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ESTIMACIÓN DE LA ET0 MEDIANTE UN
EVAPORÍMETRO DE BELLANI MODIFICADO
Gavilán, P.1 (P), Castillo-Llanque, F.2, Estévez, J.3, Berengena, J.4
RESUMEN
La estimación de la evapotranspiración de referencia (ETo) mediante la ecuación de
Penman-Monteith FAO56 requiere instalaciones costosas. La evaporación (EA) de un
evaporímetro modificado parece un buen estimador de la ETo, por lo que este aparato
parece un buen sustituto de las estaciones meteorológicas. No obstante, la precisión de la
ETo estimada por el evaporímetro en condiciones semiaridas como en el valle del
Guadalquivir es aún desconocida. Por esta razón, se compararon valores de EA y ETo en la
zona de Córdoba. Los valores de ET0 para realizar la comparación fueron estimados a partir
de los datos de una estación meteorológica automática situada junto al evaporímetro sobre
una pradera de gramíneas. Considerando todos los datos en su conjunto, los valores de EA
medidos mediante el evaporímetro fueron un buen estimador de la ET0 calculada a partir de
la ecuación de Penman-Monteith FAO56. Durante los meses de verano, con elevados
valores de temperatura, el equipo sobrestimó la ET0, siendo ésta subestimada durante los
meses de invierno. El método resultó ser más preciso durante los meses con temperaturas
más moderadas. Sin embargo, cuando se calcularon valores semanales el método presentó
una precisión más aceptable, incluso en condiciones de altas temperaturas estivales. Por
tanto el método puede ser usado como una herramienta alternativa a la ecuación de
Penman-Monteith cuando no se dispongan de datos meteorológicos.
SUMMARY
Estimation of reference evapotranspiration (ET0) calculated by Penman-Monteith FAO56
equation need expensive installations. Evaporation rate (EA) from a modified atmometer
seems a good estimator of the ETo and therefore could be a good substitute of
meteorological stations However, the estimation of ETo by atmometer in semi arid
environments as in the Guadalquivir Valley in Southern Spain even is not know. For this
reason, the values of EA and ETo were compared in the zone of the Cordoba. The atmometer
tested was the model A ETgage (ETgage Company, Loveland, CO, USA). ET0 values were
estimated using data from an automatic meteorological station able to register hourly and
daily values of the most relevant climatic variables, located close to the atmometer over a
reference crop. ET0 estimated by Penman-Monteith FAO56 equation was used as reference
for comparison. When all data were considered, ET0 estimated form the atmometer was a
good estimator of ET0 calculated by Penman-Monteith. Measured ET0 from the atmometer
overestimated ET0 values calculated by Penman-Monteith equation in summer months with
high air temperatures. The method was more accurate during the months with temperate
climate. Nevertheless, behaviour of the method was acceptable for weekly estimations, even
under high air temperature conditions. Therefore, atmometer is a useful tool for estimating
ET0 when meteorological data are not available.
1
IFAPA. Área de Producción Ecológica y Recursos Naturales (PERN). Centro “Alameda del
3092. 14080 Córdoba. Email: [email protected]
2
IFAPA. Área de PERN. Centro “Alameda del Obispo”. Apartado 3092. 14080
[email protected]
3
IFAPA. Área de PERN. Centro “Alameda del Obispo”. Apartado 3092. 14080
[email protected]
4
IFAPA. Área de PERN. Centro “Alameda del Obispo”. Apartado 3092. 14080
[email protected]
Obispo”. Apartado
Córdoba. Email:
Córdoba. Email:
Córdoba. Email:
1
1. INTRODUCCIÓN
Conocer con precisión las necesidades de agua de los cultivos es muy importante para
establecer una adecuada programación de los riegos y garantizar la eficiencia del uso del
agua. Hasta ahora, las necesidades hídricas de un cultivo se han estimado utilizando
tanques de evaporación de Clase A y, más recientemente, datos procedentes de estaciones
meteorológicas. Sin embargo, la instalación y mantenimiento de estos instrumentos son
complicados y costosos. Por otro lado, la aplicación de datos meteorológicos para la
estimación de la ET0 mediante ecuaciones puede ser una tarea difícil para agricultores e
incluso técnicos. Por el contrario, la estimación de la ET0 a partir de la evaporación medida
en un evaporímetro (EA) es una tarea fácil y directa; además, su bajo costo y sencillo
mantenimiento pueden hacer de este aparato una herramienta ideal para el cálculo de la
ET0. Este instrumento se presenta como una alternativa para conocer los valores de ET0
cuando no se dispone de datos meteorológicos para su cálculo o en situaciones en las que
las condiciones climáticas de un lugar son diferentes a las de la estación meteorológica más
cercana, fenómeno que se da con bastante frecuencia.
El evaporímetro modificado de Bellani (llamado desde ahora solamente evaporímetro) es
un instrumento que mide el agua evaporada desde un depósito a la atmósfera a través de
una superficie de cerámica porosa conocida con el nombre de plato de Bellani. Desde hace
100 años, los investigadores han utilizado diversos modelos de evaporímetros para medir la
tasa de evaporación (EA) y relacionarla con la evapotranspiración de las plantas. Algunos
modelos han utilizado platos de distinto color (Feldhake y Boyer, 1988; Qian et al., 1996),
mientras que en otros los platos se han recubierto con un tejido de color verde con objeto de
simular el albedo del cultivo y la resistencia a la difusión del flujo de vapor de agua de las
hojas (Broner y Law, 1991). Actualmente, en el mercado existen diversos modelos de
evaporímetros, aunque los últimos trabajos con estos aparatos están utilizando el modelo
ETgage, comercializado por la compañía ETgage (Loveland, Colorado, EEUU).
Los valores de ET0 obtenidos a partir de este tipo de evaporímetro han mostrado una
buena correlación con los valores estimados mediante la ecuación de Penman-Monteith, de
un tanque evaporimétrico Clase A o de un lisímetro. Sin embargo, la mayoría de estos
estudios se han realizado en zonas áridas (Broner y Law, 1991) y húmedas (Hess, 1996;
Qian et al., 1996; Irmak et al., 2005) y en menor medida en zonas de clima mediterráneo. El
efecto que puedan tener las elevadas temperaturas de verano y las condiciones de
advección de calor sensible sobre la precisión de las medidas del evaporímetro modificado
es desconocido. El uso cada vez mayor del evaporímetro en otros países estimula el estudio
de este aparato en zonas cuyas temperaturas máximas superan los 40 ºC, como es el valle
del Guadalquivir, para valorar su utilidad en la estimación de la ET0 como una alternativa a
las estaciones meteorológicas. Para ello, se compararon los valores de ET0 obtenidos
usando un evaporímetro con la ET0 estimada a partir de la ecuación de Penman-Monteith
FAO56 (Allen et al., 1998) durante todo un periodo de cultivo.
2. MATERIAL Y MÉTODOS
El estudio se realizó en la estación lisimétrica del Instituto de Investigación y Formación
Agraria y Pesquera (IFAPA) “Alameda del Obispo” de Córdoba (37º51’ N, 04º48’O, altitud
117m sobre el nivel del mar). La precipitación media anual es de 563,7 mm, y las
temperaturas mínimas y máximas oscilan entre 5 a 16 ºC en los meses de invierno y 18 a 35
ºC en los de verano. Con mucha frecuencia se presentan temperaturas superiores a los 40
ºC durante los meses de verano.
El evaporímetro evaluado fue el modelo A ETgage (ETgage Company, Loveland, Colorado,
EEUU). Este modelo dispone de un depósito de PVC blanco, que refleja la radiación solar y
evita la transmisión de la temperatura ambiental al agua destilada que contiene en su
interior. En la parte superior del depósito se ubica una cápsula de cerámica porosa que
evapora el agua destilada (Figura 1). El plato esta recubierto por un tejido verde que puede
cambiarse según el cultivo del que se quiera medir la evapotranspiración de referencia
2
(normalmente alfalfa –ETr- o una gramínea –ET0-). En este estudio, se ha utilizado el tejido
(canvas) número 30 que es el recomendado por el fabricante para calcular la
evapotranspiración en un cultivo de gramíneas (ET0). En la parte exterior del depósito de
agua se encuentra un tubo de cristal con una escala graduada que permite la lectura del
nivel de agua del depósito. Así, la diferencia en el nivel del agua entre dos lecturas
consecutivas es el agua evaporada por el evaporímetro durante ese periodo de tiempo. El
valor de EA nos da directamente el valor de ET0 sin necesidad de aplicar ningún coeficiente
corrector, de acuerdo con las instrucciones del fabricante.
Figura 1.- Evaporímetro modificado model A ETgage (ETgage Company, Loveland, Colorado, EEUU).
El evaporímetro se instaló sobre un poste de madera vertical ubicado en el centro de un
campo de festuca (Festuca arundinacea Schreb.) de 1,3 hectáreas, a un metro de alto de la
superficie y junto a una estación meteorológica automática. La lectura del evaporímetro se
realizó diariamente entre las 6:00 a 7:00 horas GMT desde el 11 de mayo al 17 de diciembre
del año 2006. La precisión de la medida visual del evaporímetro fue de ± 0,5 mm debido a
que la división graduada más pequeña sobre la escala usada para la lectura es de 1 mm. No
se consideraron los datos medidos en los días de riego de la pradera, ni los días en los que
la precipitación fue mayor a 40 mm (18 de agosto y 17 de octubre). Los datos
meteorológicos para la estimación de la ET0 por medio de la ecuación de Penman-Monteith
FAO56 se obtuvieron de la estación meteorológica automática localizada junto al
evaporímetro. La estación meteorológica está equipada con datalogger CR10X (Campbell
Scientific), y proporciona registros medios semihorarios y diarios de la temperatura y la
humedad relativa del aire a 1,5 m de altura (sonda HMP45A, Vaisala), la radiación global
(piranómetro CM 6B, Kipp & Zonen) y la velocidad y dirección del viento a medidas a 2 m de
altura (anemómetro A100R y veleta W200P, Vector Inst.).
Para conocer la precisión de las medidas del evaporímetro se relacionaron los valores
de EA obtenidos con este aparato con la ET0 estimada a partir de la ecuación de PenmanMonteith FAO56. Así, se establecieron relaciones entre los valores diarios de la EA y la ET0
para todo el periodo de estudio y para cada mes. También se estableció una relación entre
los valores acumulados semanales, dado que las recomendaciones de riego se realizan
generalmente cada semana. Para establecer las relaciones entre la EA y la ET0 se utilizó la
regresión lineal simple, calculándose el coeficiente de determinación (R2). En las relaciones
mensuales, además del R2, se determinó la raíz cuadrada de la diferencia cuadrática media
(RSMD), el error medio aritmético (MBE) y el error relativo (ER) mediante las siguientes
ecuaciones:
RMSD =
(
1 n e
yi − yim
∑
n i =1
)
2
(1)
3
MBE =
ER
=
(
1 n e
yi − yim
∑
n i =1
RMSD
yim
)
(2)
100
(3)
donde n = número de observaciones; yie = agua evaporada del evaporímetro; yim =ET0
estimada mediante la ecuación de Penman-Monteith FAO56; y yim es el valor de la ET0
estimada mediante la misma ecuación.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El análisis de regresión entre los valores diarios de EA medida con el evaporímetro y los
de ET0 estimados a partir de la ecuación de Penman-Monteith desde mayo a diciembre
indicó una muy significativa relación (R2=0.89). En estas condiciones el coeficiente de
determinación (Figura 2) fue superior a los observados por Qian et al. (1996) y Magliulo et
al. (2003) en Kansas (EEUU) y en el sur de Italia, respectivamente. La raíz cuadrada de la
diferencia cuadrática media (RMSD) fue igual a 1,00 mm d-1 (lo que supuso un error relativo
del 21,9 %), mientras que el MBE alcanzó un valor de 0,04 mm d-1, lo que significa que de
una forma global el método no subestimó ni sobrestimó los valores de ET0 estimados
mediante la ecuación de Penman-Monteith. Se observó que, en algunos casos, los valores
del evaporímetro subestimaron y en otros casos sobrestimaron los valores obtenidos
mediante la ecuación de Penman-Monteith, estando estas diferencias muy ligadas a factores
como las temperaturas máximas, velocidad del viento y la precipitación, principalmente. Esto
sugiere que sería posible un ajuste de las medidas utilizando algunas de estas variables
meteorológicas como variable independiente.
10
9
ETo gage (mm d-1)
8
7
6
5
4
3
y = 1,11x - 0,55
R2 = 0,89
n=159
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-1
ETo Pennam-Monteith (mm d )
Figura 2.- Regresión lineal entre los valores diarios de ET0 medida mediante un evaporímetro (ET0 gage) y la ET0
estimada mediante la ecuación de Penman-Monteith FAO56 (ET0 Penman-Monteith) en Córdoba entre los meses de
mayo y diciembre de 2006.
El análisis mensual de las medidas de EA mostró diferentes valores de RMSD y MBE
para cada mes del año (Tabla 1). Así, durante los meses de mayo y junio y de septiembre a
diciembre el RMSD fue inferior a 1 mm d-1, siendo superior a estas cifras los meses de julio y
agosto. Durante estos meses de la campaña de riegos que coinciden con los de mayor
demanda evaporativa, el evaporímetro sobrestimó los valores de ET0 Penman-Monteith,
mientras que el resto de los meses ocurrió lo contrario Esto sugiere que los valores de EA
estimaron con bastante precisión la ET0 durante los meses en los que las condiciones
4
meteorológicas, en especial la temperatura, fueron moderadas, mientras que en condiciones
de bajas y en especial de elevadas temperaturas se produjeron importantes
subestimaciones y sobrestimaciones, respectivamente. Así, en los meses de julio y agosto
los valores de EA sobreestimaron los calculados mediante la ecuación de Penman-Monteith
(MBE igual a 0.73 y 0.36 mm d-1, respectivamente), mientras que en noviembre y diciembre
los subestimaron. También se observó una subestimación de la EA respecto a la ET0 durante
los días lluviosos, cualquiera que fuese el mes de año (datos no mostrados). Esta
subestimación de la EA, observada también en Florida por Irmak et al. (2005), sería
consecuencia de la captación de agua por parte del tejido que cubre la cápsula del
evaporímetro.
Tabla 1.- Raíz cuadrada de la diferencia cuadrática media (RSMD), error medio aritmético (MBE) y error relativo
(ER) de la comparación entre los valores mensuales de la EA del evaporímetro y la ET0 estimada mediante la
ecuación de Penman-Monteith FAO56.
Mes
Nº Días
evaluados
RSMD
(mm día-1)
MBE
(mm día-1)
ER
(%)
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Todos
14
21
23
20
20
27
21
13
159
0,80
1,06
1,31
1,49
1,00
0,76
0,64
0,43
1,00
-0,41
-0,46
0,73
0,36
0,17
-0,23
-0,41
-0,28
-0,04
13,6
16,3
18,0
23,0
21,4
26,9
46,1
42,1
21,9
La comparación semanal de EA y la ET0 de Penman-Monteith FAO56 mostró una mayor
correlación (Figura 3), con un coeficiente de determinación igual a 0,95, superior al
observado en la comparación de valores diarios. El RMSD alcanzó un valor de 5,10 mm
sem-1, lo que supone un error relativo de 15,8%. A la vista de estos resultados, el uso del
evaporímetro como estimador de la ET0 sería más recomendable para la obtención de
medidas semanales, especialmente durante los meses de verano. Esto sitúa al
evaporímetro en condiciones similares a otros métodos sencillos de estimación de la ET0,
como podría ser el de la ecuación de Hargreaves, dado que los servicios de asesoramiento
de riego suministran, normalmente, recomendaciones de riego semanales y no diarias.
ETo gage (mm semana -1)
60
50
40
30
20
y = 1,13x - 4,43
R2 = 0,95
n=22
10
0
0
10
20
ETo
30
Pennam-Monteith
40
50
60
-1
(mm semana )
Figura 3.- Regresión lineal entre los valores semanales de ET0 (ET0 gage) de un evaporímetro y la ET0 estimada
mediante la ecuación de Penman-Monteith FAO56 (ET0 Penman-Monteith) en Córdoba entre los meses de mayo y
diciembre de 2006.
5
4. CONCLUSIONES
Los valores de EA medidos mediante un evaporímetro fueron un buen estimador de la
ET0 calculada a partir de la ecuación de Penman-Monteith FAO56 en las condiciones
semiáridas del valle del Guadalquivir en Córdoba durante los meses en que las
temperaturas fueron moderadas. Durante los meses de verano, con elevados valores de
temperatura, el equipo sobrestimó la ET0, siendo ésta subestimada durante los meses de
invierno, sobre todo en días lluviosos. Los factores que determinaron la existencia de
subestimaciones o sobrestimaciones fueron la temperatura del aire, la velocidad del viento y
la precipitación. Sin embargo, cuando se calcularon valores medios semanales el método
presentó una precisión más aceptable, incluso en condiciones de altas temperaturas
estivales, lo cual hace del mismo una herramienta alternativa para la estimación de la ET0
cuando no se dispone de datos meteorológicos.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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