ESTUDO COMPARATIVO DAS TAXAS DE EVAPORAÇÃO E ~RANSPIRAÇÃO EM BELÉM-PARÁ

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ESTUDO COMPARATIVO DAS TAXAS DE EVAPORAÇÃO E ~RANSPIRAÇÃO EM BELÉM-PARÁ

Maria do Carmo Felipe de Oliveira

*

Isa Maria Oliveira da Silva

*

José Carvalho de Moraes

*

José de Paulo Rocha da Costa

*

RESUMO

O pregente trabalhO foi realizado em Belém-PA (Lat.ü1928'18"S, Lon.48927'ü9"W), com o objetivo de comparar as taxas de

evaporação e evapotranspiração obtida pelos métodos estillativos e as taxas obtidas pelos métodos de medida direta, tanque classe A e tanques evapotranspirômetros. Devido a escassez de dados meteorológicos não podemos utilizar os métodos estimativos de Balanço de Enérgia,Aerodinãmico,e Correlação Turbulenta. Para os demais métodos: Penman(l956) (1) ,Linacre (1977) (3) e Thornthwaite(1948) (1) estimou-se as médias diárias para o mês de março ( o mais chuvoso), o mês de novembro ( o menos

chuvoso), o ano de 1983 e a década de 1974 a 1983.

Os resultados mostram que apesar das diferenças a equação de Penrnan se aproximou melhor das medidas de evaporação para o per iodo chuvoso (março) enquanto a equação de Linacre estimou melhor para o periodo sêco (novembro). Para a evapotranspiração a equação de Linacreestimou melhor para todos os periodos

estudados.

1. INTRODUÇÃO

A evaporação e evapotranspiração são componentes naturais do ciclo hidrológico, la taxa pelo qual estes fenqmenos se

processam dependem das caracteristicas ambientais tais como energia disponivel,gradiente de umidade do ar, processo difusivo de vapor d'agua etc.

Vários métodos estimativos foram desenvolvidos para calcular a taxa de evaporação e evapotranspiração na ausência de instrumentos medidores,métodos estes desenvolvidos em épocas e locais diferentes,por conseguinte dando ênfases diferentes aos fatores intervenientes da evaporação e evapotranspiração. Este trabalho tem por finalidade fazer um estudo comparativo entre os diversos métodos estimativos e as medidas diretas da taxa de evaporação "e evapotranspjração em Belém-PA, e sugerir o que melhor representar o fenômeno em regiôes

hidr<mneteorológicamente homogênea a Belém.

(*) Universidade Federal do Pará -UFPa - Departamento de Meteorologia e Geofisica .

(2)

Belém está localizada a 01928'18"8 48921 '09"W, apresenta as seguintes características climáticas : precipitação média anual 2795,67mm,Temperatura média 269C,clima do tipo Af segundo Koeppen.

2. METODOLOGIA

Cada método foi aplicado isoladamente e descartado aqueles que não se dispunham de todos os dados meteorólogico para

estimativa.

2.1. Método do Balanço de En~rgia - Este método é baseado no princípio da conservação da energia na superfície que pode ser expresso pela seguinte equação.

R

n

=

G + H + LE (1 )

onde Rn

=

saldo de Radiação

G

=

fluxo de calor sensível para o solo H = fluxo de calor sensível para atmosfera LE

=

fluxo de calor latente para atmosfera introduzindo o conceito de razão de Bowen

f3

=.2!-.

=

(2)

LE

LE = Rn-G (3)

1 +Õ' (t.T / Ó.12)

onde Õ'

=

constante psicrométrica

~T= gradiente de temperatura do ar

ôe= gradiente de vapor d'agua no ar

A equação (3) não pode ser utilizada para estimar a evaporação por falta dos dados,uma vez que: G é muito variável e de difícil obtenção; . que por sua vez depende de outros parãmetros meteorólogicos e por não ser medido na estação de observação em questão.

2.2. Método Aerodinâmico - Este método é baseado na teoria da difusão turbulenta aplicada ao vapor d'agua na camada

atmosférica adjacente a superfície evaporante, segundo esta teoria o transporte turbulento de calor (H), da quantidade de movimento (1"') e vapor d' agua (LE) na atmosfera é

expresso por :

(3)

fazendo manipulações matemáticas algumas hipóteses simplificadoras com as equações (4), (5), (6), tem-se

E

=

ln (z~ / Zl.) ] 2 (7 ) ( 8 ) onde 2. 3. onde P = densidade do ar

K = constante de Von Karman

u~ ,u~= velocidade do vento no nível 1 e 2

q 1 ,q.<.= umidade específica do ní ve1 1 e 2

z~,z2= altura dos níveis 1 e 2

o

que impossibilitou a aplicação da equação (7) para

estimar a evaporação foi a falta dos perfis de velocidade e unidade esp~cifica próximo a superfície.

Método da Correlação Turbulenta -' Este método foi proposto por Swinbank (1951) (1) para estimar o f luxo vertical de calor e vapor d'agua num fluxo turbulento. O fluxo

vertical médio de uma propriedade S por unidade de massa num ar totalmente turbulento é

F_s =

?

W':"'S

P

= densidade do ar

W velocidade vertical média S = propriedade transportada

a barra ha equação (8) indica uma situação média,para um dado período de tempo.

Para o fluxo vertical de vapor d'agua a equação (8) pode ser escrita como'

6

-E = _P

e

UJ' e'

( 9 )

onde é = constante (0.622)

P pressao atmosférica

E = fluxo vertical de vapor d'agua e = pressão de vapor

A dificuldade de aplicação da equação (9) é a obtenção das flutuações da velocidade vertical (W') e pressão de vapor

(e ' ) •

2.4. Médoto de Penrnan - A expressão proposta por Penman (1956)

(1) para estimar a evaporação é uma combinação de dois

métodos estimativos clássicos, ambos com ênfases diferentes. O método Aerodinâmico e o método do Balanço de Energia.

E = (6./~).(R"Y\/L)

+

EC)...

6./'(r + i

(4)

onde E taxa de evaporação

6 = inclinação da curva de pressao de saturação do vapor

~ = constante psicrométrica Rn = saldo de radiação

L = calor latente de evaporação Ea= poder evaporante do ar

Ea = 0,35 (a+u/1 60) (es - e) (11 ) onde a = 0,5 para evaporação

a = 1,0 para evapotranspiração u = velocidade do vento a 2m

es= pressão parcial do vapor saturado e = pressão parcial do vapor

O Rn quando não for medido pode ser estimado pela expressa0 :

Rn

=

00

(0,24+0,58 n/N) (1-ot)-áT~(O,56-0,09-re)(0,1+0,9n/N) (12) onde Qo = Radiação Global

n = numere de horas de brilho solar

N = comprimento do dia em horas e décimos

oJ... = albedo da superfície

evaporante-cJ.= 0,25 para evaporaçao

0'-= 0,25 para evapotranspiração

cr _{= constante de Stefan Boltzman}

T_a = temperatura do ar

e pressao parcial do vapor

2.5. Método de Linacre - E.Linacre (1977) (3) propos urna expressão para estimar. a evaporação e evapotranspiração baseado apenas na localização da estação,temperatura do ar e temperatura do ponto de orvalho.

Esta expressão resultou de sucessivas simplificações da expressão de Penman. E = K.Tm/(100 - A) + 15

(T -

Td) 80 - T ( 1 3 ) onde K = constante K = 700 para evaporaçao K = 500 para evapotranspiração Tm= T + 0.006h T = temperatura média do ar h = elevação da estação A = latitude da estação

Td= temperatura do ponto de orvalho

O valor (T - Td) pode ser obtido de urna tabela, conhecendo-se as temperaturas extremas diárias.

(5)

2.6. Método de Thornthwaite - Este método esta baseado em uma equação impirica que correlaciona a evapotranspiração medida em tanques evapotranspirômetros e dados de temperatura do ar.

E = Temperatura média mensal. I = Índice de calor

3 - RESULTADOS

T ) 1,514

5"

(15)

Os resultados mostram que a equação de Linacre superestima os valores evaporados medidos e a equação de Penman subestima os valores nos três periodos estudados, quadro I, figuras I, 11, 111 IV.

Para a evapotranspiração a equação de Penman continua

subestimando, enquanto a equação de Linacre apresenta valores maiores que os medidos para março e menores para novembro e igualando os valores medidos para o periodo de um ano (1983). A equação de Thornth~ite foi utilizada apenas para os per iodos de um ano (1983) e dez anos (1974-1983) dando valores abaixo do

medido, conforme quadro 11, figuras V, VI, VII, VIII.

QUADRO I - Taxa de evaporação média diária (mm/dia) obtido pelo Tanque Classe A e métodos de Penman e Linacre, para os meses de março, novembro, ano de 1983 e a década

1974/1983.

1

I TANQUE

EQ. PENMAN EQ. LINACRE CLASEE A Março 4.4 4 . 1 5.4 Novembro 6. 1 4.9 6.4 Ano 1983 5.3 5.0 5.7 Decada 1974/19~b - _4.7 _5.3

(6)

QUADRO 11 - Taxa de evapotranspiração média diária (mm/dia) obtida pelo Tanque Evapotranspirõmetro e Métodos de Penrnan, Linacre e Thornthwaite para os meses de março e novembro, o ano de 1983 e a década de

1974/1983.

I

oTAN;2UE

Im.

THORNl'HWAITE

EVAroI'RANSPIR.EQ. PENMAN EQ. Ln~CRE

Março 4.2 3.2 4.4

-Novembro 6 . 1 4. 1 50 .4 0

-Ano 1983 4.7 4.0 4.7 4.5 Década 3.8 4.3 3.6 1974/1983

-4. CONCLUs6ES

Dos métodos estudados, o que melhor fisicamente descreve o processo da evaporação é o de Penrnan, visto que, este método é misto, utilizando a equação do Balanço de Energia e Aerodinâmico. O método de Linacre, poderá ser utilizado em olocais onde nao se disponha de observações exigidas pela equação de Penrnan, pois inclue menor número de dados e tem mostrado resultados

satisfatórios, com suficiente precisão para os problemas prático& O método de Thornthwaite, pela sua simplicidade, é de maior

difusão para fins de balanço hídrico climático, sendo restrito para pequenos períodos de tempo.

Apesar das diferenças, o método de Penrnan se aproxima melhor das

medidas de evaporação para períodos chuVOSQS (março) e o método

de Linacre para os períodos secos (novembro), enquanto que para

a evapotranspiraçãooo método que melhor estima os valores para

todos os períodos estudados é o de Linacre.

Verifica-se que não existe uma expressão que possa ser aplicada para as condições de Belém em toda época do ano, sendo necessário ajustes e parâmetros locais.

AGRADECIMENTOS

Os autores externam seus agradecimentos a todos que, direta ou indiretamente, contribuiram para realização e conclusão deste trabalho, especialmente:

Ao Dr.oRizio Déjard Mendonça, Diretor Geral do 29 DISME/INEMET, pelo fornecimento dos dados meteorológicos;

À Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP), pelo apoio através

do projeto Estudo da Micrometeorologia de Barcarena-Pa., do qual os autores-são participantes.

(7)

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. BERLATO, M. A.; MOLION, L. C. B. Evaporação e

Evapotranspiração. Porto Alegre, Instituto de Pesquisas Agronômicas. (Boletim Técnico, n9 7). 1981.

2. LINACRE, E. G. Procedure for Controlling the Irrigation of Acrop. 1979.

3. LINACRE, E. T. A simple formula for estimating evaporation Rates in Vari~us Climates Using Temperature Data Alone. Agricultural Meteorology. Amsterdam. 409-424. 1977. 4. MOTA, F. S. Meteorologia Agrícola. são Paulo, Nobel. 1977. 5. SELLERS, W. D. Physical Climatology. Chicago, The

(8)

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FIG. IX - EVAPORAÇÃO DIÁRIA PARA O MÊS DE NOVEM

BRO (mm/diol OBTIDO PELO TANOUE elAS

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flG. I - EVAPORAÇÃO DIÁRIA PARA O MÊS DE MARÇO

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FIG.III - EVAPORACAO OlARIA PARA O ANO DE 1983 (mm/diol. OBTI-DA PELO TANOUE CLASSE A. E PELOS MÉTODOS DE L1NA-CRE E PENMAN.

J F M A M J J A S O N D MESES

FIG.IV- EVAPORACÃO PARA A DÉCADA DE 1974 A 1983 (mm/dio I P E .. LOS MÉTODOS DE L1NACRE E PENMAN.

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(10)

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-FIG. V· EVAPOTRANSPIRACAO PARA

o

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ÇO lmm/diol. OBTIOA PELO EVAPOTRANS-PIRÓMETRO E PELOS MÉTOOOS OE L1NA CRE E PENMAN.

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10

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FIG. VI· EVAPOTRANSPIRACÃO PARA O MÊS OE NOVEM BRO (mm/diol. OBTlOA PELO EVAPOTRANSPi

RÕMETRO E P ELOS MÉTODOS DE L1NACRE

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\ \ \ - - LINACRE ---PENMAN - THORNTHWAISE EVAPOTRANSPIRÕMETRO J F M A M J J A S O N O MESES

FIG.VII- EVAPqTRANSPIRACÃO PARA O ANO DE 1983

(mm/diol. OBTIDA PELO EVAPOTRANSPIRÕME

TRO E PELOS MÉTODOS DE LINACRE, PENMAN E THOrNTHWAITE. 6.0 o "O "-E 5,0 E o I<l: 0 4 , ( l <l: o:: a.. CF) 23,0 <l: o:: ... O a.. <l: 20 > UJ , -/ / / / _ / ,/ -/4:'"._ .... / / '"

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-/ I I I LINACRE PENMAN THORNTHWAI SE J F ~ A M J J A S O N O MESES

FIG. VIII-

EVA~OTRANSPIRAÇÃO

PARA A DÉCADA DE

1974 A 1983 (mm/dio), OBTIDA PELOS MÉ

TODOS DE L I NAC RE, PENMAN E THORNTjj WAITE.