Procesos naturales del movimiento del agua dentro del ciclo del agua.
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 y del clima local , y su medición desempeña un papel clave en el riego agrícola y la gestión de los recursos hídricos . [3]
Definición
La evapotranspiración se define como: "Los procesos combinados mediante los cuales se transfiere agua a la atmósfera desde las superficies de agua y hielo abiertas, el suelo desnudo y la vegetación que forman la superficie de la Tierra". [2] : 2908
La evapotranspiración es una combinación de evaporación y transpiración, medida para comprender mejor las necesidades de agua de los cultivos, la programación del riego [4] y la gestión de las cuencas. [5] Los dos componentes clave de la evapotranspiración son:
Evaporación: el movimiento del agua directamente al aire desde fuentes como el suelo y los cuerpos de agua. Puede verse afectado por factores como el calor, la humedad, la radiación solar y la velocidad del viento. [6] : Cap. 1, "evaporación"
Transpiración: el movimiento del agua desde los sistemas radiculares, a través de una planta, y sale al aire en forma de vapor de agua. Esta salida se produce a través de los estomas de la planta. La tasa de transpiración puede verse influenciada por factores que incluyen el tipo de planta, el tipo de suelo, las condiciones climáticas y el contenido de agua, y también las prácticas de cultivo. [6] : Cap. 1, "transpiración"
La evapotranspiración normalmente se mide en milímetros de agua (es decir, volumen de agua movido por unidad de área de la superficie de la Tierra) en una unidad de tiempo determinada. [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
En general, la evapotranspiración no explica otros mecanismos que intervienen en el retorno del agua a la atmósfera, aunque algunos de ellos, como la sublimación de la nieve y el hielo en regiones de gran elevación o latitud alta, pueden contribuir en gran medida a la humedad atmosférica incluso en condiciones estándar.
Factores que influyen
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 ).
El tipo de vegetación afecta los niveles de evapotranspiración. [12] Por ejemplo, las plantas herbáceas generalmente transpiran menos que las 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 de evapotranspiración más altas que los bosques caducifolios de hoja ancha , particularmente en las estaciones inactivas de invierno y principios de primavera, porque son siempre verdes . [13]
Cobertura de vegetación
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 de agua.
Dos excepciones a esto son los bosques nubosos y las selvas tropicales . En los bosques nubosos, los árboles acumulan agua líquida en la niebla o en nubes bajas sobre su superficie, que finalmente gotea hasta el suelo. Estos árboles todavía contribuyen a la evapotranspiración, pero a menudo recogen más agua de la que evaporan o transpiran. [15] [16] En las selvas tropicales, la producción de agua aumenta (en comparación con las tierras despejadas y no boscosas en la misma zona climática) a medida que la evapotranspiración aumenta la humedad dentro del bosque (una parte de la cual se condensa y regresa rápidamente como precipitación que se experimenta 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 por evaporación de la superficie) y reduce la velocidad del viento (reduciendo así la pérdida de humedad en el aire). El efecto combinado da como resultado un aumento de los caudales superficiales y un nivel freático más alto mientras se preserva la selva tropical. La tala de bosques tropicales con frecuencia conduce a la desertificación a medida que aumentan las temperaturas a nivel del suelo y la velocidad del viento, la cubierta vegetal se pierde o se destruye intencionalmente mediante la tala y la quema, la humedad del suelo se reduce por el viento y los suelos se erosionan fácilmente con fuertes vientos y lluvias. [17] [18]
Suelo y riego
En áreas que no están irrigadas, la evapotranspiración real generalmente no es mayor que la precipitación , con cierta amortiguación y variaciones en el tiempo que dependen de la capacidad del suelo para retener agua. Generalmente será menor porque se perderá algo de agua debido a la filtración o escorrentía superficial . Una excepción son las áreas con niveles freáticos elevados , donde la acción capilar puede hacer que el agua subterránea suba a través de la matriz del suelo de regreso a la superficie. Si la evapotranspiración potencial es mayor que la precipitación real, entonces el suelo se secará hasta que las condiciones se estabilicen, a menos que se utilice riego .
Medidas
Medición directa
La evapotranspiración se puede medir directamente con una báscula o un lisímetro de platillo . Un lisímetro mide continuamente el peso de una planta y el suelo asociado, y el agua agregada por precipitación o riego. Luego se modela el cambio en el almacenamiento de agua en el suelo midiendo el cambio de peso. Cuando se usa correctamente, esto permite una medición precisa de la evapotranspiración en áreas pequeñas.
Estimación indirecta
Debido a que medir directamente el flujo de vapor atmosférico es difícil o requiere mucho tiempo, [9] : Cap. 1 la evapotranspiración generalmente se estima 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 del balance hídrico para un área determinada: La ecuación del balance hídrico relaciona el cambio en el agua almacenada dentro de la cuenca ( S ) con sus entradas y salidas:
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) y la evapotranspiración ( ET ), el caudal ( Q ) y la recarga de agua subterránea ( D ) (el agua que sale la cuenca). Reordenando 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 líquida a gaseosa, 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 centelleómetro , placas de flujo de calor del suelo o medidores de radiación, se pueden calcular los componentes del balance energético y resolver la energía disponible para la evapotranspiración real.
Los algoritmos SEBAL y METRIC resuelven el balance de energía en la superficie de la Tierra utilizando imágenes de satélite. 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 mapear estos indicadores clave en el tiempo y el espacio, por días, semanas o años. [19]
Estimación a partir de datos meteorológicos.
Dados 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 variación Penman-Monteith es recomendada por la Organización para la Agricultura y la Alimentación [20] y la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles . [21] La ecuación más simple de Blaney-Criddle 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 a la evapotranspiración real del cultivo, se debe utilizar un coeficiente de cultivo y un coeficiente de estrés. Los coeficientes de cultivo, como se utilizan en muchos modelos hidrológicos, generalmente cambian 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 durante varias estaciones, mientras que las anuales no sobreviven más que unas pocas [ se necesita aclaración ] , por lo que las respuestas al estrés pueden depender significativamente de muchos aspectos del tipo y condición de la planta.
Evapotranspiración potencial
La evapotranspiración potencial (PET) o evaporación potencial (PE) es la cantidad de agua que sería evaporada y transpirada por un cultivo , suelo o ecosistema específico si hubiera suficiente agua disponible. Es un reflejo de la energía disponible para evaporar o transpirar el agua, y del viento disponible para transportar el vapor de agua desde el suelo hasta la atmósfera inferior y lejos de su ubicación inicial. La evapotranspiración potencial se expresa en términos de profundidad del agua o porcentaje de humedad del suelo.
Si la evapotranspiración real se considera el resultado neto de la demanda atmosférica de humedad de una superficie y la capacidad de la superficie para suministrar humedad, entonces el PET es una medida del lado de la demanda (también llamado demanda evaporativa ). Las temperaturas de la superficie y del aire, la insolación y el viento afectan esto. Una tierra seca es un lugar donde la evaporación potencial anual excede la precipitación anual .
A menudo se calcula un valor de la evapotranspiración potencial en una estación climática cercana sobre una superficie de referencia, convencionalmente en terrenos dominados por pasto corto (aunque esto puede diferir 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 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 de 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 el verano, en días más despejados y menos nublados, y más cerca del ecuador, debido a los niveles más altos de radiación solar que proporciona la energía (calor) para la evaporación. La evapotranspiración potencial también es mayor en los días ventosos porque la humedad evaporada puede eliminarse rápidamente del suelo o de la superficie de la planta antes de que precipite, permitiendo que más evaporación ocupe su lugar.
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Enlaces externos
Red de flujo de covarianza Eddy de Nuevo México (Rio-ET)
Red de evapotranspiración de Texas
Uso y construcción de un lisímetro para medir la evapotranspiración