Estación de Balance de Energía : aportes hidrometeorológicos a escala local y regional

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Reunión de Trabajo sobre Redes de Monitoreo Hidrometeorológico(Rivas - Carmona - Ocampo - Schirmbeck - Holzman) – IHLLA Febrero de 2011

Estación de Balance de Energía: aportes hidrometeorológicos a

escala local y regionalRaúl Rivas1, 3, Facundo Carmona1, 2, Dora Ocampo1, 3, Juliano

Schirmbeck1 y Mauro Holzman1, 2

1 Instituto de Hidrología de Llanuras “Dr. Eduardo Jorge Usunoff”.2 Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica de Argentina. 3 Comisión de Investigaciones Científicas de Buenos Aires.

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CONSIDERACIONES SOBRE UNA EBE La EBE permite obtener información física y meteorológica a fin de monitorear y/o evaluar el estado hídrico de un sistema determinado.- Una Estación de Balance de Energía (EBE) puede ser instalada en un campo o parcela con una vegetación determinada, marismas y embalses entre otras superficies permitiendo obtener la pérdida real de agua del sistema considerado (entre otras aplicaciones…);- las EBE pueden complementarse con datos de imágenes de satélite (IS) para obtener magnitudes físicas de superficie píxel a píxel; y para tener datos on line- son fundamentales al momento de validar información de satélite (en término de albedo, radiación neta, flujo de calor latente y flujo de calor en el suelo) y para realizar modelos de flujo de superficie entre otras aplicaciones (p.e. project HAPEX, FIFE, SIFLEX y SAC-D soil moisture). - los sensores básicos que deben instalarse varían de acuerdo a los objetivos fijados y los procesos que se desarrollan.

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ORGANIZACIÓN DE LA PRESENTACIÓN

Presentar los sensores instalados en la EBE-IHLLA para la obtención de datos locales y validación de información de IS;

Mostrar la configuración y disposición de sensores para el seguimiento local y regional de la evapotranspiración y;

Presentar registros de mediciones y casos de estudio desarrollados en el último tiempo hasta la actualidad.

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dondeRn es la radiación neta, G el flujo de calor en el suelo, H el flujo de calor sensible, LE el flujo de calor latente (evapotranspiración), , Dh es la advección de flujo horizontal, Ph el flujo neto asociado al proceso de fotosíntesis y ΔS es el almacenamiento de calor en el sistema.

A nivel de superficie la Rn se distribuye de acuerdo a la ley de conservación de la energía:

Desde el punto de vista práctica, resulta la siguiente ecuación operativa ….

LA ECUACIÓN DE BE

siendo su uso más común la estimación de LE como término residual, tanto a escala local como regional.

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INSTRUMENTAL EN LA EBE

Rn (CNR1)

Rn(NR-LITE )

Ts (Apogee IRR-P 1505)

Ta y HR (CS215-L16)

u (Met One 034B)

Tsu (TC1047A), Hs (Decagon EC-10 H2O ), G (HFT3) y Tc (TC1047A)

Figura. Estación de BE instalada en el campo Laura Leofú (37°14’ S, 59°34’ O, 235 m)

Datalogger (Modelo 10X ), panel solar de 20 W, bateria de 12 V.

Comentar la importancia del dato medido, la calidad, la calibración

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La EBE en distintas cubiertas

Figura. Cubiertasmonitoreadas

Avena Soja de primera Rastrojo de Soja

Figura. Estación de Balance de Energía en: (a) Avena, (b) Soja y (c) Rastrojo. (a) (b) (c)

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Figura. Abrigo meteorológico

Información complementaria

Figura. Sensores de terreno:(a) Hydrosense Campbell (Hs), (b) radiómetro ST Pro Raytec apuntando a la fuente de calibrado marca Everest y (c) radiómetros Everest.

(a) (b) (c)

Figura. Estación meteorológica:Compuesta por sensores de Ta y HR, sensores de temperatura en el suelo, sensor de Hs (20 cm), sensor de radiación solar PAR (rango espectral 0,4 - 0,7 m) y pluviógrafo.μ

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APLICACIONES

Algunas Aplicaciones…

- validación de modelos para obtener albedo desde satélite;

- elaboración y validación de ecuaciones LST monocanal y split windows;

- ajuste de parámetros semiempíricos para modelos regionales de LE; p.e. el parámetro alfa de Priestley-Taylor o los parámetros A y B de Seguín and Itier (1983).- obtención de la conductividad térmica del suelo;

- generación de modelos de producción agrícola;

-validación de índices de estrés, entre otras.1- TVDI

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14/02/2010 (despejado) 15/02/2010 (nublado)

Datos generados

Figura. Términos de la ecuación de BE en una Soja de primera.

Figura. Términos de la ecuación de BE en un rastrojo (rastrojo de soja de primera).

16/04/2010 23/04/2010 26/04/2010 29/04/2010

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Figura. Registro diario del radiómetro neto CNR1.

Siendo….

Rs↓

Rl↑

Rl↓

Rsnd = Rs↓d - Rs↑d Rlnd = Rl↓d - Rl↑d

Rn con sensor CNR1

Rs↑

Registro de cinco años de los distintos componentes de la Rn a partir del sensor CNR1...

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Figura. Función de estimación de la Rnd a partir de la Rsnd para su uso con IS.

(días nublados y despejados, primavera-verano)Figura. Mapa de Rnd (W m-2) logrado con una imagen Landsat 5 (marzo 2010).

AJUSTE LOCAL APLICACIÓN REGIONAL...

Rnd píxel a píxel por medio de la Rs↓d (dato local) y el albedo obtenido desde IS píxel a píxel….

Utilidad local/regional de los datos de estación para la estimación de la Rn diaria

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Figura. Mapas de LE (mm día-1) a partir de la IS del sensor TM captada el 23/02/2010 para los días juliano: (a) 54, (b) 55, (c) 56, (d) 57, (e) 58 y (f) 59 del 2010.

Estimación de LEd píxel a píxel

Utilizando….Datos locales:- Radiación solar-Temperatura del aire

Datos de satélite:- Mapa de albedo.-G (puede despreciarse en ciertos casos)

y el modelo de Priestley - Taylor…..

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Figura. mapa de LE a escala diaria para los partidos de la provincia de Buenos Aires (Argentina) que aportan aguas a la cuenca del Río Salado.

La LEd se obtuvo como término residual del BE, usando una IS del sensor MODIS (Terra) y datos locales (estación de BE), donde cada término del BE se estimó píxel a píxel. La Rn se obtuvo por medio de:

, H por medio del modelo de resistencias de una capa:

y G como función del NDVI y de la Rnd (ver Schirmbeck y Rivas, 2007).

Estimación de la evapotranspiración a escala de cuenca (provincia de BA)

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COMENTARIOS FINALES1- El desarrollo productivo de la región muestra la necesidad de contar con instrumental específico con el fin de desarrollar modelos para estimar variables hidrológicas, en particular la evapotranspiración, a partir del conocimiento energético del sistema suelo-agua-planta.

2- La Teledetección combinada con datos de una EBE permite comprender y/o analizar el balance de energía en diferentes cubiertas (avena, soja, pasturas naturales, suelo desnudo, entre otras) para luego desarrollar nuevos modelos a escala local y regional.

3- Como los estudios hidrológicos se rigen por balances de masa, se pretende por medio de éste trabajo comunicar a la comunidad científica no familiarizada con los balances de energía en superficie los instrumentos básicos y su potencialidad en estudios de éste tipo.

4- Actualmente la misión SAC-D brindará la posibilidad de integrar estaciones limnigráficas, meteorológicas y ambientales con antenas de transmisión que permitirán la transferencia de datos 2 veces al día (sistema similar al ARGOS).

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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN

La estación de BE fue adquirida con fondos de la OEA-BM-BPB, se mantiene y reequipa con recursos de Comisión de Investigaciones Científicas de Buenos Aires, la Universidad Nacional del Centro, la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica de Argentina (PRH N° 0032 UNCPBA - ANPCyT) y el MINCyT-CONAE.

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