Evapotranspiração: Conceitos, Medidas, Estimativas e ...

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULOESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA “LUIZ DE QUEIROZ”

Departamento de Engenharia de Biossistemas

Piracicaba - SP

Disciplina (LEB0630) Agrometeorologia Aplicada Responsável – Prof. Dr. Paulo Cesar SentelhasColaborador – Prof. Dr. Gustavo C. BeruskiE-mail – [email protected]

Evapotranspiração: Conceitos, Medidas, Estimativas e Aplicações.

Prof. Dr. Paulo Sentelhas Prof. Dr. Gustavo BeruskiLEB 0630

INTRODUÇÃO

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Rn – Saldo de Radiação:Contabilização das entradas e saídasde radiação de um dado sistema

Balanço de Ondas Curtas:BOC = Qg - rQg

Balanço de Ondas Longas:BOL = Qsup - Qatm

Rn = BOC + BOL

O SALDO DE RADIAÇÃO é repartido em diferentes processos: - Físicos: Aquecimento do ar (H) e do solo (G) e Evaporação (LE)- Biofísico: Transpiração (LE) - Bioquímico: Fotossíntese (F)

Rn = H + G + LE + FBalanço de energia


INTRODUÇÃO

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EVAPOTRANSPIRAÇÃO

Evaporação

Transpiração

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EVAPORAÇÃO

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Evaporação � Primeiro componente da Evapotranspiração.

Transferência de água para a atmosfera sob forma de vapor,sendo a água proveniente de solo úmido sem vegetação, oceanos,lagos, rios ou qualquer superfície hídrica material.

Teoria cinética dos gases - Evaporação

H2Olíquida � H2Ogasosa

Dependente da energia cinética das moléculas

Processo que requer energia – calor latente de vaporização � 2,45 MJ kg-1 a 20°C

Depende do saldo de energia disponível

Processo de evaporação é influenciado:Radiação solar - Temperatura - Vento - Vapor na

atmosfera


TRANSPIRAÇÃO

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Transpiração � Segundo componente da Evapotranspiração.

Processo biofísico pelo qual a água que foi transportada pelosvasos condutores da planta, fazendo parte do seu metabolismo, étransferida para a atmosfera.

Folhas:� Parede celular � espaços intercelulares de ar � difusão através dos estômatos � atmosfera

Regulação do processo da transpiração:1. Estômatos � abertura e fechamento estomático2. Camada de ar adjacente à folha


TRANSPIRAÇÃO

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RELAÇÃO EVAPORAÇÃO E TRANSPIRAÇÃO

The partitioning of evapotranspiration into evaporation and transpiration over the growing period for an annual field crop (FAO 56).

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EVAPOTRANSPIRAÇÃO

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EVAPOTRANSPIRAÇÃO

É o processo simultâneo de transferência de água para aatmosfera por evaporação da água do solo e da vegetaçãoúmida e por transpiração dos organismos vegetais.

Ciclo hidrológicoPlanejamento de atividades:�Conhecimento da dinâmica espaço-temporal da transferência de vapor d’ água para a atmosfera.�Abastecimento de água para população, indústria e agricultura;�Determinação de políticas públicas visando a racionalização;�Definição da necessidade de irrigação.


EVAPOTRANSPIRAÇÃO

Condições de determinação?

- Padronização:- Em torno da cultura;- Solo;- Manejo.

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Condição Padrão

Cultura Hipotéticar = 0,23IAF = 3 a 4H = 8 a 15 cmCrescimento ativo

SoloARM = CADSem restrição hídrica

ManejoAusência de problemas nutricionais e fitossanitários

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CONCEITOS DE EVAPOTRANSPIRAÇÃO

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Evapotranspiração Potencial ou de Referência (ETP ou ETo)

É considerado um parâmetro climático que expressa o poder evaporativo da atmosfera

Condição Padrão

ETP depende apenas das variáveis meteorológicas, sendo portanto uma

variável meteorológica, que expressa o potencial de evapotranspiração para as condições meteorológicas vigentes.



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Evapotranspiração Real (ETR)

É a quantidade de água realmente utilizada pela cultura de referência

ETR:Nessas condições

ETR = ETP � sem restrição hídrica;

ETR < ETP � com restrição hídrica;

Cálculo de ETR:A determinação de ETR pode ser realizada aplicando um fator de

correção à ETP, correção esta em função da quantidade de água no solo, denominado de Ks.



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Ks = 1 � ETR = ETP

Ks < 1 � ETR < ETPETR = ETP * Ks

KsEstresse por falta d’ água

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Evapotranspiração de Oásis (ETO)

A quantidade de água utilizada por uma pequena área vegetada, irrigada, queé circundada por uma extensa área seca, de onde provem energia por adveçãoaumentando a quantidade de energia disponível para o processo deevapotranspiração.

Área tampão ou bordadura:

Minimização do transporte lateralde energia da área seca para aúmida;Seu tamanho varia em função doclima da região e do porte davegetação



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Ko

é a razão entre ETO por ETPe reflete o efeito datransferência de energia poradveção.

Cálculo de ETO

ETO = ETP * Ko



• Assim como ETP – ETC é obtida em condições parametrizadas:

• Afetada apenas pelo Balanço Vertical de Energia;• Cultura:

• Excelente condições de manejo;• Boas condições edáficas e hídricas.

Evapotranspiração Potencial de Cultura (ETc)

É a quantidade de água utilizada por uma cultura,em qualquer fase de seu desenvolvimento, desde oplantio/semeadura até a colheita, quando nãohouver restrição hídrica.

ETP ≠ ETc

Área foliar da cultura padrão éconstante e a da cultura real varia, ovalor de Kc também irá variar;Propriedades:� Dossel e Resistência aerodinâmica

Cálculo de ETc:

ETc = ETP * Kc

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• Kc � coeficiente de cultura:• Fases fenológicas;• Espécies vegetais;• Variedades.

Para variáveis, o índice de área foliar (IAF –m² de solo / m² de folha) varia, e por issoafeta diretamente o valor de Kc.

Variação de Kc com o desenvolvimento de culturas anuais:

• Kcinicial - 0,3 a 0,5

• Kcintermediário - 0,8 a 1,2

• Kcfinal - 0,4 a 0,7



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ETP vs ETc Coeficiente de cultura - Kc

Kc � Área foliar (IAF)ETc = Kc * ETP

Valore de kc � 0,2 a 1,2 Kc = 1,2 *(%cobertura do terreno / 100)



Comparação dos estágios de desenvolvimento (e do IAF) de diferentes tipos de cultura e da cultura de referência

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Evapotranspiração atual de cultura (ETa)

É a evapotranspiração de uma cultura deinteresse agrícola nas mesmas condições deETc, porém, com ou sem restrição hídrica.

CAD

AFD

Kc médio

Kc final

θ - umidade do solo • ETa:• Nessas condições ETa ≤ ETc

ETa = ETc � sem restrição hídrica;ETa < ETc � com restrição hídrica;

Cálculo de ETa:

ETa= ETc * Kc * Ks

Kc

Ks


APLICAÇÃO PRÁTICA

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• Evapotranspiração (ET):• Processos conjuntos de evaporação

e de transpiração que ocorrem naturalmente numa superfície vegetada.

• Medida em milímetros por unidade de tempo.

Quanto irrigarIRN

ITN

Tempo Frequência

Turno de Rega

Evapotranspiração



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Principais regiões produtoras / Classificação climática:

Região Nordeste (BSh – As):Semiárido – Período seco prolongado / grande variabilidade nas chuvas.

Região Centro-oeste (Aw):Cerrado – Outono-inverno longo período de estiagem.

Regiões Sul e Sudeste (Cwa – Cwb – Cfa - Cfb):Grande variação sazonal das chuvas / Estiagens.

DisponibilidadeHídrica

Necessidadede Irrigação

Evapotranspiração

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Chuva

Chuva acumuladaem um ano

Chuva é suficiente??Contabilização de um déficit hídrico de 300mm com relação às normais climatológicas da região de Tatuí-SP

Correlacionando � Feijão de segunda safra:� Necessidade hídrica da cultura:

– 300 a 400 mm no ciclo


MEDIDA DA EVAPORAÇÃO

Medida direta da evaporação;

Medidas da Evaporação

Parafuso micrométrico

ELago = E20Tanque Classe A

1,5 m2

Evapotranspiração – Tanque classe A

Forma prática de estimativa de ETo, aplicada no manejo da irrigação.


MEDIDA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO

Medida da Evapotranspiração

Lisímetros

– Lisímetros de drenagem, de pesagem, hidráulico, pneumático;– Utilizados para pesquisa (calibrar outros métodos)

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ESTIMATIVA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO

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• B - a bordadura (em metros);

• U - a velocidade do vento (km d-1);

• UR - a umidade relativa média diária, em %.

Estimativa da Evapotranspiração

• Exposto a radiação solar, sem impedimento ao processo evaporativo;

• Evaporação obtida no tanque é exagerado em relação à perda efetiva de uma cultura

ETo = Kp * ECA

Kp = 0,482 + 0,024 Ln (B) - 0,000376 U + 0,0045 UR

• ECA - valor diário do tanque (mm dia-1);• Kp coeficiente de tanque (< 1,0);



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Kp = 0,72



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Método de ThornthwaiteEvapotranspiração potencial mensal;

Temperatura média do ar - principal vantagem;

Condições de clima úmido;

ETP – evapotranspiração potencial padrão - mês de 30 dias -N = 12h;

ETp = 16 (10 Tm/I)a (0 ≤ Tm < 26,5oC)

ETp = -415,85 + 32,24 Tm – 0,43 Tm2 (Tm ≥ 26,5oC)

I = 12 (0,2 Ta)1,514 sendo Ta = temp. média anual normal

a = 0,49239 + 1,7912 10-2 I – 7,71 10-5 I2 + 6,75 10-7 I3

ETP = ETp * COR (mm/mês)

COR = N/12 * NDP/30 sendo N = fotoperíodo do mês em questão

NDP = dias do período em questão

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Método de Thornthwaite-Camargo – Temperatura Efetiva

Qualquer condição climática;Temperatura efetiva (Tef) - amplitude térmica local, ao invésdatemperatura média do ar;Necessidade de dados de Tmax e Tmin;ET padrão (ETp) - mês de 30 dias -N = 12h;



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• Simplificar - Método de Thornthwaite, Camargo (1962);

Método de Camargo

ETo = 0,01 * Qo * T * ND

- Qo é a irradiância solar global extraterrestre (mm de evaporação dia-1);- T a temperatura média do ar (°C), no período considerado;- ND o número de dias do período considerado.

Calor latente de vaporização 2,45 MJ kg-1 a 20°C



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• Condições semi-áridas

Método de Hargreaves & Samani

- Qo é a irradiância solar extraterrestre, expressa em mm de evaporação equivalente (Tabela 12.3);- Tmax a temperatura máxima do ar (°C); - Tmin a temperatura mínima do ar (°C); - Tmed a temperatura média do ar (°C).

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Método físico - baseado no método original de Penman;

ETP proveniente do termo aerodinâmico, ou seja, do poder evaporante do ar, é uma porcentagem da ETP condicionada pelo termo energético;

Componente empírico.

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Método do Priestley-Taylor



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• Penman-Monteith padronizada por Allen et al., (1998);

Método de Penman-Monteith (Padrão FAO)

• ETo evapotranspiração de referência (mm dia-1),• Rn - saldo de radiação sobre a superfície da cultura (MJ m-2 dia-1),• G - fluxo de calor no solo (MJ m-2 dia-1),• T - temperatura média diária do ar registrada a 2 metros de altura (°C),• U2 - velocidade do vento a 2 metros de altura (m s-1),• es - pressão de saturação de vapor (kPa),• ea - pressão atual de vapor (kPa),• es-ea - déficit de saturação de vapor (kPa),• s - slope da curva de pressão de vapor (kPa °C-1),• γ - constante psicrométrica – 0,063 (kPa °C-1).

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