Balanço Hídrico Climatológico (BHC)

1. Balanço Hídrico Climatológico(BHC) GNE109 Agrometeorologia Prof. Luiz Gonsaga de Carvalho

2. Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) Evapotranspiração potencial Precipitação pluvial (chuva) Armazenamento = 100 mm Veja explicação no próximo slide

3. Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) Conforme esquema anterior, o BHC é a contabilização das entradas e saídas de água do sistema solo-planta, sendo que a sua interpretação fornece informações sobre o ganho, perda e armazenamento de água no solo. Como elementos para o cálculo, considera-se precipitação pluvial (P) como fornecimento de água e a demanda de água por esse sistema pela evapotranspiração potencial (ETp).

4. Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) Sendo o solo o reservatório de água para as plantas deve-se levar em consideração a sua capacidade de armazenamento o que depende de suas propriedades físico-hídricas. Para estudos climáticos, sem a associação de uma cultura agrícola específica, normalmente adota-se o valor de 100 mm para o armazenamento de água no solo. Ainda, caso sejam conhecidos alguns parâmetros físico-hídricos do solo da região (ou do solo predominante) a CAD (mm) pode ser obtida pela seguinte equação: em que, cc – umidade na capacidade de campo (%); pmp – umidade no ponto de murcha permanente (%); ρs – densidade do solo (g cm-3); pe – profundidade efetiva do sistema radicular (mm).

5. Profundidade efetiva do sistema radicular e orientação para determinação da capacidade de armazenamento de água no solo para o cálculo do balanço hídrico de Thornthwaite e Mather (1955), adaptado de Mota, 1983

6. Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) Caso chova mais que evapotranspira, poderá ocorrer excesso hídrico. Contudo isto será efetivamente confirmado após o complemento do BHC (esquema a seguir). Precipitação pluvial (chuva) Evapotranspiração potencial Armazenamento = 100 mm Excesso hídrico

7. Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) E se, ao contrário, a chuva for inferior à evapotranspiração poderá ocorrer deficiência hídrica, (esquema seguinte). O que também será efetivamente confirmada após o complemento do BHC. Precipitação pluvial (chuva) Evapotranspiração potencial Armazenamento = 100 mm Deficiência hídrica

8. Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) Para os cálculos do BHC, além da necessidade de informar geograficamente o local por meio de suas coordenadas geográficas, são também necessários, para todos os meses do ano, dados de uma série longa dos elementos climáticos sendo, muito comum, utilizarem dados normais, ou seja, dados publicados nas Normais Climatológicas. Assim, para o desenvolvimento do BHC e posterior zoneamento climático, o ideal é que se tenha a disposição as normais climatológicas de diversas localidades para que em seguida se efetua a espacialização da informação conforme se observa para o estado de Minas Gerais (Figura a seguir).

9. Rede estadual de Minas Gerais de estações climatológicas pertencentes ao Instituto Nacional de Meteorologia - INMET Estação Climatológica Principal de Lavras – MG Convênio UFLA/INMET

10. Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) Assim os dados normais necessários são os valores mensais de precipitação pluvial e demais elementos climáticos para a estimativa da evapotranspiração potencial (ETp). Ressalta-se que para ETp não existem valores observados por estações climatológicas, devendo essa ser estimada por algum método. Existem diversos métodos para estimativa da ETp, sendo aqui destacado o método de Thornthwaite, sendo originalmente proposto por Thornthwaite e Mather (1955) para o BHC. Esse método necessita apenas das temperaturas médias mensais normais.

11. Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) Se, para determinado local, a série for insuficiente para o cálculo da Normal Climatológica, pode-se efetuar o cálculo do balanço hídrico, porém, esse fato deverá ser destacado, tanto no cálculo como na representação gráfica, de forma bastante clara.

12. Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) Segue–se portanto, os cálculos do BHC tomando, por exemplo, o de Lavras-MG.

13. Elemento Meses Climatológico Ano Jan. Fev. Mar. Abr. Maio Jun. Jul. Ago. Set. Out. Nov. Dez. T ar 21,7 22,1 20,9 19,8 17,5 16,3 15,8 17,7 19,0 20 ,4 20,9 21,1 19,4 (°C) T x 27,8 28,4 27,0 25,4 24,7 23,9 23,7 25,7 25,4 27,2 27,2 27,3 26,1 (°C) T n 17,7 17,9 17,3 15,4 12,7 11,1 10,4 11,7 13,6 15,6 16,6 17,3 14,8 (°C) Prec. Total 272,4 192,3 174,0 67,0 40,6 27,9 23,4 24,8 72,5 126,0 213,0 295,8 152 9,7 (mm) Umid. Relativa 81,3 79,7 77,3 80,1 77,4 76,1 72,2 67,1 69,2 74,1 78,3 81,5 76,2 (%) Pressão 911,9 912,2 912,7 913,8 915,3 916,9 917,1 916,1 915,0 912,4 911,6 911,7 913,9 (mb) Insolação Total 187,9 191,8 205,5 219,2 222,2 219,5 245,3 247,6 202,6 198,6 181,0 162,2 2483,4 (h) Vento 1,8 1,6 1,7 1,8 1,6 1,6 2,1 2,2 2,4 2,3 2,1 2 1,9 - 1 (ms ) Inicialmente extrai-se das Normais Climatológicas (Tabela a seguir) os valores mensais de precipitação pluvial e temperatura do ar (Veja slide seguinte). Normais Climatológicas (1961-1990) - Exemplo: LAVRAS - MG

14. Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 Fev. 93 192 Mar. 87 174 Abr. 72 67 Maio 55 41 Jun. 45 28 Jul. 44 23 Ago. 58 25 Set. 68 73 Out. 86 126 91 Nov. 213 Dez. 98 296 Ano 899 1530 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) Conforme mencionado a ETp foi estimada pelo método de THORNTHWAITE.

15. Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 87 Abr. 72 67 -5 Maio 55 41 -14 Jun. 45 28 -17 Jul. 44 23 -21 Ago. 58 25 -33 Set. 68 73 5 Out. 86 126 40 Nov. 91 213 122 Dez. 98 296 198 Ano 1173 1530 631 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) A coluna (P-ETp) representa as diferenças mensais entre ETp e P. Os valores positivos indicam que a disponibilidade de água no mês (precipitação) é superior à demanda (evapotranspiração potencial) podendo ocorrer excesso hídrico e os valores negativos poderá indicar deficiência hídrica. Contudo essas informações só serão evidenciadas ao completar o BHC.

16. Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 87 Abr. 72 67 -5 -5 95 Maio 55 41 -14 -19 82 Jun. 45 28 -17 -36 69 Jul. 44 23 -21 -57 56 Ago. 58 25 -33 -90 40 Set. 68 73 5 Out. 86 126 40 Nov. 91 213 122 Dez. 98 296 198 Ano 899 1530 631 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) A coluna seguinte representa o acúmulo de negativas de P-ETp (N. Ac.). Para dar início ao seu preenchimento “repete-se” a primeira P-ETp negativa após uma sequência de valores positivos e, com a fórmula abaixo calcula-se o armazenamento do mês preenchendo a coluna seguinte (ARM). Para facilidade, pode-se também utilizar tabelas, como exemplificada a seguir. Essas duas colunas são preenchidas simultaneamente. A CAD (capacidade de água disponível no solo) adotada é de 100 mm, a qual representa o armazenamento máximo de água que o solo consegue reter. No caso, a primeira negativa é -5 e o respectivo armazenamento calculado, ou tabelado, é 95. Nos meses subsequentes acumula-se as negativas, mês a mês, calculando os respectivos armazenamentos até quando não se tem mais negativa para acumular, finalizando em agosto para o presente exemplo.

17. . Água retida após ocorridos diferentes valores de evapotranspiração, para solos com capacidade de retenção de água de 100 mm Exemplificando o uso da tabela de capacidade de retenção de água: Tem-se que, para o mês de junho, a negativa acumulada (Neg. Ac.) é -36 mm, portanto, entrando com o valor 30 na coluna de dezenas e, com o valor 6 na linha de unidades, tem-se o respectivo armazenamento (69). Efetuando o processo contrário, ou seja, entrando com o armazenamento do mês, ter-se-á como saída, a negativa acumulada, pela união dos respectivos valores obtidos na coluna das dezenas e linha de unidades.

18. Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 Fev. 93 192 99 Mar. 87 174 87 Abr. 72 67 -5 -5 95 Maio 55 41 -14 -19 82 Jun. 45 28 -17 -36 69 Jul. 44 23 -21 -57 56 Ago. 58 25 -33 -90 40 Set. 68 73 5 Out. 86 126 40 Nov. 91 213 122 Dez. 98 296 198 Ano 899 1530 631 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) A coluna seguinte representa o acúmulo de negativas de P-ETp (N. Ac.). Para dar início ao seu preenchimento “repete-se” a primeira P-ETp negativa após uma sequência de valores positivos e, com a fórmula abaixo calcula-se o armazenamento do mês preenchendo a coluna seguinte (ARM). Para facilidade, pode-se também utilizar tabelas, como exemplificada a seguir. Essas duas colunas são preenchidas simultaneamente. A CAD (capacidade de água disponível no solo) adotada é de 100 mm, a qual representa o armazenamento máximo de água que o solo consegue reter. No caso, a primeira negativa é -5 e o respectivo armazenamento calculado, ou tabelado, é 95. Nos meses subsequentes acumula-se as negativas, mês a mês, calculando os respectivos armazenamentos até quando não se tem mais negativa para acumular, finalizando em agosto para o presente exemplo.

19. Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC 102 Jan. 272 170 0 100 Fev. 93 192 99 0 100 Mar. 87 174 87 0 100 Abr. 72 67 -5 -5 95 Maio 55 41 -14 -19 82 Jun. 45 28 -17 -36 69 44 Jul. 23 -21 -57 56 Ago. 58 25 -33 -90 40 Set. 68 73 5 -78 45 Out. 86 126 40 -16 85 Nov. 91 213 122 0 100 Dez. 98 296 198 0 100 Ano 899 1530 631 - - Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) Então a partir do mês de setembro (não tendo mais negativa a acumular) segue-se da seguinte forma: Veja que o saldo P-ETp equivale a 5 mm, o que em princípio poderia ser considerado excesso hídrico, porém o armazenamento (ARM) do mês anterior está bastante reduzido (40 mm); então soma-se o saldo positivo de P-ETp ao ARM do mês anterior, obtendo-se o do mês em questão, ou seja, em setembro o ARM passa a ser de 45 mm. Vê-se assim, que no início do período chuvoso começa a reposição de água ao solo. No mês seguinte o saldo P-ETp continua positivo (40 mm), da mesma forma, soma-se este saldo ao ARM do mês anterior, elevando o ARM do mês de outubro para 85 mm. No mês subsequente, novembro, o saldo P-Etp é de 122 mm, daí ao somar esse ao ARM do mês anterior (85 mm), o resultado supera o ARM máximo que o solo consegue reter (100 mm) permanecendo portanto igual a 100 mm. Nesses casos as respectivas negativas acumuladas são encontradas de forma inversa ao processo anterior, ou seja, calculando-a a partir do ARM conforme a equação abaixo, ou com o uso da tabela, veja a seguir.

20. . Água retida após ocorridos diferentes valores de evapotranspiração, para solos com capacidade de retenção de água de 100 mm Exemplificando o uso da tabela de capacidade de retenção de água: Efetuando o processo contrário, ou seja, entrando com o armazenamento do mês, ter-se-á como saída, a negativa acumulada, pela união dos respectivos valores obtidos na coluna das dezenas e linha de unidades.

21. Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 0 100 0 Fev. 93 192 99 0 100 0 Mar. 87 174 87 0 100 0 Abr. 72 67 -5 -5 95 -5 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 Jun. 45 28 -17 -36 69 -13 Jul. 44 23 -21 -57 56 -13 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 Set. 68 73 5 -78 45 5 85 Out. 86 126 40 -16 40 Nov. 91 213 122 0 100 15 Dez. 198 296 198 0 100 0 Ano 899 1530 631 - - 0 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) A próxima coluna a ser preenchida é da Alteração (ALT), sendo a variação de armazenamento do mês (i) relativa ao mês anterior (i – 1). Os valores negativos indicam a retirada de água em que a grama (cultura de referência) procura atender no todo ou em parte a sua demanda de evapotranspiração (ETp). Os valores positivos representam a reposição de água ao solo, ocorrendo nos meses em que as chuvas superam a demanda de evapotranspiração (ETp). Portanto, o somatório dessa coluna é necessariamente “0”, pois no equilíbrio climático a retirada de água do solo é igual à sua reposição.

22. Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 0 100 0 102 Fev. 93 192 99 0 100 0 93 Mar. 87 174 87 0 100 0 87 Abr. 72 67 -5 -5 95 -5 72 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 54 Jun. 45 28 -17 -36 69 -13 41 Jul. 44 23 -21 -57 56 -13 36 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 41 5 Set. 68 73 -78 45 5 68 Out. 86 126 40 -16 85 40 86 Nov. 91 213 122 0 100 15 91 Dez. 98 296 198 0 100 0 98 Ano 899 1530 631 - - 0 867 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) A evapotranspiração real (ETr), é calculada conforme os seguintes critérios: ETr será igual a ETp sempre que P > ETp, ou seja, não ocorre restrição de água para a cultura se a precipitação é maior que a demanda de evapotranspiração. Se P ETpETr = ETp

23. Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 0 100 0 102 Fev. 93 192 99 0 100 0 93 Mar. 87 174 87 0 100 0 87 Abr. 72 67 -5 -5 95 -5 72 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 54 Jun. 45 28 -17 -36 69 -13 41 Jul. 44 23 -21 -57 56 -13 36 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 41 Set. 68 73 5 -78 45 5 68 Out. 86 126 40 -16 85 40 86 Nov. 91 213 122 0 100 15 91 Dez. 98 296 198 0 100 0 98 869 Ano 899 1530 631 - - 0 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) Nos outros casos, ETr será igual a P somada ao valor absoluto da alteração; nesse caso, como P é inferior à ETp, tudo que chove é utilizado na ETr e ainda a cultura retira água do solo em relação ao armazenamento do mês anterior. Se P < ETpETr = P + I Alt I

24. Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 0 100 0 102 Fev. 93 192 99 0 100 0 93 Mar. 87 174 87 0 100 0 87 Abr. 72 67 -5 -5 95 -5 72 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 54 Jun. 45 28 -17 -36 69 -13 41 Jul. 44 23 -21 -57 56 -13 36 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 41 Set. 68 73 5 -78 45 5 68 Out. 86 126 40 -16 85 40 86 Nov. 91 213 122 0 100 15 91 Dez. 98 296 198 0 100 0 98 869 Ano 899 1530 631 - - 0 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) 0 0 0 0 1 4 8 17 0 0 0 0 A deficiência hídrica, (DEF), representa a deficiência de evapotranspiração, ou seja, o quanto faltou de água para que ETr tivesse sido igual ao valor da ETp. Portanto, calcula-se pela diferença entre ETp e ETr. DEF = ETp - ETr 30

25. Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 0 100 0 102 Fev. 93 192 99 0 100 0 93 Mar. 87 174 87 0 100 0 87 Abr. 72 67 -5 -5 95 -5 72 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 54 Jun. 45 28 -17 -36 69 -13 41 Jul. 44 23 -21 -57 56 -13 36 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 41 Set. 68 73 5 -78 45 5 68 Out. 86 126 40 -16 85 40 86 Nov. 91 213 122 0 100 15 91 Dez. 98 296 198 0 100 0 98 869 Ano 899 1530 631 - - 0 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) 0 0 0 0 1 4 8 17 0 0 0 0 0 0 0 0 30 161 • A última coluna , de excesso hídrico, é calculada conforme os seguintes critérios: • Sempre que P - ETp for negativo, o excesso será igual a 0 (zero) ou, havendo deficiência, não haverá excesso hídrico;

26. Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 0 100 0 102 Fev. 93 192 99 0 100 0 93 Mar. 87 174 87 0 100 0 87 Abr. 72 67 -5 -5 95 -5 72 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 54 Jun. 45 28 -17 -36 69 -13 41 Jul. 44 23 -21 -57 56 -13 36 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 41 Set. 68 73 5 -78 45 5 68 Out. 86 126 40 -16 85 40 86 Nov. 91 213 122 0 100 15 91 Dez. 98 296 198 0 100 0 98 869 Ano 899 1530 631 - - 0 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) 0 0 0 0 1 4 8 17 0 0 0 0 170 99 87 0 0 0 0 0 0 0 107 198 30 161 • Para os demais meses, o excesso será igual ao valor de P - ETp subtraindo o valor da alteração. • EXC = (P-ETp) - ALT

27. Meses ETp P P-ETp N. Ac. ARM ALT ETr DEF EXC Jan. 102 272 170 0 100 0 102 Fev. 93 192 99 0 100 0 93 Mar. 87 174 87 0 100 0 87 Abr. 72 67 -5 -5 95 -5 72 Maio 55 41 -14 -19 82 -13 54 Jun. 45 28 -17 -36 69 -13 41 Jul. 44 23 -21 -57 56 -13 36 Ago. 58 25 -33 -90 40 -16 41 Set. 68 73 5 -78 45 5 68 Out. 86 126 40 -16 85 40 86 Nov. 91 213 122 0 100 15 91 Dez. 98 296 198 0 100 0 98 869 Ano 899 1530 631 - - 0 Balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) 0 0 0 0 1 4 8 17 0 0 0 0 170 99 87 0 0 0 0 0 0 0 107 198 30 161

28. FIM