Penman-Monteith with missing data and Hargreaves-Samani for ETo estimation in Espírito Santo state, Brazil

Abstract

The Penman-Monteith method (PM-FAO) is recommended as standard for calculation of reference evapotranspiration (ETo). However, its use requires a series of meteorological variables that is not normally available, restricting its application in many locations. A solution to the problem of unavailability of meteorological data was presented in FAO Bulletin 56, which contains methodologies for estimating wind speed, solar radiation and relative humidity. The objective of the present study was to evaluate the performance of the PM-FAO methodologies for missing data and Hargreaves-Samani as alternatives to the PM-FAO standard method at different time scales and seasons for the municipalities of Linhares and São Mateus, located in the northern region of the state of Espírito Santo. The comparison was performed using linear regression parameters (β 0 and β 1 ), coefficient of determination, standard error of estimation (SEE) and coefficient of performance. The best alternative to the standard PM-FAO standard method for estimating ETo in the studied area was the Penman-Monteith method with missing wind speed data, since the R 2 for this method always remained above 0.94 and the confidence coefficient was classified as great, for all seasons and scales. The Hargreaves-Samani method did not present satisfactory performance, with R 2 below 0.7, regardless of the time scale and time of the year, and it yielded the greatest SEE (1.0 mm d -1 ) at spring on a two-day scale. Thus, its use in the northern region of the Espírito Santo state is not recommended.

O método de Penman-Monteith (PM-FAO) é recomendado como padrão para cálculo da evapotranspiração de referência (ETo). Contudo, a sua utilização requer uma série de variáveis meteorológicas que normalmente não estão disponíveis, restringindo sua aplicação em muitos locais. Uma solução para o problema de indisponibilidade de dados meteorológicos, foi apresentado no boletim no 56 da FAO, o qual contém metodologias para estimar velocidade do vento, radiação solar e umidade relativa. O objetivo do presente estudo foi avaliar o desempenho das metodologias PM-FAO para dados faltantes e Hargreaves-Samani como alternativas ao método PM-FAO em diferentes escalas de tempo e estações do ano para as cidades de Linhares e São Mateus, localizadas na região norte do estado do Espírito Santo. A comparação foi realizada utilizando os parâmetros da regressão linear (β 0 e β 1 ), coeficiente de determinação, erro padrão de estimativa (SEE) e coeficiente de desempenho. A melhor alternativa ao método padrão, PM-FAO, para estimativa de ETo na área de estudo é o método de Penman-Monteith com dados faltantes de velocidade do vento, uma vez que o R 2 para este método foi sempre superior 0,94 e o coeficiente de desempenho classificado como ótimo, para todas as estações e escalas de tempo. O método de Hargreaves-Samani não apresentou desempenho satisfatório, com R 2 abaixo de 0,7 independente da escala de tempo e da época do ano e, produziu o maior SEE (1,0 mm d -1 ) na primavera na escala de dois dias. Assim, o seu uso na região norte do estado do Espírito Santo não é recomendado.