1 Engenheiro Ambiental, Universidade Federal do Paraná, fernando.armani@ufpr.br
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AVALIAÇÃO DO MÉTODO DE TURC PARA A ESTIMATIVA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO DE UM AMBIENTE LITORÂNEO
Fernando Augusto Silveira Armani1 Lucas Araujo de Freitas2
Virnei Silva Moreira3
Resumo: A escassez de água somada à sua alta demanda está entre os maiores problemas da atualidade. Neste cenário, exige-se um manejo adequado dos recursos hídricos, o qual pode ser realizado através da manipulação apropriada das etapas do ciclo hidrológico. Uma destas etapas é denominada evapotranspiração, a qual, refere-se ao somatório dos processos da evaporação da água e da transpiração dos organismos. Por tratar-se de uma etapa que sofre influência de muitos parâmetros, a literatura dispõe de uma grande quantidade de métodos para calculá-la. Posto isto, este trabalho apresenta uma avaliação do desempenho do modelo de Turc, recomendado para locais com alta umidade, comparando-o com os valores obtidos por uma estação micrometeorológica localizada em um ambiente litorâneo. As análises dos resultados estatísticos demonstraram que o método em questão exibiu uma boa precisão, gerando um perfil de evapotranspiração similar aos dados medidos na estação, porém, com uma baixa exatidão, a qual foi melhorada ao se incrementar a contribuição da vegetação local no modelo.
Palavras-chave: Evapotranspiração, Método de Turc, Ambiente Litorâneo;
EVALUATION OF THE TURC METHOD FOR THE ESTIMATION OF EVAPOTRANSPIRATION IN COASTAL ENVIRONMENTS
Abstract: The water shortage, added to its high demand, are among the biggest problem of our time. In this scenario an appropriate management of this resource is required, which can be done through the appropriate manipulation of its cycle's steps. One of these steps is called evapotranspiration, it refers to the sum of the evaporation processes of hydric surfaces and the organisms transpiration. For being a step that is influenced by many parameters, the
literature has a large number of methods to calculate it. Therefore, this work presents a performance evaluation of the Turc's method, recommended to locals with high humidity, comparing to the values obtained by a micro weather station, all data comes from this, situated on the coastal environment. The analysis of statistical data shows that the method in question exhibited good precision, generating an evapotranspiration profile similar to the station's data, but with low accuracy, which was improved by increasing the contribution of local vegetation to the model.
Keywords: Evapotranspiration, Turc Method, Coastal Environment.
1. INTRODUÇÃO
No contexto atual, a diminuição da disponibilidade de água, juntamente com o aumento de sua demanda, gera a necessidade de elaboração de um manejo racional deste recurso (Schmidt et al., 2004). Para o gerenciamento dos recursos hídricos é imprescindível o conhecimento das variáveis que compõem o ciclo hidrológico de uma região, tal como a evapotranspiração. A evapotranspiração é de grande importância para modelagem meteorológica e hidrológica, e essencial à gestão hídrica de agricultura irrigada (Oliveira &
Carvalho, 1998; Bezerra et al., 2008; Moreira et al., 2010).
A evapotranspiração é um processo natural que corresponde a transição da água de qualquer superfície terrestre para a atmosfera por meio da transpiração (perda de água dos organismos) e da evaporação (perda da lâmina superficial dos corpos hídricos). Em campo, ambas são medidas juntas devido à dificuldade em se distinguir esses processos.
A literatura apresenta mais de um tipo de evapotranspiração, em que a real - ocorrendo em condições reais de atmosfera e solo - e a de referência - sucedendo em uma vegetação rasteira “grama”, de altura uniforme, a qual é definida como cultura de referência (Fernandes et al., 2010) - são as duas mais utilizadas. Segundo Allen et al. (1998), a medida de evapotranspiração de referência (ETo) sofre apenas influência de parâmetros meteorológicos, dentre os quais constam a temperatura do ar, a umidade relativa do ar, a radiação solar, a velocidade do vento e a pressão atmosférica. Devido à alta variabilidade nestes parâmetros climáticos dentre as regiões, existem diversos métodos empíricos de estimativa, mas pouquíssimos podem ser utilizados a uma ampla variedade de condições
climáticas: geralmente estão restritos a intervalos específicos de temperatura do ar, pressão atmosférica e umidade relativa.
Um dos métodos utilizados para calcular a ETo é o método de Turc (1961), o qual é recomendado para regiões costeiras e úmidas (Fernandes et al., 2010).
Este trabalho tem por objetivo avaliar o desempenho do método de Turc em um ambiente litorâneo, através da comparação entre a evapotranspiração estimada por esse modelo e medida por uma estação micrometeorológica com o método das Covariâncias Turbulentas.
2. METODOLOGIA
O local de estudo foi o pântano cipreste (Cypress Swamp), localizado no sul do estado da Flórida, Estados Unidos. A estação micrometeorológica está localizada, segundo Shoemaker (2010), na latitude 25°45’10’’ N e Longitude 81°06’01’’ W. Possui altitude de 2 metros, e está a aproximadamente a 23km da linha de costa.
A área fonte dos fluxos de vapor de água desta estação é considerada como floresta de pântano, sendo composta predominantemente por floresta cipreste alta e densa.
Shoemaker (2010) ainda cita uma variedade de espécies de madeiras, dentre elas estão Ilex cassine, Persea palustris, Acer rubrum, Chrysobalanus icaco, Rapanea punctata, Myrica cerifera, uma cobertura de solo aberto e denso de Blechnum serrulatum e uma variedade de gramíneas.
Os valores medidos pela estação foram obtidos através da plataforma SOFIA - South Florida Information Access, disponibilizados pela USGS - United States Geological Survey (2018). Trata-se de dados de evapotranspiração medidos com o método das Covariâncias Turbulentas por uma estação micrometeorológica. Neste trabalho utilizou-se 1 ano de dados medidos no ano de 2009.
O modelo utilizado neste trabalho para estimativa da evapotranspiração é o modelo de Turc (Turc, 1961). Esse modelo requer dados de umidade relativa do ar, sendo que se for maior que 50%, seu fator de umidade ( ) deve ser considerado 1,0. Caso contrário, utiliza- se a equação (1) para obter este fator.
, (1)
onde é o fator da umidade relativa; UR é a umidade relativa do ar (%). Com calcula-se a evapotranspiração diária de referência através do modelo de Turc:
(2) em que Rs é a radiação solar global (MJ m-2 d-1), é a temperatura média diária do ar (°C) e
é o calor latente de vaporização (2,45 MJ kg-1).
A fim de explicitar as divergências e relações entre a estimativa do modelo ( ) e as medições da estação ( ), fez-se uso do coeficiente de correlação de Pearson,
(3)
( e são os valores médios das variáveis de evapotranspiração) e da medida de erro denominada por erro relativo médio anual:
. (4)
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados da medida de dispersão e de erro entre as variáveis de evapotranspiração diária estimadas com o modelo TURC e medidas na estação estão na Tabela 1, e ambas as variáveis foram plotadas no gráfico de dispersão da Figura 1.
Tabela 1: Coeficiente de correlação de Pearson ( ) e erro relativo médio ( calculado para comparação da evapotranspiração medida e estimada com o modelo de Turc.
Ano (mm/dia)/(mm/dia)
2009 0,881 42%
Fonte: Os autores (2018).
Figura 1: Comparação entre os valores de evapotranspiração da estação e do método de Turc.
Fonte: Os autores (2018).
A linha pontilhada preta que está na diagonal da Figura 1 representa uma associação perfeita entre a evapotranspiração medida e estimada. Os pontos acima desta reta indicam subestimativa do modelo de Turc e os pontos abaixo dessa reta indicam superestimativa. Nota-se que a evapotranspiração estimada com o modelo de Turc subestima predominantemente os valores medidos (98% dos dados de evapotranspiração estimados pelo modelo de Turc apresentaram valores menores do que os valores medidos na estação). A razão entre a evapotranspiração medida e estimada é es/eT ~ 1,57, tal como se pode observar no coeficiente angular da reta de coloração azul da Figura 1, a qual foi obtida através de uma regressão linear sobre os dados de evapotranspiração.
No entanto, nota-se na Figura 1 que ambos os valores de evapotranspiração apresentaram uma boa associação entre si, apesar do modelo de Turc apresentar erros maiores com o aumento da evapotranspiração. Observa-se na Figura 1 e no coeficiente de correlação de Pearson da Tabela 1 que a dispersão foi muito pequena, apresentando um aglomerado denso de pontos.
O valor do erro relativo médio entre as duas séries demonstra uma divergência significativa com relação à exatidão. No entanto, isso pode estar atrelado à diferença entre a vegetação requerida pelo modelo e a do local. Considerando que a evapotranspiração da vegetação do pântano cipreste seja 1,57 vezes maior do que a da vegetação utilizada no
modelo de Turc (gramado), é possível ajustar o modelo de evapotranspiração de referência à evapotranspiração real: eT,pantano = 1,57eT.
No gráfico de dispersão da Figura 2 compara-se a evapotranspiração real e medida na estação. Nota-se que com o ajuste para a vegetação local os resultados do modelo melhoraram em relação a sua exatidão. O erro relativo médio dessa nova variável reduziu de 42% para 16%, melhorando significativamente os resultados obtidos.
Figura 2: Comparação entre os valores de evapotranspiração da estação e do método de Turc.
Fonte: Os autores (2018).
4. CONCLUSÃO
Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que o método de Turc apresenta boa precisão na estimativa da evapotranspiração do ambiente litorâneo avaliado neste trabalho, tendo em vista que apresentou coeficiente de correlação de Pearson elevado (≅ 0,88), e exibiu um padrão de evapotranspiração similar ao dos dados medidos em campo.
Entretanto, demonstrou baixa exatidão nos valores, subestimando-os, com erro relativo médio de 42%, desigualdade atrelada à diferença de vegetação exigida pelo modelo e do local de aferimento dos dados. Com um simples ajuste linear, estimou-se a evapotranspiração real com o modelo de Turc, multiplicando-o pelo coeficiente angular da
regressão linear ajustada sobre a evapotranspiração medida e estimada pelo modelo. A evapotranspiração real estimada pelo modelo de Turc apresentou melhora significativa na exatidão em relação ao modelo de evapotranspiração potencial de Turc, apresentando um erro relativo médio de 16%.
REFERÊNCIAS
ALLEN, R. G.; PEREIRA, L. S.; RAES, D. et al. Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and drainage paper 56, 1998.
BEZERRA, B. G.; DA SILVA, B. B.; FERREIRA, N. J. Estimativa da evapotranspiração real diária utilizando-se imagens digitais tm - landsat 5. Revista Brasileira de Meteorologia, 23 (3): 305-317, 2008.
FERNANDES, D. S.; HEINEMANN, A. B.; DA PAZ, R. L. et al. Evapotranspiração – Uma Revisão sobre os Métodos Empíricos. Embrapa Arroz e Feijão, 2010.
MOREIRA, L. C. J.; DURAND, B. J.; TEIXEIRA, A. S. et al. Variabilidade local e regional da evapotranspiração estimada pelo algoritmo sebal. Eng. Agríc., 30 (6): 1148-1159, 2010.
OLIVEIRA, M. A. A. & CARVALHO, D. F. Estimativa da evapotranspiração de referência e da demanda suplementar de irrigação para o milho (zea mays l.) em seropédica e campos, estado do rio de janeiro. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 2 (2): 132-135, 1998.
SCHMIDT, W.; COELHO, R. D.; JACOMAZZI, M. A. Distribuição espacial de pivôs centrais no Brasil: I - Região Sudeste. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 8 (2-3): 330-333, 2004.
SHOEMAKER, W. B.; LOPEZ, C. D.; DUEVER, M. J. Evapotranspiration over spatially extensive plant communities in the Big Cypress National Preserve, southern Florida, 2007–2010. U.S. Geological Survey, 2011.
U. S. GEOLOGICAL SURVEY, South Florida Information Access. 2018. Disponível em:
<https://sofia.usgs.gov/exchange/evapotrans/index.php>. Acesso em: 10 Jul. 2018.
