BHC - GNE 109

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GNE109
Agrometeorologia
Prof. Luiz Gonsaga de Carvalho
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Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
 Veja explicação no próximo slide
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	 Conforme esquema anterior, o BHC é a contabilização das entradas e saídas de água do sistema solo-planta, sendo que a sua interpretação fornece informações sobre o ganho, perda e armazenamento de água no solo. Como elementos para o cálculo, considera-se precipitação pluvial (P) como fornecimento de água e a demanda de água por esse sistema pela evapotranspiração potencial (ETp).
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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	 Sendo o solo o reservatório de água para as plantas deve-se levar em consideração a sua capacidade de armazenamento o que depende de suas propriedades físico-hídricas. Para estudos climáticos, sem a associação de uma cultura agrícola específica, normalmente adota-se o valor de 100 mm para o armazenamento de água no solo.
  Ainda, caso sejam conhecidos alguns parâmetros físico-hídricos do solo da região (ou do solo predominante) a CAD (mm) pode ser obtida pela seguinte equação:
 
 
em que,
 
cc – umidade na capacidade de campo (%);
pmp – umidade no ponto de murcha permanente (%);
ρs – densidade do solo (g cm-3);
pe – profundidade efetiva do sistema radicular (mm).
 
 
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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Profundidade efetiva do sistema radicular e orientação para determinação da capacidade de armazenamento de água no solo para o cálculo do balanço hídrico de Thornthwaite e Mather (1955), adaptado de Mota, 1983
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Armazenamento = 100 mm
 Precipitação pluvial
(chuva)
 Excesso hídrico 
Evapotranspiração
potencial 
	 Caso chova mais que evapotranspira, poderá ocorrer excesso hídrico. Contudo isto será efetivamente confirmado após o complemento do BHC (esquema a seguir).
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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Armazenamento = 100 mm
 Precipitação pluvial
(chuva)
Evapotranspiração
potencial 
 Deficiência hídrica 
	 E se, ao contrário, a chuva for inferior à evapotranspiração poderá ocorrer deficiência hídrica, (esquema seguinte). O que também será efetivamente confirmada após o complemento do BHC.
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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 Para os cálculos do BHC, além da necessidade de informar geograficamente o local por meio de suas coordenadas geográficas, são também necessários, para todos os meses do ano, dados de uma série longa dos elementos climáticos sendo, muito comum, utilizarem dados normais, ou seja, dados publicados nas Normais Climatológicas.
 Assim, para o desenvolvimento do BHC e posterior zoneamento climático, o ideal é que se tenha a disposição as normais climatológicas de diversas localidades para que em seguida se efetua a espacialização da informação conforme se observa para o estado de Minas Gerais (Figura a seguir).
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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Rede estadual de Minas Gerais de estações climatológicas pertencentes ao Instituto Nacional de Meteorologia - INMET 
Estação Climatológica Principal de Lavras – MG
 Convênio UFLA/INMET 
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 Assim os dados normais necessários são os valores mensais de precipitação pluvial e demais elementos climáticos para a estimativa da evapotranspiração potencial (ETp). Ressalta-se que para ETp não existem valores observados por estações climatológicas, devendo essa ser estimada por algum método.
	
 Existem diversos métodos para estimativa da ETp, sendo aqui destacado o método de Thornthwaite, sendo originalmente proposto por Thornthwaite e Mather (1955) para o BHC. Esse método necessita apenas das temperaturas médias mensais normais.
	
	
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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 Se, para determinado local, a série for insuficiente para o cálculo da Normal Climatológica, pode-se efetuar o cálculo do balanço hídrico, porém, esse fato deverá ser destacado, tanto no cálculo como na representação gráfica, de forma bastante clara.
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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 Segue–se portanto, os cálculos do BHC tomando, por exemplo, o de Lavras-MG.
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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 Inicialmente extrai-se das Normais Climatológicas (Tabela a seguir) os valores mensais de precipitação pluvial e temperatura do ar (Veja slide seguinte). 
 Normais Climatológicas (1961-1990) - Exemplo: LAVRAS - MG
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Conforme mencionado a ETp foi estimada pelo método de THORNTHWAITE.
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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 A coluna (P-ETp) representa as diferenças mensais entre ETp e P. Os valores positivos indicam que a disponibilidade de água no mês (precipitação) é superior à demanda (evapotranspiração potencial) podendo ocorrer excesso hídrico e os valores negativos poderá indicar deficiência hídrica. Contudo essas informações só serão evidenciadas ao completar o BHC.
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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 A coluna seguinte representa o acúmulo de negativas de P-ETp (N. Ac.). Para dar início ao seu preenchimento “repete-se” a primeira P-ETp negativa após uma sequência de valores positivos e, com a fórmula abaixo calcula-se o armazenamento do mês preenchendo a coluna seguinte (ARM). Para facilidade, pode-se também utilizar tabelas, como exemplificada a seguir.
Essas duas colunas são preenchidas simultaneamente. A CAD (capacidade de água disponível no solo) adotada é de 100 mm, a qual representa o armazenamento máximo de água que o solo consegue reter. No caso, a primeira negativa é -5 e o respectivo armazenamento calculado, ou tabelado, é 95. Nos meses subsequentes acumula-se as negativas, mês a mês, calculando os respectivos armazenamentos até quando não se tem mais negativa para acumular, finalizando em agosto para o presente exemplo.
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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. Água retida após ocorridos diferentes valores de evapotranspiração, para solos com capacidade de retenção de água de 100 mm
Exemplificando o uso da tabela de capacidade de retenção de água:
 
Tem-se que, para o mês de junho, a negativa acumulada (Neg. Ac.) é -36 mm, portanto, entrando com o valor 30 na coluna de dezenas e, com o valor 6 na linha de unidades, tem-se o respectivo armazenamento (69). Efetuando o processo contrário, ou seja, entrando com o armazenamento do mês, ter-se-á como saída, a negativa acumulada, pela união dos respectivos valores obtidos na coluna das dezenas e linha de unidades.
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 A coluna seguinte representa o acúmulo de negativas de P-ETp (N. Ac.). Para dar início ao seu preenchimento “repete-se” a primeira P-ETp negativa após uma sequência de valores positivos e, com a fórmula abaixo calcula-se o armazenamento do mês preenchendo a coluna seguinte (ARM). Para facilidade, pode-se também utilizar tabelas, como exemplificada a seguir.
Essas duas colunas são preenchidas simultaneamente. A CAD (capacidade de água disponível no solo) adotada é de 100 mm, a qual representa o armazenamento máximo de água que o solo consegue reter. No caso, a primeira negativa é -5 e o respectivo armazenamento calculado, ou tabelado, é 95. Nos meses subsequentes acumula-se as negativas, mês a mês, calculando os respectivos armazenamentos até quando não se tem mais negativa para acumular, finalizando em agosto para o presente exemplo.
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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 Então a partir do mês de setembro (não tendo mais negativa a acumular) segue-se da seguinte forma:
Veja que o saldo P-ETp equivale a 5 mm, o que em princípio poderia ser considerado excesso hídrico, porém o armazenamento (ARM) do mês anterior está bastante reduzido (40 mm); então soma-se o saldo positivo de P-ETp ao ARM do mês anterior, obtendo-se o do mês em questão,
ou seja, em setembro o ARM passa a ser de 45 mm. Vê-se assim, que no início do período chuvoso começa a reposição de água ao solo. No mês seguinte o saldo P-ETp continua positivo (40 mm), da mesma forma, soma-se este saldo ao ARM do mês anterior, elevando o ARM do mês de outubro para 85 mm. No mês subsequente, novembro, o saldo P-Etp é de 122 mm, daí ao somar esse ao ARM do mês anterior (85 mm), o resultado supera o ARM máximo que o solo consegue reter (100 mm) permanecendo portanto igual a 100 mm. Nesses casos as respectivas negativas acumuladas são encontradas de forma inversa ao processo anterior, ou seja, calculando-a a partir do ARM conforme a equação abaixo, ou com o uso da tabela, veja a seguir.
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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. Água retida após ocorridos diferentes valores de evapotranspiração, para solos com capacidade de retenção de água de 100 mm
Exemplificando o uso da tabela de capacidade de retenção de água:
 
Efetuando o processo contrário, ou seja, entrando com o armazenamento do mês, ter-se-á como saída, a negativa acumulada, pela união dos respectivos valores obtidos na coluna das dezenas e linha de unidades.
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 A próxima coluna a ser preenchida é da Alteração (ALT), sendo a variação de armazenamento do mês (i) relativa ao mês anterior (i – 1). 
 Os valores negativos indicam a retirada de água em que a grama (cultura de referência) procura atender no todo ou em parte a sua demanda de evapotranspiração (ETp).
 Os valores positivos representam a reposição de água ao solo, ocorrendo nos meses em que as chuvas superam a demanda de evapotranspiração (ETp).
 Portanto, o somatório dessa coluna é necessariamente “0”, pois no equilíbrio climático a retirada de água do solo é igual à sua reposição.
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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 A evapotranspiração real (ETr), é calculada conforme os seguintes critérios: 
 ETr será igual a ETp sempre que P > ETp, ou seja, não ocorre restrição de água para a cultura se a precipitação é maior que a demanda de evapotranspiração. 
 Se P  ETp  ETr = ETp
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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 Nos outros casos, ETr será igual a P somada ao valor absoluto da alteração; nesse caso, como P é inferior à ETp, tudo que chove é utilizado na ETr e ainda a cultura retira água do solo em relação ao armazenamento do mês anterior.
 Se P < ETp  ETr = P + I Alt I
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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0
0
0
0
1
4
8
17
0
0
0
0
30 
 A deficiência hídrica, (DEF), representa a deficiência de evapotranspiração, ou seja, o quanto faltou de água para que ETr tivesse sido igual ao valor da ETp. Portanto, calcula-se pela diferença entre ETp e ETr.
 DEF = ETp - ETr
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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A última coluna , de excesso hídrico, é calculada conforme os seguintes critérios:
Sempre que P - ETp for negativo, o excesso será igual a 0 (zero) ou, havendo deficiência, não haverá excesso hídrico;
0
0
0
0
1
4
8
17
0
0
0
0
0
0
0
0
30 161
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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0
0
0
0
1
4
8
17
0
0
0
0
170
99
87
0
0
0
0
0
0
0
107
198
Para os demais meses, o excesso será igual ao valor de P - ETp subtraindo o valor da alteração.
	EXC = (P-ETp) - ALT
30 161
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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0
0
0
0
1
4
8
17
0
0
0
0
170
99
87
0
0
0
0
0
0
0
107
198
30 161
Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955)
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FIM
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