Al igual que la ecuación de Penman , la ecuación de Penman-Monteith (después de Howard Penman y John Monteith ) se aproxima a la evapotranspiración neta (ET), requiriendo como entrada la temperatura media diaria, la velocidad del viento, la humedad relativa y la radiación solar. Aparte de la radiación, estos parámetros están implícitos en la derivación de, , y , si no conductancias por debajo.
Los métodos estándar de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) para modelar la evapotranspiración utilizan una ecuación de Penman-Monteith. [1] Los métodos estándar de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles modifican la ecuación de Penman-Monteith para usarla con un paso de tiempo por hora. El modelo SWAT es uno de los muchos modelos hidrológicos integrados en GIS [2] que estiman la ET mediante las ecuaciones de Penman-Monteith.
Las contribuciones de la evapotranspiración son muy importantes en el balance hídrico de una cuenca , sin embargo, a menudo no se enfatizan en los resultados porque la precisión de este componente es a menudo débil en relación con los fenómenos medidos más directamente, por ejemplo, la lluvia y el flujo de los arroyos. Además de las incertidumbres climáticas, la ecuación de Penman-Monteith es sensible a los parámetros específicos de la vegetación, por ejemplo, la resistencia o conductancia de los estomas . [3] Las lagunas en el conocimiento de los mismos se llenan con supuestos fundamentados, hasta que se acumulan datos más específicos.
Varias formas de coeficientes de cultivo (K c ) explican las diferencias entre la vegetación específica modelada y un estándar de evapotranspiración de referencia (RET o ET 0 ). Los coeficientes de estrés (K s ) explican las reducciones de ET debido al estrés ambiental (por ejemplo, la saturación del suelo reduce el O 2 de la zona de la raíz , la baja humedad del suelo induce la marchitez , los efectos de la contaminación del aire y la salinidad). Los modelos de vegetación nativa no pueden asumir el manejo de cultivos para evitar el estrés recurrente.
Ecuación
- λ v = Calor latente de vaporización . Energía requerida por unidad de masa de agua vaporizada. (J g −1 )
- L v = Calor volumétrico latente de vaporización. Energía requerida por volumen de agua vaporizada. ( L v = 2453 MJ m −3 )
- E = Tasa de evapotranspiración de agua en masa (g s −1 m −2 )
- ET o = Volumen de agua evapotranspirado (mm s −1 )
- Δ = Tasa de cambio de la humedad específica de saturación con la temperatura del aire. (Pa K −1 )
- R n = Irradiancia neta (W m −2 ), la fuente externa de flujo de energía
- G = flujo de calor del suelo (W m −2 ), generalmente difícil de medir
- c p = Capacidad calorífica específica del aire (J kg −1 K −1 )
- ρ a = densidad del aire seco (kg m −3 )
- δ e = déficit de presión de vapor o humedad específica (Pa)
- g a = Conductividad del aire, conductancia atmosférica (m s −1 )
- g s = Conductividad del estoma, conductancia superficial (m s −1 )
- γ = Constante psicrométrica ( γ ≈ 66 Pa K −1 )
(Monteith, 1965): [4]
Nota: A menudo se utilizan resistencias en lugar de conductividades.
donde r c se refiere a la resistencia al flujo de un dosel de vegetación hasta la extensión de alguna capa límite definida.
También tenga en cuenta que varía cada día y en respuesta a las condiciones a medida que las plantas ajustan rasgos como las aberturas de los estomas. Al ser sensible a este valor de parámetro, la ecuación de Penman-Monteith evita la necesidad de un tratamiento más riguroso dequizás variando dentro de cada día. La ecuación de Penman se derivó para estimar la ET diaria a partir de promedios diarios.
Esto también explica las relaciones utilizadas para obtener Y además de los supuestos clave para alcanzar esta ecuación simplificada.
Priestley – Taylor
La ecuación de Priestley-Taylor se desarrolló como un sustituto de la ecuación de Penman-Monteith para eliminar la dependencia de las observaciones. Para Priestley-Taylor, solo se requieren observaciones de radiación (irradiancia). Esto se hace quitando los términos aerodinámicos de la ecuación de Penman-Monteith y agregando un factor constante derivado empíricamente,.
El concepto subyacente detrás del modelo de Priestley-Taylor es que una masa de aire que se mueve sobre un área con vegetación con abundante agua se saturaría de agua. En estas condiciones, la evapotranspiración real coincidiría con la tasa de evapotranspiración potencial de Penman. Sin embargo, las observaciones revelaron que la evaporación real era 1,26 veces mayor que la evaporación potencial y, por lo tanto, la ecuación para la evaporación real se encontró tomando la evapotranspiración potencial y multiplicándola por. El supuesto aquí es para vegetación con abundante suministro de agua (es decir, las plantas tienen bajo estrés hídrico). Se estima que áreas como las regiones áridas con alto estrés hídrico tienen mayorvalores. [5]
La suposición de que una masa de aire que se mueve sobre una superficie vegetada con abundante agua satura ha sido cuestionada más tarde. La parte más baja y turbulenta de la atmósfera, la capa límite atmosférica , no es una caja cerrada, sino que constantemente trae aire seco desde más arriba en la atmósfera hacia la superficie. A medida que el agua se evapora más fácilmente en una atmósfera seca, se mejora la evapotranspiración. Esto explica el valor mayor que la unidad del parámetro de Priestley-Taylor. Se ha obtenido el equilibrio adecuado del sistema e involucra las características de la interfaz de la capa límite atmosférica y la atmósfera libre suprayacente. [6] [7]
Otras lecturas
- PG Jarvis (1976). "La interpretación de las variaciones en el potencial hídrico foliar y la conductancia estomática encontradas en las copas de los árboles en el campo" . Philosophical Transactions de la Royal Society B . 273 (927): 593–610. Código Bibliográfico : 1976RSPTB.273..593J . doi : 10.1098 / rstb.1976.0035 . JSTOR 2417554 .
- CHB Priestley; RJ Taylor (1972). "Sobre la evaluación del flujo de calor superficial y la evaporación utilizando parámetros a gran escala" (PDF) . Revisión mensual del clima . 100 (2): 81–82. Código Bibliográfico : 1972MWRv..100 ... 81P . CiteSeerX 10.1.1.395.1720 . doi : 10.1175 / 1520-0493 (1972) 100 <0081: OTAOSH> 2.3.CO; 2 .
Referencias
- ^ Richard G. Allen; Luis S. Pereira; Dirk Raes; Martin Smith (1998). Evapotranspiración de cultivos: pautas para calcular los requisitos de agua de los cultivos . Documento de la FAO sobre riego y drenaje 56. Roma, Italia: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. ISBN 978-92-5-104219-9.
- ^ Ejemplos de modelos hidrológicos de simulación continua integrados GIS
- ^ Keith Beven (1979). "Un análisis de sensibilidad de las estimaciones de evapotranspiración real de Penman-Monteith". Revista de hidrología . 44 (3–4): 169–190. Código Bibliográfico : 1979JHyd ... 44..169B . doi : 10.1016 / 0022-1694 (79) 90130-6 .
- ^ JL Monteith (1965). "Evaporación y medio ambiente". Simposios de la Sociedad de Biología Experimental . 19 : 205–224. PMID 5321565 .Obtenido de Forest Hydrology and Watershed Management - Hydrologie Forestiere et Amenagement des Bassins Hydrologiques (Actas del Simposio de Vancouver, agosto de 1987, Actes du Co11oque de Vancouver, Aout 1987): IAHS-AISH Publ. No. 167, 1987. págs. 319–327.
- ^ ME Jensen, RD Burman y RG Allen, ed. (1990). Requerimiento de agua de riego y evapotranspiración . Manuales e informes de la ASCE sobre prácticas de ingeniería. 70 . Nueva York, NY: Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles . ISBN 978-0-87262-763-5.
- ^ Culf, A. (1994). "Evaporación de equilibrio debajo de una capa límite convectiva en crecimiento". Meteorología de capa límite . 70 (1–2): 34–49. Código Bibliográfico : 1994BoLMe..70 ... 37C . doi : 10.1007 / BF00712522 . S2CID 123108265 .
- ^ van Heerwaarden, CC; et al. (2009). "Interacciones entre el arrastre de aire seco, la evaporación de la superficie y el desarrollo de la capa límite convectiva". Revista trimestral de la Royal Meteorological Society . 135 (642): 1277–1291. Código Bibliográfico : 2009QJRMS.135.1277V . doi : 10.1002 / qj.431 .
enlaces externos
- Derivación de la ecuación