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
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
, 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.
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
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
a evaporação medida por um tanque Classe
próximo ao espelho d’água. As informações fornecidas são:
- A estimativa pelo Penman–Monteith é mais de
maior que a medida pelo tanque Classe . - (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:
Explicando cada variável (com linguagem simples):
-
: evaporação (ou evapotranspiração de referência), normalmente em . É o que o método estima. -
: radiação líquida disponível na superfície (energia disponível para aquecer e evaporar a água), em . -
: fluxo de calor no corpo de água (no solo era o calor armazenado), em . Para água aberta, representa troca/armazenamento de calor na coluna. -
: 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. -
: constante psicrométrica (relaciona pressão de vapor e temperatura; depende da pressão atmosférica). -
: temperatura do ar em . -
: velocidade do vento à altura de . -
: pressão de vapor saturado (na temperatura do ar). -
: pressão de vapor atual do ar (humidade real).
A equação tem dois termos principais: - Termo de energia (proporcional a
): quanto de energia está disponível para evaporar água. - Termo aerodinâmico (proporcional 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
aumenta ou se a superfície fica mais quente (aumentando
), a componente de evaporação tende a subir. Se o vento
diminui, a componente aerodinâmica diminui.
Passo 3
O que mede um tanque Classe
e por que ele pode diferir de um reservatório natural. Pontos-chave:
- O tanque Classe
é um pequeno recipiente padronizado; a evaporação medida nele ( ) não é igual, automaticamente, à evaporação de um lago/ reservatório ( ). Usa‑se um coeficiente de panela para converter em : . - 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
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
reduz claramente o termo aerodinâmico e também aparece no denominador; portanto, tudo o mais constante, diminui quando diminui. - No tanque Classe
: 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
: quanto maior , maior . A relação é não linear (lei de Clausius–Clapeyron); portanto um pequeno aumento de temperatura pode aumentar razoavelmente e ampliar o gradiente 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
: 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
local e criando um forte potencial de evaporação controlado pela componente energética (termo e por ). - 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
pode medir menos evaporação do que o reservatório “real” por vários motivos: seu coeficiente 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
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
não ajusta automaticamente seu coeficiente 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
, 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
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