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Evapotranspiración

Ciclo del agua en la superficie de la Tierra, en el que se muestran los componentes individuales de la transpiración y la evaporación que forman la evapotranspiración. Otros procesos estrechamente relacionados que se muestran son la escorrentía y la recarga de las aguas subterráneas .
mascota
Distribución global de la evapotranspiración potencial promediada durante los años 1981-2010 del conjunto de datos CHELSA-BIOCLIM+ [1]

La evapotranspiración ( ET ) se refiere a los procesos combinados que mueven el agua desde la superficie de la Tierra (aguas abiertas y superficies de hielo, suelo desnudo y vegetación ) hacia la atmósfera . [2] : 2908  Cubre tanto la evaporación del agua (movimiento del agua al aire directamente desde el suelo, las copas de los árboles y los cuerpos de agua) como la transpiración (evaporación que ocurre a través de los estomas o aberturas en las hojas de las plantas). La evapotranspiración es una parte importante del ciclo del agua local y del clima , y ​​su medición juega un papel clave en la gestión de los recursos hídricos y el riego agrícola . [3]

Definición

La evapotranspiración se define como: "Los procesos combinados a través de los cuales el agua se transfiere a la atmósfera desde las superficies abiertas de agua y hielo, el suelo desnudo y la vegetación que conforman la superficie de la Tierra". [2] : 2908 

La evapotranspiración es una combinación de evaporación y transpiración, medida para comprender mejor los requerimientos de agua de los cultivos, la programación del riego [4] y la gestión de cuencas hidrográficas. [5] Los dos componentes clave de la evapotranspiración son:

La evapotranspiración se mide típicamente en milímetros de agua (es decir, volumen de agua movida por unidad de área de la superficie de la Tierra) en una unidad de tiempo establecida. [6] : Cap. 1, "Unidades"  A nivel mundial, se estima que en promedio entre tres quintos y tres cuartos de la precipitación terrestre regresa a la atmósfera a través de la evapotranspiración. [7] [8] [9] : Cap. 1 

La evapotranspiración, en general, no explica otros mecanismos que intervienen en el retorno de agua a la atmósfera, aunque algunos de ellos, como la sublimación de la nieve y el hielo en regiones de gran altitud o latitud, pueden hacer una gran contribución a la humedad atmosférica incluso en condiciones estándar.

Factores influyentes

Diagrama que muestra el impacto de la cobertura del suelo en la evapotranspiración y otros factores de uso del agua.

Factores primarios

Los niveles de evapotranspiración en un área determinada están controlados principalmente por tres factores: [10] En primer lugar, la cantidad de agua presente. En segundo lugar, la cantidad de energía presente en el aire y el suelo (por ejemplo, el calor, medido por la temperatura superficial global ); y en tercer lugar, la capacidad de la atmósfera para absorber agua ( humedad ).

Respecto al segundo factor (energía y calor): el cambio climático ha aumentado las temperaturas globales (ver registro instrumental de temperatura ). Este calentamiento global ha aumentado la evapotranspiración sobre la tierra. [11] : 1057  El aumento de la evapotranspiración es uno de los efectos del cambio climático sobre el ciclo del agua .

Factores secundarios

Tipo de vegetación

El tipo de vegetación afecta los niveles de evapotranspiración. [12] Por ejemplo, las plantas herbáceas generalmente transpiran menos que las plantas leñosas , porque suelen tener un follaje menos extenso. Además, las plantas con raíces profundas pueden transpirar agua de manera más constante, porque esas raíces pueden atraer más agua hacia la planta y las hojas. Otro ejemplo es que los bosques de coníferas tienden a tener tasas más altas de evapotranspiración que los bosques latifolios caducifolios , particularmente en las estaciones inactivas de invierno y principios de primavera, porque son perennes . [13]

Cobertura vegetal

La transpiración es un componente mayor de la evapotranspiración (en relación con la evaporación) en áreas con abundante vegetación. [14] Como resultado, la vegetación más densa, como los bosques, puede aumentar la evapotranspiración y reducir el rendimiento hídrico.

Dos excepciones a esto son los bosques nubosos y las selvas tropicales . En los bosques nubosos, los árboles recogen el agua líquida en la niebla o en las nubes bajas sobre su superficie, que finalmente gotea hasta el suelo. Estos árboles siguen contribuyendo a la evapotranspiración, pero a menudo recogen más agua de la que evaporan o transpiran. [15] [16] En las selvas tropicales, el rendimiento hídrico aumenta (en comparación con las tierras despejadas y sin bosques en la misma zona climática) ya que la evapotranspiración aumenta la humedad dentro del bosque (una parte de la cual se condensa y regresa rápidamente como precipitación experimentada a nivel del suelo en forma de lluvia). La densidad de la vegetación bloquea la luz solar y reduce las temperaturas a nivel del suelo (reduciendo así las pérdidas debido a la evaporación superficial) y reduce la velocidad del viento (reduciendo así la pérdida de humedad transportada por el aire). El efecto combinado da como resultado un aumento de los flujos de los arroyos superficiales y un nivel freático más alto , mientras que la selva tropical se conserva. La tala de bosques tropicales frecuentemente conduce a la desertificación , ya que aumentan las temperaturas a nivel del suelo y la velocidad del viento, la cubierta vegetal se pierde o se destruye intencionalmente por la tala y la quema, la humedad del suelo se reduce por el viento y los suelos se erosionan fácilmente por fuertes vientos y lluvias. [17] [18]

Suelo y riego

En las zonas que no se riegan, la evapotranspiración real no suele ser mayor que la precipitación , con algún margen de amortiguación y variaciones en el tiempo que dependen de la capacidad del suelo para retener agua. Por lo general, será menor porque se perderá algo de agua debido a la percolación o la escorrentía superficial . Una excepción son las zonas con niveles freáticos altos , donde la acción capilar puede hacer que el agua del agua subterránea suba a través de la matriz del suelo hasta la superficie. Si la evapotranspiración potencial es mayor que la precipitación real, el suelo se secará hasta que las condiciones se estabilicen, a menos que se utilice el riego .

Medidas

Medición directa

Diseño para un lisímetro

La evapotranspiración se puede medir directamente con un lisímetro de platillo o de pesaje . Un lisímetro mide continuamente el peso de una planta y del suelo asociado, y el agua añadida por la precipitación o el riego. El cambio en el almacenamiento de agua en el suelo se modela entonces midiendo el cambio en el peso. Cuando se utiliza correctamente, esto permite una medición precisa de la evapotranspiración en áreas pequeñas.

Estimación indirecta

Debido a que el flujo de vapor atmosférico es difícil o lleva mucho tiempo medirlo directamente, [9] : Cap. 1  la evapotranspiración se estima normalmente mediante uno de varios métodos diferentes que no dependen de la medición directa.

Balance hídrico de la cuenca

La evapotranspiración se puede estimar evaluando la ecuación de balance hídrico para un área determinada: La ecuación de balance hídrico relaciona el cambio en el agua almacenada dentro de la cuenca ( S ) con su entrada y salida:

En la ecuación, el cambio en el agua almacenada dentro de la cuenca ( ΔS ) está relacionado con la precipitación ( P ) (agua que ingresa a la cuenca), la evapotranspiración ( ET ), el caudal ( Q ) y la recarga de agua subterránea ( D ) (agua que sale de la cuenca). Al reorganizar la ecuación, se puede estimar la ET si se conocen los valores de las otras variables:

Balance energético

Una segunda metodología de estimación es mediante el cálculo del balance energético.

donde λE es la energía necesaria para cambiar la fase del agua de líquido a gas, R n es la radiación neta, G es el flujo de calor del suelo y H es el flujo de calor sensible . Utilizando instrumentos como un escintilómetro , placas de flujo de calor del suelo o medidores de radiación, se pueden calcular los componentes del balance energético y se puede resolver la energía disponible para la evapotranspiración real.

Los algoritmos SEBAL y METRIC calculan el balance energético en la superficie de la Tierra utilizando imágenes satelitales. Esto permite calcular la evapotranspiración real y potencial píxel por píxel. La evapotranspiración es un indicador clave para la gestión del agua y el rendimiento del riego. SEBAL y METRIC pueden representar estos indicadores clave en el tiempo y el espacio, durante días, semanas o años. [19]

Estimación a partir de datos meteorológicos

A partir de datos meteorológicos como el viento, la temperatura y la humedad, se puede calcular la ET de referencia. La ecuación más general y ampliamente utilizada para calcular la ET de referencia es la ecuación de Penman . La variante de Penman-Monteith es recomendada por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación [20] y la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles [21] . La ecuación de Blaney-Criddle, más simple, fue popular en el oeste de los Estados Unidos durante muchos años, pero no es tan precisa en regiones húmedas con mayor humedad. Otras ecuaciones para estimar la evapotranspiración a partir de datos meteorológicos incluyen la ecuación de Makkink, que es simple pero debe calibrarse para una ubicación específica, y las ecuaciones de Hargreaves.

Para convertir la evapotranspiración de referencia en la evapotranspiración real del cultivo, se debe utilizar un coeficiente de cultivo y un coeficiente de estrés. Los coeficientes de cultivo, tal como se utilizan en muchos modelos hidrológicos, suelen cambiar a lo largo del año porque los cultivos son estacionales y, en general, el comportamiento de las plantas varía a lo largo del año: las plantas perennes maduran a lo largo de varias estaciones, mientras que las anuales no sobreviven más de unas pocas [ aclaración necesaria ] , por lo que las respuestas al estrés pueden depender significativamente de muchos aspectos del tipo y la condición de la planta.

Evapotranspiración potencial

Esta animación muestra el aumento proyectado de la evaporación potencial en América del Norte hasta el año 2100, en relación con 1980, basándose en los resultados combinados de múltiples modelos climáticos .

La evapotranspiración potencial (ETP) o evaporación potencial (EPI) es la cantidad de agua que se evaporaría y transpiraría en un cultivo , suelo o ecosistema específico si hubiera suficiente agua disponible. Es un reflejo de la energía disponible para evaporar o transpirar agua y del viento disponible para transportar el vapor de agua desde el suelo hasta la atmósfera inferior y lejos de la ubicación inicial. La evapotranspiración potencial se expresa en términos de profundidad de agua o porcentaje de humedad del suelo.

Si se considera que la evapotranspiración real es el resultado neto de la demanda atmosférica de humedad de una superficie y la capacidad de la superficie para suministrar humedad, entonces la PET es una medida del lado de la demanda (también llamada demanda evaporativa ). La temperatura de la superficie y del aire, la insolación y el viento afectan esto. Una zona seca es un lugar donde la evaporación potencial anual supera la precipitación anual .

A menudo, se calcula un valor de la evapotranspiración potencial en una estación climática cercana sobre una superficie de referencia, convencionalmente sobre terrenos dominados por pasto corto (aunque esto puede variar de una estación a otra). Este valor se denomina evapotranspiración de referencia (ET 0 ). Se dice que la evapotranspiración real es igual a la evapotranspiración potencial cuando hay abundante agua presente. La evapotranspiración nunca puede ser mayor que la evapotranspiración potencial, pero puede ser menor si no hay suficiente agua para evaporar o si las plantas no pueden transpirar de manera madura y fácil. Algunos estados de EE. UU. utilizan un cultivo de referencia de alfalfa de cobertura total que tiene 0,5 m (1,6 pies) de altura, en lugar de la referencia general de pasto verde corto, debido al mayor valor de ET de la referencia de alfalfa . [22]

La evapotranspiración potencial es mayor en verano, en días más claros y menos nublados, y más cerca del ecuador, debido a los mayores niveles de radiación solar que proporciona la energía (calor) para la evaporación. La evapotranspiración potencial también es mayor en días ventosos porque la humedad evaporada se puede mover rápidamente desde el suelo o la superficie de la planta antes de que precipite, lo que permite que más evaporación ocupe su lugar.

Lista de modelos de evapotranspiración basados ​​en teledetección

Clasificación de modelos ET basados ​​en RS según enfoques de estimación de flujo de calor sensible
Clasificación de modelos ET basados ​​en RS según enfoques de estimación de flujo de calor sensible

Véase también

Referencias

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Enlaces externos