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Brasil Abaixo de Zero
kevin cassol

Estações Nova Santa Rita/RS

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CICLONE EXTRATROPICAL DE 15 DE ABRIL DE 2020

 

Se você já era um observador e entusiasta meteorológico em 2016, provavelmente deve se lembrar do grande ciclone extratropical de 13-14/set deste ano. No dia 15/abr/2020, teve uma formação de um ciclone muito semelhante ao de 2016 em termos de dinâmica de giro, advecção seca e fria, provocando uma situação muito similar nas condições do tempo em Nova Santa Rita, com ventania incessante por mais de 48 horas.

 

Abaixo estão as cartas sinóticas representando o instante do auge dos dois ciclones, no momento onde a baixa pressão atinge seu pico:

 

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É possível perceber que o ciclone de set/2016 é muito mais profundo que o de abril/2020, tanto em diâmetro quanto em pressão no centro. Mas ambos se desenvolveram exatamente no mesmo lugar, e tiveram sua banda de ar seco passando sobre o exato mesmo lugar, a RMPOA. As condições do tempo foram semelhantes nesses dois dias, ventos de igual intensidade, com rajadas entre 40 e 60 km/h o tempo inteiro, com pequenas oscilações.

 

Outra característica foi a limpidez do céu. Além de varrer completamente a poeira e o material particulado da atmosfera, o vento ainda dificultou resfriamento noturno por irradiação e, consequentemente, a UR não passou de 75% durante a madrugada inteira. Isso torna impossível formação de gotículas de vapor, que causam extinção da luz.

 

O mapa abaixo mostra o gradiente de vapor de água na atmosfera, quanto mais negativo a temperatura de reflexão, mais vapor.

Escala:

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13-14/set/2016:

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14-16/abr/2020:

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Nota-se que ao passar a área de secura extrema (raramente observado) sobre a RMPOA, as nuvens desapareceram, próximo das 12h30 do dia 15/abr. Associado ao vento, foi possivel observar o céu mais limpo e cristalino que pode-se ter aqui. Absolutamente azul em sua pureza real.

 

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Como o vento não permitiu irradiação, os dados de temperatura e umidade foram constantes advectivos, totalmente fora de microclimas. Baixadas tiveram temperaturas e umidades mínimas e máximas similares a topos para uma mesma altitude.

 

O ciclone de 2020 teve menos potencial de trazer ar frio sobre o RS que o de 2016, uma vez que sua baixa não passou dos 996 hPa, enquanto o outro teve até 976 hPa. As tardes não foram tão frias e, consequentemente, a sensação térmica também foi mais amena. Além disso, ambos ciclones não foram característicos de mínimas fortes após o seu afastamento e domínio da alta polar sobre o Estado.

 

Abaixo a temperatura Nova Santa Rita:

Em escuro: 14, 15 e 16/abr/2020

Em claro: 13, 14 e 15/set/2016

 

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2 horas atrás, Wallace Rezende disse:

Muito bom o resumo, como sempre.

 

Percebi que neste evento de março a máxima absoluta em NSR foi quase 2ºc menor que no Portão (no breve evento de calor em fevereiro também houve uma diferença apreciável), qual seria a causa destas máximas menos elevadas na baixada de NSR?  Água nas proximidades da estação, tipo de vegetação nos arredores do abrigo? 

 

Notei também que a diferença entre NSR e Portão aumentou nos horários mais quentes, e passou a ser praticamente nula entre o final da tarde e o início da noite.

 

Obrigado pelas considerações primeiramente.

 

Minha estação de CASA em NSR, tem acompanhado estas máximas da BAIXADA, e sim elas concordam entre si. Como ela sofre de aquecimento, tenho utilizado para minhas análises apenas a da BAIXADA.

 

Vou listar abaixo as máximas dos dias mencionados, incluindo estação de CASA, que aquece cerca de 2°C, dependendo da situação de insolação/nebulosidade e vento (há um post sobre esta questão aqui).

 

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As três estações em que tenho utilizado para análise de dados são 100% rurais e com um mesmo modelo de sensor de temperatura de alta qualidade. Perceba que minha estação de CASA se não houvesse aquecimento, confirmaria exatamente o mesmo valor da BAIXADA. O superaquecimento se deve a uma soma de vetores: 

- É a única que tem proximidade de edificações e interferências na ventilação natural;

- Abrigo permitindo que certa radiação refletida na grama reflita para cima, entrando pelas venezianas e esquentando a base;

- Sensor de temperatura do Datalogger dentro do corpo do aparelho, não ventilando corretamente.

 

Já o fato de Portão ter máximas absolutas mais altas, acredito que seja meramente geográfico. Tem muita área alagadiça em Nova Santa Rita, arrozais, e banhados às margens das BR's 386 e 448. É uma cidade predominantemente plana, sua cota de elevação máxima é de 80 m, e também é próxima do arquipélago do Delta do Jacuí (cerca de 10 km). Como Portão já fica em uma área 15 km mais à norte, onde tem algum relevo, acredito que tenha uma maior facilidade de aquecimento do ar nessa região, além de ficar mais próximo do pé da serra, onde os efeitos de aquecimento adiabático no inverno são muito mais destacados.

 

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ESCALADA DE TEMPERATURA RECORDE EM 60 MINUTOS

 

Secura extrema, estabilidade e estratificação térmica foram combinadas da maneira certa para ter a maior subida de temperatura em 60 minutos da estação de NSR/BAIXADA. A temperatura mínima foi de 11.42°C e rapidamente subiu, com céu aberto e bastante sol. A tarde, a temperatura máxima bateu 33.27°C.

 

Entre 7:35 e 8:35 da manhã do dia 25 de abril, a temperatura subiu de 12.49°C para 21.47°C (+8.98°C). Este foi o maior incremento na temperatura em 60 minutos já observado na estação, para qualquer momento e qualquer dia, em 2 anos e meio.

 

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As demais estações não tiveram o mesmo aquecimento rápido, por que à noite, não teve resfriamento intenso em Portão, como em Nova Santa Rita. Não teve estabilidade, e as temperaturas noturnas foram caóticas. Abaixo, as temperaturas simultâneas:

NSR/BAIXADA

PORTÃO/TOPO

PORTÃO/VALE

 

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Portão teve outras oportunidades de emplacar grandes elevações em 60 minutos, como em 24/dez/2019, na estação do VALE, que teve uma estabilidade excelente, e a temperatura subiu rapidamente. Neste dia, as condições do tempo foram similares ao dia em questão em NSR: ensolarado com muita secura e noite gelada. Foi possível subir +7.32°C das 6:31 às 7:31 da manhã.

 

Abaixo o gráfico deste dia:

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No TOPO, é mais difícil ter resfriamento noturno, uma vez que não existe acumulação de ar frio de madrugada. Mas, alguns temporais de verão podem fazer a temperatura despencar muito rápido, e o que aconteceu em 6/jan/2020 foi uma abertura de sol imediatamente depois de uma CB acertar em cheio a estação. A temperatura estava altíssima e logo voltou a subir gravemente após a chuva, por inércia térmica.

 

A temperatura atingiu 37.55°C, despencou pra 24.85°C, e então subiu de novo para 33.24°C, nesse instante, o incremento das 14:40 às 15:40 foi de +6.54°C, conforme o gráfico abaixo:

 

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INSTALAÇÃO DA LA CROSSE ONLINE NA ESTAÇÃO DE NOVA SANTA RITA/BAIXADA

 

Sensor de Temperatura e Umidade vendido pelo mestre @Fernando Keiser no início de abril, da estação de Jardim Bandeira, em São Joaquim, agora está em Nova Santa Rita online!

 

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O sensor está instalado conforme Normas padronizadas de medição meteorológica, abrigado dentro do mesmo abrigo do atual datalogger, a uma altura de 1,50 m do solo gramado.

 

Devido à enorme distância do modem, o console teve que ficar fora de casa, na metade do caminho entre o wifi e o abrigo. A distância do console é de cerca de 70 metros do roteador e o sensor está no abrigo a 135 metros do receptor, totalizando 205 metros de distância, o que faz da La Crosse, na minha opinião, um excelente transmissor de sinal. Praticamente no limite da distância, por incrível que pareça não tem ocorrido perdas de sinal/comunicação entre console e sensor, idem para o wifi.

 

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O console teve que ficar erguido em um mastro de 4 metros de altura para poder ter visada com o abrigo, que está no fundo da baixada. Para poder manter protegido das condições do tempo, foi colocado dentro de uma bolsa impermeável para proteger da chuva, e dentro de uma simples caixa de madeira para proteger da incidência direta de luz solar e superaquecimento. Foi utilizado uma extensão emendada em diversos pedaços, totalizando cerca de 80 metros de cabos, e fixada na cerca de arame farpado, que separa o gado do sítio.

 

Visada do console até o abrigo, onde está o sensor (135 m):

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Situação do console erguido e protegido:

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Extensão para trazer energia elétrica do orquidário até o console:

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Orquidário onde está a tomada que alimenta o console:

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A internet costuma cair às vezes, e eventualmente até ficar fora por alguns dias. Nesse caso deixo em casa monitorando até a manutenção da internet realizar o reparo. 

 

Link direto para consulta de dados:

https://www.wunderground.com/dashboard/pws/INOVAS2

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INTERFERÊNCIA DE SOLO ÚMIDO VERSUS SOLO SECO NA UMIDADE RELATIVA DO AR

 

Quando temos solo umedecido, seja por banhados ou por chuvas recentes, há liberação de vapor d'água para a atmosfera (evaporação), e com insolação de verão, o solo quente faz essa evaporação ser ainda mais intensa. Esse fluxo de ar úmido, de Ponto de Orvalho mais elevado, na ausência de vento, é totalmente vertical. Porém, ao ventar, é trazido ar seco natural da atmosfera, livre de vapor. Com isso, a turbulência faz este fluxo de ar úmido se misturar com o ar seco original. Isso é um processo bastante rápido, com microvariações que duram segundos, e requer um datalogger de disparo rápido para perceber esta rápida oscilação. 

 

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Durante a tarde, quando pára o vento por um instante, a Umidade Relativa e o Ponto de Orvalho começam a subir, mas logo são varridos quando o ar seco sopra, diminuindo a concentração de vapor acumulado sobre o sensor de UR.

 

Observação com solo úmido

 

Exemplo de variações de vapor captado pelo sensor da estação de NSR/BAIXADA podem ser vistos no dia 06/nov/2019. Este foi o primeiro dia seco e ensolarado, após mais de 150 mm de chuvas na semana. O terreno ao fundo estava bastante alagadiço, observe que o campo encontrava-se bastante verde:

 

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Abaixo, o gráfico de Temperatura e Ponto de Orvalho, junto com a Umidade Relativa deste dia:

 

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Perceba que a vibração no gráfico acontece SOMENTE no período onde há turbulência atmosférica causada pelo aquecimento diurno. Ao entardecer, essa turbulência cessa, o ar estabiliza, e então ocorre o acúmulo de ar frio nas baixadas.

 

O período de interesse para a análise é quando há as vibrações, portanto, foi extraído o trecho entre as 12:00 e 13:00 do dia 06/nov/2019. O intervalo entre registros é de 10 segundos por leitura, portanto, o número de leituras em 1 hora é de 360 (amostra). Tem-se o seguinte desvio padrão da amostra de dados de Umidade Relativa registrados pelo datalogger:

 

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Observação com solo seco

 

Os últimos dias de abril/2020 foram de extrema estiagem e banhados secaram completamente, inclusive algumas áreas alagadas. É o caso da estação de NSR/BAIXADA, que experimentou dias com solo totalmente seco com "morte" da vegetação rasteira neste verão e outono, como mostra a imagem abaixo, em 07/maio/2020.

 

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Com o gravíssimo volume baixo de chuvas (30 mm em 60 dias), os açudes de Nova Santa Rita reduziram o nível em mais de 1 metro, ou seja, o nível do lençol freático estava muito abaixo do nível do solo. Na imagem abaixo, um açude/barragem em Nova Santa Rita, próximo ao centro,  com nível abaixo do normal, em 21/abr/2020:

 

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Quando se tem uma considerável profundidade de subsolo seco, mesmo com sol, a emissão de vapores para a atmosfera é mínima e, contudo, predomina a parcela seca do ar. As vibrações minimizam drasticamente, como pôde ser claramente observado no dia 27/mar/2020. A última chuva considerável tinha sido no dia 25/fev/2020, com acumulados insignificantes durante o mês inteiro. No auge da estiagem, o solo estava muito seco. Abaixo o gráfico da Temperatura e Umidade deste dia 27/mar/2020.

 

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Não existe vibração, pois não existe emissão de vapores com o aquecimento do solo, então, tem-se um valor mais preciso da Umidade Relativa real da atmosfera. Por consequência, mesmo efeito reflete no Ponto de Orvalho. Em praticamente todos os dias durante este período de falta de chuvas, a UR e o PO tiveram este comportamento de baixa vibração.

 

Considerando o mesmo período entre 12:00 e 13:00 deste dia, o desvio padrão da mesma amostra de dados é bem menor:

 

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Esta questão é fundamental na instalação de estações em baixadas, com foco em mínimas absolutas. O vapor que levanta durante a madrugada pode interferir e travar a queda da temperatura. O melhor local é o ponto mais a jusante em que se tem solo seco.

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É isso o que acontece quando se vai fazer fotos e vídeos do lado da estação, em noite de mínima absoluta sem vento.

 

Azul: Realidade, caso eu não estivesse lá.

Vermelho: Interferência de alguns minutos ao lado do abrigo.

 

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Noite de 03/jul.

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Caraca, esse termômetro é sensível a ponto de sentir a Oscilação na temperatura devido ao seu corpo? 

 

Não conheço muito esses hardwares, isso é normal? 😮

Edited by Samihr Hermes

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7 horas atrás, Samihr Hermes disse:

Caraca, esse termômetro é sensível a ponto de sentir a Oscilação na temperatura devido ao seu corpo? 

 

Não conheço muito esses hardwares, isso é normal? 😮

 

Sim, é da marca HOBO modelo UX 100-011.

https://www.onsetcomp.com/products/data-loggers/ux100-011a/

 

É caro (125 dólares), porém dados são perfeitos e calibrados. Precisão de centésimo de °C e % (temperatura e umidade relativa) com resposta instantânea em tempo real, e com isso se consegue P.O. e demais parâmetros. Há modelos mais simplificados e mais baratos da mesma linha.

 

Ele está fixado dentro de uma lata, protegido de respingos de chuva intensa, uma vez que não é resistente à água. e a mesma lata também ajuda a absorver as interferências de perda de calor interna por irradiação e ganho de calor de insolação. Os sensores de T/UR são externos, e isso faz com que a ventilação seja preservada, o que é importante para os dados serem reais e livres de interferências. 

 

Neste abrigo (Estação de NSR/Baixada) tem também a La Crosse junto, reportando no Wunderground (link no rodapé). A precisão dos dados, ou seja, a diferença entre os dois sensores é dentro do mesmo décimo de grau, na casa do centésimo (±0.1°C).

 

Pra quem gosta de micrometeorologia e análise de microclimas em estações próximas é excelente. Por enquanto conto com este registrador de T/UR, para meu banco de dados. O fabricante também tem mais aparelhagens, como anemômetros, pluviômetros, e outros acessórios e sensores, com o mesmo padrão de qualidade e precisão. Recomendo muito.

 

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ANÁLISE DETALHADA DA MASSA DE AR POLAR DE 15 JUL 2020 (MÍNIMA ABSOLUTA)

 

A massa de ar polar que trouxe a mínima de 2020 para Nova Santa Rita e Portão foi de característica muito seca, bloqueada em Santa Catarina, e com relativamente pouco frio em altitude. Porém, trouxe estabilidade total na noite da mínima e ar extremamente seco em altura fez as mínimas despencarem nas baixadas.

 

Abaixo, temos os mapas com a caracterização da massa polar, e evolução da entrada de ar seco e frio, com seus respectivos valores de temperatura e umidade.

 

Pressão reduzida ao nível do mar:

A pressão máxima desta alta polar, segundo modelo ECMWF, foi de 1029 hPa, um valor relativamente baixo. Altas com máximas acima de 1030 hPa são bem comuns, ainda mais se tratando de eventos de mínima do ano. Foi uma alta pequena em tamanho/abrangência, mas que passou perfeitamente no centro do Estado do RS, pegando parte de SC. 

 

Foi impulsionada por um ciclone (972 hPa) bem afastado do continente, o que fez com que o vento advectivo fosse significativamente fraco na véspera da mínima.

 

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Temperatura em 850 hPa:

Essa MP teve um suporte fraco no nível de 850 hPa (1500 m), com valores positivos sobre a região de Porto Alegre. A isoterma de 0°C ficou restrita apenas ao sul gaúcho.

 

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Temperatura em 925 hPa:

Esse nível atmosférico é importante para ver o potencial de frio nas regiões abaixo dos 700m de altitude. Na região de Porto Alegre (nível do mar) os valores em 850 e 925 hPa foram praticamente os mesmos. Perceba que é muito mais significativa a parcela de frio raso que em altura nesta MP. Isso implica que mesmo topos na baixitude terão frio forte, porém topos em altitude não. Apenas valores de UR muito baixos na madrugada na região da Serra Gaúcha e Catarinense.

 

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Vapor de água precipitável:

Este mapa é importantíssimo para se estimar o potencial de resfriamento noturno por irradiação. Uma vez qu ao carregar um suporte com menos vapor de água dissolvido, o lugar mais seco tem menor calor específico, e com isso, a temperatura diminui mais, para uma dada energia perdida por irradiação. 

 

A área mais seca se concentrou muito bem nos estados do RS e Serra Catarinense. Favorecendo que as baixadas resfriassem bem, aliadas à estabilidade da mp, dada a posição da Alta Polar, que coincidiu e se alinhou com a zona de secura máxima.

 

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Temperatura em superfície:

A isoterma de 0°C atinge todo estado do RS e parte de SC, trazendo geada generalizada, incluindo até mesmo Porto Alegre e adjacências do Guaíba, o que é bastante difícil, devido a dificuldade de se ter ar seco e estabilidade próximo ao lago.

 

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Umidade Relativa em superfície:

Esse é o grande responsável pelas diferenças microclimáticas causadas pelo relevo. Topos com UR baixíssimas aliado à temperatura baixa nos Campos de Cima da Serra trouxeram valores de Ponto de Orvalho bizarros. Valores abaixo de -20°C e até -30°C são absurdos até mesmo em montanhas.

 

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A exemplo disso, o que foi observado na estação do INMET de São Joaquim foi surreal: a estação simplesmente não conseguiu calcular o Ponto de Orvalho. Perceba que a temperatura sequer baixou de 3°C.

 

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Ponto de Orvalho em superfície:

Na região de Porto Alegre e vales, o ponto de orvalho se manteve baixo durante a totalidade dos dias 14 e 15/jul, oscilando entre 0°C e 2°C.

 

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Este foi o grande aliado das baixadas. Nestes pontos, a temperatura não impediu de cair, mesmo com pouco suporte de frio em altura. A estratificação térmica aliada à estabilidade foi forte o suficiente para se registrar -10.0°C na estação da Vista Alegre, em Bom Jardim da Serra. Este foi o primeiro registro válido de -10°C na Região Sul do Brasil, desde 02/ago/1991.

 

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Imagem do Satélite na noite de 14/jul:

A área onde predominava secura (vide mapa de vapor d'água precipitável) não teve ocorrência de nevoeiros. A divisão observada da zona é bem definida no litoral de SC, e o início da área úmida coincide com o previsto pelos modelos. A região de Florianópolis foi limítrofe, e o litoral norte de SC já teve interferência da zona de umidade, ficando de fora do auge da MP.

 

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Condições do tempo observadas em Nova Santa Rita:

No período de 13 a 15/jul não foi observado nenhuma nuvem no céu. Atmosfera livre de vapor dágua. Durante a tarde dos três dias, foi observado vento fraco de quadrante oeste, que cessou completamente no início da noite de 14/jul.

 

13/jul - 17:02 - W

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14/jul - 07:38 - NW

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14/jul - 12:49 - W

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14/jul - 18:14 - W

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15/jul - 07:59 - W

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15/jul - 17:37 - W

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Dados observados nas estações de Nova Santa Rita e Portão:

Após uma sequência de dois dias chuvosos e saturados de umidade, a queda repentina no ponto de orvalho foi bastante aliviadora e confortável na tarde do dia 13/jul. A partir daí, a entrada de ar seco foi ficando cada vez mais intensa, com vento incrivelmente baixo, dada a distância do ciclone do continente.

 

Estação de Nova Santa Rita/Baixada:

dados.png.efce6e58bae078754fd45602c4f47d97.png

 

1091017818_nsrbaixada.thumb.png.0d2edcf57f634679d49a340252ebae79.png

 

Estação de Portão/Topo:

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1549347966_GRAFICOTOPO.thumb.png.51ac2465e217f878200e416b3ef6adc0.png

 

Estação de Portão/Vale:

810434142_portaomp.png.7c0019b4cc591756b052b88903fa80a1.png

 

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Temperatura simultânea nas 3 estações:

Nova Santa Rita/Baixada

Portão/Topo

Portão/Vale 

 

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Registro de geada em Nova Santa Rita:

Como previsto, geada cobriu os campos de Nova Santa Rita. Topos baixos e baixadas tiveram forte geada (orvalho sublimado), com intensa cristalização de gelo.

 

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A saturação do vapor (UR = 100%) na relva começou a ocorrer próximo das 21h com temperatura ainda positiva, e poucas horas depois, já começava a sublimar. A cristalização foi intensa, pois teve mais de 10 horas ininterruptas de formação cristalina. Foi uma combinação perfeita de saturação com temperatura negativa em relva.

 

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Em 07/jul/2019, apesar da temperatura mínima ter sido mais baixa, a cristalização teve pouco tempo de formação, cerca de 2 horas (das 5h ao amanhecer), pois no início da madrugada ainda tinha um certo vento que impedia a sublimação ocorrer. Com isso os cristais foram menores e os campos não ficaram tão esbranquiçados.

 

Pode-se notar que em topos altos, a geada não se formou. O escoamento do ar frio do topo para as baixadas implicou em UR < 100% na relva do topo, e consequentemente, em 2 metros. Isto fez com que em nenhum momento a saturação fosse atingida, para que então a sublimação ocorresse.

 

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Era possível observar geada à sombra em topos baixos, mesmo perto das 09:00.

 

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Edited by kevin cassol
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Em 08/07/2020 em 11:47, Samihr Hermes disse:

Caraca, esse termômetro é sensível a ponto de sentir a Oscilação na temperatura devido ao seu corpo? 

 

Não conheço muito esses hardwares, isso é normal? 😮

Pela temperatura estar baixa, acredito ser normal ele registrar essa variação. Na verdade, acredito que alguns termistores até de baixo custo conseguem captar essa variação mesmo sem encostar neles.

Se me permitirem, posso tentar mostrar alguma coisa a respeito com um Arduino.

Edited by Elieder

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1 hour ago, Elieder said:

Pela temperatura estar baixa, acredito ser normal ele registrar essa variação. Na verdade, acredito que alguns termistores até de baixo custo conseguem captar essa variação mesmo sem encostar neles.

Se me permitirem, posso tentar mostrar alguma coisa a respeito com um Arduino.

 

Não sei se esse seria o tópico adequado (talvez você possa criar um) , mas adoraria ver sua demonstração. Acho que esses projetos com arduino são muito legais e também tem baixo custo. Afinal nem todos conseguem pagar por estações dessas mais profissionais. 

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ANÁLISE DA MENOR MÁXIMA REGISTRADA EM 16 JUL 2020

 

Ao final da MP que trouxe a mínima absoluta de jul/2020, a chegada de ar mais aquecido em altura, fez ar frio ficar aprisionado em baixos níveis da atmosfera, em especial em zonas de vales e próximo das bordas da serra.

 

Em Nova Santa Rita, a madrugada foi de céu aberto, mas logo ao amanhecer, a linha de nebulosidade entrou e trancou o ar gelado em superfície. A ausência de radiação e aumento da espessura de nuvens foi favorável para que a temperatura não subisse ao longo do dia. Tudo isso em meio a uma grande inversão térmica nas camadas atmosféricas.

 

Foto: Nova Santa Rita/Quinta São José às 14:00 com chuva e 10.2°C

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Comportamento da atmosfera na região:

- Madrugada/regiões de baixa altitude (até 200 m): 

Forte ar frio residual da MP sob resfriamento radiativo, ou seja, havia frio de baixada e condensação, porém em processo de enfraquecimento devido à invasão de ar quente em altura. Nestes locais, as mínimas foram próximas da meia noite. A temperatura subiu até a chegada da instabilidade na tarde e no fim do dia, quando foram registradas as máximas.

 

- Madrugada/regiões de altitude média (200 a 700 m):

Advecção de ar quente e seco atuando com mais intensidade, ou seja, sem perda de calor radiativo e distante da condensação. Com a chegada das instabilidades, a temperatura caiu, e na tarde as temperaturas se mantiveram similares à baixitude. Nesta faixa de altitude, máximas puderam ser registradas no período da manhã, sob efeito do ar quente, logo antes da instabilidade chegar.

 

Ocorrência dos extremos:

- Baixitude (até 200 m):

Mínimas ocorreram no início da madrugada em baixadas e madrugada/manhã em topos, por perda de calor radiativo e acúmulo de ar frio nos vales. Máximas ocorreram ora a tarde, ora no final da noite, dependentes do ar quente após passagem da instabilidade da frente quente. 

Ex: grande maioria das estações da RMPOA.

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- Altitude média (200 a 700m):

As máximas e as mínimas ocorreram em horário variável/híbrido, podendo ser de manhã ou à tarde, pois em determinada altura havia equilíbrio entre o resfriamento radiativo e o ar quente em altitude. Este equilíbrio estaria em torno dos 400 metros. Abaixo disso, o frio radiativo era mais relevante, mínimas poderiam acontecer na madrugada. Acima disso, com advecção quente, a mínima era mais provável de ocorrer à tarde, no momento da instabilidade. O inverso é válido para as máximas.

Ex: Campo Bom/Quatro Colônias (296 m).

HIBRIDO.png.8e347137fb1df234193e1325df566a95.png

 

- Altitude (acima de 700 m):

Máximas correram durante a madrugada, pois o ar quente e seco que soprava na madrugada manteve alta a temperatura na madrugada, entre 9°C e 12°C. Já as mínimas, obrigatoriamente a tarde, sob efeito da instabilidade. À noite, a temperatura voltou a subir para o patamar dos 8°C aos 10°C

Ex: Morro Reuter/Mato Comprido (720 m) e São Francisco de Paula/Sítio Água da Rainha (925 m).

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Foco do ar frio:

Durante a tarde chuvosa, horário em que se registrava a incomum temperatura, as temperaturas se mantiveram similares nas estações próximas, sendo apenas o efeito puro da altitude para haver distinção da temperatura em estações próximas. Foi perceptível que o ar frio diurno se concentrou com mais força próximo da encosta da serra. Na região de Porto Alegre e Guaíba, a massa de ar foi levemente menos fria e a temperatura ficou acima dos 10°C o dia todo.

 

De acordo com as estações confiáveis da região, foi possível ver com clareza a posição do foco do ar gelado em superfície. Abaixo, as temperaturas registradas às 15:00 (HBR) de 16/jul/2020 nas seguintes estações:

6.6°C - Morro Reuter/Mato Comprido - 720m

6.9°C - Campo Bom/Quatro Colônias - 296m

7.7°C - Portão/Topo - 158m

8.5°C - Taquara/Observatório Jung - 45m

8.6°C - Campo Bom/INMET - 25m

8.8°C - Portão/Vale - 50m

8.8°C - Três Coroas/Itamar - 82m

9.3°C - São Leopoldo/Cristo Rei - 33m

9.5°C - Nova Santa Rita/Quinta São José - 26m

10.5°C - Canoas/Base Aérea - 8m

11.1°C - Porto Alegre/INMET - 47m

11.4°C - Porto Alegre/Aeroporto Salgado Filho - 3m

11.7°C - Barra do Ribeiro/Mate Doce - 6m

 

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Para que as temperaturas máximas fossem baixas na totalidade da duração do dia, foi preciso que houvesse um equilíbrio entre 3 fatores determinantes:

- Frio residual da MP ainda sobre as regiões de baixa altitude;

- Altitude suficiente para manter a temperatura baixa durante a instabilidade (topos), de modo que não sofresse com a advecção quente da madrugada;

- Localização mais próxima possível do foco do ar frio (região de Novo Hamburgo/Campo Bom).

 

Esta linha de equilíbrio deu-se nos topos entre 100 e 250 metros de altitude, na qual a estação de Portão/Topo está situada. Esta teve a máxima (24h) mais baixa de todas as estações.

 

As temperaturas máximas registradas no período das 0:00 às 23:59 nas mesmas estações foram as seguintes:

8.6°C - Portão/Topo - 158m

9.3°C - Portão/Vale - 50m

9.4°C -Campo Bom/INMET - 25m (UTC)

9.5°C - Taquara/Observatório Jung - 45m

9.6°C - Campo Bom/Quatro Colônias - 296m

9.9°C - São Leopoldo/Cristo Rei - 33m

10.6°C - Nova Santa Rita/Quinta São José - 26m

11.0°C - Três Coroas/Itamar - 82m

11.8°C - Porto Alegre/INMET - 47m (UTC)

12.2°C - Porto Alegre/Aeroporto Salgado Filho - 3m (UTC)

12.5°C - Barra do Ribeiro/Mate Doce - 6m

13.7°C - Morro Reuter/Mato Comprido - 720m

 

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Dados registrados em Nova Santa Rita e Portão:

Como todas as estações de baixitude, não houve instante onde a UR se mostrasse baixa. Condição de saturação ocorreu em todos os instantes do dia.

 

Abaixo os dados de temperatura e umidade para as 3 estações de monitoramento:

Nova Santa Rita - Quinta São José (Baixada)

NSR.thumb.png.c0b18c892e39baea3aa1593edb227941.png

 

Portão - Topo

TOPO.thumb.png.e1f3a7b55fcff3b057b46573f51d47f3.png

 

Portão - Vale

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Temperaturas simultâneas:

Nova Santa Rita/Baixada

Portão/Topo

Portão/Vale 

 

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Estes valores de máxima do dia foram recordes absolutos de menor máxima das 3 estações para qualquer mês. Certamente a máxima mais baixa desde a MP de 17/jul/2017, onde teve máxima de 9.1°C em Casa. Esta estação, desta vez, teve máxima de 11.0°C.

 

Os recordes anteriores a este, se deram na advecção polar de 05/jul/2020 nas 3 estações. Este dia foi um dia ensolarado, muito ventoso, com chegada de instabilidade ao final do dia, que causou queda de neve fraca sem acúmulo nas serras gaúchas e catarinense.

10.62°C (anterior: 11.06°C) - Nova Santa Rita/Quinta São José/Baixada

8.62°C (anterior: 10.45°C) - Portão/Topo

9.34°C (anterior: 11.93°C) - Portão/Vale

 

A temperatura diurna das 2 estações de Portão foi ainda menor, visto que suas máximas foram registradas à noite, após a passagem da instabilidade:

8.15°C (11:15) - Topo

9.09°C (12:28) - Vale

Edited by kevin cassol
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bom dia

 

ótima análise, @kevin cassol

 

Me corrija caso eu esteja enganado, mas esse dia, 16/07, tem muitas similaridades com a quarta-feira dessa última semana (dia 12/08), em termos da dinâmica da atmosfera, ou nem tanto?

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6 horas atrás, Eclipse disse:

bom dia

 

ótima análise, @kevin cassol

 

Me corrija caso eu esteja enganado, mas esse dia, 16/07, tem muitas similaridades com a quarta-feira dessa última semana (dia 12/08), em termos da dinâmica da atmosfera, ou nem tanto?

 

Diferentes.

 

No dia 12/ago tivemos virada de calor pré frontal através da passagem de uma frente fria que trouxe muito ar frio raso junto com a instabilidade. Esta não chegou avançar o suficiente para limpar o tempo.

 

Já no dia 16/jul estávamos sob forte MP com muito ar frio sobre os vales. A passagem de uma frente quente trancou este ar muito frio e, combinado com a instabilidade, manteve este frio o dia todo até perder força no dia seguinte (17/jul).

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31 minutos atrás, kevin cassol disse:

 

Diferentes.

 

No dia 12/ago tivemos virada de calor pré frontal através da passagem de uma frente fria que trouxe muito ar frio raso junto com a instabilidade. Esta não chegou avançar o suficiente para limpar o tempo.

 

Já no dia 16/jul estávamos sob forte MP com muito ar frio sobre os vales. A passagem de uma frente quente trancou este ar muito frio e, combinado com a instabilidade, manteve este frio o dia todo até perder força no dia seguinte (17/jul).

 

 

 

Obrigado! Eu tinha ficado nessa dúvida, porque eu só tinha visto os perfis de temperatura no dia.

Deu para entender melhor agora os distintos cenários dos dois dias.

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ENCERRAMENTO DOS REGISTROS DA ESTAÇÃO DE CASA E TESTE DE ILHA DE CALOR

 

Nesta semana, decidi dar um novo rumo à minha estação de casa, no município de NOVA SANTA RITA/RS, após 4 verões e 5 invernos de operação ininterrupta (1630 dias), localizada nas coordenadas -29.86407,-51.26062 na altitude de 42 m. O motivo do desligamento é o aperfeiçoamento do monitoramento, pois será feita a troca de lugar do abrigo e dos sensores.

 

Imagem 01: Estação de casa (15/mar/2020)

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O novo local do abrigo será um topo em Nova Santa Rita (ainda a definir), e também incluirá a aquisição de um novo sensor com datalogger de melhor precisão e qualidade, igual os outros 3 sensores das demais estações (HOBO UX 100-011A), assim sendo uma nova estação no município.

 

O antigo registrador de dióxido de carbono irá para a estação da Quinta São José/Baixada, para auxiliar no monitoramento de acúmulo de gases pesados, na qual o acúmulo de ar frio das mínimas absolutas se enquadra, vide análise abaixo.

 

 

Outro motivo é a consulta dos dados online em tempo real da Quinta São José/Baixada, que está a apenas 633 metros de casa em linha reta e dispensa o monitoramento in loco, uma vez que os dados são correspondentes.

https://www.wunderground.com/dashboard/pws/INOVAS2

 

E ainda, o local onde foi coletada esta série de dados, não é o ideal. A inclusão de casas e pavimentação nos arredores do ambiente, causando interferência na ventilação e formação de ilhas de calor, faz com que os dados não tenham tanta qualidade quanto às demais estações, provocando máximas artificialmente maiores que naturalmente teriam.

 

Imagem 02: Localização da estação no Loteamento Recanto da Quinta, em Nova Santa Rita/RS, indicada pelo círculo vermelho (18/mai/2020):

1111.thumb.jpg.dacb29e4446b47cf93303e6597009043.jpg

 

Imagem 03: Situação de relevo de onde ficou a estação operando no período, indicada no ponto vermelho.

TOPOG.png.b3f6f0ee05e79f01292e66af7f0a66b8.png

 

Início dos registros: 11/mar/2016

Término dos registros: 27/ago/2020

 

NORMAL.thumb.png.a4f35e7c48cf6e83a98e8f3698dbb17a.png

 

Alterações e ajustes pertinentes no monitoramento ao longo do período que tiveram interferência nos dados obtidos:

01/mai/2019 - Afastamento da estação da casa de 2,80m para 8,30m. Resultado: mínimas até 1.0°C mais baixas.

15/ago/2019 - Remoção de uma chapa interna que cobria o datalogger. Resultado: agravou-se os extremos, e dados ficaram excessivamente amplitudinosos.

09/jun/2020 - Substituição da base de chapa metálica do abrigo por tábua de madeira. Resultado: máximas superaquecidas foram corrigidas.

 

Ainda assim, foi comprovado que o Loteamento onde fica a estação de Casa tem efeito de ilha de calor das edificações da volta.

O teste é simples, foi feito apenas colocando o abrigo lado a lado com a estação da Quinta São José/Baixada e aferindo possível desvio de temperatura. Com um sensor em cada abrigo, em um dia ensolarado e quente, foi aferida temperatura máxima mais alta em Casa quando o sol incide sobre o oeste/noroeste. Porém, ao colocar os abrigos lado a lado, tiveram temperaturas idênticas em todos os instantes, com boa ventilação e sem interferência.

 

Imagem 04: Localização dos dois pontos testados:

QUINTA.thumb.jpg.2433de2ebf760f930238752c45500893.jpg

 

Imagem 05: Quinta São José com os dois abrigos sendo testados em 29/ago/2020

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Nos dois experimentos foi utilizado o sensor da LaCrosse no abrigo de Casa, e sensor Hobo no abrigo da Quinta São José.

 

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O teste foi importante para comprovar além da existência da ilha de calor nas proximidades das casas do loteamento. Foi possível comprovar também que ambos abrigos se encontram em perfeitas condições de operação, mesmo após 4 anos e meio de uso.

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INTERFERÊNCIA DE SUPERAQUECIMENTO POR PROXIMIDADE DE ÁRVORES/MATA EM FUNDO DE BAIXADA

 

A massa polar do período de 19 a 25/set teve as condições meteorológicas ideais para se verificar, em um importante teste, os efeitos de uma grande adversidade nas principais estações particulares E INCLUSIVE OFICIAIS: o superaquecimento causado pela presença de árvores, muitas vezes invisível para alguns instrumentos mais simples, e também aos olhos de alguns teimosos.

 

O objetivo do teste é simples, e tem duas finalidades:

- Verificar o potencial de mínima absoluta no extremo fundo da baixada.

- Verificar a interferência nas máximas em ambiente próximo de mata ciliar de córregos no fundo de vale/baixadas.

 

Para isso foi colocada a segunda estação (em vermelho) a 66 metros mais adiante no campo, à uma distância de 17 metros da borda de uma área de mata fechada, na qual tem cerca de 150 metros de diâmetro na encosta, com um desnível de cerca de 1 metro da estação atual da Quinta São José (em azul), que está no seu local definitivo.

 

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As condições do tempo foram de advecção polar no dia 19/set, auge da MP em 20 e 21/set com mínima absoluta flopada (não estabilizou), e infiltração de ar quente em altitude com frio raso residual estável nos dias finais. As condições do tempo foram de dias razoavelmente ventosos de leste, com céu praticamente limpo e sem nuvens, sendo as três últimas tardes com cirrus, e bastante insolação de modo geral. As umidades relativas mínimas no período da tarde ficaram entre 40 e 50%. 

 

As duas estações ficaram por 6 dias registrando as temperaturas instantâneas em um intervalo programado de 60 segundos entre leituras. Os dados registrados foram os seguintes:

 

tabela.png.6ccdfef27411181d6e98f1f365895ace.png

 

Abaixo, o gráfico mostra as leituras instantâneas e o comportamento das duas estações ao longo destes 6 dias:

 

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Mínimas

Fica claro que as mínimas são mais agressivas pelo fato de estar mais no fundo do vale que a estação definitiva. Ali, o acúmulo de ar frio é mais forte e sua diferença média na madrugada costuma ser CONSTANTE, em cerca de -0.5°C (±0.1°C), não mais que isso. A madrugada de 23/set (mais estável do período) mostra com clareza que a estação do fundo mantém A MESMA diferença de temperatura durante a madrugada inteira. Uma diferença de -0.6°C indica ser um limitador no potencial de acúmulo de ar frio daquele ponto na mínima absoluta de uma MP estável (exemplo 15/jul/2020), ou seja, ESTE SERÁ O POTENCIAL MÁXIMO, não existe milagre.

 

As mínimas não necessariamente devem ser 0.5°C mais baixas, pois esta é uma diferença média que ocorre ao longo da madrugada, não tendo que ocorrer especificamente no instante da mínima no amanhecer. A temperatura mínima dessa massa polar ocorreu no dia 21/set, e sua diferença entre as estações foi de 0.43°C (4.19°C e 4.62°C). 

 

Máximas

Por outro lado, as máximas durante o dia mostram claro superaquecimento devido ao bloqueio da ventilação causado pelas árvores. Esse padrão de interferência é observado em TODOS OS DIAS, com ou sem vento, e inclusive quando o céu está nublado. Nos dias ensolarados e sem vento, situação em que o superaquecimento é mais grave, a temperatura pode desviar em até +0.9°C (±0.3°C) relativo à estação melhor ventilada.

 

Diferença

As diferenças simultâneas entre as duas estações está ilustrada no gráfico abaixo:

 

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Perceba que a temperatura cai muito rápido ao entardecer. Assim que o sol se aproxima do poente, o fundo da baixada não recebe mais incidência de sol, e o acúmulo de ar frio começa alguns minutos antes da estação mais acima. A maior diferença entre as duas é registrada neste momento, em que a estação do fundo imediatamente pára de receber luz solar. A maior diferença instantânea observada foi de 1.6°C (18.2°C e 16.6°C) às 17:35 de 21/set.

 

Padrão Observado

Ao fazer a média instantânea dos 6 dias da amostra de dados coletados, foi possível perceber o seguinte padrão de superaquecimento:

 

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Outro detalhe que é possível perceber: quando se tem obstáculos a OESTE da estação, o superaquecimento se dá, em média, ANTES do meio-dia solar. Quando foi feito o teste de interferência e superaquecimento da estação de casa, os obstáculos (casas) estavam a LESTE e SUL da estação, logo, o superaquecimento observado ocorria DEPOIS do meio-dia solar.

 

Nesse caso, cria-se uma própria ilha de calor em torno da mata, que afeta diretamente os dados da estação. Mínimas são mais acentuadas pelo efeito do maior acúmulo de ar frio do fundo do vale, e máximas proporcionalmente agravadas de acordo com a absorção de calor do sol ao longo do dia, com o seu pico exatamente ao meio-dia solar.

 

Observação:

A estação do fundo estava a 2,00 m de altura, enquanto que a atual se encontra a 1,50 m. Isso agrava ainda mais o estudo, pois se ambas estivessem a 1,50m, os desvios dos extremos seriam potencializados mais ainda. No dia que instalei tive uma certa dificuldade de fazer o furo no solo para cravar o ferro de suporte, devido ao solo muito mole, por isso ficou mais alta.

 

Lembrando que o teste anterior comprova que os abrigos e os instrumentos utilizados neste teste encontram-se perfeitamente calibrados.

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EXCELENTE!
FICOU BEM CLARO O QUÃO IMPORTANTE É A VENTILAÇÃO NO ABRIGO PARA UMA MEDIÇÃO CORRETA DA TEMPERATURA DO AR👍

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Post extremamente explicativo para a interferência das árvores em uma estação. Por esse motivo enchemos tanto o saco com o padrão OMM nas estações. 

 

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CALIBRAGEM DE TERMOHIGRÔMETRO ATRAVÉS DE EQUAÇÃO MATEMÁTICA

 

O datalogger HOBO modelo UX 100-011 antigo que ficava na estação da Quinta São José desde o início dos registros em out/2017 começou a ter desvio grave de Umidade Relativa, não atingindo valores acima de 80%, e foi enviado para manutenção, na qual retornou em final de agosto. Lá foi feita limpeza na placa, através de um processo chamado banho químico e troca do sensor de UR. Porém mesmo após feito isso, foi observado que o datalogger ainda apresentava um pequeno desvio na UR e na temperatura devido à corrosão residual na placa. Este desvio final, então, pode ser corrigido através de equações matemáticas.

 

Primeiramente, para saber qual era o valor do erro, e também verificar se este erro era linear para todas URs, foi colocado o datalogger com desvio dentro do mesmo suporte e do mesmo abrigo que o datalogger calibrado, junto ainda da La Crosse, durante alguns dias, registrando simultaneamente dados de temperatura e umidade relativa.

 

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As condições do tempo foram as seguintes: iniciou-se o dia 14 após um longo período de chuvas e atmosfera totalmente saturada (UR=100%) na madrugada quando repentinamente o umidade dá lugar à secura, com a entrada de advecção polar (vento minuano). No dia seguinte (15) a mínima absoluta é registrada com céu limpo e estabilidade total do vento. Na tarde, tem entrada de ar quente e à noite retorna a ocorrência de nevoeiro, garoa, e novamente situação de umidade em saturação (UR=100%). Esta condição de saturação se mantém até o final do dia 16/set.

 

Os dados abaixo mostram o desenvolvimento da T e UR dos 3 sensores ao longo dos dias 14 a 16/set em intervalo de 1 minuto (La Crosse = 5 min). Os dados de UR estão representados como média móvel de 10 leituras para suavizar vibrações do gráfico no período da tarde e melhor exibição.

La Crosse

HOBO calibrado

HOBO com desvio

 

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Referência adotada

Temperatura

Fica claro que os dados de temperatura enviados para o Wunderground pela La Crosse concordam com os dados do HOBO calibrado. Logo, os dois sensores podem ser considerados como temperatura de referência. Mais adiante neste post, será feita a análise dos dados de temperatura, e com isso, é esperado que os dados corrigidos do HOBO com desvio sejam idênticos aos outros dois.

 

Umidade Relativa

A umidade relativa da La Crosse tem dificuldade de acompanhar e atingir os extremos que os sensores HOBO conseguem, portanto, esta será desconsiderada (sim, é possível corrigir também!). Apenas os dados de temperatura da La Crosse serão considerados, sendo assim, a UR de referência considerada será a do HOBO calibrado.

 

CORREÇÃO DA UMIDADE RELATIVA

 

Dados observados

Zona de saturação (90 a 100%)

Em todas situações de saturação em que a sua UR deveria ter atingido 100%, a UR máxima informada pelo sensor HOBO calibrado foi de 94.7%. Este extremo será analisado à parte, ou seja, quando o sensor informar 95%, este será considerado o equivalente a uma situação real de UR=100% observada, uma vez que ele está há mais de 1 mês mostrando máximas de 94 a 95% com nevoeiro, chuviscos, aguaceiros, etc.

 

Nessa zona de umidade, a referência será o valor máximo exibido por cada datalogger, relativo ao valor de 100% em uma condição real absoluta de saturação, como nevoeiros e longas chuvas.

 

Valores máximos registrados nos sensores em condição extrema de saturação:

Real - UR máx = 100.0%

HOBO calibrado - UR máx = 94.7% (adotado 95%)

HOBO com desvio - UR máx = 96.2% (adotado 97%)

 

Fazendo as diferenças (y) entre HOBO calibrado e HOBO com desvio é obtido o gráfico abaixo, em preto. Porém dá pra perceber que, se o datalogger HOBO calibrado saturasse em 100% ao invés de 95%, o gráfico observado seria o vermelho. O erro nunca poderá ser maior que -2.5% (±0.5%), pois o máximo erro possível que poderá ocorrer na saturação absoluta (UR máx = 97%) é quando a UR real for de 100%. Ou seja, y = 97% - 100% = -3% (DADO).

 

Entre 80 e 90%, o erro muda de sentido e passa a ser negativo, acertando em algum ponto (y=0). Então, será considerado que para valores entre 80 e 90% o erro é próximo de zero (DADO), para fazer a integração dos erros reais das duas zonas de umidade.

 

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Zona de normalidade (50 a 90%)

Para valores de UR de até 90% o sensor do HOBO calibrado mostra perfeito funcionamento, e com isso, continua sendo a melhor referência. Os valores de UR do HOBO com desvio mostram pouco desvio nessa faixa de umidade. Porém esse erro não é linear, e se agrava quando os valores de UR vão secando mais, principalmente para valores abaixo dos 50%. Esse desvio cresce à medida que seca mais.

 

Zona seca (abaixo de 50%)

Os dados coletados mostram que a UR do sensor HOBO com desvio marca acima do real em todos os valores de UR. Como não houve naturalmente uma situação de extrema secura na atmosfera, o teste foi feito em laboratório. Dados da calibragem feita em ambiente controlado mostram que quando se estabiliza em UR em 20% e 37%, o sensor exibe, respectivamente, 28.7% e 41.9% (média das leituras), ou seja, neste valor, o seu respectivo erro é de 8.7% e 4.9% (DADO).

 

Não foi possível coletar mais pontos nessa zona pois 20% era o mínimo que a câmara do laboratório conseguia atingir (alguém do Centro Oeste poderia me ajudar nisso!).

 

Análise dos erros na UR

Para cada um dos 100 valores percentuais de Umidade Relativa do sensor HOBO com desvio, tem-se um valor de erro (y) diferente. Para corrigir cada um destes erros, deve ser adicionado no valor da UR algum valor que cancele o maior número de erros possíveis.

 

Ao plotar um gráfico de dispersão X e Y com os valores de "erros versus UR" invertidos (sinal trocado), para todos os pontos registrados no período testado (14 a 16/set), tem-se um agrupamento de pontos em azul, onde é possível estimar uma linha de tendência em vermelho, obtida através de uma média móvel bidimensional (centro de gravidade) dos pontos. Com ela, será possível elaborar uma equação genérica para corrigir qualquer valor de UR. Note como há bastante vibração do sensor em ambiente seco durante o dia (turbulência).

 

ERROS.thumb.png.78277a6e978e0beaaef2ed7e8442e2d6.png

 

Lembrando que estes são os erros calculados através da diferença entre as séries de dados hobo.png.e1143affd53b2922d1c4dafcfed34c33.png e essa curva média será considerada no intervalo representado (DADO).

 

Ao inserir ainda no gráfico as informações coletadas pertinentes às zonas seca e de saturação (dados), temos os seguintes dados para a elaboração da curva de erros para todo o intervalo de URs:

 

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Adicionando estes dados, temos a seguinte estimativa de erro a buscar, representado pelos dados coletados, em vermelho. O objetivo agora é criar um sistema de equações que acerte, na medida do possível, TODOS os pontos do gráfico abaixo, idealizado pela linha verde.

 

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Cálculo da equação:

A elaboração de uma equação que represente a linha verde é a parte mais difícil, pois requer conhecimento de PROPRIEDADE de função matemática, como curvas exponenciais, logarítmicas, quadráticas, etc. Este é um recurso que o Excel dispõe de maneira simples, porém não é possível concatenar duas ou mais linhas de tendência para uma representação mais fiel de comportamento de uma função específica.

 

Por isso, a melhor maneira de se obter a curva exata foi unindo 3 segmentos de parábola de 2° grau.

 

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Cada segmento tem diferentes coeficientes pois as concavidades e declividades mudam. Os pontos chaves escolhidos para segmentar a linha foram:

1 - Zona seca até 55%, pois esta tem um comportamento mais linear, logo, o coeficiente de concavidade (a) deverá ser menor.

2 - Zona intermediária entre 55% e 73%, onde a concavidade se intensifica no início, até atinge um ponto de inflexão, invertendo o sentido da concavidade.

3 - Zona úmida, onde a concavidade é positiva acima de 73% e valores próximos da saturação tem tendência de linearização.

 

Após algumas iterações utilizando o recurso "Atingir meta" manualmente no Excel, foi ajustado os seguintes coeficientes:

 

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Fórmula no Excel para determinar o erro de UR:

=SE(x>73;0.0082*x^2-1.252*x+46.8;SE(x<55;-0.00225*x^2+0.447*x-19.68;-0.0061*x^2+0.837*x-29.48))

Onde x é a célula com o valor da UR com desvio a ser corrigida.

 

Para converter diretamente a UR com desvio para a UR corrigida, basta adicionar a parcela da UR inicial ao erro:

=x+SE(x>73;0.0082*x^2-1.252*x+46.8;SE(x<55;-0.00225*x^2+0.447*x-19.68;-0.0061*x^2+0.837*x-29.48))

 

Pronto, a ferramenta de conversão está pronta, sendo este um OFFSET DO BEM não-linear.

 

Abaixo o gráfico plotado das 3 parábolas, sobrepostas aos dados informados pelos testes. Note que o ponto final de uma parábola é o ponto inicial da próxima, para não haver descontinuidade.

 

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Aplicação nos dados brutos

Executando esta função de correção de erros na amostra de dados registrados nos dias 14 a 16/set, temos o seguinte:

 

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Em azul, os dados do HOBO calibrado, cujos extremos máximos de umidade não passam de 95%. Em vermelho, os dados brutos do HOBO com desvio. Em verde, os dados do HOBO com desvio corrigidos apresentando as condições reais de umidade na saturação, e acertando perfeitamente nas zonas secas e intermediárias.

 

CORREÇÃO DA TEMPERATURA

 

Análise dos erros observados

Os dados de temperatura são mais simples de se fazer correção, uma vez que é perceptível o erro apenas em situação de saturação. As temperaturas se mantém exatas em todas as faixas de UR abaixo de cerca de 85%.

 

O mesmo gráfico de dispersão X e Y para os erros de temperatura com a sua respectiva média móvel bidimensional pode ser obtido e verificado onde ocorrem os desvios, assim como o seu comportamento matemático.

 

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Desvios extremos de -0.9°C foram observados nestes três dias de dados, logo, será considerado um estado limite último de y = -1.2°C para uma possível UR calculada em 100%.

 

Cálculo da equação

Nesse caso a curva apresenta comportamento exponencial, e para ser determinada a sua equação da linha de tendência é utilizado o método dos mínimos quadrados. Esta é uma técnica de otimização matemática que procura encontrar o melhor ajuste para um conjunto de dados tentando minimizar a soma dos quadrados das diferenças entre o valor estimado e os dados observados. O Excel dispõe deste recurso embutido nas configurações de gráfico de dispersão. Mas como o software dispõe de coeficientes limitados, é explicado aqui como são determinados.

 

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A equação se resume em coeficientes "a" e "b" definidos por um sistema de duas equações lineares:

 

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Sendo:

n = número de pontos da amostra de dados

x = valores de UR com desvio corrigida

Y = valores do desvio da temperatura

 

A solução deste sistema de equações nos dá os coeficientes da equação exponencial que representa a linha de tendência para esta amostra de dados. Fazendo também ajustes manuais e adicionando incrementos para que faça uma passagem forçada pelo ponto (100;-1.2) dado anteriormente como estado limite último de desvio extremo, é definida a seguinte equação de correção:

 

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Onde:

x = valor de UR corrigida.

y = valor do desvio de temperatura.

 

Fórmula no Excel para determinar o erro de temperatura:

=-1.28E-06*EXP(0.137*x)-x/7000

Onde x é a célula com o valor da UR corrigida.

 

Abaixo, a curva exponencial representada pela equação em verde, sobreposta aos dados em azul e média dos pontos em vermelho.

 

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Aplicação nos dados brutos

Na amostra de dados de temperatura para os 3 dias do teste, temos o seguinte:

La Crosse

HOBO calibrado

HOBO com desvio

HOBO com desvio corrigido

 

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Verificação de eficiência da equação

Para verificação da precisão da equação nos dados de temperatura, foi feita 2 verificações (Referencial: La Crosse).

- Média e extremos de temperaturas de cada uma das 24 horas;

- Soma dos quadrados das diferenças.

 

Abaixo, todas as diferenças registradas entre os dados corrigidos e a La Crosse (referencial) em média móvel para 10 leituras:

 

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Em todas as condições adversas, mínima extrema, secura e saturação, o desvio máximo absoluto ficou em 0.33°C, o que é muito bom.

 

Abaixo os valores extremos e média de temperatura para cada sensor:

 

minimas.png.b3ca7aa36416b6dbf585ac84dcf8f09f.png

 

maximas.png.c32fb3169376ee9bbc0e156d8478614d.png

 

medias.png.3ee5ae367e9488b3638f5ad835531ee9.png

 

E para concluir, o valor da soma dos quadrados das diferenças (resíduos), que é o melhor parâmetro para explicar a precisão da equação de linha de tendência, dado um referencial confiável.

 

RESIDUOS.png.b5e1b41a7bb083185ecd9fc52a334384.png

 

Fica claro que em dias estáveis com secura (15/set) e também menor número de horas em situação de saturação incorrem em menor desvio, e consequentemente, maior acerto dos sensores de um modo geral. 

 

Como baixadas têm como característica principal o acúmulo de ar frio e, consequentemente a saturação forçada do ar em 2 metros, existe ali uma tendência a danificar os sensores com mais rapidez que nos topos.

 

O sensor HOBO da estação de TOPO, em Portão/RS, está há 2 anos em perfeito funcionamento, sem desvio algum, e ainda com o sensor de UR eventualmente atingindo 100% quando ocorre, pois lá o sensor passa um menor número de horas em condições de saturação, que danificam os componentes eletrônicos. Logo, sua vida útil e resistência a corrosão são maiores.

 

Considerações

- Está convencionado o ponto (.) como separador decimal.

- Os valores de UR de entrada nas equações são na forma inteira, e não centesimal. Ou seja, 95% = 95.

 

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Pra variar um excelente trabalho @kevin cassol

 

Só estranhei essa calibração de UR pra 100%, acho que não ficou adequada pra situação, não funcionou muito bem com os dados experimentais do gráfico. Tem certeza que a UR era mesmo 100%?

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3 horas atrás, Felipe Backendorf disse:

Pra variar um excelente trabalho @kevin cassol

 

Só estranhei essa calibração de UR pra 100%, acho que não ficou adequada pra situação, não funcionou muito bem com os dados experimentais do gráfico. Tem certeza que a UR era mesmo 100%?

 

Primeiramente obrigado pelas considerações.

 

O sensor calibrado nos dois primeiros meses atingia quase que diariamente valores entre 96 e 99%, assim como nos antigos registros da Quinta São José (baixada) lá em 2018. O local tem como característica fácil condensação e raros os dias em que a UR máxima era inferior a 90%. Quando acontecia, era somente em noites sob efeito de ventanias e ainda dependia do timing pra fechar as 24h.

 

O que vem sido observado de agosto pra cá (cerca de 60 dias) é que ele nao atingiu mais +96% desde então, o que confirna limitação do sensor, uma vez que a saturação ocorre quase que diariamente ali. Então, adotei como referencial situações reais de saturação observadas in loco. O período do teste ainda me favoreceu testar a saturacão sob aguaceiros e resfriamento, que são as duas principais maneiras de se atingir 100%.

 

Logo mais anexo aqui alguns dados que tenho para ilustrar.

Edited by kevin cassol
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INSTALAÇÃO DE NOVA ESTAÇÃO EM NOVA SANTA RITA LOCALIZADA EM TOPO

 

Na manhã do dia 19/out/2020, foi instalada a mais nova estação de monitoramento climático, com foco em temperatura e umidade do ar de alta precisão, com finalidade de ampliação da rede e estudos microclimáticos.

 

O sistema é o mesmo das demais: datalogger modelo HOBO UX 100-011 protegido por abrigo de venezianas, informando dados de TEMPERATURA e UMIDADE RELATIVA a cada 1 minuto, ininterruptamente. A estação está localizada em um topo de 82 m de altitude, a uma distância de 7.84 km a norte da estação de Nova Santa Rita/Quinta São José (baixada), e 9.11 km a sul de Portão (topo).

 

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A estação está localizada em um campo aberto, livre de obstáculos para ideal ventilação e qualidade nos dados.

 

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Mínimas observadas tendem a ser um pouco mais baixas que Portão/Topo, em noites de vento quente de NW, e máximas tendem a ser intermediárias entre Nova Santa Rita e Portão, devido ao efeito de proximidade da planicie do Delta do Jacuí ao sul, versus relevo mais acidentado ao norte.

 

O abrigo utilizado é o mesmo abrigo que estava em casa, que foi desativado.

 

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TROCA DE LUGAR NA ESTAÇÃO DE PORTÃO/VALE PARA O EXTREMO FUNDO DA BAIXADA

 

Após cerca de 1 ano e meio, resolvi me mobilizar para finalmente colocar a estação que ficava na encosta no extremo fundo do vale, ponto onde as mínimas tem seu potencial absoluto. Mas o objetivo não é só este, mas sim observar o absoluto potencial microclimático em paralelo com a estação de topo, que fica a cerca de 2 km dali.

 

Post de instalação no antigo local, em 11/mai/2019:

http://www.abaixodezero.com/index.php?/topic/6652-estações-nova-santa-ritars/&amp;do=findComment&amp;comment=434551

 

Vídeo de reconhecimento do local:

 

Para isto, me informei com o proprietário do antigo local, e então descobri que o dono da fazenda ao lado é o mesmo da estação de topo, logo, foi fácil conseguir contato. Porém, tive que fazer novo acordo pois a direção da empresa responsável pela fazenda não é mais a mesma de quando instalei no topo, em 2018. No dia 09/dez/2020, ao marcar horário com ele, apontei onde seria o novo local (fingindo não ter estação ainda) e a instalação foi autorizada.

 

Geografia do local:

O mapa abaixo apresenta as curvas de nível com o relevo de todo o entorno do local, que na minha opinião, é o mais meteorológico da região no eixo NSR/Portão. Os pontos representam as seguintes estações:

 

Portão/Topo 158 m

Portão/Baixada 42 m - novo local

Portão/Vale 50 m - desativada

 

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O novo local da estação está a uma distância de 570 metros do antigo local, e suas mínimas absolutas agravadas em até 1.5°C em noites de estabilização absoluta, sendo boa parte das mínimas em noites estáveis até mais baixas que a estação de Nova Santa Rita/Quinta São José, até então a que mais acumulava ar frio até o momento.

 

O campo continua em padrão de excelência em qualidade de dados, respeitando todos os critérios de distanciamento de obstáculos que possam causar interferências, e também dos antigos açudes, que agora não existem mais.

 

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A estação de Portão/Topo que estava a uma distância de 2.17 km agora está a 2.31 km, pequena diferença de distância. Mas para chegar até lá, o acesso se dá pelo mesmo local, pela entrada particular e através do campo da propriedade vizinha. A distância da estrada, percorrida dentro da propriedade que antes era de 1.06 km agora é de 1.83 km, uma baita caminhada.

 

Instalação:

Foi realizada na tarde do dia 09/dez/2020. Abrigo é de fácil montagem e transporte, fiz toda operação sozinho utilizando um carrinho de mão. O sensor de temperatura está a uma altura de 1.50 m, padrão utilizado em todas minhas 4 estações de Nova Santa Rita e Portão. O objetivo da padronização é eliminar quaisquer discrepâncias causadas por efeito de posicionamento de equipamento, e com isso, poder aferir as diferenças microclimáticas em sua máxima precisão e pureza.

 

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Da torre de telefonia do topo é possível avistar a estação da baixada bem distante, como um pequeno ponto branco, a mais de 2 km de distância, vide imagem acima, onde é possível ver a torre. Obviamente a estação de topo também pode ser vista do mesmo local, logo, de um mesmo ponto, é possível avistar as duas estações.

 

Dados:

O local agora é bastante promissor em mínimas absolutas e máximas também! Pois fundos de vale tendem a ser mais quentes pelo efeito de confinamento. As temperaturas são notavelmente mais extremas que o antigo local.

 

Antes da troca - 10 a 30/nov:

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Depois da troca - 10 a 30/dez :

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Foi bastante forte a diferença, e a amostra de dias para esta breve análise foi considerável, pois ambos meses foram essencialmente secos, com muita insolação e poucos dias de instabilidade. Percebe-se que em noites de estabilização onde há ar quente em altitude, a diferença é brutal. Nas máximas também nota-se agravamento devido ao local mais baixo e distante dos açudes.

 

O acúmulo de ar frio em mínima absoluta sob efeito de massa polar também é bastante considerável, porém, ainda não houve uma boa situação de estabilidade dos ventos até o momento para esta situação em específico. Porém, olhando o gráfico dos dias 01 e 02/jan/2021, nota-se que agora o trono é de Portão.

 

Abaixo as temperaturas registradas ao longo destes 2 dias:

Nova Santa Rita - Baixada

Portão - Baixada

Portão - Topo

 

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Neste gráfico acima, é possivel perceber que Nova Santa Rita só teve vantagem porque ventou em Portão na hora H, e seu acúmulo de ar frio foi pro espaço. Mas a tendência de resfriamento é muito maior que NSR, e pode ser comprovada no início das quedas.

 

A ausência de dias estáveis também é uma questão de tempo. Na onda de frio de 15/jul/2020 (0.1°C), houve estabilização perfeita em Portão, ao contrário de 07/jul/2019 (0.6°C), que ventou e a mínima foi praticamente igual a do Topo. Uma pena não estar no novo local desde a época.

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Aqui vai uma indicação de um bom e barato datalogger para quem quer monitorar temperatura em seus abrigos, baixadas, topos, internas, experimentos, etc. Esta empresa é brasileira e se localiza em Canoas/RS. Para nós tupiniquins que temos que nos prostituir pra comprar aparelhos em dólares além do frete, é uma opção com excelente custo/benefício.

 

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Este datalogger é o mais econômico, marca só a temperatura, sem UR, e para testes é excelente. Custa 150 reais, é alimentado a pilha moeda (CR2032), resistente à respingos, mede de -30 a +70°C e possui memória de 32 mil leituras, que significa:

3,7 dias com intervalo de 10 segundos

22 dias com intervalo de 1 minuto

 

Realizei uns testes no meu abrigo com sensor calibrado e verifiquei que os dados são realmente bons. Ao longo das 42 horas testadas, teve condição de sol, pouco vento e noites de céu limpo e estabilização.

Vermelho - Datalogger

Azul - Referencial confiável (La Crosse)

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Diferenças instantâneas

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Diferença média de 0.255°C abaixo do referencial calibrado, o que facilmente pode ser ajustado, pois o erro mostra-se linear.

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A loja conta com vendas pelo mercado livre, e possui também vários outros modelos (mais caros obviamente) de diversas variedades de dados. Pagar valores acima de 50 reais pra todos os dias ter que anotar manualmente dados, se preocupar com falhas ao viajar ou dormir fora de casa, e não ter dados horários. Nunca mais!

 

https://loja.elitechbrasil.com.br/rc-5-datalogger-de-temperatura-30-a-70c-32000-leituras-conexao-usb-direta.html

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