo, usando MOS'I'. 10- Método, de acordo com a reivindicação I,

caracterizado pelo fato de compreender determinar o fluxo de calor sensivel, a partir da subcamada de rugosidade por meio de uma função estrutura de temperatura de ar para um atraso de tempo especificado pelo usuário. 5 11- Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender determinar funções da ordem dois, três, e cinco, respectivamente, e usando o's mesmos para determinar o desvio de calor sensível por meio de um método de renovação de superfície. 12- Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de determinar a estimativa de evaporação compreender subtrair o fl-uxo de calor sensível determinado e fluxo de calor de solo recebido da irradíância líquida. 13- Sis'tema para estimar evaporação, representativa de una área em uma particular localização, caracterizado pelo fato de compreender:

um módulo receptor de temperatura de ar para receber informação de temperatura de ar a partir de 'sensores de temperatura naquela particular localização;

- um processador operável para usar a informação de temperatura de ar recebida para determinar pelo menos temperatura de ar média, desvio padrão da temperatura do ar, e assímetria da temperatura do ar naquela particular l'ocalização, substancialmente em regime sub-horário;

- um módulo receptor de fluxo de calor de solo para receber a informação de flt-íxo de calor de solo, que i,ndica o fluxo de calor de solo naquela particular localização; - um módulo receptor cie irradiância líquida, arranjado para receber informação de irradiância líquida, Substancialmente em tempo real, que indica a irradiância líquida associada àquela particular localização; um rnódulo determinador de fluxo de calor sensível para determinar, substancialroente em tempo real, o fluxo de calor sensível associ'ado àquela particular localização usando pelo menos a temperatura de ar média determinada,

desvio padrão da temperatura do ar, e assimetria da temperatura do ar naquela particular localização, substancialmente em regime sub-horário; »

O - um módulo determinador de evaporação, arranjado para 5 determinar, substancialmente em tempo real, uma e.stimativa do nível de evaporação daquela particular Iocalização, usando pelo menos o fluxo de calor sensível determinado, informação de fluxo de calor de solo recebida, e informação de irradiância líquida recebida. 10 14- Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterízado pelo fato de o módulo receptor de temperatura de ar ser comunicativamente acoplado a um dispositivo gravador de dados móvel ou portátil, que é arranjado para aplicar uma função de momento estatístico 15 para determinar assimetria da temperatura de ar, substancialmente em tempo real. 15- Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o módulo determinador de fluxo de calor sensível ser arranjar para determinar o fluxo de 20 calor sensível por um método de variança de temperatura, incluíndo ajustar assimetria de temperatura de ar na subcamada inercial. 16 Sistema, de acordo com a reivíndicação 15, caracterizado pelo fato de o método de variança de 25 temperatura se basear na Teoria de Similaridade Monin- Obukhov. 17- Sisterna, de acordo com a reivindicação 13, Q caracterizado pelo fato de ser configurado para: q - determinar função estrutura de temperatura de ar C; b 30 substancialmente em tempo real; e » usar a função estrutura determinada C; para determinar um parâmetro de estrutura de indice refrativo C;, substancialmente em tempo real. 18- Sistema, de acordo com a reivindicação 17 35 caracterizado pelo fato de o sisteína ser adicionalmente configurado para: - receber informação de diferença de temperat-ura de ar r__ 5 entre temperaturas de ar medidas pelos primeiro e segundo sensores de temperatura, respectivamente; determinar ou receber de um sensor a distância entre © 4 os primeiro e segundo sensores de temperatura; e 5 - usar informação de diferença de temperatura recebida W ' e a distância de sensor deterrninada ou recebida para determinar a função estrutura de temperatura de ar C;. 19- Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o dispositivo gravador de 10 dados incluir um aparelho base selecionado do grupo consistindo de CR3000, CR5000, CR9000 da Campbell Scientifíc Inc. 20- Mídia legível por máquina, caracterizado pelo fato de incorporÊlndo instruções, que, quando executadas por 15 uma máquina, fazem a máquina: receber informação de temperatura a partir dos sensores de t-emperatura naquela particular localização; usar informação de temperatura de ar recebida para determinar temperatura de ar média, desvio padrão da 20 temperatura do ar, e assimetria da temperatura de ar associada àquela particular localização, substancialmente em regime sub-horário.

- receber informação de fluxo de calor de solo, que indica o fluxo de calor associado àquela particular 25 localização; - receber informação de irradiância l-íquida, que indica irradiância líquida associada àquela particular · & localização; - determinar, substancialmente, em regime sub-horário, " 30 o fluxo de calor sensível associado àquela particular

B localização usando pelo menos temperatura de ar média, desvio padrão da temperatura de ar, e assimetria da temperatura de ar, associada àquela particular localização, substancialmente em regime sub-horário; e 35 - determinar, substancialmente em regime sub-horário, estimativa do nível de evaporação daquela particular localização, usando pelo menos o fluxo de calor sensível determinado, informação de fluxo de calor de solo recebido, e informação de irradiância liquida recebida. 21- Mídia, de acordo com a reivíndicação 20,

P *, caracterizado pelo fato de conter instruções, que, quando 5 executadas por uma máquina, adicionalmente fazem a máquir)a: determinar a função estrutura C; substancialrnerite em tempo real; - usar a função estrutura determinada de temperatura 10 de ar C; para determinar o parâmetro de estrutura de índice refrativo C;, substancialmente em tempo real. 22- Mídia, de acordo com a reivindicação 21 caracterizado pelo fato de conter instruções, que, quando executadas por uma máquina fazem a máquina: 15 - receber informação de diferença de temperatura entre as temperaturas de ar medidas pelos primeiro e segundo sensores de temperatura de ar, respectívamente; determinar ou receber urna distância de sensor entre os primeiro e segundo sensores de temperatura; e 20 - usar a informação de diferença de temperatura de ar e a distância de sensor determinada ou recebida para determinar a função estrutura da temperatura de ar C;.

23 Midia, de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo fato de a mídia legível por máquina 25 ser configurada para leitura por um disposítivo gravador de dados. 24- Mídia, de acordo com a reivindicação 20, 4 caracterizado pelo fato de a mídia legivel por máquina compreender um código executável incorpora.do a um » 3'0 dispositivo gravador de dados.

V 25- Dispositivo gravador de dados, caracterizado pelo fato de incluir: = meios para receber informação de temperatura a partir de sensores de temperatura em uma par rolo-; 35 - meios para usar a informação de temperatura de ar recebida para determinar a temperatura de ar média, desvio padrão da temperatura de ar, e assimetria da temperatura do ar, associada àquela particular localização, substancialmente em regime sub-horário; - meios para receber informação de fluxo de calor de solo, que indica o fluxo de calor de solo, associado 5 àquela particular localização; - meios para receber informação de irradiância líquida, que indica a irradiância líquida, associada àquela particular localização; - meios para determinar, substancialmente em regime 10 sub-horário, o tluxo de calor sensível associado àquela particular localização usando pelo menos a temperatura de ar média determinada desvio padrão da temperatura de ar, e assimetria da temperatura de ar associada àquela particular localização; e 15 - meios para determinar, substancialmente errt regime sub-horário, estimativa do nível de evaporação daquela particular localização, usando pelo menos o fluxo de calor sensível determinado, informação de fluxo de calor de solo recebida, e informação de irradiância líquida 20 recebida. 26- Dispositivo, de acordo com a reivindicação 25, Caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender: meios para determinar a função estrutura de temperatura de ar C; substancialmente em tempo real. 25 - meios para usar a função estrutura determinada de temperatura de ar C:para determinar o parâmetro de estrutura do índice refrativo C;, substancialmente em 5 tempo real P% 27- Dispositivo, de acordo com a reivindicação 26, > 3'0 Caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender: V, - meios para receber informação de diferença de I{ temperatura de ar entre as temperaturas de ar medidas

L pelos primeiro e segundo sensores de temperatura de ar, íespectivamente; 3'5 - meios para determ nar ou receber distãncia de sensor entre primeiro e segundo sensores de temperatura; e - meios para usar a informação da diferença das r e temperaturas de ar recebida e distância de sensor determinada ou recebida para determinar a função estrutura da temperatura do ar C;.

r V 28- Dispositivo, de acordo com a reivindicação 25, 5 caracterizado pelo fato de o dispositivo ser configurado para aplicar uma instrução de momento estatístico adequado para determinar assimetria da temperatura do ar. 29- Dispositivo, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de o dispositivo ser configurado 10 para determinar assimetria a partir do momento de ordem três, temperatura de ar média e desvio padrão da temperatura do ar. 30- Dispositivo, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de m compreender um aparelho base 15 selecionado do grupo consistindo de CR3000, CR5000, CR9000 da Campbell Scientific Inc. 31- Conjunto de gravação de dados, caracterizado pelo fato de compreender: - dispositivo gravador de dados, como definido na . 20 reivindicação 25; um sensor de temperatura de ar, compreendendo: - um primeiro sensor de ternperatura de ar; e um segundo sensor de temperatura de ar espaçado uma pré-determinada distância do primeiro sensor de 25 temperatura de ar.

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F i 3/5 ! < f " 40 \ ( N'CIO) 42 Receber informação de temperatura de ar ,,J-- 44 Receber informação de fluxo de calor de SOIO j 46 Receber informação de irradiação líquida i48 Determinar fluxo de calor sensivel q

P Determinar evaporação |_ 50 substanciaímente em regime sub-horário

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FIM FlG.3

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R % 4/5 1\ ^, <" 3 INÍCIO 60 \ Receber informação de primeira temperatura de a , N 62 Receber info'm:ç?° ,0 64 de segunda tempera u a de a Informação de distância de 66 sensor pré-especificada ou especificada pelo próprio usuário 68 Determinar função estrutura de temperatura do ar ·.- I Determinar parâmetro 70 de estrutura de função Ô de ar substancialmente « em tempo real C) '¥

FIM

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