Comparação entre métodos de estimativa da evapotranspiração de referência (ETo) em regiões citrícolas paulistas

Comparison among methods for the reference evapotranspiration (ETo) estimate in areas of citrus crops in São Paulo state, Brazil

Resumos

As regiões escolhidas para o estudo são importantes no cenário citrícola irrigado, tanto em expansão quanto em atuação. Os dados meteorológicos utilizados para as estimativas são integrantes do banco de dados climáticos do software IRRIPLUS®. Com este software, estimou-se a evapotranspiração de referência (ETo) diária, utilizando as metodologias propostas por Penman-Monteith (EToPM), Hargreaves & Samani (EToHG) e Blaney-Criddle-FAO (EToBC), para o período de um ano. O objetivo deste estudo foi comparar os métodos de estimativa com EToPM, utilizando parâmetros de regressão (β0, β1), coeficiente de determinação (r²), e correlação (r), estimativa do erro-padrão (SEE), índices de concordância (d) e confiança (c). Os resultados indicam tendência de EToHG à superestimativa dos valores de ETo, exceto na região de Jaú, e subestimativa por EToBC, para todas as regiões estudadas. Nos valores mensais de ETo, os três métodos apresentam a mesma distribuição. O método de EToHG apresenta-se como uma excelente alternativa na estimativa de consumo de água pela cultura.

consumo de água; Penman-Monteith; citros

The chosen regions for this study are important in the irrigated citrus context both for its expansion and performance. Meteorological data used for estimates are components of the software IRRIPLUS® climatic database. Using this software, the daily reference evapotranspiration (ETo) was estimated for one-year period, applying proposed methodologies by Penman-Monteith (EToPM), Hargreaves & Samani (EToHG), and Blaney-Criddle-FAO (EToBC). The objective of this study was to compare EToPM estimate methods using regression parameters (β0, β1), determination coefficient (r²), correlation coefficient (r), standard error estimation (SEE), agreement index (d), and confidence index (c). The results indicated an EToHG tendency to overestimate ETo values, except for Jaú region, and an EToBC underestimate for all studied regions. All methods show the same distribution for monthly ETo values. The EToHG method is an excellent alternative for estimating the crop water consumption.

water consumption; Penman-Monteith; citrus

ARTIGOS CIENTÍFICOS

ENGENHARIA DE ÁGUA E SOLO

Comparação entre métodos de estimativa da evapotranspiração de referência (ETo) em regiões citrícolas paulistas¹

Comparison among methods for the reference evapotranspiration (ETo) estimate in areas of citrus crops in São Paulo state, Brazil

Luiz F. Palaretti^I; Everardo C. Mantovani^II; Gilberto C. Sediyama^III

^IEngº Agrônomo, Prof. Doutor, Departamento de Engenharia Rural, UNESP/Jaboticabal - SP, Fone: 16 3209-7540, [e-mail]

^IIEngº Agrícola, Prof. Titular, Departamento de Engenharia Agrícola, UFV/Viçosa - MG

^IIIEngº Agrônomo, Prof. Titular, Departamento de Engenharia Agrícola, UFV/Viçosa - MG

RESUMO

As regiões escolhidas para o estudo são importantes no cenário citrícola irrigado, tanto em expansão quanto em atuação. Os dados meteorológicos utilizados para as estimativas são integrantes do banco de dados climáticos do software IRRIPLUS^®. Com este software, estimou-se a evapotranspiração de referência (ETo) diária, utilizando as metodologias propostas por Penman-Monteith (EToPM), Hargreaves & Samani (EToHG) e Blaney-Criddle-FAO (EToBC), para o período de um ano. O objetivo deste estudo foi comparar os métodos de estimativa com EToPM, utilizando parâmetros de regressão (β₀, β₁), coeficiente de determinação (r²), e correlação (r), estimativa do erro-padrão (SEE), índices de concordância (d) e confiança (c). Os resultados indicam tendência de EToHG à superestimativa dos valores de ETo, exceto na região de Jaú, e subestimativa por EToBC, para todas as regiões estudadas. Nos valores mensais de ETo, os três métodos apresentam a mesma distribuição. O método de EToHG apresenta-se como uma excelente alternativa na estimativa de consumo de água pela cultura.

Palavras-chave: consumo de água, Penman-Monteith, citros.

ABSTRACT

The chosen regions for this study are important in the irrigated citrus context both for its expansion and performance. Meteorological data used for estimates are components of the software IRRIPLUS^® climatic database. Using this software, the daily reference evapotranspiration (ETo) was estimated for one-year period, applying proposed methodologies by Penman-Monteith (EToPM), Hargreaves & Samani (EToHG), and Blaney-Criddle-FAO (EToBC). The objective of this study was to compare EToPM estimate methods using regression parameters (β₀, β₁), determination coefficient (r²), correlation coefficient (r), standard error estimation (SEE), agreement index (d), and confidence index (c). The results indicated an EToHG tendency to overestimate ETo values, except for Jaú region, and an EToBC underestimate for all studied regions. All methods show the same distribution for monthly ETo values. The EToHG method is an excellent alternative for estimating the crop water consumption.

Keywords: water consumption, Penman-Monteith, citrus.

INTRODUÇÃO

A dimensão do valor da evapotranspiração da cultura (ETc), ou uso consuntivo de água, define a lâmina de água a ser reposta pela irrigação diariamente. Esta variável pode ser obtida pelo produto da evapotranspiração de referência (ETo) por um coeficiente de cultura (kc), geralmente tabelado ou proposto na literatura consagrada (ALLEN et al., 1998).

A equação de Penman-Monteith - FAO foi convencionada como o método-padrão de estimativa da ETo devido à característica de interatividade entre a base física e os parâmetros fisiológicos e aerodinâmicos da planta. Por requerer várias informações climáticas (ALLEN et al., 1998), seu uso pode-se tornar inviável devido à não disponibilidade e à baixa qualidade das informações, em determinadas localidades.

Diante disso, torna-se viável a utilização de metodologias que, com menor grau de exigência de dados de clima e pequenos ajustes locais, podem estimar a contento os valores de ETo (PEREIRA, 1997). Dentre estes, podem citar-se os propostos por MAKKINK (1957), que requerem somente dados de radiação solar, temperatura do bulbo úmido (Tu) e do coeficiente psicrométrico. Esse método tem a característica de subestimativa da ETo em relação ao método-padrão (VESCOVE et al., 2005). O método Hargreaves (HARGREAVES & SAMANI, 1985; HARGREAVES & ALLEN 2003), que abastecido com temperaturas diárias (medidas) e radiação extraterrestre (tabelada/calculada), estima a ETo com ligeira superioridade de valores em relação ao método-padrão (BATISTA et al., 2007). Atenua-se essa discrepância calibrando os coeficientes empíricos da equação (VEGA & JARA, 2009) e utilizando-o para períodos superiores a 7 e 10 dias (MENDONÇA et al., 2003).

Outro método empírico de estimativa é o de Blaney-Criddle - modificado (EToBC). Ao contrário do anterior, os valores estimados por esse tendem à subestimativa da ETo (BATISTA et al., 2007; GONÇALVES et al., 2009), tendo seu uso questionado para períodos inferiores a um mês (PEREIRA, 1997). Por outro, lado têm-se relatado boas correlações deste método com o padrão (ARAÚJO et al., 2007).

Diante disso, neste trabalho, objetivou-se a comparação entre os métodos de Hargreaves (EToHG), Blaney - Criddle - FAO (EToBC) com o método de Penman-Monteith-FAO (EToPM) para a estimativa de ETo na região norte do Estado de São Paulo, uma vez que para os municípios representantes da região, a rede de estações meteorológicas automáticas do INMET é recente, destacando-se os municípios de Itapeva, desde 2006; Jales, 2007; Barretos, 2010 e Casa Branca, 2012. Para o município de Votuporanga, esta rede data de 1976, porém com aquisição manual de dados. Os demais municípios estudados não possuem estações meteorológicas locais do INMET.

MATERIAL E MÉTODOS

As regiões estudadas são consideradas importantes no cenário produtivo de cítrus, em expansão e atuação, no Estado de São Paulo.

A cidade de Araraquara foi o marco divisor do Estado de São Paulo, para apresentação dos resultados, sendo Barretos, Bebedouro, Casa Branca, Jaú, Votuporanga e Jales pertencentes aos municípios do grupo 01 (G1), e Araraquara, Itapetininga, Limeira, São João da Boa Vista, Botucatu e Itapeva, aos municípios do grupo 02 (G2).

Utilizaram-se dados diários de temperaturas máxima, mínima e média, umidade relativa do ar, velocidade de vento, radiação solar e precipitação, com valores médios anuais retirados de uma série histórica de 18 anos do banco de dados climáticos do INMET, registrados no software IRRIPLUS^®. Para os municípios que não possuem estações meteorológicas do INMET, foram utilizadas estações vizinhas a estes. O IRRIPLUS^® calculou os valores médios da série histórica de cada uma das variáveis climatológicas em função das estações escolhidas. Após o tratamento dos dados de clima, com o auxílio do software IRRIPLUS^®, realizaram-se as simulações (estimativas) da evapotranspiração de referência (ETo), pelo método de Penman-Monteith (EToPM) parametrizado pela FAO/1998 (ALLEN et al., 1998), HARGREAVES & SAMANI - 1985 (EToHG) e Blaney-Criddle-FAO (EToBC), no período de um ano, para cada região escolhida.

Com os dados diários de ETo, ajustaram-se equações de regressão avaliando os métodos de EToHG e EToBC frente à EToPM, através do desempenho dos coeficientes linear (β₀), tendendo a 0, angular (β₁) e determinação (r²) a 1, do menor valor da estimativa do erro-padrão (SEE) e do erro-padrão de estimativa ajustado pela equação de regressão (SEEa), substituindo o valor de ETo estimada pelo método a ser avaliado (y_met) pelo recalculado a partir da equação ajustada (y_met' = x).

Estatisticamente, avaliaram-se os resultados em função do grau de precisão e exatidão pelos valores do coeficiente de correlação (r), dos índices de concordância (d) (WILLMOTT et al., 1985), confiança ou desempenho (c) (CAMARGO & SENTELHAS, 1997).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

O menor valor de ETo estimado foi 1,51 mm d^-1, ocorrido no mês de junho, em Botucatu, e o maior valor 8,74 mm d^-1 em Jaú, no mês de setembro, ambos estimados por EToPM.

Nas Tabelas 1 e 2, apresentam-se os valores médios anuais de ETo estimados pelos métodos, bem como os valores dos parâmetros estatísticos de avaliação e a comparação entre os métodos estudados.

Observa-se a existência à superestimativa de EToHG em relação à EToPM, atingindo máximo de 31% em Botucatu e mínimo de 0,40% em Araraquara, tendência similar à relatada por BATISTA et al. (2007), com experimentações nos Estados de Minas Gerais e Sergipe. No grupo 01, o menor valor de EToPM foi estimado em Jales (3,70 mm d^-1), inferior aos 4,51 mm d^-1 relatado por CONCEIÇÃO (2010) na mesma localidade. Porém os 13,40% de superestimativa da EToHG ficaram próximos aos 17,18% relatados pelo mesmo autor em Jales-SP. Um valor subestimado de 7,1% ocorreu na região de Jaú, semelhante ao encontrado por OLIVEIRA et al. (2005), em Goiânia - GO.

Em contrapartida, o EToBC subestimou os valores de ETo, com maior discrepância na região de Jaú (41%), e menor em Botucatu (12,5%), semelhante a resultados encontrados por FRANÇA NETO (2003), na região da Zona da Mata mineira. Discordantes dos relatados por OLIVEIRA et al. (2005) & BATISTA et al. (2007), que apuraram tendências à superestimativa frente à EToPM nos Estados de Goiás, Espírito Santo e Sergipe.

Nos valores de SEE, observam-se variações nos valores de ETo de 0,64 a 2,13 mm d^-1, para as regiões de Botucatu e Jaú, estimadas por EToBC e de 0,55 a 1,51 mm d^-1 para as regiões de Araraquara/Barretos e Itapeva, estimadas por EToHG, que apresentou o menor erro, mesmo tendo sido observada a característica de superestimar a ETo.

Avaliando os parâmetros da regressão, observa-se uma superioridade de EToHG em relação à EToBC, com β₀ tendendo a zero (µ=0,18) e β₁ tendendo à unidade (µ=1,09) na maioria das localidades, exceto para a região de Casa Branca. Este comportamento repete-se na avaliação do r², com extremos de 0,96 em Itapeva e 0,58 em Casa Branca. Estes valores são superiores aos observados em EToBC, em torno de 0,91 em Jales e Itapeva e 0,43 em Casa Branca.

Embora o r² não permita qualitativamente definir a magnitude das diferenças entre os métodos, EToHG foi superior a EToBC. Na literatura ressalta-se que valores baixos de r² indicam a necessidade de ajustes regionais para os métodos a serem utilizados e um aumento no período de observação (> 10 dias) acarreta um progressivo aumento dos coeficientes de determinação (r²) (MENDONÇA et al., 2003).

Os valores de SEEa tiveram o mesmo comportamento de SEE, com variação de 0,38 a 2,46 mm d^-1, para as regiões de Itapetininga e Votuporanga, estimados por EToBC e 0,21 a 0,84 mm d^-1 em Itapeva e Casa Branca por EToHG.

No contraste do SEE com o SEEa, nota-se que na maioria das regiões ocorre decréscimo nos desvios com o ajuste realizado pelos coeficientes da regressão quando se utiliza o método de EToHG, indicando melhoria nas estimativas pós-ajuste. Já o EToBC acarretou acréscimo nos valores para as regiões de Casa Branca, Itapetininga, Botucatu e Votuporanga, indicando cuidado na utilização desse método, mesmo com ajustes, para essas localidades.

Observa-se que o delta gerado entre SEE e SEEa é pouco expressivo para as regiões de Araraquara, Barretos, Votuporanga e Jaú, próximo a 0,04 mm d^-1, indicando boa representatividade da estimativa da ETo por EToHG, mesmo sem ajuste.

O EToBC apresentou diferença de 0,03 mm d^-1, entre SEE e SEEa, para a região de Limeira, o que pode indicar esse método como bom quantificador do consumo de água pela ETo local.

As correções mais expressivas para EToHG são requeridas na região de Itapeva (Δ = 1,30 mm d^-1) e EToBC (Δ = 0,83) mm d^-1 em Jales.

Analisando os índices de desempenho estatístico, observa-se que a maior exatidão ocorreu nas regiões de Barretos (d=0,92), Votuporanga, Jales e Araraquara (d=0,91) para EToHG e em Botucatu (d=0,84) para BC-FAO, e menor exatidão em Casa Branca (d=0,73) e Jaú (d=0,50), para EToHG e EToBC, respectivamente. Os valores maiores de correlação aproximam-se muito dos relatados por GONÇALVES et al. (2009), para o Estado do Ceará.

O coeficiente de correlação (r) apresentou classificação > 0,5 ("alta") para todas as regiões e métodos avaliados, indicando estreita correlação entre estes e o padrão, destacando-se "quase perfeita" nas regiões de Jales, Botucatu e Itapeva para EToBC e Bebedouro, Jales, Itapetininga, São João da Boa Vista e Itapeva, para EToHG, concordantes com estudos realizados no Paraná (SYPERRECK et al., 2008).

Os valores do índice de confiança/desempenho (c) calculado para o EToBC demonstraram um desempenho catastrófico nas regiões do Grupo 01, com variação de 0,37 a 0,48 (péssimo/mau), e a

região de Araraquara (Grupo 02), com 0,42, resultados diferentes dos encontrados por CAMARGO & SENTELHAS (1997), para avaliações no estado de São Paulo, onde este método foi classificado como "bom", porém concordantes para as demais regiões do Grupo 02, mostrando índices maiores, alcançando classificação "Muito Bom", com maior valor, 0,76, em Botucatu, bem próximo ao relatado pelos autores.

Para EToHG, o índice de confiança foi classificado em "muito bom", em grande parte das regiões avaliadas, semelhante ao relatado por CAMARGO & SENTELHAS (1997); CONCEIÇÃO (2003) e GONÇALVES et al. (2009) para diversas localidades do Estado de São Paulo, e classificação "Ótima" em Jales e Itapeva. Nestas duas regiões, os índices de avaliação indicaram correlações fortes e boa precisão para os dois métodos em estudo, similar a resultados de estudos realizados por CONCEIÇÃO (2005), no Rio Grande do Sul. A exceção desse comportamento foi a região de Casa Branca, com c = 0,55 - "sofrível".

Em síntese, observa-se que EToHG apresenta altos índices de precisão "r", de desempenho "c", exatidão "d" próximo da unidade, caracterizando concordância quase perfeita, para a maioria das regiões em estudo, exceto para Casa Branca, o que sugere ser este um método adequado para estimativa da ETo nestas localidades, requerendo para uso em algumas delas o "ajuste" pela inserção dos valores de β₀ e β₁ para correção e melhora da performance das estimativas.

A EToBC apresentou possibilidade de uso nas regiões de Jales, Botucatu e Itapeva, onde a análise conjunta dos índices e valores de estimativas apresentaram melhor performance.

A região de Casa Branca mostrou restrição total aos dois métodos avaliados, não sendo recomendado o uso desses em estimativas de valores de ETo nesta localidade.

Nas Figuras 1 e 2, pode-se visualizar o comportamento dos valores médios mensais da ETo estimados pelos métodos em estudo. Analisando-as, observa-se que EToHG superestima os valores de EToPM, durante todo o ano, para as regiões de Bebedouro, Itapetininga, Limeira, São João, Botucatu, Itapeva e Jales, e nas demais, alterna-se com o mesmo. Outra observação importante é que, nos meses de outubro a março, este tende a superestimar o padrão para todas as regiões estudadas, e nos meses de junho - julho (frios), subestima nas regiões de Araraquara, Casa Branca, Jaú e Votuporanga.

Os maiores deltas entre os valores estimados por EToHG e EToPM são observados nos meses quentes do ano e nas regiões de Itapetininga, Limeira, São João e Botucatu. Em Jaú, as amplitudes dos valores são menores, com superestimativa de dezembro a fevereiro, e queda brusca e subestimativas nos meses frios, retomando os valores gradativamente em agosto. Limeira e São João da Boa Vista apresentam-se bem semelhante a Casa Branca, porém com superestimativa de EToHG durante todos os períodos do ano e redução na amplitude nos meses mais frios.

Análises no comportamento mensal da EToBC frente à EToPM demonstram que, em todas as regiões, o comportamento foi o mesmo observado para EToHG com tendência à subestimativa dos valores. Apresenta valores elevados nos meses quentes (outubro a março) e menores nos frios (abril a setembro). Em Itapetininga e Botucatu, a EToBC superestima o valor-padrão nos meses mais frios.

Logo se observa que as variações acontecem e que, mesmo que um método seja referenciado pelo período de um ano, isso não indica que este seja o melhor na época em que se necessite das irrigações em citros. Deve-se atentar para o fato de que métodos simplificados não são indicados para períodos diários de estimativas (PEREIRA et al., 1997), sendo mais representativos para valores mensais.

CONCLUSÃO

Houve uma tendência à superestimativa da evapotranspiração pelo método de Hargreaves-Samani, na maioria das regiões estudadas, exceto em Jaú.

Observou-se uma subestimativa da evapotranspiração pelo método de Blaney-Criddle-FAO em todas as regiões estudadas.

As maiores amplitudes de superestimativa de EToHG e subestimativa de EToBC foram observadas nos meses mais quentes e chuvosos, reduzindo-se nos mais frios.

AGRADECIMENTOS

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo auxílio financeiro.

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Recebido pelo Conselho Editorial em: 17-7-2012

Aprovado pelo Conselho Editorial em: 22-10-2013

1

Extraído da tese de Doutorado apresentada à Universidade Federal de Viçosa em 2009. Projeto financiado pelo CNPq

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  24 Mar 2014
• Data do Fascículo
  Fev 2014

Histórico

• Aceito
  22 Out 2013
• Recebido
  17 Jul 2012