Estimativa da evapotranspiração de referência pelo método de Penman-Monteith (FAO-56) com saldo de radiação medido por diferentes sensores¹

Antonio Cunha Ribeiro Da*, Clovis Volpe Alberto** e Francisco Escobedo João***

¹Financiamento dos instrumentos utilizados para a realização do referido trabalho. Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP).

*Eng. Agr. Dr. Pós-Doutorando Pela FAPESP, FCAV-UNESP Depto. de Ciências Exatas, Jaboticabal, SP.

**Profesor. FCAV-UNESP. Jaboticabal, Adjunto Depto. de Ciências Exatas, SP.

***Prof. Adjunto Depto. de Recursos Naturais/ Ciências Ambientais, FCA-UNESP, Botucatu, SP.

Estimación de la evapotranspiración de referencia por Penman-Monteith (FAO-56) con radiación neta medida por diferentes sensores¹

RESUMEN

Se comparó estimaciones de la evapotranspiración de referencia (ETo) por Penman-Monteith (FAO-56) utilizando radiación neta (Rn) datos obtenidos en tejen una malla sensores del radiación neta NR-Lite (Kipp y Zonen), Q-7,1 (REBS) y CNR1 (Kipp y Zonen), en el período de 28/09 a 22/11/2001 en Botucatu, UNESP, SP. Se verificaron las estimaciones de ETo y se comparación a través de los indicadores estadísticos: coeficiente de determinación (R2) y índice de acuerdo (d). Con las constantes de calibración original el sensor NR-Lite y Q-7,1 subestimaron de una manera significante en los período de la luz del día y nocturno, y por consiguiente ETo también fue subestimado. Con el uso de una nueva calibración constante el sensores al que NR-Lite y Q-7,1 empezaron sobrestima de manera no significante, respecto al sensor CNR1, podría usarse así para las medidas de balance de energía con exactitud. La estimación de ETo diario para la ecuación de Penman-Monteith (FAO-56) obtuvo empezando de Rn medido por sensor Q-7,1 al que más se acercó de los valores encontraron de ETo en la función de Rn medida por los sensor CNR1.

Palabras Clave: Evapotranspiración; balance de energía; radiación neta.

Estimating reference evapotranspiration by Penman-Monteith method (FAO-56) with measured net radiation for different sensors¹

SUMMARY

It was compared estimates of reference evapotranspiration (ETo) by Penman-Monteith method (FAO-56) utilizing net radiation (Rn) data obtained in net radiometer NR-Lite (Kipp and Zonen), Q-7.1 (REBS) and CNR1 (Kipp and Zonen), in the period from 09/28 to 11/22/2001 in Botucatu, UNESP, SP. The estimates of ETo were verified and compared through the statistical indicators: determination coefficient (R2) and agreement index (d). With the constants of original calibration the sensor NR-Lite and Q-7.1 underestimated in a significant way in the daylight periods and nocturnal, and consequently ETo was also underestimated. With the use of one new calibration constant the sensor NR-Lite and Q-7.1 started to overestimates of way no significant, in relation to sensor CNR1 (reference), could be used like this for measures of energy balance with accuracy. The estimate of daily ETo for the equation of Penman-Monteith (FAO-56) obtained starting from Rn measured by sensor Q-7.1 it went to that more he approached of the found values of ETo in function of Rn measured by the CNR1.

Key Words: Evapotranspiración; balance de energía; radiación neta.

Recibido: agosto 30, 2007  Aceptado: octubre 11, 2007

INTRODUÇÃO

A aplicação da equação de Penman-Monteith (FAO-56) requer medidas de saldo de radiação (Rn), fluxo de calor no solo, temperatura e umidade do ar, pressão atmosférica e velocidade do vento a 2 m de altura (Allen et al., 1998). O Rn está incluído entres os elementos de clima que apresentam as maiores dificuldades de medidas com exatidão (Brotzge e Crawford, 2003).

Os saldos radiômetros são os instrumentos mais utilizados para a medida de Rn, com diversos trabalhos realizados para avaliar a ETo medida e/ou estimada, em várias escalas de tempo, em função de Rn medidos por diferentes instrumentos (Gávilan et al., 2006; Volpe e Oliveira, 2006).

O objetivo do presente estudo foi avaliar e comparar as estimativas da ETo, em escala diária, pelo método de Penman-Monteith (FAO-56) usando: a) Rn medido por saldo radiômetro sem cúpula de polietileno (NR-Lite, Kipp e Zonen, 2000); b) Rn medido por saldo radiômetro sem cúpula de polietileno (CNR1, Kipp e Zonen, 2000) e c) Rn medido por saldo radiômetro com cúpula de polietileno (Q-7.1, REBS).

MATERIAL E MÉTODOS

Os dados utilizados neste estudo foram obtidos na Estação de Radiometria do Departamento de Recursos Naturais da Faculdade de Ciências Agronômicas, UNESP, Botucatu, SP (latitude: 22o51’S, longitude: 48º26’W e altitude: 786 m).

O monitoramento simultâneo dos saldos radiômetros para as estimativas de ETo foi no período de 28/09 a 22/11/2001, utilizando-se dos seguintes sensores: a) saldo radiômetro sem cúpula de polietileno - CNR1 (Kipp e Zonen, 2000), usado como referência de medida; b) saldo radiômetro sem cúpula de polietileno - NR-Lite (Kipp e Zonen); c) saldo radiômetro com cúpula de polietileno - Q-7,1 (REBS).

Utilizou-se um sensor CNR1 novo, um NR-Lite com 3 anos de uso contínuo, e um Q-7.1 com 5 anos de uso e com cúpulas de polietileno novas. Todos sensores foram instalados a 1 m de altura em superfície gramada e conectados a um "Micrologger CR23X" da Campbell Scientific com varredura a cada 5 segundos e saída dos valores médios a cada 5 minutos.

Os equipamentos utilizados neste estudo, com seus respectivos dados de elemento sensor, constante de calibração, tipo de cúpula, espectro, erro e fabricante, constam na Tabela 1.

Utilizou-se o sensor da Kipp e Zonen modelo CNR1 como padrão pela sua acuracidade alta em relação à outros saldos radiômetros ((Kipp e Zonen, 2000).

Para o cálculo da ETo foi utilizado o método de Penman-Monteith FAO-56 (ALLEN et al., 1998).

As verificações das estimativas da ETo foram feitas através dos seguintes indicadores estatísticos: coeficiente de determinação (R²) e índice de concordância (d), segundo Willmott et al. (1985).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A ETo estimada a partir do saldo NR-Lite subestimou em 12,16% em relação ao saldo referência (CNR1), enquanto que o saldo Q-7.1 subestimou em 1,24%, utilizando as constantes originais de calibração. Já quando se utilizou as constantes de calibração alterada, o NR-Lite subestimou em 0,5%, enquanto que o saldo Q-7.1 subestimou em 0,7% (Tabela 2).

TABELA 2. Valores médios da ETo diária estimada por Penman-Monteith (FAO-56) com Rn medidos por diferentes sensores com constantes de calibração original (O) e alterada (A). Botucatu, UNESP, SP.
Saldos Radiômetros (Rn)	ETo(O) (mm d-1)	ETo(A) (mm d-1)
CNR1 (Kipp & Zonen - Ref.)	4,03 (a)	4,03 (a)
NR-Lite (Kipp & Zonen)	3,54 (b)	4,01 (a)
Q-7.1 (REBS)	3,98 (c)	4,00 (a)
( ) Médias seguidas da mesma letra na coluna não diferem entre ao nível de 1% pelo teste t.

Pelas diferenças encontradas entre as medidas dos saldos radiômetros NRLite e Q-7.1, ficou demonstrado mais proximidade nas medidas de ETo proveniente do Q-7.1 em relação à referência (CNR1), quando se usou a constante de calibração original, o que nos leva a crer que o saldo Q-7.1 apresentou-se adequado para as estimativas de ETo (Tabela 3).

TABELA 3. Indicadores estatísticos na comparação entre a ETo diária estimada por Penman-Monteith (FAO-56) com Rn medidos por diferentes sensores com constantes de calibração original (O) e alterada (A). Botucatu, UNESP, SP.
ETo diária (Rn)	R2	d
CNR1 x NR-Lite (o)	0,7278	0,9877
CNR1 x Q-7.1 (o)	0,9613	0,9992
CNR1 x NR-Lite (a)	0,9569	0,9961
CNR1 x Q-7.1 (a)	0,9681	0,9994
( ) Médias seguidas da mesma letra na coluna não diferem entre ao nível de 1% pelo teste t.

Com isso, surgiu a necessidade de analisar as medidas oriundas dos saldos, pois a maior contribuição para o saldo total diário é oriundo do período diurno, de alta energia, e quando analisamos o total diário de Rn, não identificamos a origem das diferenças.

Analisando por períodos, diurno e noturno, com constantes de calibração original, observamos (Tabela 4) que o NR-Lite subestimou em 18,5% o saldo de radiação diurno em relação ao sensor referência (CNR1), enquanto o Q-7.1 subestimou em 7,5%. No período noturno, o NR-Lite subestimou em 26,2% o saldo de radiação diurno, enquanto o Q-7,1 subestimou em 27,7%. No Rn total houve uma subestimativa do NR-Lite de 17,4% e de 4,5% do Q-7,1 em relação ao CNR1.

TABELA 4. Valores médios de Rn diurno, noturno e total obtidos por diferentes sensores com constantes de calibração original. Botucatu, UNESP, SP.
Sensores	Saldo de radiação (W m-2)
	Diurno Total		Noturno
CNR1	476,22 (a)	-59,79 (a)	416,43 (a)
NR-Lite	388,07 (b)	-44,10 (b)	343,97 (b)
Q-7,1	440,73 (c)	-43,20 (c)	397,53 (c)
( ) Médias seguidas da mesma letra na coluna não diferem entre ao nível de 1% pelo teste t.

Isso indica que o sensor Q-7,1 apresentou-se mais acurado em relação ao NR-Lite no período diurno e no total diário, sendo que apesar dos saldos NR-Lite e Q-7,1 subestimarem no período noturno, isso não é significativo em função do peso maior ser dado ao período diurno que é de alta energia.

Após a calibração dos saldos NR-Lite e Q-7.1, observou-se que não houveram diferenças significativas nos períodos diurno e noturno, e também no total diário (Tabela 5).

TABELA 5. Valores médios de Rn diurno, noturno e total obtidos por diferentes sensores com constantes de calibração alterada (diurna e noturna). Botucatu, UNESP, SP.
Sensores	Saldo de radiação (W m-2)
	Diurno Total		Noturno
CNR1	476,22 (a)	-59,79 (a)	416,43 (a)
NR-Lite	476,52 (a)	-59,73 (a)	416,79 (a)
Q-7,1	476,41 (a)	-59,71 (a)	416,70 (a)
( ) Médias seguidas da mesma letra na coluna não diferem entre ao nível de 1% pelo teste t.

CONCLUSÕES

- A estimativa da ETo diária pela equação de Penman-Monteith (FAO-56) obtida a partir do Rn medido por sensor REBS Q-7.1, com 5 anos de uso contínuo, com cúpulas novas e constante de calibração original, foi a que mais se aproximou dos valores encontrados de ETo em função do Rn medido pelo CNR1, usado como referência. Após a recalibração dos sensores NR-Lite e Q-7,1 as medidas de ambos ficaram mais adequadas, melhorando ainda mais as medidas do Q-7,1.

BIBLIOGRAFÍA

1. Allen, R. G. et al. 1998. Crop evapotranspiration: guidelines for computing crop water requirements. Roma: FAO, 300p. (Irrigation and Drainage, n.56).        [ Links ]

2. Brotzge, J. A.and K. C. Crawford. 2003.Examination of the surface energy budget: a comparison of eddy correlation an Bowen ratio measurement systems. Journal of Hydrometeorology, v.4, n.160-178.        [ Links ]

3. Gávilan, P. et al. 2006. Measurement vs. Estimating net radiation: impact on Penman-Monteith reference evapotranspiration estimates. In: International Conference On Experiences With Automatic Weather Station, 4. Lisboa. CD-Rom.        [ Links ]

4. Kipp and Zonen. 2000. Instruction manual CNR1 net-radiometer. Delft Holand, 42p.        [ Links ]

5. Volpe, C. A.and A. D. Oliveira. 2006. Comparison of methods for estimating reference evapotranspiration using data of conventional and automatic weather stations. In: International Conference on Experiences With Automatic Weather Station, 4. 2006, Lisboa. CD-Rom...        [ Links ]

6. Willmott, C. J. et al. 1985. Statistics for the evaluation and comparison of models. Journal of Geophysical Research, v. 10, n. C5, 8995-9005 p.         [ Links ]