Improving reference evapotranspiration (ETo) calculation under limited data conditions in the high Tropical Andes
El cálculo de la evapotranspiración del cultivo de referencia (ETo) utilizando la ecuación FAO56 Penman-Monteith (PM-ETo) requiere datos sobre las temperaturas máxima y mínima del aire (Tmax, Tmin), la humedad relativa (RH), la radiación solar (Rs) y el viento. velocidad (u2). Sin embargo, los re...
Main Author: | |
---|---|
Other Authors: | |
Format: | masterThesis |
Language: | eng |
Published: |
Universidad de Cuenca
2021
|
Subjects: | |
Online Access: | http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/35867 |
_version_ | 1785802329028558848 |
---|---|
author | Vásquez Ojeda, Cristina Alejandra |
author2 | Carrillo Rojas, Galo José |
author_facet | Carrillo Rojas, Galo José Vásquez Ojeda, Cristina Alejandra |
author_sort | Vásquez Ojeda, Cristina Alejandra |
collection | DSpace |
description | El cálculo de la evapotranspiración del cultivo de referencia (ETo) utilizando la ecuación
FAO56 Penman-Monteith (PM-ETo) requiere datos sobre las temperaturas máxima y
mínima del aire (Tmax, Tmin), la humedad relativa (RH), la radiación solar (Rs) y el viento.
velocidad (u2). Sin embargo, los registros de las variables meteorológicas suelen ser
incompletos o de mala calidad. Con frecuencia, en las zonas montañosas como las de
los Andes, los sensores ambientales están sujetos a duras condiciones, debido a la
variabilidad climática diurna / nocturna que genera condiciones desafiantes para el
monitoreo meteorológico, lo que conduce a la pérdida de datos. Para paisajes de gran
altitud como los Andes, las variables faltantes de déficit de presión de vapor y radiación
solar causan un alto impacto en el cálculo de PM-ETo. Para evaluar estas limitaciones,
en la presente investigación se han considerado varios métodos que se basan en la
temperatura máxima y mínima para estimar las variables faltantes. Con base en datos
de tres estaciones meteorológicas automáticas en los Andes tropicales altos (páramo
húmedo, 3298 - 3955 m s.n.m.), encontramos que la calibración y validación de métodos
fueron esenciales para estimar Rs. Utilizando el método de De Jong y Stewart (1993)
(Rs-DS) obtuvimos el rendimiento más alto, un RMSE entre 2,89 y 3,81 MJ m-2 día-1
.
Además, en ausencia de observaciones de HR, reemplazar la temperatura del punto de
rocío (Tdew) por Tmin fue una alternativa confiable, cuando se aplicó el método de Allen
et al. (1998) (VPD-FAO) que mostró el mayor desempeño con RMSE entre 0.08 y 0.12
kPa. Estos resultados arrojaron estimaciones de PM-ETo altamente precisas, con RMSE
entre 0,29 y 0,34 mm día-1 y RMSE entre 0,12 y 0,18 mm día-1
, respectivamente. Como
era de esperar, cuando faltaban ambas variables, el cálculo de ETo aumentó su error,
con un RMSE entre 0,32 y 0,42 mm día-1
. Una estimación adecuada de ETo en el páramo
andino contribuye a mejorar la productividad del agua para usos domésticos e
industriales, agricultura de regadío e hidroeléctrica. |
format | masterThesis |
id | oai:dspace.ucuenca.edu.ec:123456789-35867 |
institution | Universidad de Cuenca |
language | eng |
publishDate | 2021 |
publisher | Universidad de Cuenca |
record_format | dspace |
spelling | oai:dspace.ucuenca.edu.ec:123456789-358672021-03-22T08:00:52Z Improving reference evapotranspiration (ETo) calculation under limited data conditions in the high Tropical Andes Vásquez Ojeda, Cristina Alejandra Carrillo Rojas, Galo José Ingeniería Ambiental Páramo Radiación solar Vapor de agua Hidrología El cálculo de la evapotranspiración del cultivo de referencia (ETo) utilizando la ecuación FAO56 Penman-Monteith (PM-ETo) requiere datos sobre las temperaturas máxima y mínima del aire (Tmax, Tmin), la humedad relativa (RH), la radiación solar (Rs) y el viento. velocidad (u2). Sin embargo, los registros de las variables meteorológicas suelen ser incompletos o de mala calidad. Con frecuencia, en las zonas montañosas como las de los Andes, los sensores ambientales están sujetos a duras condiciones, debido a la variabilidad climática diurna / nocturna que genera condiciones desafiantes para el monitoreo meteorológico, lo que conduce a la pérdida de datos. Para paisajes de gran altitud como los Andes, las variables faltantes de déficit de presión de vapor y radiación solar causan un alto impacto en el cálculo de PM-ETo. Para evaluar estas limitaciones, en la presente investigación se han considerado varios métodos que se basan en la temperatura máxima y mínima para estimar las variables faltantes. Con base en datos de tres estaciones meteorológicas automáticas en los Andes tropicales altos (páramo húmedo, 3298 - 3955 m s.n.m.), encontramos que la calibración y validación de métodos fueron esenciales para estimar Rs. Utilizando el método de De Jong y Stewart (1993) (Rs-DS) obtuvimos el rendimiento más alto, un RMSE entre 2,89 y 3,81 MJ m-2 día-1 . Además, en ausencia de observaciones de HR, reemplazar la temperatura del punto de rocío (Tdew) por Tmin fue una alternativa confiable, cuando se aplicó el método de Allen et al. (1998) (VPD-FAO) que mostró el mayor desempeño con RMSE entre 0.08 y 0.12 kPa. Estos resultados arrojaron estimaciones de PM-ETo altamente precisas, con RMSE entre 0,29 y 0,34 mm día-1 y RMSE entre 0,12 y 0,18 mm día-1 , respectivamente. Como era de esperar, cuando faltaban ambas variables, el cálculo de ETo aumentó su error, con un RMSE entre 0,32 y 0,42 mm día-1 . Una estimación adecuada de ETo en el páramo andino contribuye a mejorar la productividad del agua para usos domésticos e industriales, agricultura de regadío e hidroeléctrica. The computation of the reference crop evapotranspiration (ETo) using the FAO56 Penman-Monteith equation (PM-ETo) requires data on maximum and minimum air temperatures (Tmax, Tmin), relative humidity (RH), solar radiation (Rs), and wind speed (u2). Nevertheless, the records of meteorological variables are often incomplete or of poor quality. Frequently, in the mountain areas such as those of the Andes, environmental sensors are subject to harsh conditions, due to the diurnal/nocturnal climatic variability causing challenging conditions for meteorological monitoring, which leads to data loss. For high-elevation landscapes like the Andes, the missing variables of vapor pressure deficit and solar radiation cause a high impact on PM-ETo calculation. To assess these limitations, several methods relying on maximum and minimum temperature to estimate the missing variables have been considered in the present investigation. Based on data from three automatic weather stations in the high Tropical Andes (humid páramo, 3298 – 3955 m a.s.l.), we found that the calibration and validation of methods were essential to estimate Rs. Using the De Jong and Stewart (1993) (RsDS) method we retrieved the highest performance, a RMSE between 2.89 and 3.81 MJ m-2 day-1 . Moreover, In the absence of RH observations, replacing the dew point temperature (Tdew) by Tmin was a reliable alternative, when apply the method of Allen et al. (1998) (VPD-FAO) which showed the highest performance with RMSE between 0.08 and 0.12 kPa. These results yielded highly accurate PM-ETo estimates, with RMSE between 0.29 and 0.34 mm day-1 and RMSE between 0.12 and 0.18 mm day-1 , respectively. As expected, when both variables were missing, the ETo calculation increased its error, with an RMSE between 0.32 and 0.42 mm day-1 . A proper estimation of ETo in the Andean páramo contributes to improved water productivity for domestic and industrial uses, irrigated agriculture, and hydropower. Magíster en Hidrología con mención en Ecohidrología Cuenca 2021-03-16T18:53:21Z 2021-03-16T18:53:21Z 2021-03-16 masterThesis http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/35867 eng TM4;1803 Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ openAccess application/pdf application/pdf Universidad de Cuenca |
spellingShingle | Ingeniería Ambiental Páramo Radiación solar Vapor de agua Hidrología Vásquez Ojeda, Cristina Alejandra Improving reference evapotranspiration (ETo) calculation under limited data conditions in the high Tropical Andes |
title | Improving reference evapotranspiration (ETo) calculation under limited data conditions in the high Tropical Andes |
title_full | Improving reference evapotranspiration (ETo) calculation under limited data conditions in the high Tropical Andes |
title_fullStr | Improving reference evapotranspiration (ETo) calculation under limited data conditions in the high Tropical Andes |
title_full_unstemmed | Improving reference evapotranspiration (ETo) calculation under limited data conditions in the high Tropical Andes |
title_short | Improving reference evapotranspiration (ETo) calculation under limited data conditions in the high Tropical Andes |
title_sort | improving reference evapotranspiration (eto) calculation under limited data conditions in the high tropical andes |
topic | Ingeniería Ambiental Páramo Radiación solar Vapor de agua Hidrología |
url | http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/35867 |
work_keys_str_mv | AT vasquezojedacristinaalejandra improvingreferenceevapotranspirationetocalculationunderlimiteddataconditionsinthehightropicalandes |