Evaporação, Evapotranspiração e Balanço Hídrico

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CLIMATOLOGIA E METEOROLOGIA 
Evaporação, Evapotranspiração e Balanço Hídrico
UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL
Prof. ALBERT WELZEL
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
A evaporação consiste na perda de água da vegetação, na forma
de vapor para a atmosfera.
O conhecimento da evapotranspiração (ET), associado com o
ganho de água através das precipitações, permite determinar a
disponibilidade hídrica de uma região. É portanto um parâmetro
de grande importância na ecologia vegetal e no planejamento
agrícola.
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EVAPOTRANSPIRAÇÃO
Fotomicrografia de uma
superfícia foliar ilustrando um
estômato. (Fonte: Dr. Jeremy
Burgess/Science – segundo
Dingman, 1994)
Em uma escala intermediária, a ET
assume papel fundamental no balanço
hídrico de micro-bacias hidrográficas,
juntamente com a precipitação. O balanço
entre a água que entra na microbacia pela
chuva e que sai por ET, irá resultar na
vazão (Q) do sistema de drenagem.
Em uma escala local, no caso de uma
cultura, a ET da cultura se restringe aos
processos de evaporação da água do solo
e da vegetação úmida e de transpiração
das plantas. O balanço entre a água que
entra na cultura pela chuva e a que sai por
ET, resulta na variação do armazenamento
de água no solo, que por sua vez
condicionará o crescimento, o
desenvolvimento e o rendimento da
cultura.
Precipitação
Evapotranspiração
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DEFINIÇÃO
A evapotranspiração resume todos os processos de retorno da água
para o estado de vapor.
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DEFINIÇÃO
- Evaporação (E): transferência direta de água de corpos d'água
abertas ou superfícies de solo
- Transpiração (T): transferência indireta da água do sistema de raiz-
estomato
Da água absorvida pelas plantas, ~ 95% é devolvido à atmosfera
através de seus estômatos, sendo que apenas 5% é transformada
em biomassa.
Antes que possa ocorrer a E e T, deve ocorrer:
• Um fluxo de energia para as superfícies de evaporação ou
transpiração
• Um fluxo de água em estado líquido para essas superfícies, e
• Um fluxo de remoção de vapor dessas superfícies
Evapotranspiração Potencial (ETP) é a mudança como resultado de
quaisquer alterações.
DEFINIÇÃO
A transpiração (T) é um processo biofísico pelo qual a água que passou
pela planta, fazendo parte de seu metabolismo, é transferida para a
atmosfera preferencialmente pelos estômatos, obedecendo uma série de
resistências desde o solo, passando pelos vasos condutores (xilema),
mesófilo, estômatos e finalmente para a atmosfera.
Evaporação
O abaixamento do potencial
hídrico da atmosfera (ar) promove
a evaporação das paredes
celulares. Isso promove a
redução do potencial hídrico nas
paredes celulares e no citoplasma
Coesão (no xilema)
A coluna de água no xilema é
mantida por coesão das
moléculas de água nos vasos.
Bolhas de ar bloqueiam o
movimento.
Absorção de água (do solo) 
O menor potencial hídrico das
raízes provoca a entrada de água.
A área de absorção depende da
quantidade de radículas. A água se
move através da endoderme por
osmose.
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Como é praticamente impossível se distinguir o vapor d´água proveniente
da evaporação da água no solo e da transpiração das plantas, a
evapotranspiração é definida como sendo o processo simultâneo de
transferência de água para a atmosfera por evaporação da água do solo e
da vegetação úmida e por transpiração das plantas.
DEFINIÇÃO
Fatores Meteorológicos/Climáticos
• Saldo de radiação (Rn)
• Temperatura do ar (Tar)
• Umidade do ar (UR ou De)
• Velocidade do vento (U)
Fatores determinantes da Evaporação
e da Evapotranspiração
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a) Superfície de água livre
- Pureza da água
- Extensão e Profundidade
- Tipo (formato e material)
- Exposição à radiação solar e ao vento
Fatores dependentes do sistema evaporante
b) Solo Desnudo
- Textura e Estrutura
- Disponibilidade hídrica
Estágio 1 – Evaporação depende apenas 
das condições meteorológicas
Estágio 2 – Evaporação depende das 
condições intrínsecas do solo
O processo de evaporação, na condição de solo não saturado ou nível freático
a grande profundidade, passa a depender das propriedades do perfil de solo,
principalmente da condutividade hidráulica, que é função da estrutura e da
textura do solo.
c) Solo vegetado (evapotranspiração)
- Fatores da Cultura
• Altura das plantas
• Área foliar
• Tipo de cultura
• Albedo
• Profundidade das raízes
- Fatores de Manejo e do Solo
• Espaçamento/densidade de plantio
• Orientação de plantio
• Plantio direto
• Capacidade de água disponível (CAD)
• Impedimentos físicos/químicos
• Uso de quebra-ventos
Fatores dependentes do sistema evaporante
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Em virtude das condições ambientais em que ocorre a evaporação é
necessário utilizar-se algumas denominações:
• Evaporação de Lago – é a altura de água evaporada por uma superfície
de água de grandes dimensões, livremente exposta às condições
atmosféricas reinantes.
• Evaporação Potencial – é a altura de água que seria evaporada por
uma extensa superfície de água pura, livremente exposta às condições
atmosféricas reinantes do local.
• Evaporação à Sombra – é a altura de água que seria evaporada por
uma extensa superfície de água pura, livremente exposta às condições
atmosféricas reinantes, protegida da radiação solar e do céu.
Denominações em evaporação
A medida de evaporação é feita através de evaporímetros e atmômetros.
Os evaporímetros são tanques que contém água diretamente sujeita a
evaporação.
Os atmômetros fazem uso de superfície porosa através da qual ocorre a
evaporação.
Medição em evaporação
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Conceitos de Evapotranspiração
Evapotranspiração
Potencial (ETP) ou de 
Referência (ETo)
ETP ou ETo
é a evapotranspiração de uma extensa
superfície vegetada com vegetação
rasteira (normalmente gramado), em
crescimento ativo, cobrindo totalmente o
solo, com altura entre 8 e 15cm (IAF ~ 3),
sem restrição hídrica e com ampla área
de bordadura para evitar a advecção de
calor sensível (H) de áreas adjacentes.
Nesse caso a ET depende apenas das
variáveis meteorológicas, sendo portanto
ETP uma variável meteorológica, que
expressa o potencial de
evapotranspiração para as condições
meteorológicas vigentes.
Evapotranspiração – Lisímetros
Lisímetro com cobertura de 
soja (USDA, 1995)
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Conceitos de Evapotranspiração
Evapotranspiração
Real (ETR)
ETR
é a evapotranspiração nas mesmas
condições de contorno de ETP, porém,
com ou sem restrição hídrica.
Nesse caso:
ETR ≤ ETP
Pode-se dizer que:
ETR = ETP * Ks
Se Ks = 1 – ETR = ETP
Se Ks < 1 – ETR < ETP
• Usando apenas a temperatura
• Usando a temperatura e a umidade do ar
• Usando a temperatura e a radiação solar
• Equações de Penmann (insolação,
temperatura, umidade relativa, velocidade
do vento)
Equações de Cálculo da Evapotranspiração
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Cálculo da Evapotranspiração (mm)
Métodos baseados na temperatura:
Thornthwaite: empírica, caracterizada por um único fator, a temperatura média.
Foi desenvolvida para climas temperados (inverno úmido e verão seco).
E = c Ta
t = temperatura de cada mês ºC;
T = temperatura média ºC;
Blaney-Criddle: também utiliza a temperatura média e horas do dia com
insolação, para regiões semi-áridas. ETP=(0,457 T + 8,13) p ; p % luz diária
ET = ETP . Kc
Kc = é o coeficiente de cultura.
Equações de Cálculo da 
evapotranspiração
a
I
T10
16ET 


 ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====
∑∑∑∑
====






====
12
1j
514.1
j
5
T
I
Para estimar evapotranspiração potencial mensal
T = temperatura média do mês (oC)
a = parâmetro que depende daregião
I = índice de temperatura
4923901079211071710756
22537
.I.I.I.a +⋅⋅+⋅⋅−⋅⋅= −−−
Thornthwaite
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Métodos de Estimativa da ETP ou Eto
Método de Thornthwaite
Método empírico baseado apenas na temperatura média do ar,
sendo esta sua principal vantagem. Foi desenvolvido para
condições de clima úmido e, por isso, normalmente apresenta sub-
estimativa da ETP em condições de clima seco. Apesar dessa
limitação, é um método bastante empregado para fins
climatológicos, na escala mensal. Esse método parte de uma ET
padrão (ETp), a qual é a ET para um mês de 30 dias e com N =
12h. A formulação do método é a seguinte:
ETp = 16 (10 Tm/I)a ; (0 ≤ Tm < 26,5oC)
ETp = -415,85 + 32,24 Tm – 0,43 Tm2 ; (Tm ≥ 26,5oC)
I = 12 (0,2 Ta)1,514 ; sendo Ta = temp. média anual normal
a = 0,49239 + 1,7912 10-2 I – 7,71 10-5 I2 + 6,75 10-7 I3
ETP = ETp * COR (mm/mês)
COR = N/12 * NDP/30 sendo N = fotoperíodo do mês em questão
NDP = dias do período em questão
Método de Thornthwaite
Exemplo
Local: Piracicaba (SP) – latitude 22o42´S
Janeiro – Tmed = 24,4oC, N = 13,4h, NDP = 31 dias, Ta = 21,1oC
I = 12 ∗ (0,2 ∗ 21,1)1,514 = 106,15
a = 0,49239 + 1,7912∗10-2 (106,15) – 7,71∗10-5 (106,15)2 + 6,75∗10-7 (106,15)3 = 2,33
ETp = 16 (10∗24,4/106,15)2,33 = 111,3 mm/mês
ETP = 111,3 ∗ COR
COR = 13,4/12 ∗ 31/30
ETP = 111,3 ∗ 13,4/12 ∗ 31/30 = 128,4 mm/mês de Janeiro
ETP = 128,4 mm/mês ou 4,14 mm/dia
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• Jensen Haise
• Turc
• Grassi
• Stephens – Stewart
• Makkink
Métodos baseados na 
temperatura e radiação
Métodos baseados na temperatura
do ar e na umidade
• Blaney-Morin
• Hamon
• Hargreaves
• Papadakis
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Equações combinadas
• Penman
• Christiansen
• Van Bavel
• Penman-Monteith
(((( )))) (((( ))))
W
a
s
a
ds
pAL
1
r
r
1
r
ee
cGR
E
ρρρρ⋅⋅⋅⋅λλλλ
⋅⋅⋅⋅




















++++⋅⋅⋅⋅γγγγ++++∆∆∆∆
−−−−
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ρρρρ++++−−−−⋅⋅⋅⋅∆∆∆∆
====
Penman - Monteith
água; da específica massa ][kg.m 
ar; do específica massa ][kg.m 
solo; o para energia de fluxo ]s.[MJ.m G
;superfície na líquida radiação ]s.[MJ.m R
vapor; do saturação de pressão da variação de taxa ]C[kPa. 
o;vaporizaçã de latentecalor ][MJ.kg 
água; da evaporação de taxa ][m.s E
3-
W
3-
A
-12-
-12-
L
-1
-1
-1
ρρρρ
ρρρρ
°°°°∆∆∆∆
λλλλ
Penman - Monteith
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Penman - Monteith
ca;aerodinâmo aresistênci ]s.m[ r
vegetação; da lsuperficia aresistênci ]s.m[ r
0,66);( icapsicrométr constante ]C[kPa. 
vapor; do pressão ][kPa e
vapor; do saturação de pressão ][kPa e
);C.MJ.kg 10.013,1(C úmidoar do específicocalor ]C.[MJ.kg C
-1
a
-1
s
-1
s
s
113
p
-1-1
p
====γγγγ°°°°γγγγ
°°°°====°°°° −−−−−−−−−−−−
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BALANÇO HÍDRICO
Consiste em um método para se estimar a disponibilidade de
água do solo para a vegetação. Contabiliza a precipitação
perante a evapotranspiração potencial, considerando a
capacidade de armazenamento de água no solo.
A disponibilidade de água no solo é um fator ecológico mais
correlacionado com a distribuição geográfica das espécies
vegetais do que com a precipitação.
Vegetação Método mm
Milho, algodão, café, 
laranja, cana de 
açúcar, mamona e 
mandioca
Thorntwaite 100
Cana de açúcar, 
amendoim, girassol, 
soja, algodão, abacaxi,
banana, citrus, cacau e 
café
Thorntwaite-Mather 125
Eucaliptus, coníferas, 
latifoliadas nativas, 
salicáceas e 
seringueira
Thorntwaite-Mather 300
Capacidade de armazenamento de água no 
solo para algumas espécies vegetais
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Capacidade de armazenamento de água no 
solo para algumas espécies vegetais
CAD – Capacidade de Água Disponível
FAD – Fração de Água Disponível
Capacidade de campo
Ponto de Murcha Permanente
Déficit Hídrico
Abreviaturas
PP – Precipitação
ETP – Evapotranspiração Potencial
ARM – Armazenamento
VAL – Valor
ALT – Alteração
ETR – Evapotranspiração Real
DEF – Deficiência (Déficit)
EXC – Excedente
ESC - Escoamento
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VAL(m) = VAL (m-1) + [(PP-ETP) (m)]
ALT(m) = VAL (m) – VAL (m-1)
ETR (m) = PP (m) + |ALT (m)|
DEF (m) = ETP (m) – ETR (m)
EXC (m) = [(PP-ETP) (m) – ALT (m)]
ESC (m) = ½ [EXC (m) + ESC (m-1)]
Equações para Cálculo do Balanço Hídrico 
Climático
ΣPP = Σ ETP + Σ(PP-ETP)
ΣPP = Σ ETR + Σ EXC
ΣETP = Σ ETR + Σ DEF
Σ ALT = 0
Aferição do Balanço Hídrico Climático