Descripcion y Manual de Operacion Modelos Agrometeorologicos

5/11/2018 Descripcion y Manual de Operacion Modelos Agrometeorologicos - slidepdf.com

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FUNDACIÓN PRODUCE DEL ESTADO DE MORELOS

INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGÍA DEL AGUACOORDINACIÓN DE HIDROLOGÍA

SUBCOORDIANCIÓN DE HIDROMETEOROLOGÍA

INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONESFORESTALES, AGRÍCOLAS Y PECUARIAS

PROYECTO

OPERECIÓN Y MANTENIMIENTO DE LA REDAGROCLIMATOLÓGICA DEL ESTADO DE MORELOS.

(TH0722.3)

PRIMERA ETAPA DE CALIBRACIÓN E IMPLEMENTACIÓNDE MODELOS AGROMETEOROLÓGICOS A TIEMPO REALEN EL ESTADO DE MORELOS.

DESCRIPCIÓN Y MANUAL DE OPERACIÓN DE LOSMODELOS:

•

TIEMPO TÉRMICO• ÍNDICE DE SEVERIDAD FITOSANITARIA• PRONÓSTICO DE RIEGO

DICIEMBRE 2009



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Índice de contenido

1.- Antecedentes……………………………………………………………………………………………………………1.1.- Introducción……………………………………………………………………………………………

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2.- Modelo agrometeorológico de tiempo térmico……………………………

2.1.- Descripción del modelo…………………………………………………………………2.1.1.- Promedio horario……………………………………………………………2.1.1.- Promedio diario………………………………………………………………

2.1.1.- Seno simple…………………………………………………………………………

2.1.1.- Seno doble……………………………………………………………………………2.2.- Operación del modelo de tiempo térmico desde el

portal de Internet……………………………………………………………………………

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3.- Modelo agrometeorológico de pronóstico de riego………………

3.1.- Descripción del modelo…………………………………………………………………

3.2.- Operación del modelo de pronostico de riego

desde el portal de Internet……………………………………………………

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174.- Modelo agrometeorológico de índice de severidadfitosanitaria…………………………………………………………………………………………………………

4.1.- Descripción del modelo…………………………………………………………………

4.2.- Operación del modelo de índice de severidadFitosanitaria desde el portal de Internet………………

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Bibliografía……………………………………………………………………………………………………………………… 24



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1.- Antecedentes

En el año 2006 se estableció la red de estaciones agroclimatológicas del estado deMorelos, la cual actualmente cuenta con 22 estaciones operando y midiendo atiempo real.

Cada año la Fundación Produce del Estado de Morelos financia el proyecto deoperación y mantenimiento de la red de estaciones agroclimatológicas de la entidad,el cual es operado conjuntamente por el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua yel Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias.

Un problema a nivel nacional con respecto a la operación de redes de monitoreocorresponde a la poca aplicación de la información en los sistemas producto de cadaentidad, es por ello que la Fundación Produce del Estado de Morelos aprobó laimplementación y calibración de modelos agrometeorológicos que puedan seraplicados en la actividad agrícola con el fin de optimizar la producción.

1.1.- Introducción

La agrometeorología pretende poner a disposición de la agricultura los avancestecnológicos de la meteorología; estudia la adaptación de los cultivos agrícolas a losclimas, la capa superficial del aire, la relación del tiempo con las cosechas,enfermedades y plagas, la influencia de los factores y elementos del clima sobre lafonología de cultivos agrícolas; así como el control eficiente de los daños causadospor algunos fenómenos meteorológicos. Una de las principales actividades de lameteorología agrícola es la búsqueda permanente de las relaciones entre clima y el

rendimiento de los cultivos, problemas tan complejos que solo se tienen conclusionesaproximadas acerca de el.

Las interacciones entre los diversos factores que intervienen en la agrometeorología,permiten ampliar la aplicación de los resultados obtenidos, pero complican lasactividades agrometeorológicas, por lo que el trabajo se convierte eninterdisciplinario, requiriéndose la intervención de ingenieros agrónomosespecialistas en suelos, irrigación, fitotecnia, ganadería, parasicología, biólogos,meteorólogos y climatólogos. La agrometeorología es el conjunto interdisciplinarioque se encarga de proporcionar los conocimientos meteorológicos al servicio de laagricultura con el propósito de optimizar la producción.

La agrometeorología puede ser muy valiosa en la planeación de las actividadesagrícolas, como son:

a) Distribución de cultivos y variedades, en las regiones más adecuadas, para suexplotación comercial.

b) Planeación de trabajos de conservación de suelos, irrigación y drenajeagrícola.



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c) Apertura de áreas al cultivo y reubicación de cultivos de acuerdo con el sueloy clima.

d) Planeación de labores culturales adecuadas para contender con los factoresclimáticos limitantes para la agricultura.

e) Prevención de ataque de plagas o enfermedades.

f) Conocimiento previo de cosechas de cultivos de temporal, para planear elmonto de las exportaciones o importaciones.g) Monitoreo agrometeorológico en pequeñas cuencas representativas, para

estimar la intensidad, duración y frecuencia de la lluvia y posiblesescurrimientos superficiales.

h) Establecimiento de reservas ecológicas para la conservación de plantas yanimales silvestres.

i) Es importante para el agrometeorólogo conocer las condiciones detemperatura y humedad de los almacenes de granos y semillas.

Además del clima natural y sus variaciones locales, la agrometeorología también se

ocupa de estudiar las modificaciones artificiales del microclima o medio ambientecercano a las plantas, como las que se producen por usar cercas, palizadas, cortinasrompevientos e invernaderos.

2.- Modelo agrometeorologico de tiempo térmico.

2.1.- Descripción

El tiempo térmico combina el tiempo con la temperatura y se ha usado para predecirla fenología de los cultivos.

Un modelo fenológico permite predecir el tiempo en que ocurrirá un evento en eldesarrollo de un organismo, y el calor acumulado en este proceso se conoce comotiempo fisiológico o grados-día de crecimiento.

En esta aplicación intervienen datos como la temperatura y los umbrales inferior ysuperior del cultivo. Los umbrales de desarrollo inferior y superior son dosparámetros para considerar, cuando se refieren al efecto de la temperatura en eldesarrollo de las plantas. El umbral de desarrollo inferior es la temperatura pordebajo de la que una especie detiene su desarrollo y el umbral de desarrollosuperior, la temperatura en que la tasa de desarrollo comienza a decrecer. Dichosumbrales son únicos para cada organismo.

Para explicar este hecho, se usa el tiempo térmico que combina el tiempo con latemperatura y se ha usado para predecir la fenología de los cultivos. El tiempotérmico se ha expresado históricamente a través de diferentes términos: constantetérmica, unidades térmicas, unidades calor, grados día desarrollo, y grados díacrecimiento.



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Aplicaciones del tiempo térmico:

• Clasificación de los cultivos a sus necesidades de tiempo térmico para completarsu ciclo.

• Estimación de la fecha de maduración de utilidad para definir el último riego.•

Pronostico de la época de cosecha para un padrón de siembras definido.• Predicción de la duración del ciclo de vida, bajo condiciones naturales, de

parásitos para control biológico.• Anticipar el desarrollo de organismos dañinos con fines de control fitosanitario.• Estimar la intensidad de esporulación de hongos dañinos para los cultivos.

Existen varios métodos de cálculo de tiempo térmico pero son cuatro los que se hanimplementado:

1. El método de Promedio Horario.2. El método de Promedio Diario.

3. El método de Seno Simple.4. El método de Seno Doble.

2.1.1.- Promedio horario. En este método, primero se calculará la temperaturapromedio (Tprom) del día y posteriormente se calcularan los GDD.

Donde n es el total de registros detemperatura recibidos por la estacióndurante el día.

El Caso1 de los GDD es la ecuación general para estimar los grados día, sinembargo las ecuaciones siguientes son restricciones para obtener valores positivos.

El promedio horario se iguala al Tcmin (umbral inferior) si la Tprom (temperaturapromedio) es menor a Tcmin (Caso3), y se iguala a Tcmax (umbral superior) si laTprom > Tcmax (Caso2). Lo anterior indica que el proceso de desarrollo se retrasaen días fríos pero no se anula.



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Calculo de los grados día por el método de promedio horario:

GradosDia(Tprom,tcmin,tcmax)

1. Calcular los grados día (GD)Inicializar con valor de cero, una variable de tipo numérico de precisión doblecon 2 decimales. GD = 0;Si(Tprom >=tcmin y Tprom <= tcmax) entonces {GD = Tprom-tcmin;}Sino, Si(Tprom>tcmax) entonces {GD = tcmax-tcmin;}Sino entonces {GD = 0;}

2. Mostrar el valor de GD.

2.1.2.- Promedio diario. A diferencia del método anterior, en este método secalculará primero la temperatura media (Tmed) del día y posteriormente se

calcularan los GDD.

Donde Tmax es la temperatura

máxima del día y Tmin es latemperatura mínima del día.

Calculo de los grados día por el método de promedio diario.

GradosDiario(Tmed,tcmin,tcmax)

1. Calcular los grados día (GDD)Inicializar GDD = 0;Si(Tmed >=tcmin y Tmed <= tcmax) entonces {GDD = Tmed-tcmin;}

Sino, Si(Tmed>tcmax) entonces {GDD = tcmax-tcmin;}Sino entonces {GDD = 0;}

2. Mostrar el valor de GDD.

La diferencia entre el Método de promedio horario y promedio diario es que en elprimero se toma en cuenta la temperatura promedio del día y en el segundo seconsidera la temperatura media diaria, determinando en primera instancia el valor de



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la temperatura mínima y la temperatura máxima del día x. Lo cual representa valoresdiferentes para el cálculo de los GDD.

2.1.3.- Seno simple. Las fórmulas para calcular los días grados por este método se

muestran en la figura 1.

Figura 1.- Formulas para calcular los dias grado por el metodo del seno simple.

Como se puede observar en la figura 1, son seis casos diferentes para el cálculo delos GDD, el uso de cada una de las ecuaciones depende de los valores de latemperatura mínima y máxima del día y de los umbrales inferior y superior del cultivoseleccionado.



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El algoritmo detalla paso a paso la manera y el momento en que se emplea cadaecuación para su programación correspondiente.

Esquema sobre el cálculo de los grados día por el método de seno simple.



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2.1.4.- Seno doble. Las fórmulas para calcular los días grado por el método de Senodoble se muestran en la figura 2.

Figura 2.- Formulas para calcular los dias grado por el metodo del seno doble.

Se dice de seno doble porque los GDD se calculan dos veces en un día, es decir, sedebe calcular cada 12 horas y posteriormente sumar ambos resultados para definir elvalor final de los GDD del día x. Para ello es importante determinar primero latemperatura mínima y máxima del día x y del día x+1 y posteriormente aplicar lasformulas para el primer medio día y para el segundo medio día respectivamente.



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Esquema sobre el cálculo de los grados día por el método de seno doble.



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2.2.- Operación del modelo de tiempo térmico desde el portal de Internet

Para hacer uso del modelo de tiempo térmico, debemos entrar desde el navegadorWeb (Internet Explorer, Mozilla, etc.) a la siguiente dirección:

http://galileo.imta.mx/proclitire/procliagri.jsp

Una vez dentro de la página seleccionamos del menú del lado izquierdo la opción“Tiempo térmico”.

Inicialmente se solicitan los datos de la estación agroclimatológica y del tipo decultivo, en la parte inferior de la pantalla aparece una lista de las principalesaplicaciones del Tiempo Térmico.

Figura 3.- Tiempo Térmico 1ª parte.

Una vez que oprimimos el botón CONTINUAR, nos muestra la siguiente:



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Figira 4.- Tiempo Térmico 2ª parte.

En la pantalla anterior se despliegan los datos de la estación como clave y nombre,el nombre del municipio dónde se encuentra ubicada la estación, el nombre delcultivo, los valores de tcmin (umbral inferior) y tcmax(umbral superior) y periodovegetativo que corresponden al cultivo seleccionado. Los valores de Tcmin (umbralinferior del cultivo) y Tcmax (umbral superior del cultivo), son modificables por el

usuario, si desea determinar valores diferentes dependiendo de la región o cualquierotro factor que implique esa necesidad.

Posteriormente se solicita la introducción de nuevos datos, éstos son:

Selección del periodo: En el que se debe seleccionar de un calendario la fechainicial (de siembra) y la fecha final (de cosecha).

Figura 5.- Selección de fecha inicial y final.



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Selección de un método de cálculo: existen cuatro métodos a elegir, el método dePromedio Horario, Promedio Diario, Seno Simple y Seno Doble. Una vez que elige elmétodo, se debe oprimir el botón calcular mismo que enlazará a otra página quedesplegará los resultados correspondientes, dependiendo del método seleccionado.

Figura 6.- Método de Promedio Horario.

Figura 7.- Método de Seno Doble.



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3.- Modelo agrometeorológico de pronóstico de riego

3.1.- Descripción

La precipitación constituye una fuente natural de agua para cubrir las necesidades

hídricas de las plantas, pero no siempre esta fuente natural cubre adecuadamenteestas necesidades, debido a que la cantidad de agua suministrada por la lluvia a lolargo del ciclo vegetativo de los cultivos, no coincide con los requerimientos de éstos.

Al introducir una superficie al riego, hay que conocer las necesidades hídricas de lasplantas (evapotranspiración de los cultivos) y la cantidad de agua que pueden aportarlas precipitaciones (precipitación efectiva) durante el ciclo vegetativo del cultivo. Ladiferencia entre ambas ha de ser, la cantidad de agua que es necesario aportarmediante riego.

Es importante para esta aplicación, estimar la evapotranspiración del cultivo

mediante la metodología propuesta por la FAO, ésta se desarrolla en tres etapasbien definidas:

Etapa 1. Cálculo de la evapotranspiración de referencia (ETo). El cálculo de estavariable se realiza automáticamente en la memoria del transmisor de la estación. Porlo tanto, la E se tomará del historial contenido en la base de datos de la fundación.Se calcula automáticamente utilizando los datos meteorológicos promedio del día.

Etapa 2. La construcción de la curva que representa la evolución del coeficiente delcultivo (Kc), a lo largo del ciclo vegetativo del cultivo. Cada cultivo tiene su propiociclo de crecimiento o periodo vegetativo, éste periodo se divide en 4 etapas de

crecimiento: inicial, desarrollo, media y final. Así mismo, la FAO ha determinado unKc inicial, un Kc medio y un Kc final para cada tipo de cultivo. Estos valores serán degran utilidad para la construcción de la curva de Kc.

Etapa 3. El cálculo de la evapotranspiración del cultivo (ETc) como el producto de losdos valores anteriores para cada día.Un balance de agua en un sistema de riego consiste en aplicar la ecuación decontinuidad utilizando como volumen de control la zona radicular del cultivo en unaparcela. Este balance de agua, en un periodo de tiempo cualquiera viene dado por lasiguiente ecuación.



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Dónde: El volumen de entrada a la parcela incluye las aportaciones por riego (R),lluvia o precipitación (P) y nivel freático (Nf) próximo a la zona radical; mientras queel volumen de salida considera la evapotranspiración del cultivo (ETc), escurrimientosuperficial (Es) y percolación profunda (Pp). Por lo tanto, la ecuación anterior sepuede expresar como sigue.

Cuando el aporte es por lluvia y riego, se debe definir la precipitación efectiva (Pe)como la diferencia entre la lluvia y el escurrimiento superficial y la percolaciónprofunda, es decir Pe=P-(Es+Pp). Entonces la ecuación del balance puedeexpresarse.

Como para una lluvia cualquiera (P), el suelo a la profundidad radicular solo puede

almacenar una cantidad limitada de agua, la precipitación efectiva será el menorvalor de los siguientes: la magnitud de la precipitación efectiva o la cantidad de aguaque se puede almacenar en el suelo a la profundidad radical en el momento en queocurre la lluvia.

El algoritmo del balance consiste de los siguientes pasos:a) Definir la fecha inicial (fecha de siembra o de primer riego) y tipo del cultivo.b) Seleccionar el tipo de cultivo.c) Extraer de la base de datos el valor del periodo vegetativo del cultivo.d) Determinar la fecha de cosecha.e) Extraer de la base de datos los valores de la ETo y Calcular la ETo promediodiaria.f) Estimar el coeficiente del cultivo Kc para el día i con la siguiente ecuación:



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Considerando que si el día i pertenece a la etapa inicial o a la etapa media delcrecimiento del cultivo, el Kc es constante e igual al Kc inicial o mediorespectivamente. La ecuación se aplica únicamente en las etapas de desarrollo yfinal del periodo de crecimiento del cultivo.

g) Estimar la evapotranspiración del cultivo (ETc ) para el día i :

h) Si hubo lluvia (P ) en el día i , estimar la precipitación efectiva (Pe ) para el día i :

i) Registrar el riego (R ) en el día i si se inicio en la mañana del día i , si fue por latarde del día i, se registra para el día siguiente (i+1).

Esquema sobre el cálculo del coeficiente del cultivo.



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Esquema sobre el cálculo de la precipitación efectiva.

3.2.- Operación del modelo de pronóstico de riego desde el portal de Internet

Para hacer uso del modelo de pronóstico de riego, debemos entrar desde elnavegador Web (Internet Explorer, Mozilla, etc.) a la siguiente dirección:


Una vez dentro de la página seleccionamos del menú del lado izquierdo la opción“Pronóstico de riego”.

Al igual que en Tiempo térmico, al inicio se solicitan los datos de la estación y el tipode cultivo, el funcionamiento es exactamente igual, en la parte inferior aparece untexto que indica algunas de las aplicaciones del Pronóstico de Riego.



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Figura 8.- Página principal del pronóstico de riego.

Una vez seleccionados los datos se oprime el botón Continuar y se enlaza a laSiguiente página:

Figura 9.- Pronóstico de riego 2ª parte.



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En la Fig. 7 se despliegan los datos de la estación y del cultivo seleccionadopreviamente y se solicitan otros datos que permitirán continuar con el cálculo delpronóstico de riego.

1. Fecha de siembra. La cual se introduce desde el calendario.2. Tipo de suelo. Al seleccionar la flecha, se desplegará una persiana dinámicade opción múltiple como la que se visualiza en la selección de la estación y el tipode cultivo.

Cuando de oprima el botón “Calcular”, nos mostrara la siguiente página:

Figura 10. Fecha de la cosecha.

En la Fig. 8 se muestra la fecha de la cosecha, que es calculada dependiendo deltipo de cultivo, se extrae de la base de datos el período vegetativo (dato en días) y

estos días son sumados a la fecha de siembra.Los valores de los datos del tipo de suelo son extraídos de la base de datos y sonmodificables para el usuario, de tal modo que puedan introducir los datos másconvenientes a su situación en particular.

Toda vez que han sido verificados los datos se oprime el botón de “Calcular”,mostrando la siguiente página:



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Figura 11.- Resultado del Tiempo Térmico.

4.- Modelo agrometeorológico de Índice de severidad fitosanitaria

4.1.- Descripción

El modelo TOM-CAST o FAST1 se basa en la estimación diaria del índice deseveridad, en el rango de 0 a 4. Un valor del índice de severidad igual a 0 indicacondiciones desfavorables, mientras que un valor de 4 indica un ambiente altamentefavorable para la formación de esporas.

Tabla para la asignación del índice de severidad (IS).



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Algoritmo para el cálculo del índice de severidad por el método de TOMCAST.

4.2.- Operación del modelo de índice de severidad fitosanitaria desde el portalde Internet

Para hacer uso del modelo de tiempo térmico, debemos entrar desde el navegadorWeb (Internet Explorer, Mozilla, etc.) a la siguiente dirección:


Una vez dentro de la página seleccionamos del menú del lado izquierdo la opción“Índice de severidad fitosanitaria”.



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En este caso, los datos de entrada necesarios para calcular el índice de severidadfitosanitaria son tres:

a) Estación agroclimatológica. Al igual que en las otras aplicaciones, se despliegan

las 22 estaciones que están actualmente funcionando.b) Fecha inicial o de siembra. Se selecciona gráficamente el período de la fechainicial.

c) Fecha final o de cosecha. Al igual que la fecha inicial, es seleccionadagráficamente.

En la parte inferior de la página aparecen algunas de las características y usos deesta aplicación.

Figura 12.- Página principal del Índice de Severidad.

Cuando de oprima el botón “Continuar”, nos mostrara la siguiente página:



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Figura 13.- Resultados de Índice de severidad.

Recordemos que el modelo TOM-CAST o FAST1 se basa en la estimación diaria delíndice de severidad, en el rango de 0 a 4. Un valor del índice de severidad igual a 0indica condiciones desfavorables, mientras que un valor de 4 indica un ambiente

altamente favorable para la formación de esporas.



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Bibliografía

• Edmundo Torres Ruiz. Agrometeorología. Editorial Trillas. Primera ediciónenero de 1995.

Paginas Web

• http://www.agroson.org.mx• http://www.sica.gov.ec/agro/docs/reqhidricos.htm• http://www.fundacionguanajuato.com/CGIBIN/Clima/docvar.htm

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