Evaluación de un modelo para estimar la radiación neta sobre un cultivo de tomate industrial

• Introducción
• Materiales y métodos
• Resultados y discusión
• Conclusiones
• Literatura citada

ABSTRACT: A study was carried out in order to evaluated a model that estimates the net radiation (Rn) flux over a tomato crop (Lycopersicon esculentum Mill.) cv. Heinz 2150, under clear and cloudy conditions. For that purpose, an automatic meteorological station (EMA) was installed in the central part of the crop, located in the Panguilemo Experimental Station of the Faculty of Agronomy of the University of Talca (35º23’ S lat, 71°40’ W long, 110.5 m.o.s.l.). The EMA measured solar radiation, air temperature, relative humidity and vapor pressure at 20-min time intervals. Results indicated that the model was able to estimate the net radiation fluxes at 20-min time intervals with a standard error of estimate (DEE) of 34 W m-2 and absolute error (Ea) less than 3.2%. On a daily basis, the model estimated the Rn with a DEE and an Ea of 0.6 MJ m-2 d-1 (0.24 mm d-1) and 4.1% , respectively.

Key words: energy balance, water requirements, air emissivity, albedo, Lycopersicon esculentum

RESUMEN: Se realizó un estudio para evaluar un modelo que estima el flujo de radiación neta (Rn) sobre un cultivo de tomates (Licopersicon esculentumMill.) variedad Heinz 2150, bajo condiciones de día despejado y nublado. Para esto, una estación meteorológica automática (EMA) se instaló en la parte central del cultivo, localizado en la Estación Experimental de Panguilemo perteneciente a la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad de Talca (35°26’ lat. Sur; 71°41’ long. Oeste, 110,5 m.s.n.m.). La EMA fue usada para medir el flujo de radiación neta, flujo de radiación solar, temperatura del aire, humedad relativa y presión de vapor en intervalos de 20 min. Los resultados indicaron que el modelo fue capaz de estimar el flujo de radiación neta en intervalos de 20 min, con una desviación estándar del error (DEE) igual a 34 W m-2 y un error absoluto (Ea) menor a 3,2%. En términos diarios, el modelo estimó el flujo de Rn con una DEE y Ea iguales a 0,6 MJ m-2 d-2 (0,24 mm d-1) y 4,1%, respectivamente.

Palabras claves: balance de energía, requerimientos hídricos, emisividad del aire, albedo, Lycopersicon esculentum

INTRODUCCIÓN

Actualmente, los requerimientos hídricos de los cultivos o evapotranspiración real (ETreal) es cuantificada usando la evapotranspiración de un pasto en referencia (ETr), la cual es corregida para cada período fenológico por un coeficiente de cultivo (Kc) (Jensen et al., 1990; Allen et al., 1998). Por otro lado, recientes investigaciones han indicado que el modelo de Penman-Monteith (PM) puede ser usado para estimar en forma directa el consumo de agua de los cultivos, sin necesidad de utilizar la ETr y Kc (Kjelgaard et al., 1994; Farahani y Bausch, 1995; Rana et al., 1997). En Chile, Ortega-Farías et al. (2000b) implementaron una metodología basada en la ecuación de PM, para estimar directamente el consumo de agua de un cultivo de tomate (Lycopersicon estulentum Mill.) industrial usando estaciones meteorológicas automáticas (EMA) que miden variables climáticas (temperatura del aire (Ta), humedad relativa (HR), velocidad del viento (V), y radiación solar (Rs)) en intervalos de tiempo menores a 1 h. Sin embargo, para estimar directamente la ETreal, el modelo de PM requiere mediciones simultáneas del flujo del calor del suelo (G) y radiación neta (Rn), siendo esta última variable la fuerza motriz de los intercambios energéticos que ocurren sobre y dentro de la cubierta vegetal del cultivo.

El flujo de Rn o energía disponible es la fuerza principal que determina, en mayor medida, las pérdidas de agua de una cubierta vegetal cuando el agua en el suelo no es limitante. Por esta razón, el flujo de Rn es la principal variable de entrada en el modelo de PM y puede llegar a representar entre un 50 y 60% de la ETr en climas húmedos y subhúmedos, respectivamente (Jensen et al., 1990). Lamentablemente, la mayoría de las estaciones meteorológicas automáticas no incluyen sensores para medir el flujo de Rn, por lo que se hace necesario estimarlo a través de modelos físicos que utilizan como variable de entrada la Rs, Ta y HR (Ortega-Farías et al., 2000a). En la actualidad, los modelos desarrollados para estimar la Rn se han concentrado en los cultivos llamados "de referencia" como festuca (Festuca arundinácea) y alfalfa (Medicago sativa) (Allen et al., 1998), y por ello existe escasa información sobre modelos que permitan cuantificar la Rn sobre diferentes cubiertas vegetales.

El flujo de Rn representa el balance de energía de onda corta (0,15 a 3 m m) y onda larga (3 a 100 m m) que tiene disponible una cubierta vegetal para realizar los procesos de transferencia de agua desde el suelo a la atmósfera. Esta variable puede ser medida directamente usando un radiómetro neto, o bien realizando una estimación de su valor, a través de modelos que integran las variables que componen el balance de energía de onda larga y onda corta. En el caso de la radiación de onda corta, se ha encontrado que entre 20 y 25% de la radiación solar, que es la principal variable de entrada de los modelos de Rn, es reflejada a la atmósfera por la cubierta vegetal (Jensen et al., 1990). Por otro lado, el balance de radiación de onda larga se cuantifica a través de la Ley de Stefan-Boltzmann y depende del gradiente de temperatura entre el aire y el cultivo (Monteith y Unsworth, 1990). Considerando lo anterior, el flujo de Rn de un cultivo puede cuantificarse del siguiente modo (Brutsaert, 1982):

Rn = (1 – a ) Rs + e a s Ta4 – e s s Ts4 (1)

donde, Rn = flujo de radiación neta sobre una cubierta vegetal (W m-2); a = albedo o fracción de radiación de onda corta reflejada; Rs = flujo de radiación solar (W m-2); e a = emisividad del aire; s = constante de Stefan-Boltzman (5,67 10-8 W m-2 K-4); Ta = temperatura del aire (K); Ts = temperatura de la superficie o cubierta vegetal (K); e s = emisividad de la superficie o cubierta vegetal.

En la ecuación (1), Ts no está disponible en la mayoría de las estaciones meteorológicas automáticas, por lo que muchos autores han asumido que la Ta es igual a Ts para cubiertas vegetales que cubren completamente el suelo y no presentan déficit hídrico (Ortega-Farias et al., 1998). En estas condiciones, el supuesto anterior no produce errores graves en la estimación final de Rn. Por otro lado, el valor de e s es casi constante y varía entre 0,95 y 0,99 (Monteith y Unsworth, 1990). Con respecto al valor de e a, Ortega-Farias et al. (2000a) señalaron que la emisividad atmosférica es mucho más variable que e s , ya que este parámetro depende de los perfiles atmosféricos de humedad, temperatura, tipo de nube y grado de cobertura nubosa. Sin embargo, esta información generalmente no está disponible, por lo que muchos autores han propuesto relaciones empíricas que relacionan la e a con la humedad atmosférica y la temperatura del aire. De esta manera, el valor de e a se puede estimar como (Brutsaert, 1982):

donde, f = coeficiente empírico; ew = presión de vapor del aire (kPa).

Estudios realizados por Brutsaert (1982), Antonioletti et al. (1999) y Ortega-Farias et al. (2000a) indicaron que el coeficiente f es equivalente a 1,72 para un cultivo de festuca o alfalfa, creciendo en condiciones agronómicas óptimas y cubriendo completamente el suelo.

En base a lo anterior, el objetivo de la presente investigación fue implementar, para estaciones meteorológicas automáticas, un modelo predictivo del flujo de radiación neta sobre un cultivo de tomates en condiciones atmosféricas de días despejados y nublados.