EVAPOTRANSPIRAÇÃO

LCE 306 Meteorologia AgrcolaProf. Paulo Cesar Sentelhas Prof. Luiz Roberto Angelocci

Aula # 8

Evapotranspirao Definies e Conceitos

ESALQ/USP 2009

LCE 360 - Meteorologia Agrcola

Sentelhas/Angelocci

A importncia da ET no ciclo hidrolgico

A evapotranspirao a forma pela qual a gua da superfcie terrestre passa para a atmosfera no estado de vapor, tendo papel importantssimo no Ciclo Hidrolgico em termos globais. Esse processo envolve a evaporao da gua de superfcies de gua livre (rios, lagos, represas, oceano, etc), dos solos e da vegetao mida (que foi interceptada durante uma chuva) e a transpirao dos vegetais.


Sentelhas/Angelocci

Prec.

ET

Micro-bacia Hidrogrfica

Q

Em uma escala intermediria, a ET assume papel fundamental no balano hdrico de micro-bacias hidrogrficas, juntamente com a precipitao. O balano entre a gua que entra na microbacia pela chuva e que sai por ET, ir resultar na vazo (Q) do sistema de drenagem.

Em uma escala local, no caso de uma cultura, a ET da cultura se restringe aos processos de evaporao da gua do solo e da vegetao mida e de transpirao das plantas. O balano entre a gua que entra na cultura pela chuva e a que sai por ET, ir resultar na variao do armazenamento de gua no solo, que por sua vez condicionar o crescimento, o desenvolvimento e o rendimento da cultura.

Prec.

ET


Sentelhas/Angelocci

A importncia da ET na agriculturaToda gua gua Doce do todogua Doce Superfcie

Superfcie

do todoGeleiras Lagos Lagos salinos Atmosfera

Oceanos

Umidade do solo

Subterrnea

Aquferos

Rios e crregos

De toda gua doce superficial do mundo (0,643% do total de gua no globo), apenas 51,8% (0,333% do total) est disponvel para ser usada. Da gua doce que realmente utilizada, 70% o na prtica da irrigao. Portanto, racionalizar o uso da gua na agricultura, por meio da correta determinao da ET da cultura imprescindvel.


Sentelhas/Angelocci

Definio de evaporao, transpirao e evapotranspirao


Sentelhas/Angelocci

Definio de EvaporaoA evaporao um processo fsico de mudana de fase, passando do estado lquido para o estado gasoso. A evaporao de gua na atmosfera ocorre de oceanos, lagos, rios, do solo e da vegetao mida (evaporao do orvalho ou da gua interceptada das chuvas) Evaporao da gua das superfcies de gua livre, vegetao mida ou do solo

Para que ocorra evaporao da gua h a necessidade de energia. Essa energia chamada de calor latente de vaporizao (E), que em mdia corresponde a:

E = 2,45 MJ/kg (a 20oC)


Sentelhas/Angelocci

Definio de TranspiraoA transpirao um processo biofsico pelo qual a gua que passou pela planta, fazendo parte de seu metabolismo, transferida para a atmosfera preferencialmente pelos estmatos, obedecendo uma srie de resistncias desde o solo, passando pelos vasos condutores (xilema), mesfilo, estmatos e finalmente indo para a atmosfera.

Transpirao Teoria da CoesoEvaporaoO abaixamento do potencial hdrico da atmosfera (ar) promove a evaporao das paredes celulares. Isso promove a reduo do potencial hdrico nas paredes celulares e no citoplasma

ar = - 100 a - 1000 atm

Coeso (no xilema)A coluna de gua no xilema mantida por coeso das molculas de gua nos vasos. Bolhas de ar bloqueia o movimento

folhas = - 5 a - 40 atm

Absoro de gua (do solo)O menor potencial hdrico das razes provoca a entrada de gua. A rea de absoro depende da quantidade de radculas. A gua se move atravs da endoderme por osmose

raz = - 1 a - 10 atm solo = - 0,1 a - 2 atm


Sentelhas/Angelocci

Definio de EvapotranspiraoComo praticamente impossvel se distinguir o vapor dgua proveniente da evaporao da gua no solo e da transpirao das plantas, a evapotranspirao definida como sendo o processo simultneo de transferncia de gua para a atmosfera por evaporao da gua do solo e da vegetao mida e por transpirao das plantas.


Sentelhas/Angelocci

Fatores Determinantes da Evaporao e da Evapotranspirao

Fatores Meteorolgicos/Climticos Saldo de radiao (Rn) Temperatura do ar (Tar) Umidade do ar (UR ou e) Velocidade do vento (U)


Sentelhas/Angelocci

Fatores Dependentes do Sistema Evaporantea) Superfcie de gua livre - Pureza da gua - Extenso e Profundidade - Tipo (formato e material) - Exposio radiao solar e ao ventoEvaporao (mm/h)

b) Solo Desnudo - Textura e Estrutura - Disponibilidade hdricaEstgio 1 Evaporao depende apenas das condies meteorolgicas Estgio 2 Evaporao depende das condies intrnsecas do solo

Alta demanda atmosfrica Mdia demanda atmosfrica Baixa demanda atmosfrica

1

2 2 2Umidade do solo (cm3/cm3)


Sentelhas/Angelocci

Fatores Dependentes do Sistema Evaporantec) Solo vegetado (evapotranspirao) - Fatores da Cultura: Altura das plantasrea foliar Tipo de cultura Albedo Profundidade das razes

- Fatores de Manejo e do Solo: Espaamento/densidade de plantioOrientao de plantio Plantio direto Capacidade de gua disponvel (CAD) Impedimentos fsicos/qumicos Uso de quebra-ventos


Sentelhas/Angelocci

Conceitos de EvapotranspiraoClima Cobertura de referncia

Saldo de radiao Temperatura Umidade relativa Veloc. do vento

+Sem restrio hdrica

Evapotranspirao Potencial (ETP) ou de referncia (ETo)

ETP ou ETo a evapotranspirao de uma extensa superfcie vegetada com vegetao rasteira (normalmente gramado), em crescimento ativo, cobrindo totalmente o solo, com altura entre 8 e 15cm (IAF 3), sem restrio hdrica e com ampla rea de bordadura para evitar a adveco de calor sensvel (H) de reas adjacentes. Nesse caso a ET depende apenas das variveis meteorolgicas, sendo portanto ETP uma varivel meteorolgica, que expressa o potencial de evapotranspirao para as condies meteorolgicas vigentes.

Condio de ETP ou ETo


Sentelhas/Angelocci

Clima

Cobertura de referncia

ETR

Saldo de radiao Temperatura Umidade relativa Veloc. do vento

+Com ou sem restrio hdrica

Evapotranspirao Real (ETR)

ETR a evapotranspirao nas mesmas condies de contorno de ETP, porm, com ou sem restrio hdrica. Nesse caso:cc

Percentagem de reduo de ET com a umidade do solo (Ks) - umidade do solo pmp

ETR ETPPode-se dizer que:

ETR = ETP * KsSe Ks = 1 ETR = ETP Se Ks < 1 ETR < ETPCAD

AFD CAD0


Sentelhas/Angelocci

Evapotranspirao de Osis (ETO)

a evapotranspirao de uma rea vegetada mida (irrigada) que circundada por uma extensa rea seca, de onde provm energia por adveco (calor sensvel, H), a qual aumenta a quantidade de energia disponvel para a ET.

Efeito VaralA figura ao lado mostra os diferentes tipos de ET descritos anteriormente. Na rea seca tem-se ETR, limitada pelas condies de umidade do solo. Na rea irrigada (bordadura ou rea tampo) tem-se ETO, a qual condicionada pelos balanos vertical (Rn) e horizontal (H) de energia. No centro da rea mida tem-se ETP, a qual depende nica e exclusivamente do balano vertical de energia.

Curva de Evapotranspirao Vento Predominante

OsisBal. Vertical

RealSeco

Bal. Horizontal

+

PotencialBal. Vertical mido

rea Tampo

Transio


Sentelhas/Angelocci

Evapotranspirao de Osis (ETO) KoLimite superior do Ko

ETO = ETP * Ko

rea circundante seca (vegetao morta)

rea circundante gramada

Extenso da rea mida

Dados vlidos para UR = 30%, U2m = 2 m/s, altura da vegetao mida = 2m e IAF = 3.

LCE 360 - Meteorologia AgrcolaCoeficiente de Cultura (Kc)

Sentelhas/Angelocci

Evapotranspirao de Cultura (ETc)Cultura sem restrio hdrica e em condies timas de desenvolvimento

ETc a evapotranspirao de uma cultura em dada fase de seu desenvolvimento, sem restrio hdrica, em condies timas de crescimento e com ampla rea de bordadura para evitar a adveco de calor sensvel (H) de reas adjacentes. Assim ETc depende das condies meteorolgicas, expressas por meio da ETP (ou ETo), do tipo de cultura (maior ou menor resistncia seca) e da rea foliar. Como a rea foliar da cultura padro constante e a da cultura real varia, o valor de Kc tambm ir variar.

ETc = Kc * ETP


Sentelhas/Angelocci

Variao de Kc com o desenvolvimento de culturas anuais Kc intermedirio

Kc final

Tempo (dias)Estabelecimento Desenvolvimento Vegetativo Florescimento e Frutificao Maturao

Observa-se que os valores de Kc acompanham basicamente a rea foliar da cultura. No caso das culturas anuais o Kcini varia de 0,3 a 0,5, Kc intermedirio de 0,8 a 1,2, e o Kc final de 0,4 a 0,7, dependendo do tipo de cultura. No caso de culturas perenes ou rvores, os valores de Kc tambm iro variar de acordo com o IAF e o tipo de cultura. Veja a seguir as diferenas nos estgios de desenvolvimento entre os diversos tipos de cultura, inclusive a de referncia.


Sentelhas/Angelocci

Comparao dos estgios de desenvolvimento (e do IAF) de diferentes tipos de cultura e da cultura de refernciaTipo de CulturaIncio Desenv. Vegetativo Meia-estao Final da estao

Anual Capins Perenes Culturas Perenes rvores Cobertura de referncia (gramado)

Estao de Crescimento

LCE 360 - Meteorologia AgrcolaKc * Ks

Sentelhas/Angelocci

ETr

Evapotranspirao real da Cultura (ETr)Com ou sem restrio hdrica

pmp

- umidade do solo

cc

ETr a evapotranspirao nas mesmas condies de contorno de ETc, porm, com ou sem restrio hdrica. Nesse caso:AFD CAD

Kc mdio

ETr ETc ETr = ETP * Kc * KsKc final

Tempo (dias)


Sentelhas/Angelocci

Conceitos de Evapotranspirao e seus Fatores Determinantes Fatores Climticos Fatores da Cultura

Fatores do Solo e de Manejo

r


Sentelhas/Angelocci

Inter-relao ET- demanda atmosfrica disponibilidade de gua no solo tipo de cultura1 SorgoBaixa demanda (ECA < 5 mm/d)

ETr / ETc

Alta demanda (ECA > 7 mm/d)

BatataBaixa demanda (ECA < 5 mm/d) Alta demanda (ECA > 7 mm/d)

0 0 gua Disponvel no Solo (%) 100

O solo um reservatrio ativo que, dentro de certos limites, controla a taxa de uso da gua pelas plantas, sempre associada com a demanda hdrica atmosfrica. A Figura acima mostra que as plantas de sorgo conseguem, numa condio de baixa demanda, manter ETr/ETc = 1 at cerca de 65% da gua disponvel. Para uma condio de alta demanda, isso s ocorreu at cerca de 85%. Isso se deve limitao da planta em extrair gua do solo na mesma taxa em que ela evapotranspira. Para uma cultura mais sensvel, como a batata, o mesmo ocorre, porm com diferenas significativas, como pode-se observar na figura.


Sentelhas/Angelocci

Medida da EvaporaoA evaporao medida com tanques evaporimtricos, onde obtm-se a lmina de gua evaporada de uma determinada rea.O tanque de 20m2 utilizado para medir a evaporao (E20). Suas medidas se assemelham s obtidas em lagos. Portanto, sofre pouca influncia de fatores externos, dado o grande volume de gua que ele contm.

Tanque de 20m2

Parafuso micromtrico

ELago = E20


Sentelhas/Angelocci

Tanque Classe A

rea de 1,15 m2

Tanque GGI-3000 (rea de 3000 cm2)

Como os tanques Classe A e o GGI-3000 so menores e contm um volume de gua muito menor do que o tanque de 20m2, o volume de gua evaporado nesses evapormetros costuma ser superior. A relao entre as evaporaes que ocorrem nesses trs tipos de tanque evaporimtricos so apresentados a seguir.


Sentelhas/Angelocci

Tanque Classe A

Existe uma proporcionalidade entre esses trs tanques de medida da evaporao. Essa relao entre eles foi determinada para Piracicaba por Oliveira (1971):

E20 = 0,76*ECA = 0,95*EGGIJ Volpe e Oliveira (2003) em Jaboticabal obtiveram as seguintes relaes:

Tanque GGI-3000 (rea de 3000 cm2)

E20 = 0,75*ECA = 0,85*EGGIComo as relaes apresentadas por Volpe e Oliveira (2003) para Jaboticabal foram baseadas numa srie de dados mais longa, essas parecem ser mais confiveis. Exemplo: E20 = 5 mm/d ir corresponder a ECA = 6,7 mm/d e EGGI = 5,9 mm/d


Sentelhas/Angelocci

Medida da EvapotranspiraoA evapotranspirao medida com tanques vegetados denominados de lismetros ou evapotranspirmetros, que servem para determinar qualquer tipo de ET.Lismetro de balana

Lismetros de drenagem

Lismetros de pesagem Montagem de um lismetros


Sentelhas/Angelocci

Lismetro de pesagem para a medida da ET do cafeeiro

Lismetro de pesagem sistema de medida com clulas de carga.


Sentelhas/Angelocci

Lismetros de Lenol Fretico ConstanteLismetro plantado com cebola Tanque alimentador (medida)

Tanques intermedirios com bia


Sentelhas/Angelocci

Estimativa da ETP ou EToComo a medida da ETP muito onerosa e trabalhosa, servindo apenas para fins experimentais, para fins prticos o mais comum se lanar mo da estimativa da ETP a partir de dados meteorolgicos observados em estaes agrometeorolgicas convencionais ou automticas. Existem diversos mtodos disponveis para a estimativa da ETP. Trataremos aqui dos que vem sendo mais empregados no Brasil, entre eles os mtodos de Thornthwaite, Thornthwaite-Camargo (com temperatura efetiva), Camargo, Hargreaves e Samani, Tanque Classe A, Priestley-Taylor e Penman-Monteith, sendo este ltimo o mtodo padro internacional, de acordo com o Boletim Irrigation and Drainage 56 da FAO.


Sentelhas/Angelocci

Mtodos de Estimativa da ETP ou EToMtodo de ThornthwaiteMtodo emprico baseado apenas na temperatura mdia do ar, sendo esta sua principal vantagem. Foi desenvolvido para condies de clima mido e, por isso, normalmente apresenta sub-estimativa da ETP em condies de clima seco. Apesar dessa limitao, um mtodo bastante empregado para fins climatolgicos, na escala mensal. Esse mtodo parte de uma ET padro (ETp), a qual a ET para um ms de 30 dias e com N = 12h. A formulao do mtodo a seguinte:

ETp = 16 (10 Tm/I)a ETp = -415,85 + 32,24 Tm 0,43 Tm2 I = 12 (0,2 Ta)1,514

(0 Tm < 26,5oC) (Tm 26,5oC) sendo Ta = temp. mdia anual normal

a = 0,49239 + 1,7912 10-2 I 7,71 10-5 I2 + 6,75 10-7 I3 ETP = ETp * COR (mm/ms) COR = N/12 * NDP/30 sendo N = fotoperodo do ms em questo NDP = dias do perodo em questo


Sentelhas/Angelocci

Mtodo de ThornthwaiteExemplo Local: Piracicaba (SP) latitude 22o42S Janeiro Tmed = 24,4oC, N = 13,4h, NDP = 31 dias, Ta = 21,1oCI = 12 (0,2 21,1)1,514 = 106,15 a = 0,49239 + 1,7912 10-2 (106,15) 7,71 10-5 (106,15)2 + 6,75 10-7 (106,15)3 = 2,33 ETp = 16 (10 24,4/106,15)2,33 = 111,3 mm/ms ETP = 111,3 * COR COR = 13,4/12 * 31/30

ETP = 111,3 * 13,4/12 * 31/30 = 128,4 mm/ms ETP = 128,4 mm/ms ou 4,14 mm/dia


Sentelhas/Angelocci

Mtodo de Thornthwaite-Camargo Temperatura Efetiva o mtodo de Thornthwaite, porm adaptado por Camargo et al. (1999) para ser empregado em qualquer condio climtica. Para tanto, utiliza-se uma temperatura efetiva (Tef), que expressa a amplitude trmica local, ao invs da temperatura mdia do ar. A vantagem que nessa nova formulao a ETP no mais subestimada em condies de clima seco. A desvantagem que h agora necessidade de dados de Tmax e Tmin. Assim como no mtodo original de Thornthwaite, esse mtodo parte de uma ET padro (ETp), a qual a ET para um ms de 30 dias e com N = 12h. A formulao do mtodo a seguinte:

ETp = 16 (10 Tef/I)a ETp = -415,85 + 32,24 Tef 0,43 Tef2 Tef = 0,36 (3 Tmax Tmin) I = 12 (0,2 Ta)1,514

(0 Tef < 26,5oC) (Tef 26,5oC)

sendo Ta = temp. mdia anual normal

a = 0,49239 + 1,7912 10-2 I 7,71 10-5 I2 + 6,75 10-7 I3 ETP = ETp * COR (mm/ms) COR = N/12 * NDP/30 sendo N = fotoperodo do ms em questo NDP = dias do perodo em questo


Sentelhas/Angelocci

Mtodo de Thornthwaite-Camargo Temperatura EfetivaExemplo Local: Piracicaba (SP) latitude 22o42S Julho Tmax = 26oC, Tmin = 13oC, N = 10,6h, NDP = 31 dias, Ta = 21,1oCI = 12 (0,2 21,1)1,514 = 106,15 a = 0,49239 + 1,7912 10-2 (106,15) 7,71 10-5 (106,15)2 + 6,75 10-7 (106,15)3 = 2,33 Tef = 0,36 (3*26 13) = 23,4oC ETp = 16 (10 23,4/106,15)2,33 = 100,9 mm/ms ETP = 100,9 * COR COR = 10,6/12 * 31/30

ETP = 100,9 * 10,6/12 * 31/30 = 92,1 mm/ms ETP = 92,1 mm/ms (3,0 mm/dia) Utilizando-se Tmed ETP = 60,2 mm/ms (1,9 mm/dia)


Sentelhas/Angelocci

Mtodo de CamargoMtodo emprico, baseado no mtodo de Thornthwaite. Sendo assim, apresenta as mesmas vantagens e restries desse mtodo. Apesar disso, tem uma vantagem a mais que no necessitar da temperatura mdia anual normal. No entanto, considera a irradincia solar extraterrestre (Qo), a qual fornecida por tabelas.

ETP = 0,01 * Qo * Tmed * NDP Qo = irradincia solar extraterrestre (mm/d)

Valores de Qo (mm/d) para latitudes SulLat 0 10 20 30 Jan 14,5 15,9 16,7 17,2 Fev 15,0 15,7 16,0 15,7 Mar 15,2 15,0 14,5 13,5 Abr 14,7 13,8 12,4 10,8 Mai 13,9 12,4 10,6 8,5 Jun 13,4 11,6 9,6 7,4 Jul 13,5 11,9 10,0 7,8 Ago 14,2 13,0 11,5 9,6 Set 14,9 14,4 13,5 12,2 Out 14,9 15,3 15,3 14,7 Nov 14,6 15,7 16,2 16,7 Dez 14,3 15,7 16,8 17,6


Sentelhas/Angelocci

Mtodo de CamargoExemplo Local: Piracicaba (SP) latitude 22o42S Janeiro Tmed = 24,4oC, Qo = 16,9 mm/d, NDP = 31 dias ETP = 0,01 * 16,9 * 24,4 * 31 = 127,8 mm/ms (4,12 mm/d)

Mtodo de Hargreaves & SamaniMtodo emprico, desenvolvido para a regio de clima seco. Baseia-se na temperatura mdia do ar e na amplitude trmica. Tem como vantagem a sua aplicabilidade em climas ridos e semi-ridos, como no nordeste do Brasil. A desvantagem sua limitao de uso para tais condies, apresentando super-estimativa em climas midos.

ETP = 0,0023 * Qo * (Tmax Tmin)0,5 * (17,8 + Tmed) * NDP Qo = irradincia solar extraterrestre (mm/d)


Sentelhas/Angelocci

Mtodo de Hargreaves & SamaniExemplo Local: Piracicaba (SP) latitude 22o42SJan Tmed = 24,4oC, Tmax = 32oC, Tmin = 18,8oC, Qo = 16,9 mm/d, NDP = 31 dias ETP = 0,0023 * 16,9 * (30 18,8)0,5 * (24,4 + 17,8) * 31 = 170,2 mm/ms (5,5 mm/d) Jul Tmed = 19,5oC, Tmax = 26oC, Tmin = 13oC, Qo = 9,6 mm/d, NDP = 31 dias ETP = 0,0023 * 9,6 * (26 13)0,5 * (19,5 + 17,8) * 31 = 92,0 mm/ms (3,0 mm/d)

OBS: Observe que para o ms mido (janeiro) em Piracicaba, o mtodo de H&S superestimou a ETP em relao aos demais mtodos. Por outro lado, no perodo seco do ano (julho), o mtodo apresentou um resultado muito prximo do obtido pelo mtodo de Thornthwaite-Camargo-Tef, mostrando sua boa estimativa para tais condies.


Sentelhas/Angelocci

Mtodo do Tanque Classe AMtodo emprico, baseado na proporcionalidade existente a evaporao de gua do tanque classe A (ECA) e a ETP, visto que ambas dependem exclusivamente das condies meteorolgicas. A converso de ECA em ETP depende de um coeficiente de proporcionalidade, denominado coeficiente do tanque (Kp). Kp depende por sua vez de uma srie de fatores, sendo os principais o tamanho da bordadura, a umidade relativa do ar e a velocidade do vento.

ETP = ECA * KpO valor de Kp fornecido por tabelas, equaes, ou ainda podese empregar um valor fixo aproximado, caso no haja disponibilidade de dados de UR e U para sua determinao. Duas situaes so consideradas para a obteno do Kp.

LCE 360 - Meteorologia AgrcolaVento (km/d) Leve (

EVAPOTRANSPIRAÇÃO

Documents

Transcript of EVAPOTRANSPIRAÇÃO