Evapotraspirazione 2012/2013

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1 Evapotraspirazione 2012/2013

2 Evaporazione Passaggio di stato dell acqua da liquido a vapore Condizioni perché apporto continuo di acqua apporto continuo di energia avvenga il fenomeno gradiente di concentrazione di vapore tra la superficie evaporante e l atmosfera circostante

3 Evapotraspirazione Il trasporto di acqua nella pianta è molto importante perché è strettamente collegato al tasso di assimilazione della CO 2. Infatti lo scambio di CO 2 e H 2 O con l atmosfera avviene attraverso le stesse aperture, gli STOMI, la cui apertura è prevalentemente dipendente dallo stato idrico della pianta.

4 Adattamento alle condizioni ambientali

5 Presenti in tutti i vegetali STOMI Sono il luogo di contatto/scambio tra pianta e atmosfera Si APRONO/CHIUDONO al variare delle condizioni meteo e dello stato idrico della pianta Possono essere: - sulla sola pagina inferiore della foglia: IPOSTOMATICHE - su entrambe le pagine: AMFISTOMATICHE adaxiale Dimensioni medie degli stomi: m abaxiale

6 STOMI Importanza del VPD

7 Funzionamento degli stomi Aumento di potenziale idrico nelle cellule di guardia aumento del turgore delle cellule apertura dello stoma Diminuzione del potenziale idrico delle cellule chiusura dello stoma Lo scambio di acqua avviene con le cellule circostanti ed e correlato alle variazioni del potenziale osmotico (concentrazione di soluti nel succo cellulare)

8 Variabili ambientali e fisiologiche che influenzano l apertura degli STOMI ciclo luce/buio concentrazione CO 2 temperatura dell aria età della foglia Resistenza stomatica r s Conducibilità stomatica c s 1 umidità dell aria (vento/turbolenza) cs rs stress idrico

9 Potenziali idrici attraverso terreno pianta - atmosfera f a RT ln U M w r x = potenziale idrico [J kg -1 ] R = costante dei gas = 8.31 [J mole -1 K -1 ] T = Temperatura [K] M w = massa molecolare acqua = [kg mole -1 ] U r = umidità relativa [.] t Terreno alla CIC: Atmosfera U r =45%: t a ln ln J kg J kg -1-1

10 Potenziali idrici attraverso terreno pianta - atmosfera t ~ f ~ RT ln M w h r x ~ -700 t = potenziale idrico del terreno [J kg -1 ] t ~ -500 t = o + g + m o = potenziale osmotico [J kg -1 ] g = potenziale gravitazionale [J kg -1 ] m = potenziale matriciale [J kg -1 ]

11 Evapotraspirazione Su una superficie vegetata: traspirazione dalla coltura + evaporazione dal terreno sottostante e dalla superficie bagnata delle foglie ETp = evapotraspirazione POTENZIALE ETo = evapotraspirazione di RIFERIMENTO ETe = evapotraspirazione EFFETTIVA

12 Evapotraspirazione ETp = quantità di acqua evapotraspirata nell unità di tempo per rispondere pienamente alla richiesta di vapore dell atmosfera ETo = evapotraspirazione di una coltura di riferimento (festuca arundinacea, prato polifita) mantenuta tra 8 e 15 cm di altezza, che copra interamente il terreno, con ampia disponibilità idrica

13 Evapotraspirazione di Riferimento ET o - ET di riferimento per una coltura bassa che abbia approssimatamente una altezza di 0.12 m (simile ad un prato). ASCE Committee on Evapotranspiration in Irrigation and Hydrology - Gennaio 2000

14 Parametri coinvolti nella stima della Evapotraspirazione

15 Stazione meteorologica per ETo ET o = misura della richiesta evapotraspirativa dell ambiente ET o ET per un prato polifita di 0.12 m di altezza

16 Equazione di Penman-Monteith Periodo minimo previsione: 1 ora LE ( R n G) Cp ( e rh rw r r dove: L e il calore latente di vaporizzazione, E l evapotraspirazione Rn = radiazione netta (MJm -2 h -1 ) G = flusso di calore nel terreno (MJm -2 h -1 ) e s = pressione di vapor saturo (kpa) =costante psicrometrica (kpa C -1 ) h s s ( T ( z)) 1 e( z)) Coeff. Ang. curva e s (kpa C -1 ) e = press. vapore attuale (kpa) T(z) = temp. ( C) all altezza z (m) r h = resistenza stomatica (s m -1 ) r s = res. aerodinamica (s m -1 ) r w = res. al trasferimento di vapore (s m -1 )

17 Equazione di Penman-Monteith

18 Molte equazioni di stima dell ETo Thornthwaite * * * * * * + Metodo T Urel Vel Eliofania Rad E pan Meteo Ven Blaney- Criddle * Radiaz. * + + * * + Evaporimetro + + * * Pristley- Taylor Hargreaves Penman- Monteith * * * * * + * misurati, + stimati

19 Formula di Blaney-Criddle periodo minimo di previsione: 10 giorni (giornaliero) ETo = c [p(0.46t+8)] mm d -1 dove: T = temperatura media giornaliera (o del periodo) in C p = % media giornaliera del totale annuale delle ore di luce (da tabella) c = correzione per umidità, eliofania, velocità del vento diurni (ricavabile da nomogramma)

20 Correzione c per umidita, eliofania, velocita del vento RHmin <20% RHmin 20-50% RHmin >50% n/n Eto(V b) Eto(V m) Eto(V a) Eto(V b) Eto(V m) Eto(V a) n/n Eto(V b) Eto(V m) Eto(V a) Eto(V b) Eto(V m) Eto(V a) Eto(V b) Eto(V m) Eto(V a) n/n Eto(V b) Eto(V m) 12 Eto(V b) 12 Eto(V b) Eto(V a) Eto(V m) 10 Eto(V m) Eto(V a) Eto(V a) f=p(0.46t+8) f=p(0.46t+8) f=p(0.46t+8)

21 Metodo dell evaporimetro evaporimetro di classe A periodo minimo di previsione: 10d ETo = Kp Epan mm d -1 dove: Epan = quantita d acqua evaporata dall evaporimetro mmd -1 Kp = coefficiente dell evaporimetro

22 Formula di Hargreaves dove: ETo = R A TD 1/2 (T+17.8) Periodo minimo previsione: 10d (giornaliero) R A = radiazione extraterrestre (MJ m -2 d -1 ) T= temperatura media dell aria ( C) TD = differenza tra temperatura max e min (medie) nel periodo ( C) Il valore in mm d -1 si ottiene dividendo per corrispondente alla temperatura media

23 ETo misurata e ETo media storica ETo HETo 6 ETo (mm d -1 ) Jan 29-Jan 26-Feb 26-Mar 23-Apr 21-May 18-Jun 16-Jul 13-Aug 10-Sep 8-Oct 5-Nov 3-Dec 31-Dec

24 ETo PM oraria calcolata con rs=50 s m-1m 700 PM with R n -G and r c =50 s m -1 (W m -2 ) R n - G r c = 50 s m -1 RMSE = 25 W m Lysimeter ET o (W m -2 )

25 Confronto tra equazioni di stima dell ETo Confronto tra l equazione di Hargreaves oraria ed una equazione standard (FAO 77) L equazione da una stima in media molto vicina al vero, ma i dati sono molto dispersi. ETo HS d (mm d -1 ) HS d = 1.03PD i R 2 = ETo PD i (mm d -1 )

26 Misure di evapotraspirazione E possibile effettuare misure DIRETTE della evapotraspirazione ET di una coltura Numerosi metodi, basati - sul bilancio energetico - sul bilancio idrico Misura dirette sono state utilizzate per gli studi sui Kc

27 ET dal Rapporto di Bowen E un metodo basato sui termini del bilancio energetico: E + H = -(Rn + G) => 1 H Rn G E E H LE K K H V C p T a T a è detto rapporto di Bowen LE Rn G 1 E possibile ottenere il flusso di evapotraspirazione al di sopra di una superficie misurando T e a a due quote sopra la superficie

28 ET tramite eddy covariance o covarianza turbolenta Piccole parcelle d aria in moto turbolento al di sopra della superficie della coltura trasportano con sé calore, quantità di moto e gas (vapor d acqua e CO 2 ). La densità media di flusso di una di queste quantità in un certo tempo è il prodotto tra la velocità verticale del vento e la densità della quantità stessa nell aria. Questo flusso sarà non nullo solo se le fluttuazioni di velocità e densità sono correlate tra loro. Il segno della correlazione specificherà se il flusso è da o verso la superficie.

29 Misure di evapotraspirazione Misura diretta tramite calcolo del bilancio energetico

30 Misure di evapotraspirazione Misura diretta tramite lisimetri a pesata o a drenaggio

31 P = Bil.. Idrico Bil. Radiativo Bil.. Energetico Bil.. Carbonio Rad.. Lunga + Rad.. Corta ET + H + G + M = Rn + R + Soil resp. + D + C storage + W = CO 2 flux

32 Fine