Evapotranspiración
Evapotranspiración (ET) son los procesos combinados por los cuales el agua se mueve desde la superficie de la tierra hacia la atmósfera. Cubre tanto la evaporación de agua (movimiento de agua al aire directamente desde el suelo, copas y cuerpos de agua) como la transpiración (movimiento de agua del suelo, a través de raíces y cuerpos de vegetación, en las hojas y luego en el aire). La evapotranspiración es una parte importante del ciclo local del agua y del clima, y su medición juega un papel clave en el riego agrícola y la gestión de los recursos hídricos.
Definición
La evapotranspiración es una combinación de evaporación y transpiración, medida para comprender mejor los requisitos de agua de los cultivos, la programación del riego y la gestión de cuencas hidrográficas. Los dos componentes clave de la evapotranspiración son:
- Evaporación: el movimiento del agua directamente al aire de fuentes como el suelo y los cuerpos de agua. Puede verse afectada por factores como calor, humedad y velocidad del viento.
- Transpiración: el movimiento de agua de sistemas de raíces, a través de una planta, y salida al aire como vapor de agua. Esta salida se produce a través de stomata en la planta. La tasa de transpiración puede ser influenciada por factores como el tipo de planta, el tipo de suelo, las condiciones meteorológicas y el contenido del agua, y también las prácticas de cultivo.
La evapotranspiración se suele medir en milímetros de agua por unidad de tiempo determinada. A nivel mundial, se estima que, en promedio, entre las tres quintas partes y las tres cuartas partes de las precipitaciones terrestres se devuelven a la atmósfera a través de la evapotranspiración.
Factores que afectan los niveles de evapotranspiración
Factores primarios
Debido a que la evaporación y la transpiración ocurren cuando el agua pasa al aire, los niveles de evapotranspiración en un área determinada se controlan principalmente mediante:
- la cantidad de agua presente;
- la cantidad de energía presente en el aire y el suelo (por ejemplo, calor); y
- la capacidad de la atmósfera para tomar agua (humididad).
Factores secundarios
Tipo de vegetación
El tipo de vegetación afecta los niveles de evapotranspiración. Por ejemplo:
- Las plantas herbáceas generalmente transpiran menos que las plantas leñosas, porque generalmente tienen follaje menos extenso.
- Las plantas con raíces profundas pueden transpirar el agua más constantemente, porque esas raíces pueden arrastrar más agua a la planta y hojas.
- Los bosques de coníferos tienden a tener tasas más altas de evapotranspiración que los bosques de hoja ancha caducos, especialmente en las temporadas invernal y primavera temprana, porque son siempre verdes.
Cobertura vegetal
La transpiración es un componente mayor de la evapotranspiración (en relación con la evaporación) en áreas con abundante vegetación. Como resultado, la vegetación más densa, como los bosques, puede aumentar la evapotranspiración y reducir la producción de agua.
Dos excepciones a esto son los bosques nubosos y las selvas tropicales. En los bosques nubosos, los árboles recogen el agua líquida en forma de niebla o nubes bajas sobre su superficie, que finalmente gotea hasta el suelo. Estos árboles siguen contribuyendo a la evapotranspiración, pero a menudo recogen más agua de la que evaporan o transpiran. En las selvas tropicales, la producción de agua aumenta (en comparación con la tierra despejada y sin bosques en la misma zona climática) a medida que la evapotranspiración aumenta la humedad dentro del bosque (una parte de la cual se condensa y regresa rápidamente como precipitación experimentada a nivel del suelo en forma de lluvia). La densidad de la vegetación bloquea la luz solar y reduce las temperaturas a nivel del suelo (reduciendo así las pérdidas debidas a la evaporación superficial), y reduce la velocidad del viento (reduciendo así la pérdida de humedad del aire). El efecto combinado da como resultado un aumento de los flujos de corrientes superficiales y un nivel freático más alto mientras se preserva la selva tropical. La tala de selvas tropicales con frecuencia conduce a la desertificación a medida que aumentan las temperaturas a nivel del suelo y la velocidad del viento, la cubierta vegetal se pierde o se destruye intencionalmente mediante la tala y la quema, la humedad del suelo se reduce por el viento y los suelos se erosionan fácilmente por los fuertes vientos y las lluvias.
Suelo y riego
En áreas que no están irrigadas, la evapotranspiración real generalmente no es mayor que la precipitación, con cierta amortiguación y variaciones en el tiempo dependiendo de la capacidad del suelo para retener agua. Por lo general, será menor porque se perderá algo de agua debido a la filtración o escorrentía superficial. Una excepción son las áreas con niveles freáticos altos, donde la acción capilar puede hacer que el agua del agua subterránea suba a través de la matriz del suelo de regreso a la superficie. Si la evapotranspiración potencial es mayor que la precipitación real, el suelo se secará hasta que las condiciones se estabilicen, a menos que se use riego.
Medición de la evapotranspiración
Medición directa
La evapotranspiración se puede medir directamente con un lisímetro de pesaje o de plato. Un lisímetro mide continuamente el peso de una planta y el suelo asociado, y cualquier agua añadida por precipitación o riego. Luego se modela el cambio en el almacenamiento de agua en el suelo midiendo el cambio de peso. Cuando se usa correctamente, esto permite una medición precisa de la evapotranspiración en áreas pequeñas.
Estimación indirecta
Debido a que el flujo de vapor atmosférico es difícil de medir directamente o lleva mucho tiempo, la evapotranspiración generalmente se estima mediante uno de varios métodos diferentes que no se basan en la medición directa.
Balance de agua de captación
La evapotranspiración se puede estimar evaluando la ecuación del balance hídrico para un área determinada:. La ecuación del balance hídrico relaciona el cambio en el agua almacenada dentro de la cuenca (S) con sus entradas y salidas:
Δ Δ S=P− − ET− − Q− − D{displaystyle Delta S=P-ET-Q-D,!
En la ecuación, el cambio en el agua almacenada dentro de la cuenca (ΔS) está relacionado con la precipitación (P)(agua que ingresa a la cuenca) y la evapotranspiración (ET), caudal (Q) y recarga de agua subterránea (D)(agua que sale de la cuenca). Al reorganizar la ecuación, se puede estimar ET si se conocen los valores de las otras variables:
ET=P− − Δ Δ S− − Q− − D{displaystyle ET=P-Delta S-Q-D,!
Balance energético
Una segunda metodología de estimación es mediante el cálculo del balance energético.
λ λ E=Rn− − G− − H{displaystyle lambda E=R_{n}-G-H,!
donde λE es la energía necesaria para cambiar la fase del agua de líquido a gas, Rn es la radiación neta, G es el flujo de calor del suelo y H es el flujo de calor sensible. Utilizando instrumentos como un centelleómetro, placas de flujo de calor del suelo o medidores de radiación, se pueden calcular los componentes del balance de energía y se puede resolver la energía disponible para la evapotranspiración real.
Los algoritmos SEBAL y METRIC resuelven el balance de energía en la superficie terrestre utilizando imágenes satelitales. Esto permite que tanto la evapotranspiración real como la potencial se calculen píxel por píxel. La evapotranspiración es un indicador clave para la gestión del agua y el rendimiento del riego. SEBAL y METRIC pueden mapear estos indicadores clave en tiempo y espacio, por días, semanas o años.
Estimación a partir de datos meteorológicos
Dados los datos meteorológicos como el viento, la temperatura y la humedad, se puede calcular la ET de referencia. La ecuación más general y ampliamente utilizada para calcular la ET de referencia es la ecuación de Penman. La variación de Penman-Monteith es recomendada por la Organización para la Agricultura y la Alimentación y la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles. La ecuación Blaney-Criddle más simple fue popular en el oeste de los Estados Unidos durante muchos años, pero no es tan precisa en regiones húmedas con mayor humedad. Otras ecuaciones para estimar la evapotranspiración a partir de datos meteorológicos incluyen Makkink, que es simple pero debe calibrarse en una ubicación específica y, por último, las ecuaciones de Hargreaves.
Para convertir la evapotranspiración de referencia en la evapotranspiración real del cultivo, se debe usar un coeficiente de cultivo y un coeficiente de estrés. Los coeficientes de cultivo, tal como se utilizan en muchos modelos hidrológicos, suelen cambiar a lo largo del año para adaptarse al hecho de que los cultivos son estacionales y, en general, las plantas se comportan de manera diferente a lo largo de las estaciones: las plantas perennes maduran durante varias estaciones, mientras que las anuales no sobreviven más que unas pocas., por lo que las respuestas al estrés pueden depender significativamente de muchos aspectos del tipo y condición de la planta.
Evapotranspiración potencial
La evapotranspiración potencial (PET) es la cantidad de agua que sería evaporada y transpirada por un cultivo, suelo o ecosistema específico si hubiera suficiente agua disponible. Es un reflejo de la energía disponible para evaporar o transpirar agua, y del viento disponible para transportar el vapor de agua desde el suelo hacia la atmósfera inferior y lejos de la ubicación inicial. A menudo, un valor para la evapotranspiración potencial se calcula en una estación climática cercana en una superficie de referencia, convencionalmente en terrenos dominados por pastos cortos (aunque puede diferir de una estación a otra). Este valor se denomina evapotranspiración de referencia (ET0). Se dice que la evapotranspiración real es igual a la evapotranspiración potencial cuando existe abundante agua. La evapotranspiración nunca puede ser mayor que la evapotranspiración potencial, pero puede ser menor si no hay suficiente agua para evaporar o si las plantas no pueden transpirar de manera madura y fácil.
Algunos estados de EE. UU. utilizan un cultivo de referencia de alfalfa de cobertura completa de 0,5 m (1,6 pies) de altura, en lugar de la referencia general de pasto verde corto, debido al valor más alto de ET de la referencia de alfalfa. La evapotranspiración potencial es mayor en verano, en días más claros y menos nublados, y más cerca del ecuador, debido a los niveles más altos de radiación solar que proporciona la energía (calor) para la evaporación. La evapotranspiración potencial también es mayor en los días ventosos porque la humedad evaporada se puede mover rápidamente del suelo o de la superficie de la planta antes de que se precipite, lo que permite que más evaporación ocupe su lugar.
La evapotranspiración potencial se expresa en términos de profundidad del agua o porcentaje de humedad del suelo, y se puede graficar durante el año (ver figura).
La evapotranspiración potencial generalmente se mide indirectamente, a partir de otros factores climáticos, pero también depende del tipo de superficie, como el agua libre (para lagos y océanos), el tipo de suelo para suelo desnudo y también la densidad y diversidad de la vegetación. A menudo, un valor para la evapotranspiración potencial se calcula en una estación climática cercana en una superficie de referencia, convencionalmente en pasto corto (ver arriba). Este valor se denomina evapotranspiración de referencia y se puede convertir en una evapotranspiración potencial multiplicándolo por un coeficiente de superficie. En agricultura, esto se llama coeficiente de cultivo. La diferencia entre la evapotranspiración potencial y la precipitación real se utiliza en la programación del riego.
La evapotranspiración potencial anual promedio a menudo se compara con la precipitación anual promedio, cuyo símbolo es P. La relación de los dos, P/PET, es el índice de aridez. Un clima subtropical húmedo es una zona de clima caracterizada por veranos cálidos y húmedos e inviernos fríos a templados. Las regiones subárticas tienen veranos cortos y templados e inviernos helados, que se encuentran entre los 50°N y los 70°N de latitud, según el clima local. La precipitación y la evapotranspiración son bajas (en comparación con las variantes más cálidas), y la vegetación es característica del bosque de coníferas/taiga.
Lista de modelos de evapotranspiración basados en sensores remotos
- ALEXI
- BAITSSS
- METRIC
- Método Abtew
- SEBAL
- SEBS
- SSEBop