miniatura|Ciclul apei la suprafața Pământului, arătând componentele individuale ale transpirației și evaporării care alcătuiesc evapotranspirația. Alte procese strâns legate sunt scurgerea și reîncărcarea apelor subterane.Evapotranspirația (prescurtat ET) este procesul combinat prin care apa este transferată de la suprafața Pământului în atmosferă, reunind două componente distincte: evaporarea de la suprafața solului, a corpurilor de apă și a vegetației umede, și transpirațiea plantelor prin stomatele foliare. Termenul a fost introdus pentru prima dată în literatura științifică de climatologul american Charles Thornthwaite în 1948.
Evapotranspirația este un element fundamental al ciclului hidrologic, constituind principala cale prin care apa revine de la suprafața uscatului în atmosferă. La nivel global, prin evapotranspirație se transferă în atmosferă aproximativ 505.000 km³ de apă anual.
Componentele evapotranspirației
Evaporarea
Evaporarea reprezintă procesul fizic prin care apa lichidă se transformă în vapori de apă (vaporizare) și este îndepărtată de la suprafața evaporantă. Apa se evaporă de pe o varietate de suprafețe, precum lacuri, râuri, soluri umede și vegetație udă. Energia necesară schimbării stării moleculelor de apă din lichid în vapori provine preponderent din radiația solară.
Factorii care influențează rata evaporării includ: intensitatea radiației solare; temperatura aerului și a suprafeței evaporante; umiditatea relativă a aerului - cu cât aerul este mai saturat cu vapori de apă, cu atât evaporarea se reduce; viteza vântului - care îndepărtează stratul de aer saturat de deasupra suprafeței, facilitând evaporarea continuă; disponibilitatea apei la suprafață.
Transpirația
Transpirația este procesul biologic prin care apa absorbită de rădăcinile plantelor este transportată prin țesuturile vegetale și eliberată în atmosferă sub formă de vapori prin stomatele de pe suprafața frunzelor. Stomatele sunt orificii microscopice a căror deschidere este reglată de plante în funcție de condițiile de mediu.
Transpirația este influențată de: tipul, varietatea și stadiul de dezvoltare al culturii; suprafața foliară (indicele de acoperire foliară - LAI); adâncimea și densitatea sistemului radicular; rezistența stomatală - capacitatea plantei de a regla pierderea de apă; starea fiziologică a plantei (stres hidric, boli, deficiențe nutritive).
Într-o cultură agricolă matură, transpirația poate reprezenta până la 90% din totalul evapotranspirației, în timp ce pe un sol gol sau cu vegetație rară, evaporarea directă este dominantă.
Tipuri de evapotranspirație
Evapotranspirația potențială (ETP)
Evapotranspirația potențială este cantitatea de apă care ar fi evapotranspirată de o suprafață vegetată dacă apa ar fi disponibilă în cantitate nelimitată. Conceptul a fost definit de Howard Penman ca „cantitatea de apă transpirată într-un interval de timp dat de o cultură verde, scundă, care acoperă complet solul, de înălțime uniformă și cu un conținut adecvat de apă în profilul de sol".
ETP este o măsură a „cererii" atmosferice de umiditate, fiind determinată exclusiv de condițiile meteorologice: temperatura, radiația solară, umiditatea aerului și viteza vântului. În regiunile aride, ETP depășește sistematic precipitațiile anuale, definind aceste zone ca medii cu deficit de umiditate.
Evapotranspirația reală (ETR)
Evapotranspirația reală reprezintă cantitatea de apă efectiv evapotranspirată în condiții reale de teren, ținând cont de disponibilitatea limitată a apei în sol. ETR este întotdeauna egală sau mai mică decât ETP. Diferența ETP − ETR constituie deficitul de apă al unei zone, un indicator esențial în evaluarea riscului de secetă.
Când umiditatea solului este adecvată (fracția de apă disponibilă peste 0,6 din capacitatea de câmp), ETR se apropie de ETP. Sub acest prag, ETR scade aproximativ liniar pe măsură ce solul se usucă.
Evapotranspirația de referință (ET₀)
Evapotranspirația de referință este un concept standardizat de Organizația Națiunilor Unite pentru Alimentație și Agricultură (FAO) prin publicația Irrigation and Drainage Paper 56 (1998). ET₀ este definită ca evapotranspirația unei suprafețe ipotetice de referință, reprezentând „o suprafață extinsă de iarbă verde, de înălțime uniformă (0,12 m), în creștere activă, care acoperă complet solul și cu un aport adecvat de apă".
Această cultură de referință ipotetică are o rezistență de suprafață fixă de 70 s/m și un albedo de 0,23. Avantajul major al ET₀ este că elimină necesitatea calibrării locale, oferind un standard universal. Evapotranspirația specifică fiecărei culturi (ET_c) se obține prin înmulțirea ET₀ cu un coeficient de cultură (K_c) specific tipului de plantă și stadiului de creștere:
Metode de măsurare și estimare
Metode directe
Lizimetria
Lizimetrele sunt recipiente (vase sau cuve) care conțin o coloană de sol în condiții cât mai apropiate de cele naturale, instalate în câmpul agricol. Lizimetrele gravimetrice (cu cântărire) permit cuantificarea precisă a variațiilor de apă din coloana de sol și, în combinație cu măsurarea precipitațiilor și a drenajului, estimarea evapotranspirației. Lizimetria este considerată „standardul de aur" pentru măsurarea directă a ET, deși este costisitoare și laborioasă.
Covarianța turbionară (Eddy covariance)
Metoda covarianței turbionare utilizează senzori cu frecvență înaltă (anemometre sonice tridimensionale și analizoare de gaz infraroșu) montați pe turnuri de flux, care măsoară simultan fluctuațiile vitezei vântului și concentrațiile de vapori de apă. Prin calculul covarianței dintre viteza verticală a vântului și concentrația de vapori, se obține fluxul de căldură latentă, proporțional cu ET.
Comparațiile dintre lizimetre și sisteme eddy covariance arată o bună concordanță pe scara anuală, deși pe intervale scurte (ore, zile) diferențele pot ajunge la 15-30%, în principal din cauza problemei neînchiderii bilanțului energetic.
Metode indirecte (de calcul)
Ecuația Penman-Monteith
Ecuația Penman-Monteith este metoda recomandată de FAO ca standard internațional unic pentru estimarea evapotranspirației de referință (ET₀). Aceasta combină abordarea bilanțului energetic cu metoda transferului de masă, integrând atât parametri fiziologici ai vegetației (rezistența stomatală), cât și parametri aerodinamici.
Forma simplificată a ecuației FAO Penman-Monteith pentru ET₀ este:
unde: - evapotranspirația de referință (mm/zi); - radiația netă la suprafața culturii (MJ/m²/zi); - fluxul de căldură în sol (MJ/m²/zi); - temperatura medie zilnică a aerului la 2 m înălțime (°C); - viteza vântului la 2 m înălțime (m/s); - deficitul de presiune de vapori (kPa); - panta curbei presiunii de vapori de saturație (kPa/°C); - constanta psicrometrică (kPa/°C).
Metoda necesită date meteorologice standard: radiație solară, temperatură a aerului, umiditate și viteză a vântului.
Alte metode de estimare
Pe lângă ecuația Penman-Monteith, au fost dezvoltate și alte metode empirice: Metoda Thornthwaite (1948) - bazată exclusiv pe temperatura aerului și durata zilei; utilă în lipsa altor date meteorologice; Metoda Priestley-Taylor - derivată din ecuația Penman-Monteith prin eliminarea termenului aerodinamic, necesitând doar date de radiație; Metoda Hargreaves-Samani - folosește doar temperaturi maxime și minime ale aerului; Metoda evaporimetrului cu cuvă - estimează ET₀ pe baza evaporării măsurate dintr-o cuvă standardizată, aplicând un coeficient de cuvă (K_p), cu valori tipice între 0,64 și 0,81.
Unități de măsură
Evapotranspirația se exprimă de regulă în milimetri (mm) pe unitatea de timp (oră, zi, lună sau an). Un milimetru de evapotranspirație echivalează cu pierderea unui litru de apă de pe fiecare metru pătrat de suprafață, sau 10 m³ pe hectar. Valoarea poate fi exprimată și în termeni de energie: 1 mm de apă evaporată este echivalent cu aproximativ 2,45 MJ/m² (la temperatura de 20°C), unde 2,45 MJ/kg reprezintă căldura latentă de vaporizare a apei.
Evapotranspirația în România
Valori caracteristice
În regiunile de câmpie din sud-estul României (județele Constanța, Ilfov, Tulcea), evapotranspirația potențială atinge valori medii anuale de 691-735 mm/an, conform studiului de fundamentare a perdelelor forestiere de protecție.Hotărârea nr. 1343/2007 pentru aprobarea înființării perdelelor forestiere de protecție a câmpului în județele Constanța, Ilfov și Tulcea, publicată în Monitorul Oficial nr. 787 din 21 noiembrie 2007. Aceste valori depășesc semnificativ precipitațiile din aceleași regiuni, unde cantitățile medii anuale de precipitații scad sub 500 mm în Bărăgan și sub 400 mm în Dobrogea și Delta Dunării, generând un deficit hidric cronic.
Distribuția sezonieră a evapotranspirației reflectă regimul termic: valorile maxime se înregistrează în lunile iunie-august (100-150 mm/lună în zonele de câmpie), iar cele minime în perioada noiembrie-februarie (10-30 mm/lună).
Impactul schimbărilor climatice
Temperatura medie anuală a României a crescut cu 0,5-1°C din anii 1980, iar proiecțiile climatice indică o posibilă creștere de până la 4,5°C până în anul 2070, în scenariul RCP8.5 al IPCC.
Creșterea temperaturilor intensifică evapotranspirația, accelerând uscarea solului. Aproape 60% din suprafața României, cuprinzând zone arabile, agricole și forestiere, se află într-un proces de aridizare, iar Dobrogea este una dintre cele mai afectate regiuni. Reducerea rezervelor de apă ale României este anticipată ca urmare a creșterii evapotranspirației, coroborate cu schimbările în ciclul sezonier al debitelor râurilor.
Conform unei analize realizate de dr. Mihaela Caian (cercetător științific ANM) și dr. Cătălin Lazăr (fiziolog vegetal), producția de porumb este estimată să scadă cu 10-13% până în 2050 și cu peste 15% până în 2070, iar producția de grâu, fructe și legume poate scădea cu 25-30% în anii cu secetă extremă, în principal din cauza creșterii evapotranspirației și a stresului hidric.
Seceta agricolă și evapotranspirația
Seceta agricolă este strâns legată de raportul dintre evapotranspirația potențială și cea reală. Deficitul de precipitații, combinat cu diferența dintre ETR și ETP, constituie un indicator cheie al stresului hidric al culturilor. În lunile de vară ale ultimelor decenii, s-a observat o tendință semnificativă de uscare în partea de est a României.
Importanța practică
În agricultură
Cunoașterea ratei de evapotranspirație este esențială pentru: programarea irigațiilor - determinarea cantității de apă necesare culturilor; dimensionarea sistemelor de irigație - calculul debitelor și volumelor; estimarea necesarului de apă al culturilor - prin metoda coeficienților de cultură (K_c); prognoza secetei agricole - prin monitorizarea diferenței ETP − ETR.
Administrația Națională de Meteorologie din România publică periodic hărți ale evapotranspirației reale pentru culturile agricole, contribuind la fundamentarea deciziilor de irigare.
În hidrologie și managementul resurselor de apă
Evapotranspirația este o componentă majoră a bilanțului hidrologic al unui bazin hidrografic. Estimarea corectă a ET este necesară pentru: evaluarea disponibilității resurselor de apă; modelarea hidrologică a bazinelor hidrografice; planificarea rezervoarelor și a sistemelor de alimentare cu apă; evaluarea impactului schimbărilor climatice asupra resurselor hidrice.
În meteorologie și climatologie
Evapotranspirația mediază schimbul de energie la interfața sol-atmosferă, influențând temperatura de suprafață, umiditatea aerului și formarea norilor. Monitorizarea ET contribuie la îmbunătățirea prognozelor meteorologice și la înțelegerea variabilității climatice regionale.
Metode de reducere a evapotranspirației
În agricultură și gestionarea resurselor de apă, se aplică diverse tehnici pentru diminuarea pierderilor de apă prin evapotranspirație: