Em um reservatório raso localizado em região semiárida, observa-se que, durante a estação seca, a evaporação estimada pelo método Penman-Monteith supera em mais de 20 \% a evaporação medida por um tanque Classe A instalado próximo ao espelho d’água. Dados complementares mostram: (i) redução significativa da velocidade do vento no período analisado; (ii) aumento da temperatura da água, com estratificação térmica moderada; (iii) elevada turbidez causada por ressuspensão de sedimentos; e (iv) variação diária expressiva da área inundada devido à operação para irrigação.
Considerando esses fatores, qual é a interpretação mais adequada para explicar a discrepância entre as estimativas de evaporação?
a) A elevada turbidez reduz a absorção de radiação pela coluna d’água, diminuindo o fluxo de calor disponível para evaporação no reservatório e tornando o tanque Classe A mais representativo das condições reais.
b) A estratificação térmica moderada aumenta a estabilidade atmosférica acima do reservatório, reduzindo o coeficiente de arrasto e, consequentemente, fazendo com que o Penman-Monteith subestime a evaporação real.
c) A redução da velocidade do vento diminui a componente aerodinâmica do Penman-Monteith, mas a maior disponibilidade de energia na superfície turva e quente pode levar o modelo a superestimar a evaporação em comparação ao tanque Classe A, que não reflete adequadamente o balanço energético do reservatório.
d) A variação diária da área inundada reforça a eficiência evaporativa do tanque Classe A, pois esse equipamento ajusta automaticamente seu coeficiente de pan ao tamanho variável do espelho d’água.
e) A maior temperatura da água reduz o gradiente de pressão de vapor entre a superfície e a atmosfera, o que explica a maior evaporação estimada pelo Penman-Monteith em relação ao tanque Classe A.

Passo 1

O enunciado pede que se escolha, entre as alternativas dadas, a interpretação mais adequada para explicar por que a evaporação estimada pelo método Penman–Monteith supera em mais de 20\% a evaporação medida por um tanque Classe A próximo ao espelho d’água. As informações fornecidas são:
  • A estimativa pelo Penman–Monteith é mais de 20\% maior que a medida pelo tanque Classe A.
  • (i) Redução significativa da velocidade do vento no período analisado.
  • (ii) Aumento da temperatura da água, com estratificação térmica moderada.
  • (iii) Elevada turbidez causada por ressuspensão de sedimentos.
  • (iv) Variação diária expressiva da área inundada devido à operação para irrigação.
    A tarefa é avaliar as cinco alternativas (a–e) e indicar qual explica melhor a discrepância observada.

Passo 2

Entendendo, de forma didática, o que o método Penman–Monteith calcula e de quais termos ele depende. Vou apresentar a forma prática usada pela FAO (versão simplificada), explicando cada termo devagarinho:
E = \frac{0,408\,s\,(R_n - G) + \gamma\,\dfrac{900}{T+273}\,u_2\,(e_s - e_a)}{s + \gamma\,(1 + 0{,}34\,u_2)}
Explicando cada variável (com linguagem simples):
  • E: evaporação (ou evapotranspiração de referência), normalmente em \mathrm{mm\\ d^{-1}}. É o que o método estima.
  • R_n: radiação líquida disponível na superfície (energia disponível para aquecer e evaporar a água), em \mathrm{MJ\\ m^{-2}\\ d^{-1}}.
  • G: fluxo de calor no corpo de água (no solo era o calor armazenado), em \mathrm{MJ\\ m^{-2}\\ d^{-1}}. Para água aberta, representa troca/armazenamento de calor na coluna.
  • s: declive da curva de pressão de vapor saturado em função da temperatura (quanto muda a pressão de vapor saturado ao mudar a temperatura); mede sensibilidade da pressão de vapor à temperatura.
  • \gamma: constante psicrométrica (relaciona pressão de vapor e temperatura; depende da pressão atmosférica).
  • T: temperatura do ar em ^{\circ}\mathrm{C}.
  • u_2: velocidade do vento à altura de 2\\ \mathrm{m}.
  • e_s: pressão de vapor saturado (na temperatura do ar).
  • e_a: pressão de vapor atual do ar (humidade real).
    A equação tem dois termos principais:
  • Termo de energia (proporcional a s(R_n-G)): quanto de energia está disponível para evaporar água.
  • Termo aerodinâmico (proporcional a u_2(e_s-e_a)): capacidade do ar de levar vapor embora, dependente de vento e do déficit de vapor (gradiente de pressão de vapor).
Importante: se a radiação líquida R_n aumenta ou se a superfície fica mais quente (aumentando e_s), a componente de evaporação tende a subir. Se o vento u_2 diminui, a componente aerodinâmica diminui.

Passo 3

O que mede um tanque Classe A e por que ele pode diferir de um reservatório natural. Pontos-chave:
  • O tanque Classe A é um pequeno recipiente padronizado; a evaporação medida nele ( E_{pan}) não é igual, automaticamente, à evaporação de um lago/ reservatório ( E_{lake}). Usa‑se um coeficiente de panela K_p para converter E_{pan} em E_{lake}: E_{lake} \approx K_p E_{pan}.
  • Diferenças físicas importantes entre pan e reservatório: profundidade, calor específico da massa de água atendida (pan é raso e tem parede metálica), troca de calor com o fundo e margens, geometria e fetch (reserva de vento sobre a água), condicionamento do microclima local.
  • Por isso, medidas em pan podem superestimar ou subestimar a evaporação real do reservatório dependendo das condições (vento, radiação, temperatura da água, profundidade, etc.). O coeficiente K_p não é um número fixo universal — varia com vento, temperatura, umidade, fetch e características locais.

Passo 4

Análise isolada do efeito da redução da velocidade do vento ((i) do enunciado). Como isso atua sobre os dois lados:
  • No modelo Penman–Monteith: redução de u_2 reduz claramente o termo aerodinâmico \propto u_2\,(e_s-e_a) e também aparece no denominador; portanto, tudo o mais constante, E diminui quando u_2 diminui.
  • No tanque Classe A: menos vento reduz também a perda convectiva e a ventilação sobre a superfície do pan, tipicamente reduzindo a evaporação medida. Em regimes de vento muito baixo, a diferença entre pan e reservatório pode aumentar porque o efeito do fetch no reservatório muda pouco, mas o pan, por ser pequeno, tem comportamentos diferentes.
    Conclusão parcial: redução do vento tende a diminuir tanto a estimativa teórica quanto a medida experimental — por si só não explica por que Penman–Monteith ficou 20% maior que o pan (esperaríamos que PM caísse e possivelmente ficasse menor).

Passo 5

Análise do aumento da temperatura da água e da estratificação térmica moderada ((ii)). E por que isso importa:
  • A temperatura da superfície da água afeta fortemente a pressão de vapor saturado e_s: quanto maior T_\text{superfície}í, maior e_s. A relação é não linear (lei de Clausius–Clapeyron); portanto um pequeno aumento de temperatura pode aumentar razoavelmente e_s e ampliar o gradiente e_s - e_a se a humidade do ar não aumentar na mesma proporção.
  • Estratificação moderada significa que o calor absorvido fica concentrado nas camadas superiores (a superfície), gerando uma superfície mais quente do que a média da coluna. Isso aumenta a tendência da superfície a evaporar mesmo que o vento seja baixo.
  • No Penman–Monteith clássico para referência (usado com dados meteorológicos), o termo de energia e a diferença de pressão de vapor são sensíveis à temperatura; se os dados usados no PM refletirem ar e radiação (e não a temperatura exata da pele da água), pode haver discrepâncias; mas qualitativamente um reservatório com superfície mais quente tende a ter maior potencial evaporativo.

Passo 6

Análise do efeito da elevada turbidez causada por ressuspensão de sedimentos ((iii)).
  • Turbidez implica que a radiação incidente é absorvida mais na camada superficial em vez de penetrar profundamente. Consequência prática: maior aquecimento da camada superficial (película) da água, aumento da temperatura da interface água–ar e, então, aumento da pressão de vapor saturado imediatamente acima da superfície.
  • Ou seja, turbidez concentra energia útil para evaporação na camada superior, promovendo maior fluxo latente (evaporação) por unidade de radiação absorvida.
  • Para o tanque Classe A: o comportamento térmico da água no pan (metálico, raso) é diferente — pode haver maior perda por condução e troca com as paredes, e a temperatura da água no pan pode não reproduzir a mesma elevação de temperatura superficial observada no reservatório turvo.

Passo 7

Efeito combinado e por que isso pode fazer o Penman–Monteith superar a medida do pan. Resumindo os fatos físicos:
  • Redução do vento diminui a componente aerodinâmica em ambos os casos, tendendo a reduzir evaporação. Mas:
  • Turbidez + estratificação concentram energia na superfície e elevam a temperatura da pele da água, aumentando e_s local e criando um forte potencial de evaporação controlado pela componente energética (termo s(R_n-G) e por e_s-e_a).
  • O Penman–Monteith, quando usado com radiação e temperatura do ar/estação, pode capturar o aumento da disponibilidade de energia e do déficit de vapor (especialmente se os dados de radiação e temperatura refletirem condições que promovem superfície quente), resultando em estimativas elevadas.
  • O tanque Classe A pode medir menos evaporação do que o reservatório “real” por vários motivos: seu coeficiente K_p pode ser inadequado nas condições de baixa velocidade do vento e alta turbidez; diferenças de calor armazenado e geometria do pan podem fazer o pan aquecer menos na superfície (ou perder calor de forma diferente) e, assim, ter menor evaporação medida do que a que o modelo (que usa as variáveis meteorológicas e a disponibilidade de energia) prevê para a água aberta.
  • Além disso, a variação diária da área inundada (iv) altera fetch e microclima local, tornando difícil que um único pan fixe represente corretamente o reservatório em todas as horas; isto tende a aumentar a dispersão entre estimativa e medida.
Conclusão física (antes de olhar as alternativas): os fatores (ii) e (iii) (água mais quente e turbidez) aumentam a disponibilidade de energia na interface e o potencial de evaporação; a redução do vento diminui a parte aerodinâmica, mas não necessariamente compensa o ganho energético na superfície. Portanto é plausível que um método baseado em balanço energético+aerodinâmico (Penman–Monteith) indique taxas maiores do que um pan cuja resposta térmica e hidrodinâmica são diferentes.

Passo 8

Análise crítica e rápida das alternativas dadas:
  • a) Afirma que elevada turbidez reduz a absorção de radiação pela coluna, diminuindo o fluxo de calor disponível para evaporação e fazendo o tanque ser mais representativo. Comentário: na verdade a turbidez aumenta a absorção na camada superficial (reduz penetração, mas concentra energia na superfície), o que tende a aumentar, não diminuir, a energia disponível para evaporação na interface. Logo (a) tem a direção do efeito errada.
  • b) Diz que estratificação aumenta a estabilidade atmosférica acima do reservatório, reduzindo coeficiente de arrasto e fazendo o Penman–Monteith subestimar a evaporação. Comentário: o enunciado mostra que Penman–Monteith superestima (não subestima). Além disso, estratificação que aquece a superfície tende a aumentar gradientes e/ou efeitos energéticos; a afirmação é inconsistente com as observações.
  • c) Afirma que a redução do vento diminui a componente aerodinâmica do Penman–Monteith, mas a maior disponibilidade de energia na superfície turva e quente pode levar o modelo a superestimar a evaporação em comparação ao tanque, que não reflete adequadamente o balanço energético do reservatório. Comentário: isto combina corretamente os efeitos: vento baixo reduz termo aerodinâmico, porém turbidez + água mais quente aumentam a disponibilidade de energia à interface; e o tanque Classe A pode não espelhar o balanço energético e a resposta térmica do reservatório. Essa alternativa está coerente fisicamente com os fatos observados e com a direção da discrepância (PM maior que pan).
  • d) Afirma que a variação diária da área inundada reforça a eficiência evaporativa do tanque porque ele ajusta automaticamente seu coeficiente de pan. Comentário: tanque Classe A não ajusta automaticamente seu coeficiente K_p ao tamanho do espelho d’água; pelo contrário, variações de área tendem a tornar o pan menos representativo. Associação incorreta e falsa.
  • e) Afirma que maior temperatura da água reduz o gradiente de pressão de vapor entre superfície e atmosfera, explicando por que PM estima mais evaporação. Comentário: isto está com a física invertida — aumento da temperatura da água aumenta a pressão de vapor saturado da superfície e, se o ar não se aquecer na mesma proporção, aumenta o gradiente e_s-e_a, não o reduz; além disso, a afirmação não explica por que PM > pan de forma consistente.

Passo 9

Síntese final e escolha: a alternativa (c) é a que melhor explica a situação, porque:
  • Recolhe corretamente que vento reduz o termo aerodinâmico (efeito observado).
  • Reconhece que turbidez e aquecimento superficial aumentam a energia disponível na interface, elevando potencial evaporativo que o Penman–Monteith, baseado em radiação e temperatura, pode captar.
  • Observa que o tanque Classe A pode não refletir o balanço energético do reservatório (diferenças de profundidade, paredes, calor armazenado, fetch e variação de área), levando a medidas de pan menores do que a estimativa pelo modelo.

Resposta

c

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