Evaluation nocturnal surface fluxes of the scalares using boundary layer budget method

We report on three campaigns to measure the structure of the nocturnal boundary layer in cleared and forested areas near Santarém, PA, in 2001 and 2003. The aim was to describe the temporal evolution of wind and thermodynamic profiles in the stable surface layer and to use the accumulation of scalars, such as CO2 in the layer as a way to infer surface fluxes. This was deemed necessary because the frequent very calm conditions limited the validity of eddy covariance flux CO2 measurements at these sites at night. In 2001, tethered balloon observations were made at a pasture site. In 2003, this study was repeated, with a special balloon sonde deployed to measure CO2, temperature, humidity, and pressure. During the convective period just after sunrise, both the eddy covariance and accumulation flux estimation methods are valid and were compared. At night the key is to determine the thickness of the atmospheric layer to which nocturnal respiratory CO2 accumulates. In the forest at night the CO2 accumulation layer was basically constant and had a height of 32 m. The mean CO2 night flux (Fc) was estimated as 0.09(±0.02) mgCO2/m2s. The average CO2 accumulation rate was constant into de forest, decreased linearly with height form canopy height to 100-140 m high. These results are in agreement with the average profiles measured from forest flux towers. Over plowed field we found a larger CO2 accumulation layer at 60-80 m, reaching more then 100 m on some nights. The mean CO2 night flux was estimated Fc=0.20(±0.2) mgCO2/m2s. We found two shape of CO2 accumulation rate near the ground. Two nights the accumulation rate was basically constant with height, other four nights it decreased linearly with height, from the surface to 30-50 m high. The level what the accumulation rate is zero vary from 80 m to 135 m high.Três campanhas de medidas da estrutura da camada limite noturna em área limpa e de floresta próximo de Santarém, PA, realizadas em 2001 e 2003 são apresentadas neste trabalho. O objetivo principal foi descrever a evolução temporal dos perfis de vento e termodinâmicos na camada limite estável para usar o método de acúmulo de escalares, como o CO2, nesta camada, como meio de estimar os fluxos superficiais. Isso se torna necessário porque freqüentemente condições de ventos calmos sobre estes sítios ocorrem durante o período noturno limitando a confiança das estimativas do fluxo de CO2 realizadas pelo método de covariância de vórtices turbulentos. Em 2001, usando balão cativo as observações foram realizadas no sítio de pastagem. Em 2003, estas observações foram repetidas com uma sonda especialmente desenvolvida para medir a concentração de CO2, temperatura, umidade e pressão do ar. Durante os primeiros estágios da convecção, logo após o nascer do sol, ambos métodos de covariância de vórtices e acumulação são validos e foram comparados. Durante a noite o principal é determinar a profundidade da camada atmosférica dentro da qual o CO2 acumula. Na floresta, à noite a camada de acumulação de CO2 basicamente foi constante e a altura foi de 32 m. O fluxo médio de CO2 à noite (Fc) foi estimado igual a 0.09(±0.03) mgCO2/m2s. Na média a taxa de acumulação de CO2 se manteve constante dentro da floresta, decrescendo até aproximadamente zero até níveis que variaram desde 100 m até 140 m. Estes resultados estão de acordo com as observações das torres de fluxo na região de estudo dos dados de longo termo do perfil do gás. Sobre o sítio com o solo arado a camada de acumulação de CO2 à noite em média varia entre 60-80 m, atingindo mais de 100 m em algumas noites. O fluxo noturno médio de CO2 foi estimado em Fc=0.20(±0.2) mgCO2/m2s. A variação vertical da taxa de acumulação apresentou dois padrões distintos próximo a superfície. Duas noites a variação vertical da taxa de acumulação foi aproximadamente constante, em outras quatro noites decresceu rapidamente com a altura, desde a superfície até 30-50 metros de altura. O nível a partir do qual a taxa de acumulação é nula variou desde 80 m a 135 m