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Capítulo 09:

EVAPO(TRANSPI)RAÇÃO

Disciplina(s): Meteorologia Agrícola e Meteorologia Florestal

Prof.: Roberto Avelino Cecílio

A importância da ET no ciclo hidrológico

A evapotranspiração é a forma pela qual a água da superfícieterrestre passa para a atmosfera no estado de vapor, tendopapel importantíssimo no Ciclo Hidrológico em termosglobais. Esse processo envolve a evaporação da água desuperfícies de água livre (rios, lagos, represas, oceano, etc),dos solos e da vegetação úmida (que foi interceptadadurante uma chuva) e a transpiração dos vegetais.

Em uma escala intermediária, a ETassume papel fundamental nobalanço hídrico de micro-baciashidrográficas, juntamente com aprecipitação. O balanço entre a águaque entra na micro-bacia pela chuva eque sai por ET, irá resultar na vazão(Q) do sistema de drenagem.

Em uma escala local, no caso de umacultura, a ET da cultura se restringe aosprocessos de evaporação da água dosolo e da vegetação úmida e detranspiração das plantas. O balanço entrea água que entra na cultura pela chuva ea que sai por ET, irá resultar na variaçãodo armazenamento de água no solo, quepor sua vez condicionará o crescimento,o desenvolvimento e o rendimento dacultura.

Prec. ET

Q

Micro-bacia Hidrográfica

Prec. ET

A importância da ET na agricultura

Da água doce querealmente é utilizada, 70% oé na prática da irrigação.Portanto, racionalizar o usoda água na agricultura, pormeio da corretadeterminação da ET dacultura é imprescindível.

Toda água

Oceanos

Água Docedo todo

Água Doce

Superfície

Umidade do solo Subterrânea

Aquíferos

Superfície

do todoGeleiras

Lagos

Lagos salinos

Atmosfera

Rios e córregos

Definição de evaporação, transpiração e evapotranspiração

Definição de Evaporação A evaporação é um processo físico de mudança de fase, passando doestado líquido para o estado gasoso. A evaporação de água naatmosfera ocorre de oceanos, lagos, rios, do solo e da vegetação úmida(evaporação do orvalho ou da água interceptada das chuvas)

Evaporação da água das superfícies de água livre, vegetação úmida ou do solo

Para que ocorraev aporação da água há anecessidade de energia.Essa energia é chamadade calor latente devaporização (λλλλE), que emmédia corresponde a:

λE = 2,45 MJ/kg

(a 20oC)

Água ou Solo

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Transpiração – Teoria da CoesãoEvaporação O abaixamento do potencial hídrico da atmosfera (ar) promove a evaporação das paredes celulares. Isso promove a redução do potencial hídrico nas paredes celulares e no citoplasma

Coesão (no xilema) A coluna de água no xilema é mantida por coesão das moléculas de água nos vasos. Bolhas de ar bloqueia o movimento

Absorção de água (do solo) O menor potencial hídrico das raízes provoca a entrada de água. A área de absorção depende da quantidade de radículas. A água se move através da endoderme por osmose

ΨΨΨΨ solo = - 0,1 a - 2 atm

ΨΨΨΨ raíz = - 1 a - 10 atm

ΨΨΨΨ folhas = - 5 a - 40 atm

ΨΨΨΨ ar = - 100 a - 1000 atm

Definição de Transpiração A transpiração é um processo biofísico pelo qual a água que passou pela planta,fazendo parte de seu metabolismo, é transferida para a atmosferapreferencialmente pelos estômatos, obedecendo uma série de resistências desdeo solo, passando pelos vasos condutores (xilema), mesófilo, estômatos efinalmente indo para a atmosfera.

Definição de Evapotranspiração

Como é praticamenteimpossível se distinguir o vapord´água proveniente daevaporação da água no solo eda transpiração das plantas, aevapotranspiração é definidacomo sendo o processosimultâneo de transferência deágua para a atmosfera porevaporação da água do solo eda vegetação úmida e portranspiração das plantas.

Conceitos de Evapotranspiração

Evapotranspiração Potencial (ETP) ou de referência (ETo)

ETP ou EToé a evapotranspiração de uma extensasuperfície vegetada com vegetação rasteira(normalmente gramado), em crescimentoativo, cobrindo totalmente o solo, comaltura entre 8 e 15cm (IAF ≈≈≈≈ 3), semrestrição hídrica e com ampla área debordadura para evitar a advecção de calorsensível (H) de áreas adjacentes. Nessecaso a ET depende apenas das variáveismeteorológicas, sendo portanto ETP umavariável meteorológica, que expressa opotencial de evapotranspiração para ascondições meteorológicas vigentes.

Condição de ETP ou ETo

Clima

Saldo de radiação Temperatura

Umidade relativa Veloc. do vento

Cultura de referência

Sem restrição hídrica

+

Evapotranspiração Real (ETR)

ETRé a evapotranspiração nas mesmas condições decontorno de ETP (superfície gramada, com amplaárea de bordadura) porém, com ou sem restriçãohídrica. Nesse caso:

ETR ≤ ETP

Clima

Saldo de radiação Temperatura

Umidade relativa Veloc. do vento

Cultura de referência

Com ou Sem restrição hídrica

+

ETR

Evapotranspiração de Oásis (ETO)

Efeito Varal

Curva de Evapotranspiração

Vento

Predominante

Real

Seco

Transição

Área Tampão Úmido

Oásis

Bal. Vertical+

Bal. Horizontal PotencialBal. Vertical

é a evapotranspiração de uma áreavegetada úmida (irrigada) que é circundadapor uma extensa área seca, de ondeprovém energia por advecção (calorsensível, H´), a qual aumenta a quantidadede energia disponível para a ET.

A figura ao lado mostra osdiferentes tipos de ETdescritos anteriormente. Naárea seca tem-se ETR,limitada pelas condições deumidade do solo. Na áreairrigada (bordadura ou áreatampão) tem-se ETO, a qualé condicionada pelosbalanços v ertical (Rn) ehorizontal (H´) de energia. Nocentro da área úmida tem-seETP, a qual depende única eexclusivamente do balançov ertical de energia.

Evapotranspiração de Cultura (ETc)

Coeficiente de Cultura

(Kc)

Cultura sem restrição hídrica e em condições ótimas de

desenvolvimento

ETc = ETo.Kcé a evapotranspiração de uma cultura emdada fase de seu desenvolvimento, semrestrição hídrica, em condições ótimas decrescimento e com ampla área debordadura para evitar a advecção de calorsensível (H) de áreas adjacentes. Assim ETcdepende das condições meteorológicas,expressas por meio da ETP (ou ETo), dotipo de cultura (maior ou menor resistênciaà seca) e da área foliar. Como a área foliarda cultura padrão é constante e a da culturareal varia, o valor de Kc também irá variar.

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Variação de Kc com o desenvolvimento de culturas anuais

Kc médio

Kc final

Estabele-cimento

Desenvolvimento Vegetativo

Florescimento e Frutificação

Maturação

Tempo (dias)

Observa-se que os valores de Kc acompanham basicamente a área foliar da cultura.No caso das culturas anuais o Kcini varia de 0,3 a 0,5, Kc médio de 0,8 a 1,2, e o Kcfinal de 0,4 a 0,7, dependendo do tipo de cultura. No caso de culturas perenes ouárvores, os valores de Kc também irão variar de acordo com o IAF e o tipo decultura.

Valores de Kc para uma cultura anual

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

decêndio

Kc

I II III IV

Valores de Kc para uma cultura perene

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

ano

Kc

MaturidadeCrescimento

Variação de Kc com o desenvolvimento de culturas anuais e perenes

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

Estação de Crescimento

Anual

Capins Perenes

Culturas Perenes

Árvores

Cultura de referência (gramado)

Tipo de Cultura InícioDesenv.

VegetativoMeia-estação

Final da estação

Evapotranspiração Real da cultura

(ETr)

ETré a evapotranspiração nas mesmas condições decontorno de ETc, porém, com ou sem restriçãohídrica. Nesse caso:

ETr ≤ ETc

Com ou sem restrição hídrica

ETr

Fatores Determinantes da Evapotranspiração

Fatores

Climáticos

Fatores

da Planta (Kc)

Fatores de

Manejo e do Solo ETr

Fatores do Clima: saldo de radiação,temperatura do ar, umidade relativa do are velocidade do vento

Fatores de Manejo e do Solo: espaçamento/densidade de plantio,orientação de plantio, uso de cobertura morta (plantio direto),capacidade de armazenamento do solo, impedimentosfísicos/químicos, etc...

Fatores daCultura: altura,área foliar, tipode cultura,albedo,profundidade dosistema radicular.

Medida da EvaporaçãoA evaporação é medida com tanques evaporimétricos, onde obtém-se a

lâmina de água evaporada de uma determinada área.

Tanque Classe A

Área de 1,15 m2

Tanque cilídrico de chapa de ferro galvanizado ou inox, com 121 cm de diâmetro e 25,5 cm de profundidade. A água deve ser mantida entre 5 e

7,5 cm abaixo da borda

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Tanque de 20m2

Parafuso micrométrico

Suas medidas se assemelham às obtidasem lagos. Portanto, sofre pouca influênciade fatores externos, dado o grande v olumede água que ele contém.

ELago = E20

Tanque GGI-3000 (área de 3000 cm2)

Tanque de fundo cônico, com 61,8 cm dediâmetro, 60 cm de profundidade na borda e68,5 cm no centro, sendo enterrado no solo,com borda a 7,5 cm de profundidade

Tanque Classe A Tanque GGI-3000

Como os tanques Classe A e o GGI-3000 são menores e contémum volume de água muito menor do que o tanque de 20m2, ovolume de água evaporado nesses evaporímetros costuma sersuperior. A relação entre as evaporações que ocorrem nesses trêstipos de tanque evaporimétricos são apresentados a seguir.

E20 = 0,76*ECA = 0,95*EGGI

Medida da EvapotranspiraçãoA evapotranspiração é medida com tanques vegetados denominados de lisímetros ou

evapotranspirômetros, que servem para determinar qualquer tipo de ET.

Lisímetros de drenagem

Lisímetros de pesagem Montagem de um lisímetros

Lisímetro de balançaLisímetro de pesagem

para a medida da ET do cafeeiro

Lisímetro de pesagem para a medida da ET da

cultura do milho

Métodos de Estimativa da ETP ou ETo

1. Método de ThornthwaiteMétodo empírico baseado apenas na temperatura média do ar, sendoesta sua principal vantagem. Foi desenvolvido para condições de climaúmido e, por isso, normalmente apresenta sub-estimativa da ETP emcondições de clima seco. Apesar dessa limitação, é um método bastanteempregado para fins climatológicos, na escala mensal. Esse métodoparte de uma ET padrão (ETp), a qual é a ET para um mês de 30 dias ecom N = 12h. A formulação do método é a seguinte:

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

Exemplos

• Considere uma localidade (Latitude 27ºS) cujos valores de temperatura média do ar, em

escala mensal, estão apresentados na Tabela a seguir.

• Calcule a evapotranspiração potencial para os meses de junho e dezembro.

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

26,1 25,3 23,8 20,0 17,7 16,0 15,4 16,9 19,3 23,2 25,2 27,3

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Exemplos

• A tabela a seguir mostra as temperaturas do ar em três decêndios do mês de abril para

uma localidade situada no paralelo 21ºS. Calcule a evapotranspiração potencial de

cada decêndio.

Decêndio Temperatura média do ar

1 18,5

2 19,8

3 17,6

2. Método de Camargo Método empírico, baseado no método de Thornthwaite.Sendo assim, apresenta as mesmas vantagens e restriçõesdesse método. Apesar disso, tem uma vantagem a mais queé não necessitar da temperatura média anual normal. Noentanto, considera a irradiância solar extraterrestre (Qo), aqual é fornecida por tabelas.

ETP = 0,01 * Qo * Tmed * NDPQo = irradiância solar extraterrestre (mm/d)

Lat Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

0 14,5 15,0 15,2 14,7 13,9 13,4 13,5 14,2 14,9 14,9 14,6 14,3

10 15,9 15,7 15,0 13,8 12,4 11,6 11,9 13,0 14,4 15,3 15,7 15,7

20 16,7 16,0 14,5 12,4 10,6 9,6 10,0 11,5 13,5 15,3 16,2 16,8

30 17,2 15,7 13,5 10,8 8,5 7,4 7,8 9,6 12,2 14,7 16,7 17,6

Valores de Qo (mm/d) para latitudes Sul

Exemplos

• Considere uma localidade (Latitude 27ºS) cujos valores de temperatura média do ar, em

escala mensal, estão apresentados na Tabela a seguir.

• Calcule a evapotranspiração potencial para os meses de junho e dezembro.

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

26,1 25,3 23,8 20,0 17,7 16,0 15,4 16,9 19,3 23,2 25,2 27,3

3. Método de Hargreaves & Samani

Método empírico, desenvolvido para a regiãode clima seco. Baseia-se na temperaturamédia do ar e na amplitude térmica. Temcomo vantagem a sua aplicabilidade emclimas áridos e semi-áridos, como nonordeste do Brasil. A desvantagem é sualimitação de uso para condições de climaúmido, quando apresenta super-estimativas.

ETP = 0,0023 * Qo * (Tmax – Tmin)0,5 * (17,8 + Tmed) * NDP

Qo = irradiância solar extraterrestre (mm/d)

Exemplos

• A tabela a seguir mostra as temperaturas do ar em três decêndios do mês de abril para

uma localidade situada no paralelo 21ºS. Calcule a evapotranspiração potencial de

cada decêndio.

Decêndio Temperatura mínima do ar

Temperatura máxima do ar

1 16,5 20,5

2 18,8 20,8

3 16,6 19,6

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4. Método do Tanque Classe AMétodo empírico, baseado na proporcionalidade existente entre aevaporação de água do tanque classe A (ECA) e a ETP, visto que ambasdependem exclusivamente das condições meteorológicas. A conversãode ECA em ETP depende de um coeficiente de proporcionalidade,denominado coeficiente do tanque (Kp). Kp depende por sua vez deuma série de fatores, sendo os principais o tamanho da bordadura, aumidade relativa do ar e a velocidade do vento.

ETP = ECA * Kp

O valor de Kp é fornecido portabelas, equações, ou aindapode-se empregar um valor fixoaproximado, caso não hajadisponibilidade de dados de URe U para sua determinação.Duas situações sãoconsideradas para a obtençãodo Kp.

Vento (km/d) Bordadura UR

<40% 40 a 70% >70%

Leve 1 0,55 0,65 0,75

(<175) 10 0,65 0,75 0,85

100 0,70 0,80 0,85

1000 0,75 0,85 0,85

Moderado 1 0,50 0,60 0,65

(175 a 425) 10 0,60 0,70 0,75

100 0,65 0,75 0,80

1000 0,70 0,80 0,80

Valores de Kp para o Caso A

Vento (km/d) Bordadura UR

<40% 40 a 70% >70%

Leve 1 0,70 0,80 0,85

(<175) 10 0,60 0,70 0,80

100 0,55 0,65 0,75

1000 0,50 0,60 0,70

Moderado 1 0,65 0,75 0,80

(175 a 425) 10 0,55 0,65 0,70

100 0,50 0,60 0,65

1000 0,45 0,55 0,60

Valores de Kp para o Caso B

Além das tabelas, Kp pode ser determinado pela seguinte equação:

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

B = bordadura, em m; U = velocidade do vento, em km/d; UR = umidade relativa do ar, em %

Além disso, pode-se adotar um valor fixo de Kp, quando não se dispõe dos dados de B, U e UR:

Kp = 0,7 a 0,8

Exemplos

• Considere um Tanque Classe A instalado em área com bordadura vegetada de 10 m, son

incidência de ventos com velocidade iguala 2,2 m/s e umidade relativa do ar igual a 60%.

Calcule a ETP, considerando que a

evaporação medida no tanque classe A foi igual a 8,3 mm em um dia.

5. Método do Priestley-TaylorMétodo físico, baseado no método original dePenman. O método de P&T considera que a ETPproveniente do termo aerodinâmico, ou seja, dopoder evaporante do ar, é uma porcentagem daETP condicionada pelo termo energético. Assim,mesmo levando em consideração o balanço deenergia, esse método apresenta um componenteempírico.

ETP = 1,26 W (Rn – G) / λλλλ

Rn = saldo de radiação (MJ/m2d)

G = Fluxo de calor no solo = 0,03 Rn (MJ/m2d)

W = 0,407 + 0,0145 T (para 0oC < T < 16oC)

W = 0,483 + 0,01 T (para T > 16oC)

λλλλ = 2,45 MJ/kg

Exemplos

• Calcular a ETP, pelo método de Priestley-Taylor sabendo que T = 24ºC e Rn = 10,8 MJ

m-2 dia-1.

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6. Método do Penman-MonteithMétodo físico, baseado no método original de Penman. O método dePM considera que a ETP é proveniente dos termos energético eaerodinâmico, os quais são controlados pelas resistências aotransporte de vapor da superfície para a atmosfera. As resistências sãodenominadas de resistência da cobertura (rs) e resistênciaaerodinâmica (ra). Para a cultura padrão, rs = 70 s/m.

A figura acima mostra o conjunto de resistências que controlam o transporte de v apor para a atmosfera. A rs é o conjunto das resistências dos estômatos, cutícula e do solo.

Método do Penman-Monteith

s = (4098 es) / (237,3 + T)2

es = (esTmax + esTmin) / 2

esT = 0,611 * 10[(7,5*T)/(237,3+T)]

ea = (URmed * es) / 100

URmed = (URmax + URmin)/2

T = (Tmax + Tmin)/2

γγγγ = contante psicrométrica = 0,063 kPA ºC-1

Exemplos

• Calcular a ETP pelo método de Penman para uma localidade sob as seguintes condições

atmosféricas: Rn = 8,5 MJ m-2 dia-1,

G = 0,8 MJ m-2 dia-1,

Tmin = 18ºC,Tmax = 30ºC,

U2m = 1,8 m/s,URmin = 40%,

URmax = 100%.

Admitir que em Alegre o Sr equivale a cerca de 65% de Qg.

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Método de estimativa da EToCritério de escolha

Disponibilidade de dados climáticos: somente será possível o usode determinado método se houverem dados disponíveis para tal.

Escala de tempo: deve-se considerar a escala de tempo a serutilizada. Para escalas mensais, as equações empíricasapresentam resultados tão satisfatórios como as equações debase física.

Condição climática do local: certos métodos somente se aplicam acertas condições climáticas, apresentando grandes distorções nosambientes para os quais eles não foram desenvolvidos. Ex: ométodo de Thornthwaite subestima ETP em climas secos eHargreaves & Samani superestima ETP em climas úmidos.