Loops de histerese na evapotranspiração em área de pastagem no sul do Brasil

One of the main components of water and energy balance in terrestrial ecosystems, the evapotranspiration (ET), was estimated using the eddy covariance technique. To better understand these energy transfer processes it is necessary to know how the ET responds to different meteorological variables. The main objective of this work is to investigate the hysteresis response of ET to environmental variables including air temperature (Temp), vapor pressure deficit (DPV) and net radiation (Rn) at a diel timescale for a pasture area in southern Brazil. ET presents hysteresis with DPV and Temp, responding more strongly to the vapor pressure deficit.Um dos principais componentes nos balanços de água e energia em ecossistemas terrestres, a evapotranspiração (ET), foi estimada utilizando a técnica de covariância de vórtices. Para melhor compreender os processos de transferência de energia é necessário o conhecimento de como a ET responde as diferentes variáveis meteorológicas. O objetivo principal deste trabalho é investigar a resposta de histerese de ET às principais variáveis meteorológicas, que incluem temperatura do ar (Temp), déficit de pressão de vapor (DPV) e saldo de radiação (Rn) em uma escala de tempo diária para uma área de pastagem do Sul do Brasil. ET apresenta histerese com DPV e Temp, respondendo mais fortemente ao déficit de pressão de vapor

Partição da Evapotranspiração para uma Cultura de Milho

Crop transpiration is directly related to its production. Plant transpiration varies along the crop cycle and in most part of this cycle is the dominant component in evapotranspiration. There are several well-established techniques to estimate these components individually. Currently, the eddy covariance technique is widely used for measurements of evapotranspiration. However, this technique is unable to identify the flow of water between the surface and the atmosphere has its origin by evaporation from soil or plant transpiration. A new methodology based on the efficiency of water use by the plant is being used successfully. This technique determines how much water is transpired to each carbon molecule attached to the plant. This efficiency ratio is obtained by the difference of external and internal concentration on stomatal cavity of CO2 and H2O. In practice, external concentration of carbon and water is obtained from the infra-red gas analyzers used to obtain data in eddy covariance technique. In this work, the evapotranspiration for a maize crop in southern Brazil is partitioned and compared to the surface model AGRO-IBIS. Results show that the maximum development of the plant transpiration is approximately 70% of evapotranspiration.A transpiração de uma cultura agrícola está diretamente relacionada com a sua produção. Atranspiração das plantas varia ao longo do ciclo da cultura agrícola, sendo que na maioria parte do ciclo é a componente dominante na evapotranspiração. Existem varias técnicas bem consolidadas para estimar estas componentes individualmente.  Atualmente, a técnica de covariância dos vórtices é amplamente utilizada para medidas da Evapotranspiração. No entanto, esta técnica é incapaz de identificar se o fluxo de água entre a superfície e a atmosfera é proveniente da evaporação do solo ou da transpiração das plantas. Uma nova metodologia baseada na eficiência do uso da agua pela planta esta sendo utilizada com sucesso. Esta técnica determina o quanto de agua é transpirada para cada molécula de carbono fixada na planta. Este índice de eficiência é obtido por meio da diferença de concentração externa e interna à cavidade estomática de CO2 e H2O. Na prática, a concentração externa de carbono e água é obtida através de analisadores de gás utilizados para obtenção de dados utilizados na técnica de covariância dos vórtices. Neste trabalho, a evapotranspiração para uma cultura de milho no sul do Brasil é particionada e comparada com o modelo superficial AGRO-IBIS. Resultados mostram que no máximo desenvolvimento da planta, a transpiração representa aproximadamente 70% da evapotranspiração

Nee Sobre uma Cultura de Arroz Irrigado no Sul do Brasil

As médias diárias de carbono (C-CO) foram investigadas em um sítio de cultura de arroz irrigado no Sul do Brasil: Cachoeira do Sul (2010-2012). Os dados experimentais foram obtidos através da técnica de covariância de vórtices. A assimilação de CO variou com o desenvolvimento da cultura, exibindo uma tendência similar entre os anos de cultivo. Durante a fase VJ, o NEE manteve-se positivo. Para as seguintes fases (VA e R), foi observado um aumento no NEE durante o dia. Na fase final do cultivo do arroz (M), quando a planta começou a amadurecer, o NEE absorvido decresceu significativamente

Estimativa da Evapotranspiração em Área de Pastagem em Santa Maria – RS

The eddy covariance technique was used to estimate the sensible and latent heat flux between the atmosphere and the Pampa Biome in the period from 20 November 2013 to 20 November 2014. Annual Evapotranspiration (ET) was 1021 mm, corresponding to 55% of the annual precipitation. The ET is highly correlated with the net radiation (97%). The Bowen ratio was indicated that most of the available energy was used for the evaporation. The evaporative fraction remained about average, with greater variability in the colder months.A técnica de covariância turbulenta foi utilizada para estimar os fluxos de energia na forma de calor sensível e latente entre o Pampa gaúcho e a atmosfera no período de 20 de novembro de 2013 a 20 de novembro de 2014. Evapotranspiração (ET) acumulada anual foi de 1021 mm, correspondendo a 55% da precipitação. A ET apresenta alta correlação com o saldo de radiação (97%). A razão de Bowen indica que a maior parte da energia disponível foi utilizada para a evapotranspiração. A fração evaporativa, razão entre o fluxo de energia na forma de calor latente e o saldo de radiação, não apresentou acentuada mudança sazonal, apenas uma maior variabilidade nos meses mais frios

Uma análise da sazonalidade dos fluxos superficiais de energia e carbono em um ecossistema de campos nativos inserido no bioma Pampa

In this study, the eddy-covariance technique was used to estimate the surface fluxes of carbon (CO2) and energy, in the latent (LE) and sensible (H) forms, over a native field ecosystem (pasture). The results show that the ecosystem in question presents a predominant seasonality in its ecological functioning, especially regarding the observations of the LE and CO2 fluxes, with carbon assimilation and evapotranspiration with maximum values during the summer. During the winter season observations point to a lower metabolic state of the ecosystem, with almost zero carbon assimilation (even a carbon source signal inversion) and the evapotranspiration rate falling to 60% of its value in the highest state metabolic activity.Neste trabalho, a técnica de covariância turbulenta foi utilizada para estimar os fluxos superficiais de carbono (CO2) e de energia, na forma latente (LE) e sensível (H), sobre um ecossistema de campo nativo (pastagem). Os resultados obtidos mostram que o ecossistema em questão apresenta uma predominante sazonalidade em seu funcionamento ecológico, em especial no que se refere as observações do fluxo de LE e CO2, com assimilação de carbono e evapotranspiração com valores máximos durante o verão. Durante a estação invernal, as observações apontam para um estado metabólico menor do ecossistema, com a assimilação de carbono quase nula (até mesmo uma inversão de sinal – fonte de carbono) e a taxa de evapotranspiração caindo a 60% de seu valor no estado de maior atividade metabólica

Efeitos de uma Camada de Palha no Comportamento Térmico do Solo

The presence of crop residue on the soil surface has an impact on evaporation, water storage, soil temperature and soil heat flux. Consequently, changes the energy transfer in the soil-atmosphere system. The objective of this work is study the influence of crop residues in the soil thermal variables. It was concluded that the thermal effect of a straw layer is large, leading to surface temperature differences around 10°C. With depth increasing, the effect of straw coverage decreases, leading to a temperature difference to 4°C of 5cm depth. The most important consequence of higher temperature on bare ground is an increase of soil heat flux. In stable weather conditions, this difference can reach 29 W/m2.A presença de resíduos culturais sobre a superfície do solo causa impactos na evaporação, armazenamento de água, temperatura do solo e fluxo de calor no solo. Por consequência, altera a transferência de energia do sistema solo-atmosfera. Assim, o objetivo deste trabalho é estudar a influência dos resíduos culturais nas variáveis térmicas no solo. Foi possível concluir que o efeito térmico da cobertura é bastante intenso, levando a diferenças de temperatura de superfície de até 10°C. Com o aumento da profundidade, o efeito da cobertura de palha diminui, levando a uma diferença de temperatura de 4°C a uma profundidade de 5 cm. A consequência mais importante da maior temperatura em solo descoberto é um fluxo de calor no solo maior. Em condições de tempo estável, essa diferença pode chegar a 29 W/m2.

Validação do Produto de Evapotranspiração Mod16 para uma Cultura de Arroz Irrigado em Cachoeira do Sul - RS

The process of evapotranspiration (ET) is the second major component of the hydrological cycle, being connected directly with the amount of water vapor in the atmosphere. Determine the ET for large areas of irrigated rice is a limiting factor due to the high cost of equipment and skilled labor. Using data from remote sensors has been serving as an alternative technique for monitoring ET over large areas. The aim of this study is to evaluate the ET (MOD16) for a rice paddy in the Cachoeira do Sul - Brazil. The data used in this study cover the period from October 2013 to September 2014. The comparison between the ET-MODIS central pixel with the observed ET (estimated by technique Eddy Covariance) showed statistical values of RSME = 15.87, PBIAS -29.2. For the same pixels with vegetation were also extracted from the average values of ET-MODIS flow and compared with the tower, showing RSME = 14.59, PBIAS = -40.3. The biggest difference between the observed data with the MOD16 occurred during the rice cultivation that takes place between the spring/summer, not following the variability of ET.O processo de Evapotranspiração (ET) é o segundo principal componente do ciclo hidrológico, estando ligado diretamente com a quantidade de vapor d’água presente na atmosfera. Determinar a ET para grandes áreas de arroz irrigado é um fator limitante devido ao alto custo dos equipamentos e mão de obra especializada. A utilização de dados provenientes de sensores remotos vem servindo como técnica alternativa para o monitoramento da ET sobre extensas áreas. Desta forma, este trabalho tem como objetivo validar os dados de ET (MOD16) para uma cultura de arroz irrigado em Cachoeira do Sul - Brasil. Os dados utilizados neste estudo compreendem o período de outubro de 2013 a setembro de 2014. A comparação entre a ET-MODIS do pixel central com a ET observada (estimada pela técnica de Covariância dos Vórtices Turbulentos) mostrou valores estatísticos de RSME = 15,87, PBIAS -29,2. Para os pixels com mesma cobertura vegetal também foram extraídos os valores médios de ET-MODIS e comparados com a torre de fluxo, apresentando RSME = 14,59, PBIAS = -40,3. A maior diferença entre os dados observados com o MOD16 ocorreu durante o cultivo de arroz que ocorre entre a primavera/verão, não acompanhando a variabilidade da ET

Evaluation of MOD16 algorithm over irrigated rice paddy using flux tower measurements in Southern Brazil

Evapotranspiration (ET) is an important component of the hydrological cycle. Understanding the ET process has become of fundamental importance given the scenario of global change and increasing water use, especially in the agricultural sector. Determining ET over large agricultural areas is a limiting factor due to observational data availability. In this regard, remote sensing data has been used to estimate ET. In this study, we evaluated the Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) land surface ET product estimates (hereafter MOD16 ET - MODIS Global Terrestrial Evapotranspiration Product) over two rice paddy areas in Southern Brazil, through the ET measured using the eddy covariance technique (hereafter EC). The energy balance components were evaluated during fallow and flooded seasons showing latent heat flux dominates in both seasons. The results showed that MOD16 ET underestimated EC measurements. Overall, the RMSE (root mean square error) ranged between 13.40 and 16.35 mm 8-day-1 and percent bias (PBIAS) ranged between -33.7% and -38.7%. We also assessed the ET (measured and estimated) main drivers, with EC yielding higher correlation against observed net radiation (Rn) and global radiation (Rg), followed by air temperature (Temp) and vapor pressure deficit (VPD), whilst MOD16 ET estimates yielded higher correlation against leaf area index (LAI) and fraction of photosynthetically active radiation (fPAR). The MOD16 algorithm was forced with meteorological measurements but the results did not improve as expected, suggesting a low sensitivity to meteorological inputs. Our results indicated when a water layer was present over the soil surface without vegetation (LAI around zero), the largest differences between EC measurements and MOD16 ET were found. In this period, the expected domain of soil evaporation was not observed in MOD16 ET physical processes partition, indicating the algorithm was not able to detect areas with high soil moisture. In general, the MOD16 ET product presented low accuracy when compared against experimental measurements over flooded rice paddy, suggesting more studies are necessary, in order to reduce uncertainties associated to the land cover conditions

Influence of soil properties in different management systems: Estimating soybean water changes in the agro-IBIS model

The water balance in agricultural cropping systems is dependent on the physical and hydraulic characteristics of the soil and the type of farming, both of which are sensitive to the soil management. Most models that describe the interaction between the surface and the atmosphere do not efficiently represent the physical differences across different soil management areas. In this study, the authors analyzed the dynamics of the water exchange in the agricultural version of the Integrated Biosphere Simulator (IBIS) model (Agro-IBIS) in the presence of different physical soil properties because of the different long-term soil management systems. The experimental soil properties were obtained from two management systems, no tillage (NT) and conventional tillage (CT) in a long-term experiment in southern Brazil in the soybean growing season of 2009/10. To simulate NT management, this study modified the top soil layer in the model to represent the residual layer. Moreover, a mathematical adjustment to the computation of leaf area index (LAI) is suggested to obtain a better representation of the grain fill to the physiological maturity period. The water exchange dynamics simulated using Agro-IBIS were compared against experimental data collected from both tillage systems. The results show that the model well represented the water dynamics in the soil and the evapotranspiration (ET) in both management systems, in particular during the wet periods. Better results were found for the conventional tillage management system for the water balance. However, with the incorporation of a residual layer and soil properties in NT, the model improved the estimation of evapotranspiration by 6%. The ability of the Agro-IBIS model to estimate ET indicates its potential application in future climate scenarios. © 2018 American Meteorological Society

Método de Pós-fechamento do Balanço de Energia para Avaliação dos Fluxos de Modelos da Superfície Terrestre

In this work, an analysis of the uncertainty of energy flux resulting from post-closure methods of the energy balance: H Method, LE method and Bowen method for the data observed in native grass area of the Pampa biome, located in Santa Maria, RS, Brazil. From these three methods suggest a new one, which we call the Combined Method. This method takes into account the quality classes of eddy covariance to choose the correct method to be applied. The uncertainties of flux were obtained by the difference between the fluxes corrected by one of the post-closure methods and the raw fluxes. The maximum values of the uncertainties occur during the daytime. Regarding the combined method, the highest percentage of cases resulted in the application of correction by Bowen method, followed by the LE method and with less occurrence Method H. Thus, this method can be considered valid to evaluate the uncertainty of simulated fluxes over land surface models.Neste trabalho foi feita uma análise da incerteza dos fluxos de energia resultantes dos métodos pós-fechamento do Balanço de energia: Método H, Método LE e Método Bowen para os dados observados em área de campo nativo do bioma Pampa, localizado em Santa Maria, RS, Brasil . A partir destes três métodos sugerimos um novo, ao qual chamamos de Método Combinado. Este método leva em conta as classes de qualidade dos fluxos turbulentos para a escolha do método de correção a ser aplicado. As incertezas dos fluxos foram obtidas pela diferença entre os fluxos corrigidos por um dos métodos pós-fechamento e os fluxos brutos. Os valores máximos das incertezas ocorrem no período diurno. Quanto ao Método Combinado, a maior porcentagem de casos resultou na aplicação da correção pelo Método Bowen, seguido do Método LE e com menos ocorrência o Método H. Dessa forma, este Método pode ser considerado válido para avaliar a incerteza dos fluxos simulados por modelos de superfície terrestre