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Title in Portuguese: Evapotranspiração em vegetação natural do bioma Caatinga obtida por balanço hídrico no solo e por sensoriamento remoto
Title: Evapotranspiration in a natural vegetation of Caatinga biome obtained by water balance in the soil and remote sensing
Author: Teixeira, Léa Moraes Nunes
Advisor(s): Costa, Carlos Alexandre Gomes
Keywords: Sensoriamento remoto
Processos hidrológicos
Semiárido
SAFER
SEBAL
Bacia Experimental de Aiuaba
Issue Date: 2018
Citation: TEIXEIRA, L. M. N. (2018)
Abstract in Portuguese: A evapotranspiração e um dos processos hidrológicos mais complexos, seu entendimento contribui consideravelmente na analise do ciclo hidrológico. Entretanto, em condições naturais ha ainda muito o que ser estudado, principalmente em regiões com escassez hídrica, como no semiárido do nordeste brasileiro, no bioma caatinga. Portanto, objetivou-se avaliar a evapotranspiração em vegetação natural e preservada no bioma caatinga através de balanço hídrico no solo e de imagens de satélite. A área de estudo foi a Bacia Experimental de Aiuaba (BEA), 12 km2, inserida na Estação Ecológica de Aiuaba, no nordeste brasileiro. Na BEA, a precipitação concentra-se entre fevereiro e maio com media anual de 560 mm e a evapotranspiração potencial anual de 2.600 mm. Nessa pesquisa foram utilizados dados obtidos em campo e dados obtidos por sensoriamento remoto. A partir de dados de campo de precipitação e umidade do solo horaria, e dados de estacoes meteorológicas automáticas PCD da Funceme em Aiuaba, Tauá e Campos Sales, foi possível calcular: i) coeficiente de estresse hídrico, ii) evapotranspiração potencial por Penman-Monteith, iii) evapotranspiração real (ETr) através do balanço hídrico no solo. O escoamento e a infiltração do balanço hídrico no solo foram estimados por método Green-Ampt e o método de Horton. A evapotranspiração real por balanço hídrico de 2004 a 2016 foi relacionada com a evapotranspiração obtida por imagem de satélite de 2006 a 2016. Foram obtidas 10 imagens por Landsat 5 TM e 18 por RapidEye processadas pelo modelo SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) e SAFER (Simple Algorithm For Retrieving Evapotranspiration), respectivamente, com auxilio do software ERDAS IMAGINE 14.1. Os valores médios de coeficiente de estresse hídrico (Ks) foram de 0,27 (±0,04) e 0,53 (±0,19), para o período seco e chuvoso, respectivamente. A evapotranspiração potencial diária foi de 5,5 (±0,5) mm. A evapotranspiração real diária por balanço hídrico no solo apresentou valores médios em torno de 2,5 mm para o período seco e de 7,2 mm para o período chuvoso com maiores variações de ETr. Segundo a FAO-56, os valores de ETr diária para florestas decíduas variam de 6,0 a 8,0 mm, porem não são ha dados de ETr para o período seco em plantas que apresentam caducifólia. Os valores de ETr no período seco são menores em decorrência da baixíssima disponibilidade hídrica no solo nesse período. Em 40% do período encontram-se valores menores que 2,0 mm.dia-1 e em 30% variam de 2,0 a 8,0 mm.dia-1. Além disso, 13% dos dados apresentaram valores maiores que 8,0 mm.dia-1 e 15% apresentaram falhas na serie de dados. Devido a alta presença de nuvens no período chuvoso, não foi possível utilizar nenhuma imagem Landsat 5 entre 2006 a 2010. No entanto, para o RapidEye, devido a alta resolução temporal, foi possível utilizar quatro imagens no período chuvoso entre 2011 e 2016. O coeficiente de determinação (R2) entre o coeficiente de cultura (Kc) obtido por imagens foi igual a 0,57 e 0,41 para as imagens Landsat e RapidEye, respectivamente. Conclui-se que o incremento do coeficiente de estresse hídrico do solo pode implicar em uma redução pela metade da evapotranspiração real. Ambos, Landsat 5 e RapidEye apresentaram desempenho razoáveis, porem as imagens RapidEye obtiveram resultados mais satisfatório para a evapotranspiração no período seco. Essas imagens apresentam-se promissoras no calculo da evapotranspiração devido a alta resolução espacial e temporal.
Abstract: Evapotranspiration is one of the most complex hydrological processes, and its understanding contributes to the analysis of the hydrological cycle. However, under natural conditions, there is still much to know, especially in regions with water scarcity, such as in the Brazilian Northeast semi-arid, in the Caatinga biome. Therefore, the objective of this research was to evaluate the evapotranspiration in natural and preserved vegetation in the caatinga biome through soil water balance and satellite images. The study area was the Aiuaba Experimental Basin (AEB), 12 km2, located in the Aiuaba Ecological Station in northeastern Brazil. At AEB, precipitation is concentrated between February and May with an annual mean of 560 mm and potential annual evapotranspiration of 2600 mm. In this research were used field data and data obtained by remote sensing. From data on rainfall and soil moisture, and data from automatic meteorological stations at Funceme PCD in Aiuaba, Taua and Campos Sales, it was possible to calculate: i) water stress coefficient, ii) potential evapotranspiration by Penman- Monteith, iii) real evapotranspiration (ETr) through the soil water balance. The runoff and the infiltration of the water balance in the soil were estimated by the Green-Ampt method and the Horton method. The actual evapotranspiration by water balance from 2004 to 2016 was related to the evapotranspiration obtained by satellite image from 2006 to 2016. Ten images were obtained by Landsat 5 TM and 18 by RapidEye processed by the SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) model and SAFER (Simple Algorithm For Retrieving Evapotranspiration), respectively, using ERDAS IMAGINE software 14.1. The mean values of water stress coefficient (Ks) were 0.27 (±0.04) and 0.53 ((±0.19) for the dry and rainy periods, respectively. Potential daily evapotranspiration was 5.5 ((±0.5) mm. The daily real evapotranspiration by water balance in the soil presented average values around 2.5 mm for the dry period and 7.2 mm for the rainy season with the highest variations of ETr. According to FAO-56, daily ETr values for deciduous forests range from 6.0 to 8.0 mm, but there is no ETr data for deciduous plants in the dry season. The ETr values in the dry period are lower due to the very low water availability in the soil in this period. In 40% of the period there are values smaller than 2.0 mm.day-1 and in 30% the values vary from 2.0 to 8.0 mm.day-1. Also, 13% of the data presented values greater than 8.0 mm.day-1, and 15% presented faults in the data series. Due to the high cloud presence in the rainy season, no Landsat 5 image could be used between 2006 and 2010. However, for RapidEye, due to the high temporal resolution, it was possible to use four images during the rainy season between 2011 and 2016. The coefficient of determination (R2) between the crop coefficient (Kc) obtained by images was 0.57 and 0.41 for the Landsat and RapidEye images, respectively. It is concluded that the increase of soil water stress coefficient may imply a reduction in half of the actual evapotranspiration. Both Landsat 5 and RapidEye presented reasonable performance, but RapidEye images obtained more satisfactory results for evapotranspiration in the dry period. These images are promising in the calculation of evapotranspiration due to high spatial and temporal resolution.
Description: TEIXEIRA, Léa Moraes Nunes. Evapotranspiração em vegetação natural do bioma Caatinga obtida por balanço hídrico no solo e por sensoriamento remoto. 2018. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/36482
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