Evapotranspiration - Evapotranspiration
L'évapotranspiration ( ET ) est la somme de l' évaporation de l'eau et de la transpiration d'une surface vers l' atmosphère . L'évaporation représente le mouvement de l'eau dans l'air à partir de sources telles que le sol, l' interception de la canopée et les plans d'eau. La transpiration explique le mouvement de l'eau dans une plante et la sortie subséquente de l'eau sous forme de vapeur à travers les stomates de ses feuilles chez les plantes vasculaires et les phyllides chez les plantes non vasculaires . Une plante qui contribue à l'évapotranspiration est appelée évapotranspiration. L'évapotranspiration est une partie importante du cycle de l' eau .
L'évapotranspiration potentielle ( PET ) est une représentation de la demande environnementale d'évapotranspiration et représente le taux d'évapotranspiration d'une courte culture verte (herbe), ombrageant complètement le sol, de hauteur uniforme et avec un état hydrique adéquat dans le profil du sol. C'est le reflet de l'énergie disponible pour évaporer l'eau et du vent disponible pour transporter la vapeur d' eau du sol vers la basse atmosphère. Souvent, une valeur pour l'évapotranspiration potentielle est calculée à une station climatique voisine sur une surface de référence, de l'herbe courte conventionnellement. Cette valeur est appelée évapotranspiration de référence (ET 0 ). On dit que l'évapotranspiration réelle est égale à l'évapotranspiration potentielle lorsqu'il y a suffisamment d'eau. Certains États américains utilisent une culture de référence de luzerne à couverture complète d'une hauteur de 0,5 m, plutôt que la référence d'herbe verte courte, en raison de la valeur plus élevée d'ET de la référence de luzerne.
Cycle de l'eau
Les types de végétation et l'utilisation des terres affectent de manière significative l'évapotranspiration, et donc la quantité d'eau quittant un bassin versant. Parce que l'eau transpirée à travers les feuilles provient des racines, les plantes avec des racines profondes peuvent transpirer de l'eau plus constamment. Les plantes herbacées transpirent généralement moins que les plantes ligneuses car elles ont généralement un feuillage moins étendu. Les forêts de conifères ont tendance à avoir des taux d'évapotranspiration plus élevés que les forêts de feuillus , en particulier pendant les saisons de dormance et au début du printemps. Cela est principalement dû à la quantité accrue de précipitations interceptées et évaporées par le feuillage des conifères au cours de ces périodes. Les facteurs qui affectent l'évapotranspiration comprennent le stade de croissance ou le niveau de maturité de la plante, le pourcentage de couverture du sol, le rayonnement solaire , l' humidité , la température et le vent . Les mesures isotopiques indiquent que la transpiration est la composante la plus importante de l'évapotranspiration.
Par évapotranspiration, les forêts peuvent réduire l'apport en eau, sauf dans des écosystèmes uniques appelés forêts de nuages et forêts tropicales.
Les arbres des forêts de nuages collectent l'eau liquide sous forme de brouillard ou de nuages bas à leur surface, qui s'égoutte jusqu'au sol. Ces arbres contribuent toujours à l'évapotranspiration, mais collectent souvent plus d'eau qu'ils ne s'évaporent ou ne transpirent.
Dans les forêts tropicales humides, l'apport en eau est augmenté (par rapport aux terres défrichées dans la même zone climatique) car l'évapotranspiration augmente l'humidité dans la forêt (dont une partie revient rapidement sous forme de précipitations ressenties au niveau du sol sous forme de pluie). La densité de la végétation réduit les températures au niveau du sol (réduction des pertes dues à l'évaporation de surface) et réduit la vitesse du vent (réduction de la perte d'humidité dans l'air). L'effet combiné entraîne une augmentation des débits de surface et une nappe phréatique plus élevée tandis que la forêt tropicale est préservée. Le défrichement des forêts tropicales conduit fréquemment à la désertification à mesure que les températures au niveau du sol augmentent, la couverture végétale est perdue ou intentionnellement détruite par le défrichement et le brûlage, l'humidité du sol est réduite par le vent et les sols sont facilement érodés par les vents violents et les précipitations.
Dans les zones non irriguées, l'évapotranspiration réelle n'est généralement pas supérieure aux précipitations , avec un certain tampon dans le temps en fonction de la capacité du sol à retenir l'eau. Ce sera généralement moins parce qu'une partie de l'eau sera perdue en raison de la percolation ou du ruissellement de surface. Une exception est les zones avec des nappes phréatiques élevées , où l'action capillaire peut faire remonter l'eau des eaux souterraines à travers la matrice du sol jusqu'à la surface. Si l'évapotranspiration potentielle est supérieure aux précipitations réelles, le sol s'asséchera, à moins que l' irrigation ne soit utilisée.
L'évapotranspiration ne peut jamais être supérieure à l'évapotranspiration potentielle ( PET ), mais elle peut être inférieure s'il n'y a pas assez d'eau à évaporer ou si les plantes sont incapables de transpirer facilement.
Estimation de l'évapotranspiration
L'évapotranspiration peut être mesurée ou estimée à l'aide de plusieurs méthodes.
Méthodes indirectes
Les données sur l' évaporation du bac peuvent être utilisées pour estimer l'évaporation du lac, mais la transpiration et l'évaporation de la pluie interceptée sur la végétation sont inconnues. Il existe trois approches générales pour estimer indirectement l'évapotranspiration.
Bilan hydrique du bassin versant
L'évapotranspiration peut être estimée en créant une équation du bilan hydrique d'un bassin versant. L'équation équilibre la variation de l'eau stockée dans le bassin ( S ) avec les entrées et les sorties :
L'entrée est la précipitation ( P ) et les sorties sont l'évapotranspiration (qui doit être estimée), le débit ( Q ) et la recharge des eaux souterraines ( D ). Si le changement dans le stockage, les précipitations, le débit et la recharge des eaux souterraines sont tous estimés, le flux manquant, ET, peut être estimé en réorganisant l'équation ci-dessus comme suit :
Bilan énergétique
Une troisième méthodologie pour estimer l'évapotranspiration réelle est l'utilisation du bilan énergétique.
où λE est l'énergie nécessaire pour changer la phase de l'eau de liquide à gazeuse, R n est le rayonnement net, G est le flux de chaleur du sol et H est le flux de chaleur sensible . À l'aide d'instruments tels qu'un scintillomètre , des plaques de flux de chaleur du sol ou des compteurs de rayonnement, les composants du bilan énergétique peuvent être calculés et l'énergie disponible pour l'évapotranspiration réelle peut être résolue.
Les algorithmes SEBAL et METRIC résolvent le bilan énergétique à la surface de la Terre en utilisant l'imagerie satellitaire. Cela permet de calculer l'évapotranspiration réelle et potentielle pixel par pixel. L'évapotranspiration est un indicateur clé de la gestion de l'eau et de la performance de l'irrigation. SEBAL et METRIC permettent de cartographier ces indicateurs clés dans le temps et dans l'espace, en jours, semaines ou années.
Méthodes expérimentales de mesure de l'évapotranspiration
Une méthode de mesure de l'évapotranspiration consiste à utiliser un lysimètre de pesée . Le poids d'une colonne de sol est mesuré en continu et le changement de stockage d'eau dans le sol est modélisé par le changement de poids. Le changement de poids est converti en unités de longueur en utilisant la surface du lysimètre de pesée et le poids unitaire de l'eau. l'évapotranspiration est calculée comme le changement de poids plus les précipitations moins la percolation.
Covariance de Foucault
La méthode la plus directe de mesure de l'évapotranspiration est la technique de covariance turbulente dans laquelle les fluctuations rapides de la vitesse verticale du vent sont corrélées avec les fluctuations rapides de la densité de vapeur d' eau atmosphérique . Cela estime directement le transfert de vapeur d'eau (évapotranspiration) de la surface du sol (ou de la canopée) vers l'atmosphère.
Équations hydrométéorologiques
L'équation la plus générale et la plus largement utilisée pour calculer l'ET de référence est l' équation de Penman . La variation Penman-Monteith est recommandée par l' Organisation pour l' alimentation et l'agriculture et l' American Society of Civil Engineers . L' équation plus simple de Blaney-Criddle était populaire dans l'ouest des États-Unis pendant de nombreuses années, mais elle n'est pas aussi précise dans les régions à forte humidité. D'autres solutions utilisées incluent Makkink, qui est simple mais doit être calibrée pour un emplacement spécifique, et Hargreaves.
Pour convertir l'évapotranspiration de référence en évapotranspiration réelle de la culture, un coefficient de culture et un coefficient de stress doivent être utilisés. Les coefficients de culture tels qu'utilisés dans de nombreux modèles hydrologiques changent généralement au cours de l'année pour tenir compte du fait que les cultures sont saisonnières et, en général, les plantes se comportent différemment au cours des saisons : les plantes vivaces mûrissent sur plusieurs saisons et les réponses au stress peuvent dépendre de manière significative de nombreux aspects de l'état de la plante.
Évapotranspiration potentielle
L'évapotranspiration potentielle (PET) est la quantité d'eau qui serait évaporée et transpirée par une culture ou un écosystème spécifique s'il y avait suffisamment d' eau disponible. Cette demande intègre l'énergie disponible pour l'évaporation et la capacité de la basse atmosphère à transporter l'humidité évaporée loin de la surface terrestre. L'évapotranspiration potentielle est plus élevée en été, les jours moins nuageux, et plus près de l'équateur, en raison des niveaux plus élevés de rayonnement solaire qui fournit l'énergie nécessaire à l'évaporation. L'évapotranspiration potentielle est également plus élevée les jours de vent, car l'humidité évaporée peut être rapidement évacuée du sol ou de la surface de la plante, permettant à plus d'évaporation de remplir sa place.
L'évapotranspiration potentielle est exprimée en termes de profondeur d'eau et peut être représentée graphiquement au cours de l'année (voir figure).
L'évapotranspiration potentielle est généralement mesurée indirectement, à partir d'autres facteurs climatiques, mais dépend également du type de surface, comme l'eau libre (pour les lacs et les océans ), le type de sol pour les sols nus et la végétation . Souvent, une valeur pour l'évapotranspiration potentielle est calculée à une station climatique voisine sur une surface de référence, de l'herbe courte conventionnellement. Cette valeur est appelée évapotranspiration de référence et peut être convertie en une évapotranspiration potentielle en la multipliant par un coefficient de surface. En agriculture, c'est ce qu'on appelle un coefficient de culture. La différence entre l'évapotranspiration potentielle et les précipitations est utilisée dans la programmation de l'irrigation .
L'évapotranspiration potentielle annuelle moyenne est souvent comparée aux précipitations annuelles moyennes, P. Le rapport des deux, P/PET, est l' indice d'aridité . Un climat subtropical humide est une zone de climat caractérisée par des étés chauds et humides, et des hivers froids à doux. Les régions subarctiques se situent entre 50°N et 70°N de latitude, selon les climats locaux. Les précipitations sont faibles et la végétation est caractéristique de la forêt de conifères/taïga.
Liste des modèles d'évapotranspiration basés sur la télédétection
- ALEXI
- BAITSSS
- MÉTRIQUE
- Méthode Abtew
- SEBAL
- SEBS
- SSEBop
Voir également
- Flux de covariance de Foucault (alias corrélation de Foucault, flux de Foucault)
- Hydrologie (agriculture)
- Évaluation hydrologique de la performance des décharges (HELP)
- Flux de chaleur latente
- Système d'évaluation et de planification de l'eau (WEAP)
- Continuum de l'atmosphère des plantes du sol
- Irrigation déficitaire