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.