CÁLCULO DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO POTENCIAL ATRAVÉS DO METODO DE
THORNTHWAITE E COMPARAÇÃO COM DADOS DE REANÁLISE DE
EVAPORAÇÃO POTENCIAL DO NCEP PARA A CIDADE DE PELOTAS-RS
Diego Simões Fernandes 1 , Paulo Roberto Pelufo Foster 2
RESUMO – A evapotranspiração potencial é o total de água para a atmosfera por evaporação e
transpiração, por unidade de tempo, de uma superfície extensa completamente coberta de vegetação
de porte baixo e bem suprida de água. Já a evaporação potencial é a perda de água para a atmosfera
de uma superfície saturada exposta as condições reinantes de fatores meteorológicos. O objetivo
deste trabalho foi de comparar a evapotranspiração potencial calculada pelo método de
Thornthwaite com a evaporação potencial com dados de reanálise do NCEP para o período de 1998
a 2005 para a cidade de Pelotas-RS. Pode-se observar que as curvas de evapotranspiração potencial
e evaporação potencial evoluem sem grandes diferenças. Quase sempre que se observa uma
variação em uma curva, a outra, segue esse variação. Observa-se déficit hídrico em todos os meses
de todos os anos estudados, sendo que em alguns casos o déficit e desprezível.
Abstract - The potential evapotranspiration is the entire of water for the atmosphere for evaporation
and perspiration, for unit of time, of an extensive surface completely covered with load vegetation
low and well supplied of water. Already the potential evaporation is the loss of water for the
atmosphere of a surface saturated exposed the conditions reinantes of meteorological factors. The
objective of this work was of comparing the potential evapotranspiration made calculations by the
method of Thornthwaite with the potential evaporation with data of reanalisys of NCEP for the
period from 1998 to 2005 for city of Pelotas/RS. It can be observed that the curves of potential
evapotranspiration and potential evaporation develop without great differences. Almost always that
a variation is observed in a curve, the other, follows that variation. Deficit hydric is observed in all
of the months of all of the studied years, and in some cases the deficit and despicable.
Palavras-Chave – evapotranspiração potencial, evaporação potencial, Thornthwaite, reanálise.
INTRODUÇÃO
A transferência de água para a atmosfera, no estado de vapor, quer pela evaporação de
superfícies liquidas, quer pela evaporação de superfícies úmidas ou pela transpiração vegetal,
constitui importante ciclo hidrológico da natureza.
A Evaporação Potencial (EP) é a perda de água para a atmosfera de uma superfície saturada
exposta as condições reinantes de fatores meteorológicos. É uma medida do grau em que o tempo
ou clima de uma região é favorável ao processo de evaporação (HUSCHKE, 1970). A
1
Aluno do curso de Bacharelado em Meteorologia – Universidade Federal de Pelotas – Campus Universitário s/nº –
Caixa Postal 354, Pelotas, RS – 96010-900 – 53 3223-2449 – e-mail: [email protected]
2
Professor Doutor do Departamento de Meteorologia – Universidade Federal de Pelotas– Campus Universitário s/nº –
Caixa Postal 354, Pelotas, RS – 96010-900 – 53 3275-7328 – e-mail: [email protected]
Evapotranspiração Potencial (ETP), segundo PENMAN (1956), é o total de água para uma
superfície extensa completamente coberta de vegetação de porte baixo e bem suprida de água.
Algumas variáveis meteorológicas são fatores determinantes da evaporação e
evapotranspiração. As temperaturas do ar e da água estão grandemente associadas à radiação solar
e, portanto, também se correlacionam positivamente com a evaporação. O efeito do vento na
evaporação é exercido pela remoção e renovação do ar logo acima da superfície evaporante. Em
igualdade de outras condições a evaporação é proporcional à diferença entre pressão do vapor
saturado à temperatura da água e à pressão do vapor do ar.
O conceito de evapotranspiração potencial, o mais significativo avanço no conhecimento dos
aspectos da umidade climática, foi introduzido em 1944 por Thornthwaite, quando trabalhava com
problemas de irrigação, no México (MATHER, 1958). A evapotranspiração potencial (ETP) passou
a ser considerada, como a chuva, um elemento meteorológico padrão, fundamental, representando a
chuva necessária para atender às carências de água da vegetação.
Dados confiáveis de evapotranspiração são exigidos para o planejamento, construção e
operação de reservatórios e sistemas de irrigação e drenagem, diminuindo, assim, os gastos
necessários para irrigação de cultivares agrícola. O método de Thornthwaite é muito utilizado em
todas as regiões, já que se baseia somente na temperatura, que é um dado normalmente coletado em
estações meteorológicas.
O objetivo deste trabalho é calcular a evapotranspiração potencial (ETP) pelo método de
Thornthwaite e comparar a média mensal do método com a média da evaporação potencial de dados
de reanálises do NCEP, para a cidade de Pelotas, Rio Grande do Sul, para o período de 1998 a
2005.
MATERIAL E METODOS
Para o calculo do método de Thornthwaite foram utilizados dados de temperatura média do ar
obtidos junto à estação agroclimatológica da cidade de Pelotas-RS (Latitude: 31° 52’ 00” S
Longitude: 52° 21’ 24” W. GRW Altitude: 13,24 m). Dados de reanálises da taxa de evaporação
potencial (EP) obtidos com o NCEP (National Centers for Environmental Prediction) foram
utilizados para obter a taxa mensal de evaporação potencial.
O método de Thornthwaite para a evapotranspiração potencial foi obtido com o calculo da
seguinte formula:
⎛ 10.t ⎞
ETP = f .1,6⎜
⎟
⎝ I ⎠
onde:
a
(1)
ETP – evapotranspiração potencial;
f – fator de ajuste em função da latitude e mês do ano;
t – temperatura média mensal, em ºC;
I – índice de calor anual.
O índice de calor anual é calculado pela seguinte equação:
12 t
⎛ ⎞
I = Σ⎜ ⎟
1 5
⎝ ⎠
1, 514
(2)
O valor de a é dado pela função cúbica do índice anual:
a = 6,75 × 10 −7.I 3 − 7,71 × 10 −5.I 2 + 1,7292 × 10 −2.I + 0,49239
(3)
Os valores obtidos pela fórmula de Thornthwaite são válidos para meses de 30 dias com 12
horas de luz solar por dia. Como o número de horas de luz por dia muda com a latitude e também
porque há meses com 28 e 31 dias, torna-se necessário proceder a correções. Este fator de correção
(f) é obtido da seguinte forma:
f =
h n
×
12 30
(4)
onde:
h – número de horas de luz solar na latitude considerada;
n – número de dias do mês em estudo.
Foram utilizados dados de brilho solar diário, tabelados para a latitude considerada, sendo que
os valores correspondem ao 15º dia de cada mês (dados interpolados de Smithsonlan
Meteorological Tables 6ª Edição - Quadro 171). Para fazer os balanços hídricos dos anos estudados,
comparou-se dados de evapotranspiração potencial e dados de precipitação (figuras 2a-h).
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Podemos notar (figura 1) que as curvas de evapotranspiração potencial calculada pelo método
de Thornthwaite e pela curva da evaporação potencial obtida com os dados de reanálise do NCEP,
evoluem sem grandes diferenças. Nota-se, em geral, sempre que há uma diminuição na
evapotranspiração potencial, essa diminuição é seguida pela curva da evaporação potencial. Foram
observados os maiores valores de evapotranspiração potencial nos meses de verão, e isto se dá
devido que, a evapotranspiração potencial leva em consideração a transpiração das plantas, que
transpiram mais que nos meses de inverno.
No ano de 1998 (figura 1b) registrou-se uma evaporação potencial maior do que as registradas
em todo o período estudado, sendo que, para este ano, o período de junho a agosto não representou
uma evolução uniforme, como pode se observar na maioria dos anos.
Para os meses de janeiro, fevereiro e março, dos anos de 1998, 1999, 2002 e 2004 (Figuras 1a,
1b, 1e e 1g), as curvas de evapotranspiração potencial e evaporação potencial não mostram uma
uniformidade, sendo que a diferença se dá para mais ou para menos, não seguindo um padrão.
De todos os anos estudados, em 2003 (figura 1f) as curvas de evapotranspiração potencial e
evaporação potencial foram as que tiveram uma melhor uniformidade na evolução no decorrer o
ano.
No balanço híbrico (figura 2a-h) entre a evapotranspiração potencial, calculada pelo método
de Thornthwaite e a precipitação mensal, observa-se que em todos os anos estudados teve um
déficit hídrico. O maior déficit hídrico foi observado no período de dezembro-janeiro do ano de
2003 (figura 2f). Em 2001 e 2002 (figuras 2d e 2e), foram observados um déficit muito pequeno,
praticamente desprezível.
Podemos notar no período estudado, que os gráficos do balanço hídrico, mostram que o
déficit hídrico ocorre nos meses de janeiro, fevereiro, março, outubro, novembro e dezembro,
apenas em 2005 (figura 2h), observa-se déficit hídrico no mês de junho. Isto pode ser explicado
porque nos meses de inverno, os sistemas frontais atuam mais intensamente causando maiores
precipitações no inverno.
CONCLUSOES
Resultados mostram que os valores obtidos através do cálculo da evapotranspiração potencial
pelo método de Thornthwaite e os dados de reanálises do NCEP de evaporação potencial são bem
similares, sendo que as curvas evoluem uniformemente em quase todos os anos estudados e, isso
faz com que se tenha uma boa comparação entre os dados comparados. Por fim, ao comparar dados
de precipitação e evapotranspiração potencial, a fim de se obter o balanço hídrico, verificou-se que
os meses em que ocorrem déficit são janeiro, fevereiro, março, outubro, novembro e Dezembro.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
HUSCHE, R.E., 1970: Clossary of Meteorology. Amer. Meteor. Soc., 638pp.
MATHER, J.R. Preface. Centerton, N.J., 1958, p.247-248. (publications in Climatology, v.XI, n.3)
PENMAN, H.L. Evaporation: na introductory survey. Netherlands. Journal of Agricultural Science,
Cambridge, v.4, p.9-29, 1996.
EP - NCEP
ETP - TORNTWAITE
21
120
15
100
12
60
9
6
40
6
3
20
3
0
0
12
60
9
40
20
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
0
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Mês
(a)
EP - NCEP
ETP - THORTWAITE
21
140
60
9
40
20
0
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
ETP (mm/mês)
12
Mai
18
15
80
12
60
9
6
40
6
3
20
3
0
0
Dez
0
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
(c)
Jun
ETP - THORTWAITE
140
60
9
40
20
0
Jul
Ago
Set
Out
Nov
ETP (mm/mês)
12
15
80
12
60
9
6
40
6
3
20
3
0
0
Dez
0
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
ETP - THORTWAITE
140
Out
Nov
Dez
60
9
40
20
0
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
ETP (mm/mês)
12
EP - NCEP
21
18
15
100
EP (mm/mês)
ETP (mm/mês)
80
Mês
Set
120
15
100
Jun
Ago
140
18
120
Mai
Jul
(f)
EP - NCEP
21
Abr
EP - NCEP
18
(e)
Mar
Dez
Mês
ETP - THORTWAITE
Fev
Nov
21
Mês
Jan
Out
100
EP (mm/mês)
ETP (mm/mês)
80
Jun
Set
120
15
100
Mai
Ago
140
18
120
Abr
Jul
(d)
EP - NCEP
21
Mar
EP - NCEP
Mês
ETP - THORTWAITE
Fev
Dez
21
Mês
Jan
Nov
100
EP - (mm/mês)
ETP - (mm/mês)
80
Abr
Out
120
15
100
Mar
Set
140
18
120
Fev
Ago
(b)
ETP - THORNTWAITE
Jan
Jul
Mês
EP (mm/mês)
Fev
EP (mm/mês)
Jan
15
80
80
0
18
80
12
60
9
6
40
6
3
20
3
0
0
EP (mm/mês)
ETP (mm/mês)
100
18
ETP (mm/mês)
120
21
140
EP (mm/mês)
140
EP - NCEP
EP (mm/mês)
ETP - THORNTWAITE
0
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Mês
(g)
(h)
Figura 1. Comparações de ETP calculado pelo método de Thornthwaite e EP de dados de reanálise
do NCEP: (a) 1998; (b) 1999; (c) 2000; (d)2001; (e) 2002; (f) 2003; (g) 2004 e (h) 2005.
Precipitação
ETP - THORNTHWAITE
350
300
300
250
250
ETP e Pr (mm/mês)
ETP e Pr (mm/mês)
ETP - THORTHWAITE
350
200
150
200
150
100
100
50
50
0
0
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Mês
(a)
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Set
Out
Nov
Dez
Set
Out
Nov
Dez
Set
Out
Nov
Dez
(b)
Precipitação
ETP - THORHTHWAITE
350
350
300
300
250
250
ETP e Pr (mm/mês)
ETP e Pr (mm/mês)
Jul
Mês
ETP - THORNTHWAITE
200
150
Precipitação
200
150
100
100
50
50
0
0
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Mês
Jul
Ago
Mês
(C)
(d)
ETP - THORNTHWAITE
Precipitação
ETP - THORNTHWAITE
350
350
300
300
250
250
ETP e Pr (mm/mês)
ETP e Pr (mm/mês)
Precipitação
200
150
200
150
100
100
50
50
0
Precipitação
0
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Mês
Jul
Ago
Mês
(e)
(f)
ETP - THORNTHWAITE
Precipitação
ETP - THORTHWAITE
500
Precipitação
350
450
300
400
250
ETP e Pr (mm/mês)
ETP e Pr (mm/mês)
350
300
250
200
150
200
150
100
100
50
50
0
0
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Mês
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Mês
(g)
(h)
Figura 2. Balanço Hídrico: (a) 1998; (b) 1999; (c) 2000; (d)2001; (e) 2002; (f) 2003; (g) 2004 e (h)
2005.