3.0 - Manual de Uso PE-Oudin

 

 

Manual de Uso PE-OUDIN Estimación de la Evapotranspiración Potencial (PE)  

AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA - DCPRH 12 de febrero de 2015 Autor: Lucio E. Vergara S.

 

ÍNDICE I.  Introducción

………………………………………………………...……………..

1.1. Factores Meteorológicos que determinan la Evapotranspir Evapotranspiración ación a.  Radiación Solar

………………………………………………………………

 b.  Temperatura del Aire c.  Humedad del aire

3

…………………………………………………………

2.1. PE en base a Temperatura 2.2. Formulación de PE en Excel

2 / 2 0 / 2 1 | NI D U OE P o s U e d l a u an M

1

 

 

……………………………………………………………

……………………………………………………

II.  Estimación de la Evapotranspiración Potencial

0

 

2 2

1.2. Radiación extraterrestre (Ra)

1

 

2

………………………………….…………………….

d.  Velocidad del viento

5

……………......…

 

2

 

 

3

 

3

 

………………………………………..

4

……………………………………………………….

4

…………………………………………………….

 

 

4

 

Manual de Uso PE-OUDIN Estimación de la Evapotranspiración Evapotranspiración Potencial (PE)

I .   Introducción Se conoce como evapotranspiración la combinación de dos procesos separados por los que el agua se pierde a través de la superficie del suelo por evaporación y por otra parte mediante transpiración del cultivo. La evaporación es el proceso por el cual el agua líquida se convierte en vapor de agua (vaporización) y se retira de la superficie evaporante (remoción de vapor). El agua se evapora de una variedad de superficies, tales como lagos, ríos, caminos, suelos y la vegetación mojada. Para cambiar el estado de las moléculas del agua de líquido a vapor se requiere energía. La radiación solar directa y, en menor grado, la temperatura ambiente del aire, proporcionan esta energía. La transpiración consiste en la vaporización del agua líquida contenida en los tejidos de la planta y su posterior remoción hacia la atmósfera. Los cultivos pierden agua predominantemente a través de las estomas. La evaporación y la transpiración ocurren simultáneamente y no hay una manera sencilla de distinguir entre estos dos procesos. Aparte de la disponibilidad de agua en los horizontes superficiales, la evaporación de un suelo cultivado es determinada principalmente por la fracción de radiación solar que llega a la superficie del suelo. Esta fracción disminuye a lo largo del ciclo del cultivo a medida que el dosel del cultivo proyecta más y más sombra sobre el suelo. En las primeras etapas del cultivo, el agua se pierde principalmente por evaporación directa del suelo, pero con el desarrollo del cultivo y finalmente cuando este cubre totalmente el suelo, la transpiración se convierte en el proceso principal.

1 . 1   Factores Meteorológicos que determinan la Evapotranspir Evapotranspiración ación Los factores meteorológicos que determinan la evapotranspiración son los componentes del tiempo que proporcionan energía para la vaporización y extraen vapor de agua de una superficie evaporante. Los principales parámetros meteorológicos que se deben considerar consid erar se presentan a continuación. 5

a. 

1

Radiación solar 0 2 / 2 0 / 2 1

El proceso de la evapotranspiración está determinado por la cantidad de energía disponible para evaporar el agua. La radiación solar es la más importante fuente de energía en el planeta y puede cambiar grandes cantidades de agua líquida en vapor de agua. La cantidad potencial de radiación que puede llegar a una u na superficie evaporante viene determinada por su localización y época del año.

b. 

| NI D U OE P o

Temperatura del aire s U e d l a u

La radiación solar absorbida por la atmosfera y el calor emitido por la tierra elevan la temperatura del aire. El calor sensible del aire circundante transfiere energía al cultivo y entonces ejerce un cierto control en la tasa de  

na M

2

 

evapotranspiración. En un día soleado y cálido, la perdida de agua por evapotranspiración será mayor que en un día nublado y fresco.

c. 

Humedad del aire

Mientras que el aporte de energía del sol y del aire circundante es la fuerza impulsora principal para la evaporación del agua, la diferencia entre la presión de vapor de agua en la superficie evapotranspirante y el aire circundante es el factor determinante para la remoción de vapor.

d. 

Velocidad del viento

El proceso de remoción de vapor depende en alto grado del viento y de la turbulencia del aire, los cuales transfieren grandes cantidades de aire hacia la superficie evaporante. Con la evaporación del agua, el aire sobre la superficie evaporante se satura gradualmente con vapor. Si este aire no se substituye continuamente por un aire más seco, disminuye la intensidad in tensidad de remoción de vapor de agua y la tasa de evapotranspiración disminuye.

1 . 2   Radiación extraterrestr extraterrestree Ra) La radiación que choca a una superficie perpendicular a los rayos del sol en el extremo superior de la atmosfera terrestre, se llama constante solar, y tiene un valor aproximado de 0,082 MJ m-2 min-1. La intensidad int ensidad local de la radiación, sin embargo, está determinada por el ángulo entre la dirección de los rayos solares y la superficie de la atmosfera. Este ángulo cambia durante el día y es diferente en diversas latitudes y en diversas épocas del año. La radiación solar recibida en la parte superior de la atmosfera terrestre sobre una superficie horizontal se conoce como radiación (solar) extraterrestre, Ra.

5 1 0 2 / 2 0 / 2 1 | IN D

Figura 01. Variación anual de la radiación extraterrestre (Ra) en el ecuador, a los 20° y 40° de latitud norte y sur. U OE P o s U e d l a

Si el sol se encuentra directamente encima de la cabeza, el ángulo de incidencia es cero y la radiación na

extraterrestre es 0,082 MJ m-2 min-1. Así como las estaciones cambian, la posición del sol, la longitud del día y la radiación extraterrestre también cambian. La radiación extraterrestre es entonces una función de la latitud,

u M

3

 

 

la época del ano y la hora del día. Los valores de Ra a lo largo del año para diversas latitudes se presentan en la Figura 01.

I I .   Estimación de la Evapotranspiración Potencial 2 . 1   PE en base a Temperatura   La formulación simple de PE, basado en la temperatura sugerida por Oudin et al. (2005), basado en un estudio de desempeño de más de 25 formulaciones de PE existentes cuando se utiliza u tiliza como entrada para cuatro modelos hidrológicos diferentes para más de 300 cuencas ubicadas en Australia, Francia y Estados Unidos, es dada por:  =

    +  1

 = 0 

 

si    5 > 0  en caso contrario,

donde   es la radiación extraterrestre (J/m2/s) que es dependiente solamente de la latitud y el día dí a juliano (ver Allen et al. 1994),   es el flujo de calor latente (tomar como 2.45x106 J/kg),   es la densidad de agua (tomar como 1000 kg/m3),   es la temperatura media diaria del aire (°C), PE dado en unidades de m/s.

2 . 2   Formulación de PE en Excel La siguiente herramienta formulada en Excel calcula la evapotranspiración potencial (PE) usando la formulación propuesta por Oudin et al. (2005), requiere la actualización de las casillas en amarillo (ver Fig. 02).

5 1 0 2 / 2 0 / 2 1 | NI D U -O E P o s U e d l a u an

Figura 02. Archivo de cálculo de PE en formato Excel.

 

M

4

 

Primeramente, la latitud de la estación meteorológica se ingresa en grados decimales en la columna C fila 8 (por ejemplo 48.73), el cual es convertido a radianes. El valor es positiva para el hemisferio norte y negativa para el hemisferio sur (ver Figura 03).

Ingreso de Latitud

Figura 03. Ingreso de la latitud en grados decimales.

Los valores de temperatura media diaria en (°C) son ingresados en la columna B a partir de la fila 11. No es necesario actualizar la columna correspondiente a días juliana (columna D), el valor 1 corresponde a 01 de enero de un año en particular, asimismo, el valor 365 correspo corresponde nde al 31 de diciembre. Los resultados de PE en mm/día se encuentran en la columna M (ver Figura 04).

5 1 0 2 / 2 0 / 2 1

Ingreso de Temperatura | NI D U

Salida de resultados

OE P o s U e d l

Figura 04. Ingreso de la latitud en grados decimales, temperatura y resultados. a u an M

5

 

 

Si requiere los valores mensuales, se acumulan las filas correspondientes a los resultados de PE, por p or ejemplo: la PE media mensual para el mes de enero sería la sumatoria de 1 al 31, para el mes de febrero del 32 al 59, para el mes de marzo del 60 al 90, así, sucesivamente. En la hoja Excel PE curve se observa la variación anual de la evapotranspiración potencial (PE) en unidades de mm/día (en la Figura 05 se muestra la PE para ambos hemisferios).

7

a 6 5    )    d    / 4   m   m    (    E3    P

2 1 0 0

50

100

150

200

250

300

350

Julian day

b

Figura 05. Variación anual de la PE en mm/día. a) hemisferio norte y b) hemisferio sur. 5 1 0 2 / 2 0 / 2 1 | NI D U OE P o s U e d l a u an M

 

6