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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MARANHÃO – CAMPUS CODÓ COORDENAÇÃO GERAL DOS CURSOS SUPERIORES - CGCS COMPARAÇÃO DE DIFERENTES MÉTODOS DE ESTIMATIVA DIÁRIA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO DE REFERÊNCIA (ETO) PARA CODÓ - MA CODÓ – MA 2018 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MARANHÃO – CAMPUS CODÓ COORDENAÇÃO GERAL DOS CURSOS SUPERIORES – CGCS CARLA ARAÚJO SANTOS DÉBORA JANINE SILVA GONÇALVES FERNANDA COSTA PEREIRA FRANCISCO MATEUS MEDINA GOMES LUCAS ALEXANDRE MORAES VIANA COMPARAÇÃO DE DIFERENTES MÉTODOS DE ESTIMATIVA DIÁRIA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO DE REFERÊNCIA (ETO) PARA CODÓ - MA Trabalho da disciplina de Metereologia e Climatologia Agrícola no curso de Bacharelado em Agronomia para a obtenção da terceira nota para a conclusão da disciplina. CODÓ – MA 2018 1. INTRODUÇÃO O agronegócio brasileiro, como a soma de todas os setores de produção que envolvam a terra, atualmente corresponde a 23% do Produto Interno Bruto (PIB) brasileiro (MAPA, 2016). A competitividade da agricultura e pecuária e o esforço do governo juntamente com empresas privadas, tem contribuído para excitar e anunciar os produtos brasileiros, aumentando suas exportações, principalmente. Nos últimos anos, graças ao desenvolvimento tecnológico e a difusão dessas tecnologias para os produtores rurais, o Brasil tem atingido níveis cada vez maiores em termos de produção e produtividade agrícola (GUANZIROLI, 2006). O clima é um dos fatores determinantes no sucesso dessa produção, pois as culturas respondem de formas diferentes às variações climatológicas e meteorológicas as quais ficam expostas. Dessa forma, é importante observar esses fenômenos, para notar os impactos que estes causam nas lavouras, e tomar medidas para o seu desenvolvimento adequado (LAZARIM, 2013). A evaporação consiste na mudança de estado físico liquido para a forma de vapor d’água, esta é a forma em que ocorre a transferência de água dos solos, mares, rios, lagos para a atmosfera. Já a transpiração consiste na perda de água pelas plantas na forma de vapor, esse processo ocorre nas folhas, mais precisamente em estruturas conhecidas como estômatos. Quando ocorre situações de estresse hídrico, as plantas deixam os seus estômatos fechados para diminuir a taxa de transpiração, e evitar o máximo perder água para a atmosfera. A evapotranspiração (ET) é a união desses dois fatores anteriormente comentados, que ocorrem de forma simultânea, na qual dependerá de energia solar, temperatura, umidade do ar, velocidade do vento. demanda atmosférica, latitude, topografia da área, cobertura vegetal, entre outros fatores (LAZARIM, 2013; FERRAZ, 2008). A evapotranspiração é um dos componentes principais do ciclo hidrológico, a sua estimativa é de grande importância para os estudos climáticos, no planejamento da irrigação na agricultura e acompanhamento das plantações, sendo imprescindível para um maior aproveitamento dos recursos hídricos (LAZARIM, 2013; FERRAZ, 2008). Para a evapotranspiração de referência (ETo) no Brasil é utilizada a grama batatais (Paspalum notatum Flugge), esta espécie apresenta uma boa adaptação a diferentes tipos de solo, fertilidade e umidade e apresenta resistência a pisoteio, fogo, sendo bastante viável em estações meteorológicas (FERRAZ, 2008). Na busca de estimar a ETo, vários pesquisadores têm criado métodos com diferentes princípios utilizando dados de estações meteorológicas (LAZARIM, 2013). Dessa forma, necessita-se analisar esses métodos que melhor estimem essa variável (FERRAZ, 2008). De acordo com Ferraz (2008), entre os métodos para determinar a evapotranspiração o que utiliza o lisímetro de pesagem é o mais adequado e preciso, no entanto, apresenta um alto custo para aquisição e manutenção e fica restrito às universidades e instituições de pesquisa, sendo assim, de forma alternativa, há cada vez mais estudos que utilizam modelos matemáticos por serem mais fáceis e práticos. Na ausência de um lisímetro de pesagem, tem-se métodos empíricos como Tanque Classe A, Thornthwaite, Camargo, Hargreaves-Samani, métodos combinados como de Penmam- Monteith, dentre outros. A Organização das Nações Unidas para a Agricultura (FAO), recomendou o método de Penmam- Monteith como um método padrão para a estimativa da ETo (FERRAZ, 2008). Diante do exposto, objetiva-se com este estudo, comparar diferentes métodos de estimativa de evapotranspiração de referência nas condições climatológicas da Região dos Cocais, no município de Codó, Maranhão. 2. REFERENCIAL TEÓRICO O termo evaporação em Meteorologia é utilizado para denominar a transferência de água para a atmosfera, sob a forma de vapor, consequente, tanto da evaporação que se observa no solo úmido sem vegetação, nos lagos, rios, oceanos e em outras superfícies hídricas naturais ou em qualquer outro curso d’água. O principal agente causador da evaporação da água de uma superfície é a radiação solar, seguido da temperatura, do vento e da quantidade de vapor d’água presente na atmosfera. O conceito de “evapotranspiração” (ET) foi mencionado pela primeira vez por Thornthwaite & Wilm em 1944, como ocorrência simultânea dos processos de evaporação e transpiração, oriundo de superfícies vegetadas (VAREJÃO-SILVA, 2006). De acordo com Bíscaro (2007), a radiação solar é o principal fator responsável pela evaporação da água de uma superfície, sequente da temperatura, do vendo e da quantidade de vapor d’água. O vento intervém de forma significativa na evaporação, visto que substitui o ar úmido que se encontra sobre uma superfície líquida por ar mais seco, consequentemente buscará o equilíbrio com a mesma, desta forma intensificando a transformação do líquido em vapor d’água. Dependendo do caso, quanto maior a velocidade do vento maior será a taxa de evaporação. A evaporação e evapotranspiração são apontadas nas mesmas unidades da precipitação, utilizando- se altura da lâmina d’água, apresentada em milímetros. Um milímetro de evaporação, ou de evapotranspiração, consiste à transferência, para a atmosfera, de um litro de água para cada metro quadrado de projeção horizontal da superfície-fonte (VIEIRA, 2009). Howard Penman, em 1948, expõe um modelo envolvendo os processos físicos da evaporação que resulta em um método que proporciona a estimativa da taxa de evaporação da água livre, da umidade da superfície do solo ou da vegetação, para ser quantificada a partir dos elementos climáticos relevantes: energia radiante, temperatura, umidade e velocidade do vento. Nesse método Penman combinou o balanço de energia na superfície com um termo aerodinâmico, cuja equação resultante é conhecida como equação combinada ou equação original de Penman (CHAVES, 2015). A quantidade de água perdida para a atmosfera por unidade de área e tempo é conhecida como evapotranspiração potencial (ETp), ou seja, é a lâmina de água, na unidade tempo, evapotranspirada por uma vegetação baixa, uniforme, que sombreio por completo o solo e que não seja exposta à deficiência hídrica. Este termo foi introduzido por Thornthwaite em 1944 e aperfeiçoado por Penman em 1956. É um conceito bastante usual na irrigação, pois define a máxima quantidade de água para uma planta, sendo função também de seu consumo (FIORIN et. al, 2015). A evapotranspiração de uma culturabem adaptada às condições locais, crescendo sob específicas condições meteorológicas, com adequada bordadura e condições de água ótima para a cultura é definida como evapotranspiração de referência (ETo). O termo de evapotranspiração de referência foi proposto para estudar a demanda evaporativa da atmosfera independentemente do tipo de cultura, fenologia e tratos culturais. É um conceito utilizado em estudos climáticos e um elemento indicativo da demanda hídrica das culturas de um determinado local e período (ALENCAR et al., 2011). Segundo Carvalho et al. (2011), ao decorrer dos anos, houve a necessidade de serem desenvolvidos outros métodos para a estimativa da evapotranspiração de referência. Três importantes razões ocorreram em decorrência disto: adequação do método para as condições climáticas da região, simplicidade de uso e restrição de elemento meteorológicos ou climatológicos que sustentam esses métodos. A FAO sugere fortemente o uso do método FAO 56 Penman-Monteith para a estimativa da ETo por este ser físico e ter sido amplamente avaliado em diferentes condições climáticas com bons resultados. No entanto, sua utilização fica comprometida pela grande exigência de dados/variáveis meteorológicas, que no geral não estão disponíveis por não serem medidas operacionalmente (MENDONÇA, 2008). Este modelo foi padronizado pela FAO para estimar evapotranspiração de referência (ETo), denominado FAO 56 Penman-Monteith, e vários pesquisadores comprovaram a eficácia (SOUZA, 2011). A ETo calculada pelo tanque Classe “A” (TCA) é bastante utilizado no Brasil devido sua facilidade no uso e baixo custo. Essa é uma das metodologias mais práticas para estimar a ETo, principalmente quando são feitos ajustes locais para o ambiente que o tanque está instalado (OLIVEIRA, et al. 2015). A maior parte dos serviços meteorológicos no Brasil, contudo, fornecem somente dados de precipitação pluvial e temperatura do ar. Por essa razão, há a necessidade, muitas vezes, de se calcular a ETo empregando-se um método que utilize somente valores de temperatura do ar, como o de Hargreaves-Samani (CONCEIÇÃO et. al, 2005). A evapotranspiração é imprescindível para os procedimentos de manejo de sistemas de irrigação, devendo ser estabelecida com bastante critério para evitar erros na reposição de água para as culturas. Assim como a transpiração das plantas, a evapotranspiração varia de acordo com o desenvolvimento da cultura, geralmente apresenta seu valor máximo no início da floração (BÍSCARO, 2007). 3. MATERIAIS E MÉTODOS Local Este estudo foi realizado do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão – Campus Codó, localizado no município de Codó – MA, Região Leste Maranhense, com altitude de 48 m e latitude de -4,35 entre os meses de Abril e Junho de 2018. Os métodos foram avaliados na escala de tempo diária, os dados do Tanque Classe A foram coletados todos os dias, às 7:00h da manhã no período (09/04/2028 a 30/06/2018), sendo o grupo 4 entre 21 de Maio a 3 de Junho. Os dados de evaporação foram obtidos como auxílio de uma régua de alumínio de 30 centímetros, os demais dados foram repassados pelo professor. Para o cálculo de Evapotranspiração foram usados 4 métodos diferentes: Método do Tanque Classe A, Método de Camargo, Método de Hargreaves e Samani e Método de Penman-Monteith Padrão FAO -56. O resultados foram comparados com o Método (FAO -56), para avaliar qual método mais se aproximou do método Padrão. Método Tanque Classe A (TCA) O tanque classe A é o método mais utilizado de estimativa da ET em todo o mundo. Composto de em um tanque circular, com 1,21 m de diâmetro, 25,4 cm de altura, construído em chapa de aço pintada de prateado ou cromada. O tanque deve ser instalado sobre um estrado de madeira, com 15 cm de altura. O tanque deve ser preenchido com água limpa até aproximadamente 5 cm da borda superior, sendo que o nível mínimo permitido é de 7,5 cm contado a partir da borda. O tanque não deve ser enchido acima do nível recomendado, para reduzir o risco de transbordamento em caso de chuva intensas (SANTOS, 2005). A equação para a determinação por esse método é: ETo(TCA) = Kp . ECA ETo(TCA) é evapotranspiração de referência pelo método do tanque classe A, em gramado,mm dia-1; ECA é evaporação observada no tanque Classe “A”, mm dia-1, e Kp é coeficiente do tanque. Método de Camargo (1971) Camargo (1971), baseando-se em resultados obtidos pelo método de Thornthwaite, sugeriu um novo método, eficiente e semelhante ao de Thornthwaite. Seu método baseia- se apenas em dados de temperatura média do ar e radiação solar extraterrestre, que precisa apenas da latitude local. O método de Camargo é obtido pela equação: ETP = 0,01 Qo T ND Qo é a irradiância solar global extraterrestre, ou radiação no topo da atmosfera;T a temperatura média do ar (°C), no período considerado; e ND o número de dias do período considerado (FERNANDES, 2010). Método de Hargreaves e Samani Hargreaves e Samani (1985) sugeriram uma equação estimativa da ETo utilizando apenas os valores das Temperaturas máxima, mínima e média do ar e da radiação no topo da atmosfera: ETP = 0,0023Qo(Tmax − Tmin)0,5 (Tmed + 17,8) Qo representa a irradiância solar extraterrestre ou radiação no topo da atmosfera, expressa em mm; Tmax é a temperatura máxima do ar (ºC); Tmin a temperatura mínima do ar (ºC); e Tmed a temperatura média do ar (ºC) (JUNIOR et al., 2016). Metodo de Penman – Monteith FAO Método exposto por Monteith (1965), que foi adaptado por Allen et al. (1989) para estimativa da evapotranspiração de referência na escala diária. E Atualmente, este é o método padrão da FAO, dado pela seguinte fórmula: Rn é a radiação total diária (MJ m-2 d-1); G é o fluxo de calor no solo (MJ m-2 d-1); γ = 0,063 kPa °C é a constante psicrométrica; T é a temperatura média do ar (°C); U2 é a velocidade do vento a 2m (m s-1); es é a pressão de saturação de vapor (kPa); ea é a pressão parcial de vapor (kPa); e s é a declividade da curva de pressão de vapor na temperatura do ar, em kPa oC-1 (PEREIRA; ANGELOCCI; SENTELHAS, 2007). Análise estatística A análise de desempenho dos modelos foi feita comparando os valores de ETo obtidos pelos outros métodos com o método padrão de Penman-Monteith (FAO 56). Cada valor de ETo foi correlacionado com o valor correspondente pela data estimada pelo método Penman-Monteith FAO, considerado padrão, obtendo-se o coeficiente de determinação (R2) e de correlação ( r ). Os valores de coeficientes de correlação encontrados foram classificados, seguindo a metodologia de Hopkins (2000) (Tabela 1). 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 2 apresenta a Evapotranspiração de referência (ETo) estimados por diferentes métodos. Pode-se observar que o método proposto por Hargreaves e Samani aproximou-se significamente, mesmo superestimando o método proposto por Penman Monteith, considerado o padrão pela FAO 56 (ARAÚJO et. al., 2007). Período Tanque Classe A Camargo Hargreaves e Samani Penman Monteith FAO 56 21/05/2018 5,10 3,73 4,58 22/05/2018 5,10 3,69 4,63 23/05/2018 0,00 3,49 4,69 24/05/2018 0,00 3,75 5,26 25/05/2018 0,00 3,96 5,61 5,69 26/05/2018 2,40 3,88 5,72 4,56 27/05/2018 4,00 3,91 5,73 7,07 28/05/2018 4,80 4,02 5,11 4,57 29/05/2018 0,00 3,91 5,54 4,82 30/05/2018 0,00 3,99 5,55 5,78 31/05/2018 6,40 3,97 5,37 4,05 01/06/2018 7,20 3,88 4,70 02/06/2018 0,00 3,80 5,04 Tabela 2 - Estimativa da evapotranspiração de referência (ETo) no período, mm, para o município de Codó, calculada por diversosmétodos. O coeficiente de determinação (R²) encontrado para a relação (Tabela 3), de magnitude de 0,31, apresenta uma superestimação (gráfico 1) na maioria dos casos, pelo método de (Hargreaves & Samani) com o método padrão (Penman-Monteith), se comparado aos demais (CAMPOS JUNIOR, 2016) Os dados obtidos da correlação entre as variáveis dependentes e o método padrão, demonstraram que H&S obteve o melhor resultado. Porém, valores tão baixos, não viabilizam a substituição do método de P-M por H&S, fato constatado por Medeiros (2002) e Silva et al. (2001). Tabela 3 - Resultados das análises de correlação e regressão entre a evapotranspiração de referência (ETo) estimada, com a equação de Penman-Monteith-FAO Variável dependente (x) Equação R2 r C (classificação) Tanque Classe A y = - 0,1154x + 5,5103 0,0872 - 0,295301 Muito baixa Camargo y = - 3,553x + 19,249 0,03 - 0,173260 Muito baixa Hargreaves e Samani y = 2,6386x - 9,3415 0,3118 0,558371 Alta 5,69 4,56 7,07 4,57 4,82 5,78 4,05 5,61 5,72 5,73 5,11 5,54 5,55 5,37 2 5 / J U N 2 6 / J U N 2 7 / J U N 2 8 / J U N 2 9 / J U N 3 0 / J U N 0 1 / J U L HARGREAVES E SAMANI X PENMAN – MONTEITH Penman – Monteith Hargreaves e Samani Gráfico 1 – Comparação dos dados de ETo de H&S x P-M Alencar et. al. (2011), observou em seus trabalhos que o método de Hargreaves- Samani apresentou baixo desempenho entre os métodos, superestimando os valores observados. Para o desempenho do método de Camargo também não se obteve dados satisfatórios, sendo classificado como muito baixo (Tabela 3), com valor “r” igual a -0,29 (SOUZA, 2009). Souza et. al. (2014) em trabalhos produzidos, observou que a precisão desse método, pode ser melhor observado em locais com maiores índices de nebulosidade. Na maioria das medidas, o método de Camargo subestimou os dados (gráfico 3). Resultado também observado nos trabalhos de Gardiman Junior et. al. (2012), onde o método também foi classificado como muito ruim. Assim como observado por Alcântara et. al. (2013), o Tanque Classe “A” (gráfico 3) teve o pior desempenho, pois superestimou exponencialmente a maioria dos dados, podendo ser resultado da quantidade de dados perdidos no período analisado. 5,69 4,56 7,07 4,57 4,82 5,78 4,05 3,96 3,88 3,91 4,02 3,91 3,99 3,97 CAMARGO X PENMAN – MONTEITH Penman – Monteith Camargo 5,69 4,56 7,07 4,57 4,82 5,78 4,05 0 2,4 4 4,8 12 12 6,4 TANQUE CLASSE A X PENMAN – MONTEITH Penman – Monteith Tanque Classe A - ET0 Gráfico 2 – Comparação dos dados de ETo de TCA x P-M Gráfico 3 – Comparação dos dados de ETo de C x P-M 5. CONCLUSÃO Pode-se concluir que no curto período avaliado, a ETo estimada por Hargreaves & Samani superestimou os valores calculados pelo método de Penman-Monteith, mesmo tendo recebido classificação alta na correlação entre os métodos. De acordo com os parâmetros avaliados, a estimativa da evapotranspiração de referência pelo método de Hargreaves & Samani foi considerado ruim seguindo as metodologias do Tanque Classe “A” e por Camargo (1997), além de um dos métodos ter subestimado e o outro superestimado com relação ao método padrão, revelando-se não confiáveis para a substituição do método de Penman-Monteith na região de Codó – Ma. 6. REFERÊNCIA ALCÂNTARA, C.R; SILVA, G.J; CALDAS, R.A; COMPARAÇÃO ENTRE DIFERENTES MÉTODOS DE ESTIMATIVA DE EVAPOTRANSPIRAÇÃO DE REFERÊNCIA PARA JUAZEIRO‐BA. Revista OKARA: Geografia em debate, v.8, n.1, p. 156-178, 2013. ISSN: 1982-3878 ALENCAR, L. P.; SEDIYAMA, G. C.; WANDERLEY, H. S.; ALMEIDA, T. S.; DELGADO, R. C. Avaliação de métodos de estimativa da evapotranspiração de referência para três localidades no norte de Minas Gerais. Engenharia na Agricultura, Viçosa-MG, v.19, n. 5, p. 437-449, 2011. ARAÚJO, W.F; COSTA, S.A; SANTOS, A.E. 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