Evaporación, Evapotranspiración,

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1 Evaporación, Evapotranspiración,
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica Evaporación, Evapotranspiración, Balance hidrológico Curso 2011 Componentes del Balance de Agua Lluvia Riego Lluvia Evapotranspiración Sistema Suelo-Planta-Atmósfera

2 EVAPORACIÓN Y EVAPOTRANSPIRACIÓN
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica EVAPORACIÓN Y EVAPOTRANSPIRACIÓN Componentes del ciclo hidrológico, procesos de cambio de estado. Intervienen en las relaciones hídricas: Planta Medio Ambiente Importancia del agua en los procesos fisiológicos de los tejidos: a- Solvente y medio de reacciones químicas. b- Transporte de solutos orgánicos e inorgánicos. c- Mantiene la turgencia de las células.   d- Componente en las reacciones de la fotosíntesis y en otros procesos fisiológicos de la planta.   e- Elemento indispensable para la transpiración   Función refrescante que impide daños por altas temperaturas.   Funciones relacionadas con el CRECIMIENTO y DESARROLLO de las plantas.

3 - Energía requerida: 585 cal.g-1, (20ºC) - Intensidad:
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica EVAPORACIÓN Pasaje “Pacifico” del agua del estado liquido (visible) al estado de vapor (invisible), a cualquier temperatura (5, 20, 35, 80ºC). Las moléculas de agua liquida deben aumentar su energía cinetica a través de una fuente de calor. - Energía requerida: 585 cal.g-1, (20ºC) - Intensidad: FACTORES ambientales y de la planta. Variable según SUPERFICIE CONSIDERADA Agua libre (mar, lagunas, ríos, etc)   Superficie de suelo desnudo vegetado

4 I) FACTORES AMBIENTALES QUE REGULAN LA EVAPORACIÓN
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica Contenidos I) FACTORES AMBIENTALES QUE REGULAN LA EVAPORACIÓN A) SUPERFICIE DE AGUA LIBRE B) SUELO DESNUDO C) SUELO CUBIERTO CON VEGETACIÓN Medición de la Evaporación Concepto de EVAPOTRANSPIRACIÓN (ET) II) FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN A LA ET III) FACTORES DE LA PLANTA QUE AFECTAN LA ET IV) CONCEPTOS DE ETP (Potencial) Y ETR (Real) Medición y ESTIMACIÓN de la EVAPOTRANSPIRACIÓN

5 I) FACTORES AMBIENTALES QUE REGULAN LA EVAPORACIÓN
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica I) FACTORES AMBIENTALES QUE REGULAN LA EVAPORACIÓN A) SUPERFICIE DE AGUA LIBRE:     1. RADIACIÓN SOLAR: La radiación incidente aumenta la temperatura y la energía molecular  demanda atmosférica A  TEMPERATURA DEL AIRE  energía molecular  EVAPORACIÓN    2. VIENTO: El viento “recambia” el aire saturado de vapor por aire más seco. A  Velocidad del viento  EVAPORACIÓN     3. ESTABILIDAD VERTICAL: Los movimientos ascendentes y descendentes del aire producen mezcla turbulenta aportando aire seco a la superficie evaporante.     4. HIDROLAPSO: Es el gradiente de humedad del aire entre dos alturas. A  gradiente  EVAPORACIÓN      5. RUGOSIDAD SUPERFICIAL: A  Rugosidad  superficie evaporante por unidad de área   EVAPORACIÓN     6. SALINIDAD: Las sales aumentan la tensión entre las moléculas de agua. A  SALINIDAD  EVAPORACIÓN

6 I) FACTORES AMBIENTALES QUE REGULAN LA EVAPORACIÓN (cont)
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica I) FACTORES AMBIENTALES QUE REGULAN LA EVAPORACIÓN (cont) B) SUELO DESNUDO: La intensidad dependerá, además de los factores vistos, de la cantidad de agua disponible en el suelo. Relación CANTIDAD DE AGUA TENSIÓN o FUERZA con que el agua está retenida en el suelo. C) SUELO CUBIERTO CON VEGETACIÓN: La intensidad del proceso evaporativo dependerá también de las características propias de cada cobertura vegetal:         DENSIDAD DE PLANTAS (pl/ha, pl/m2 ).         TIPO DE PLANTAS (C3; C4; CAM).         PROFUNDIDAD DE EXPLORACIÓN Y LONGITUD DE RAICES.         ALBEDO DE LA CAPA FOLIAR.         CAPACIDAD RESPIRATORIA. CANTIDAD Y DISTRIBUCIÓN DE ESTOMAS.

7 MEDICIÓN DE LA EVAPORACIÓN: TANQUE DE EVAPORACIÓN TIPO A EVAPOROMETROS
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica MEDICIÓN DE LA EVAPORACIÓN: TANQUE DE EVAPORACIÓN TIPO A EVAPOROMETROS EVAPOROMETRO DE PICHE VARIACIÓN DIARIA Y ANUAL DE LA EVAPORACIÓN: Ambas curvas muestran gran paralelismo con las temperaturas. EVAPOTRANSPIRACIÓN: Desde el punto de vista agrícola y forestal interesa conocer en forma simultánea: EVAPORACIÓN (Ev) del suelo ET ET = Ev + Tr TRANSPIRACIÓN (Tr) de las plantas. Cantidad total de agua perdida por EVAPORACIÓN y TRANSPIRACIÓN

8 II) FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN A LA EVAPOTRANSPIRACIÓN
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica II) FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN A LA EVAPOTRANSPIRACIÓN Además de los vistos para evaporación mencionaremos aquellos relacionados con la demanda atmosférica y propios de la transpiración.    2. TEMPERATURA DEL SUELO: Influye en el proceso de absorción del agua por la planta.  Viscosidad del agua del protoplasma y de las paredes celulares A  Temperatura  Permeabilidad de membranas celulares. del suelo  Actividad metabólica de raíces.  Velocidad de alargamiento de raíces. 1. HUMEDAD RELATIVA (HR): Si la HR es elevada la demanda de transpiración disminuye. 3. CONTENIDO DE AGUA EN EL SUELO: CAPACIDAD DE CAMPO ( tensión de retención) AGUA DISPONIBLE PARA LAS PLANTAS = AGUA CAPILAR ó “UTIL” P.M.P. ( tensión de retención) MAYOR ABSORCIÓN POR RAÍCES MENOR

9 III) FACTORES DE LA PLANTA QUE AFECTAN LA ET
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica III) FACTORES DE LA PLANTA QUE AFECTAN LA ET ESTOMATICA (importante) TRANSPIRACIÓN CUTICULAR (reducida)      1. APERTURA Y CIERRE DE ESTOMAS Regulada por la turgencia de las células oclusivas      2. NÚMERO Y POSICIÓN DE LOS ESTOMAS Variable en las distintas especies vegetales.      3. CANTIDAD, MORFOLOGÍA Y POSICIÓN DE LAS HOJAS A  área foliar  transpiración (relación con el eje principal: sombreado – radiación recibida)     4. MOVIMIENTO FOLIAR Acartuchamiento de hojas (maíz, sorgo, etc)      5. DESARROLLO Y PROFUNDIDAD DE RAÍCES A  profundidad  posibilidad de absorción A  superficie radicular  absorción (Investigación: maíz, trigo) (Micorrizas)

10 IV) CONCEPTOS DE ETP Y ETR
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica IV) CONCEPTOS DE ETP Y ETR EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL Cantidad de agua que evaporaría un suelo y transpirarían las plantas si el suelo tuviera un contenido óptimo de humedad y la cobertura vegetal fuera completa. EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL Cantidad de agua que realmente evapora un suelo y transpiran las plantas de acuerdo al contenido de humedad del suelo y cobertura vegetal circunstanciales. (Cultivos: Relación rendimiento real – Producción potencial)  E.T. REAL  E.T.POTENCIAL MEDICIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN ETR: Lisimetros (ESTATICOS y DE PESADA) COMPLEJOS ETP: Evapotranspirómetros COSTOSOS ESCASA DIFUSIÓN Utilizados en Francia, EEUU, Canadá Carencia de registros. Complejidad de medición.

11 Escurrimiento superficial
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica ESTIMACIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN (I) 1.- METODO DEL BALANCE HIDRICO Considera los ingresos (POSITIVOS) y las salidas (NEGATIVOS) de agua del sistema. P + ΔSw + ES – D – ET = (Rosemberg et al., 1983) P = Precipitación Sw = Agua almacenada en el suelo ES = Escurrimiento D = Percolación profunda Evaporación Precipitación Esc. subsuperficial Infiltración Escurrimiento superficial Sw D

12 2.1.2 Método de Blaney – Criddle (1960):
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica 2.- METODOS CLIMATICOS Modelos basados en datos meteorológicos de fácil obtención y medición generalizada. 2.1. BASADOS EN LA TEMPERATURA DEL AIRE    Método de Thornthwaite (1948): ETP (mm/mes) = 16 ( 10 t )a I t = temperatura del aire, media mensual I = índice calórico anual a = función cúbica de I Buenos resultados en la pradera pampeana. En algunos casos la ET calculada resulta subestimada. 2.1.2 Método de Blaney – Criddle (1960): 2.1.3 Método de Hargreaves (1974) 2.1.4 Hargreaves (1977) 2.1.5 Método de Linacre. 2.1.6 Fórmula de Turc

13 ESTIMACIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN (II)
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica ESTIMACIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN (II) 3.- FORMULAS BASADAS EN LA RADIACIÓN SOLAR (Rs) La evidencia experimental sugiere que la ETP depende en forma lineal de la Rs. Algunos de estos métodos de estimación emplean también la temperatura del aire (Ta). 3.1. Métodos obtenidos por regresión: 3.2 Método de Makkink (1957) 3.3. Método de Jensen – Haise (1963) 3.4. Ecuación de Sola – Pereyra (1985) 4.- MÉTODOS COMBINADOS Consideran el suministro de ENERGÍA y el transporte turbulento del VAPOR de AGUA desde la superficie evaporante. 4.1 Método de PENMAN (1948) 4.2.Método de Penman modificado por Monteith ( ) 4.3. Método de Van Bavel (1966) 4.4.Slatyer – McLiroy (1961) 4.5. Priestley – Taylor (1972)

14 La Rn puede estimarse por los procedimientos de
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica ESTIMACIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN (III) 4.1 Método de PENMAN (1948): (Radiación – Viento – Humedad del aire) Estima la EVAPORACIÓN (Eo) desde una superficie de agua libre. Eo = Rno + Ea Rno = radiación neta sobre el agua libre (∆ +Cte.) Ea = coeficiente aerodinámico Ea = f ( u ) (es – ea) u = velocidad del viento a 2m de h (km/día) es = presión de vapor a saturación del aire ea = presión de vapor actual del aire ∆ = gradiente de la curva de saturación a la temperatura media del período considerado Cte. = constante psicrométrica   Para determinar el uso del agua por la vegetación PENMAN relaciona la EVAPOTRANSPIRACIÓN con la EVAPORACIÓN: ETP = f . Eo f = factor empírico = (verano) y 0.6 (invierno) Autores que trabajaron sobre estos coeficientes (f) : MONTEITH (1973); THOM y OLWER (1977); ROSEMBERG (1969); DOOREMBOS y PRUITT (1975); BURT et al (1981) La Rn puede estimarse por los procedimientos de PENMAN (1948) LINACRE (1968/69) FAO

15 ESTIMACIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN (IV)
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica ESTIMACIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN (IV) 5.- MÉTODOS MICROMETEOROLOGICOS 5.1 Métodos de transporte de masas 5.2 Métodos aerodinámicos 5.3 Método del balance de energía 5.4 Método de resistencia del aire al transporte de calor 6.- MODELOS PARA ESTIMAR LA EVAPOTRANSPIRACIÓN 6.1 Ritchie (1972) 6.2 Tanner – Jury (1976) 6.3 Eduardo Rivas, Raúl (2005 y 2010) Investigar: 6.- “Modelos…” ( pág), en web 23/10/2011

16 Fuente: Hurtado R y Fenández Long ME (2004) www.agro.uba.ar
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica Fuente: Hurtado R y Fenández Long ME (2004)

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18 Datos: en “Estadísticas Meteorológicas” (Publicaciones del SMN)
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica Datos: en “Estadísticas Meteorológicas” (Publicaciones del SMN)

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20 01al 07 de febrero 2008 ETR 21 al 27 de Marzo 2008
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica 01al 07 de febrero ETR 21 al 27 de Marzo 2008 mm.día-1 mm.día-1 Fuente: INTA Castelar – Análisis de imágenes satelitales.

21 Evapotranspiración Real – 1° al 10 de Octubre de 2010
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica Evapotranspiración Real – 1° al 10 de Octubre de 2010 ET Real: Variable clave para el cálculo del balance de agua del suelo, la detección de estrés hídrico y para ser utilizada en los modelos de rendimiento de cultivos. El cálculo de la ETR para la Región Pampeana, surge de un trabajo publicado por Di Bella y otros autores (Di Bella et al. 2000). Instituto de Clima y Agua INTA Castelar. Imágenes disponibles: 2000 a 2010 Catálogo de imágenes:

22 Retensión Estado Hídrico Símbolos Tipo de agua Efectos
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica CONSTANTES HIDROLOGICAS DEL SUELO Retensión (Atmosferas) Estado Hídrico Símbolos Tipo de agua Efectos Plena capacidad Wt,c Gravitacional Exceso Saturación poros  5 μ asfixia Capacidad de Campo Wfc Capilar Móbil Agua útil o (Wfc – Wpwc) Humedad equivalente poros entre Humedad 0.2 y 5 μ óptima Capilar de baja “Stress” Mobilidad hídrico creciente Punto de marchitez Wpwc Cesa el permanente (PMP) crecimiento Coeficiente Wh Agua Muerte por higroscopico higroscópica sequía Suelo absolutamente seco poros  0.2 μ

23 MOVILIDAD DEL AGUA EN EL SUELO Factores:
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica MOVILIDAD DEL AGUA EN EL SUELO Factores: TEMPERATURA DEL SUELO TENSIÓN DE RETENSIÓN CANTIDAD DE AGUA ALMACENADA VELOCIDAD DE EVAPOTRANSPIRACIÓN CONTENIDO DE AGUA DEMANDA H2O ENTREGADA H2O QUE QUEDA (capacidad de ATMOSFERICA POR EL SUELO EN EL SUELO almacenaje = 300mm) (mm de agua)

24 TENSIÓMETROS - ADECUADO PARA ZONAS
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica AGUA DEL SUELO 1.- MEDICIÓN = MÉTODOS – APARATOS 2.- ESTIMACIÓN = CALCULOS DE B.H. MEDICIÓN: MÉTODO GRAVIMÉTRICO PRECISIÓN EN MEDICIONES Muestreo con barremos PATRON - Peso de suelo húmedo Estufa a 105ºC LABORIOSO Peso de suelo seco DESTRUCTIVO Porcentaje de agua sobre suelo seco TENSIÓMETROS ADECUADO PARA ZONAS Cápsulas porosas DE RIEGO (ALTA HUMEDAD) Columna de agua Succión del suelo SUELOS SECOS: interfase Vacuómetro gaseosa (FALLAS)

25 SONDA DE NEUTRONES - BUENA PRECISIÓN - NO DESTRUCTIVO
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica SONDA DE NEUTRONES BUENA PRECISIÓN - NO DESTRUCTIVO Fuente de emisión de neutrones Principio: desaceleración de neutrones por choque con los hidrógenos del agua presente en el suelo. - NECESIDAD DE Defectos: CALIBRACIÓN EN CADA TIPO de SUELO (M. Gravimetrico) DE PROFUNDIDAD DE SUPERFICIE

26 BALANCE HIDROLÓGICO Datos necesarios: 1.- Precipitación
Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica BALANCE HIDROLÓGICO Datos necesarios: 1.- Precipitación 2.- Evapotranspiración potencial Resultados: 1.- Deficiencias y excesos de agua 2.- ET Real Tipos de Balance

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28 Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno
Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica Muchas gracias por asistir a esta clase 26 y 27 de Septiembre de Marcelo Daniel Asborno

29 Método de Turc (Métodos Climáticos)
Estimación de la ETP: Método de Turc (Métodos Climáticos) Turc (1954) propuso un método sencillo, basado en la temperatura y la precipitación. Al igual que otros métodos basados en la correlación entre la precipitación como única recarga y la evaporación, pueden tener ser muy útiles para ciertas cuencas, pero su aplicación a otras regiones o cuencas, donde la profundidad de la zona no saturada, uso del suelo, topografía, clima y, sobre todo, tipo de lluvia son diferentes al lugar para donde se han realizado estas correlaciones, su aplicación es muy discutible. La fórmula de Turc da la EVT anual en mm, se expresa: Donde: P es la precipitación media anual y L es una función de T, que a su vez es función de la temperatura (t), y la precipitación (P). L = T+0.05T3

30 Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno
Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica Bibliografía: Propuesta de un modelo operativo para la estimación de la evapotranspiración. Autor: Eduardo Rivas, Raúl -  Fecha: 22-jun Universitat de Valencia  - España   En la presente Tesis se propone un modelo sencillo que permite estimar la evapotranspiración a escala regional con datos meteorológicos medidos en estaciones convencionales y temperatura de superficie obtenida a partir de imágenes de satélite. Es necesario disponer de datos de temperatura y humedad del aire, velocidad del viento y radiación solar e imágenes de temperatura de superficie. Para la aplicación del modelo se han utilizado 114 imágenes captadas por el sensor AVHRR de NOAA. El modelo subestima la evapotranspiración de referencia (4 % en régimen húmedo y 5 % en régimen seco); y el error de estimación fue de ±0,6 mm en la zona húmeda y de ±0,7 mm en la zona seca. En ambas zonas, se ha aplicado el modelo para la obtención de mapas de evapotranspiración. Se demuestra la aplicación del modelo a escala global. Para ello, se han calculado los parámetros del modelo en 69 estaciones meteorológicas del mundo con diferentes condiciones climáticas (frías, templadas y tropicales).

31 Departamento de Ambiente y Recursos Naturales Prof. Marcelo D. Asborno
Climatología y Fenología Agrícola Fundamentación Teórica Dos científicos rusos, Victor Gorshkov y Anastassia Makarieva del St. Petersburg Nuclear Physics, han publicado una teoría revolucionaria Ignorado por la comunidad científica hasta el 2009, la nueva teoría podría cambiar la forma en que las futuras generaciones verán a los bosques. Makarieva A.M., Gorshkov V.G. (2007) Biotic pump of atmospheric moisture as driver of the hydrological cycle on land. Hydrology and Earth System Sciences, 11, "La teoría de la bomba biótica se deriva de los principios fundamentales de física, no es un modelo. No tenemos ninguna duda de que, tarde o temprano, hará una revolución en la física de la atmósfera y la ciencia del medio ambiente en general. Nos enfrentamos a enormes dificultades para superar la resistencia inicial de la comunidad. Estamos trabajando más en el desarrollo de la teoría, pero no pueden publicar fácilmente nuestros nuevos resultados porque la gente aún no ha absorbido y entendido lo que se ha enunciado. " 

32 “For environment and climate to remain suitable for human life, it is necessary to restore natural forests on the major part of land area” Victor Gorshkov y Anastassia Makarieva