Submitted by LAYLA GERUSA SOUZA LIMA null (laylalima.ufra@hotmail.com.br) on 2017-04-08T02:48:59Z No. of bitstreams: 1 Material da defesa 07-03-2017 novo.pdf: 1448895 bytes, checksum: 0d7b350c764e606a9c30dbefcfed7243 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-04-11T17:26:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lima_lg_me_jabo.pdf: 1448895 bytes, checksum: 0d7b350c764e606a9c30dbefcfed7243 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-11T17:26:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lima_lg_me_jabo.pdf: 1448895 bytes, checksum: 0d7b350c764e606a9c30dbefcfed7243 (MD5) Previous issue date: 2017-03-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Uma forma de verificar a eficiência de métodos de estimativa da evapotranspiração de referência (ET0) e realizar comparativo com a equação de Penman-Monteith FAO-56, recomendado pela FAO. Objetivou-se com o desenvolvimento avaliar a equação de Hargreaves, comparando-a com a equação de Penman-Monteith FAO-56, a fim de verificar a possibilidade de estimar-se a evapotranspiração de referência para as condições climáticas do município de Jaboticabal, em SP, bem como fazer a calibração local desta equação. Para esse fim, foram utilizados dados do período de 01/01/2009 a 31/12/2015 de uma estação meteorológica automatizada instalada na área experimental do Departamento de Engenharia Rural da FCAV/UNESP, Câmpus de Jaboticabal, SP. Por intermédio da estação meteorológica, foram obtidas medidas da radiação solar global, radiação líquida, temperatura do ar, umidade relativa do ar, velocidade do vento. A análise dos resultados foi realizada aplicando-se técnicas que verificam a integridade dos dados meteorológicos e utilizando metodologias de análise dos dados médios e desvios padrões da ETo. Foi realizada a calibração local da equação de Hargreaves por meio do ajuste do parâmetro empírico HE (expoente empírico de Hargreaves) da equação. A integridade dos dados da estação meteorológica foi aceitável. O resultado de avaliação do método, utilizando a metodologia de análise de desvios padrões diários da ETo, considerando-se a equação de Penman-Monteith FAO-56 como padrão, indica que foi estabelecida uma relação linear, portanto, podem ser comparados. Conclui-se que equação de Hargreaves é uma opção para estimar os valores de ETo em clima do tipo subtropical, em locais em que a disponibilidade de dados climáticos é limitada. / One way to verify the efficiency of estimation methods of reference evapotranspiration (ET0) is to compare with FAO-56 Penman-Monteith equation, recommended by FAO to estimate the reference evapotranspiration (ET0). The objective of this work was to evaluate the Hargreaves equation, comparing it to the FAO-56 Penman-Monteith equation, aiming verify the possibility of estimating the reference evapotranspiration for the climatic conditions of Jaboticabal, SP and calibrate this equation. For this purpose we collected data from Jan/01/2009 to Dec/31/2015 in an automated meteorological station installed at Department of Rural Engineering in FCAV / UNESP, Jaboticabal, SP Campus Experimental Area. Data of global solar radiation, liquid radiation, air temperature, relative humidity, and wind speed were collected. The analysis of the results was carried out applying techniques that verify the integrity of the meteorological data as well using methodologies of analysis of the average data and standard deviations of the ET0. The local calibration of the Hargreaves equation was performed by adjusting the empirical parameter HE (empirical Hargreaves exponent) of the equation. The integrity of the weather station data was acceptable. The method evaluation result, using the methodology of analysis of daily standard deviation of the ET0, considering the Penman-Monteith FAO-56 equation as standard, indicates that it established a linear relation. As a result, they can be compared. The Hargreaves equation is an option to estimate ET0 values in subtropical climate in places where the climatic data availability is scarce.

Relevant methods for estimating reference crop evaporation and crop evaporation for selected, pertinent crops growing in the semiarid environments of Arizona and New Mexico are investigated. Daily evaporation estimates over the period 2000-2010 are calculated using standard meteorological data from 35 weather stations. Compared to the FAO-56 Penman-Monteith reference evapotranspiration estimate, the Hargreaves and Priestley-Taylor equations overestimate by 5-15% while the temperature-based Blaney-Criddle method currently used in New Mexico underestimates by 8-13%, on average, the discrepancy being most severe in highly advective regions. Crop evaporation estimates are compared to the one-step Matt-Shuttleworth approach. The Blaney-Criddle method systematically underestimates crop evaporation by 7-30%, while underestimation using the climatically adjusted FAO-56 crop coefficient approach is 1-8% for short crops but ~20% for tall pecan and citrus orchards grown at atmospherically arid locations. Crop surface resistances derived using the Matt-Shuttleworth approach at Fabian Garcia in southern New Mexico compare favorably to literature values.

Avec la pression croissante sur les ressources en eau accentuée par la menace des changementsglobaux, l'agriculture irriguée, surtout dans les régions semi-arides, se trouve confrontée à denouvelles exigences. Une gestion optimale des ressources en eau est indispensable dans les périmètresirrigués afin d'éviter à la fois l'irrigation excessive et le stress hydrique dommageable aux cultures.Dans ce contexte, proposer un outil simple, parcimonieux et robuste, facile à mettre en placepermettant de suivre le besoin réel en eau des cultures, à différentes échelles spatio-temporelles,permettrait d’apporter un indicateur tangible quant à l’efficience de l’irrigation dans les périmètresirrigués. Ce travail de thèse a pour objectif d’évaluer et d’adapter plusieurs outils de suivi del’évapotranspiration des cultures irriguées de l’échelle parcellaire à l’échelle régionale par l’utilisationde la télédétection multi-capteurs et multi-résolution. Notre zone d’étude est le bassin versant duTensift au Maroc, objet d’étude du LMI TREMA (Jarlan et al., 2015) et support de l’observatoireTensift. Nous avons identifié 3 outils : un modèle de bilan d’énergie de surface (TSEB ; Norman et al.,1995) piloté par une observation de température radiométrique qui renseigne indirectement sur l’étathydrique de surface ; l’approche à coefficient cultural double de la FAO-56 (Allen et al., 1998) quiprédit l’état hydrique de surface par la résolution d’un bilan hydrique mais nécessite en contre-partiede connaître précisément les apports d’eau, grandeur très incertaine sur les périmètres irrigués àl’échelle parcellaire ; la modélisation globale qui, par opposition aux deux autres, est une approcheautonome ne nécessitant aucun forçage externe. Dans un premier temps, la confrontation dessimulations du modèle TSEB à un ensemble de mesures expérimentales recueillies à l’échelleparcellaire durant 2 saisons agricoles ainsi qu’à l’approche FAO-56 préalablement calibrée sur lesprincipales cultures de notre région d’étude sur la base de travaux antérieurs a permis de montrer que :- le modèle TSEB est très robuste et offre des performances acceptables pour la prédiction del’évapotranspiration (RMSE < 1mm/jour sur 4 sites lors de deux saisons agricoles) ; - les bonnescapacités de cet outil pour la détection de stress hydrique ; - une bonne aptitude également àpartitionner l’évapotranspiration entre évaporation du sol et transpiration de la plante. Dans un 2èmetemps, nous avons évalué les capacités prédictives d’un modèle global que nous avons développé surla base d’une série temporelle d’évapotranspiration observée sur le terrain. La modélisation globale estbasée sur la théorie des systèmes dynamique non-linéaire. Si elle ne possède pas les capacitésexplicatives des modèles mécanistes évoqués ci-dessus, peut être une bonne alternative pour laprévision de l’évapotranspiration. L’analyse de l’horizon de prévisibilité du modèle global que nousavons obtenu montre un intérêt limité pour les agriculteurs ou les gestionnaires puisque cet horizonn’excède pas 3h. Néanmoins, cette approche, très originale dans ce contexte, reste particulièrementséduisante et ouvre plusieurs perspectives. Enfin, nous avons développé un prototype « tout satellite »,basé sur le modèle TSEB et qui utilise uniquement les produits gratuits MODIS et les ré-analysesERA-Interim, pour le suivi spatialisée et à long terme de la consommation en eau des cultures dans lebassin versant du Tensift. Après une évaluation des forçages ERA-Interim, nous avons évalué laperformance du prototype par (1) confrontation des prédictions des composantes du bilan d’énergieaux données expérimentales de l’observation Tensift et (2) confrontation de la consommationmensuelle prédite au niveau des principaux périmètres irrigués de la région aux apports d’eaumensuels fournis par l’office régional qui gère ces périmètres... / With the increasing pressure on water resources accentuated by the climate change threat, irrigated agriculture, especially in semi-arid zone, faced more challenges. Optimal management of water resources is essential in irrigated areas in order to avoid both excessive irrigation and water stress that is harmful to the growth of crops. In this context, proposing a simple, parsimonious and robust, easyto- use tool for monitoring the crop water requirement at different spatial and temporal scales would provide a tangible indicator of irrigation efficiency over irrigated perimeters. This thesis aims to evaluate and adapt several tools for monitoring the evapotranspiration of irrigated crops from the plot scale to the regional scale through the use of multi-sensor and multi-resolution remote sensing observations. Our study area is the Tensift watershed in Morocco, studied by LMI TREMA (Jarlan et al., 2015) and supported by the Tensift observatory. We identified 3 tools: a surface energy balance model (TSEB; Norman et al., 1995) driven by a radiometric temperature observation that provides indirect information on surface water status; the FAO-56 dual crop coefficient approach predicts the hydric status by computing the water balance but requires the know precisely the water input, very difficult to obtain on the plot scale of irrigated perimeters ; global modeling which, as opposed to the first two, is an autonomous approach requiring no external forcing. Firstly, the comparison of the TSEB model simulations with a set of experimental measurements collected on a plot scale during 2 consecutive agricultural seasons and with the results of the calibrated FAO-56 dual crop coefficient approach has shown that : - the TSEB model is very robust and offers acceptable performance for the prediction of evapotranspiration (RMSE <1mm / day during the two agricultural seasons); - a good capabilities of TSEB model for detection water stress; - a good ability also to partition the evapotranspiration between evaporation of the soil and transpiration of the plant. In the second step, we evaluated the predictive capacities of a global model that we developed on the basis of a time series of evapotranspiration observed in the field. Global modeling is based on the theory of the nonlinear dynamic systems theory. If it does not have the explanatory capabilities of the mechanistic models mentioned above, it may be a good alternative for predicting evapotranspiration. The analysis of the horizon of predictability of the global model that we obtained shows a limited interest for the farmers or the managers since this horizon does not exceed 3h. Nevertheless, this approach, very original in this context, remains particularly attractive and opens perspectives. Finally, we have developed a prototype, based on the TSEB model and using only MODIS free products and ERAInterim reanalyses, for monitoring evapotranspiration at Tensift watershed scale and over long periods. After an evaluation of the ERA-Interim products, we evaluated the prototype performance by (1) comparing the predictions of the energy balance components to the experimental data from Tensift observatory and (2) comparing the predicted monthly consumption at the main irrigated perimeters of the region with monthly water supplies provided by the regional office which manages these perimeters. Thus, there is a strong overestimation (almost a factor of 2) of the water consumed compared to the inflow of water, which could be related to the high number of boreholes in the region. This work and the tools developed opens perspectives for piloting and managing agricultural water in semi-arid regions.

L'objectif principal de cette thèse est de comprendre le fonctionnement d'un écosystème semi-aride, en développant des méthodologies permettant de combiner des mesures satellites optique et micro-onde et un modèle semi-empirique pour estimer l'évapotranspiration et sa dynamique saisonnière dans une région semi-aride (plaine de Kairouan). L'estimation de cette dernière nécessite une bonne description de la dynamique du couvert végétal et un suivi du stock d'eau dans le sol. Pour se faire, une analyse de la dynamique de la végétation est faite sur la base de la série temporelle SPOT VEGETATION de 1998 à 2010. Pour appréhender le comportement de la végétation face à des fréquentes périodes de sècheresse, une analyse fractale est developpée pour étudier la persistance du couvert végétal. Un nouvel indice statistique VAI " Vegetation Anomaly Index " décrivant l'état du stress hydrique de la végétation a été proposé. Cet indice quantitatif permet de décrire à l'échelle mensuelle l'état de la végétation. Plusieurs approches de validation sont mises en œuvre pour montrer la performance de cet indice. En termes de suivi du stock d'eau dans le sol, l'analyse est basée sur des produits d'humidité (IPF Université de Vienne) des diffusiomètres spatiaux ERS et ASCAT/METOP. Ces produits ont été validés sur notre site d'étude via deux approches différentes. Un indice de sécheresse a été proposé à partir de la longue série de produits d'humidité qui couvre vingt années (de 1991 à 2010). L'indice proposé MAI " Moisture Anomaly Index " est basé sur une analyse des anomalies des variabilités temporelles des stocks d'eau dans le sol, estimées par les satellites ERS et ASCAT/METOP. Une analyse comparative avec d'autres indices de sécheresse, particulièrement le SPI " Standardized Precipitation Index " est faite pour mettre en évidence la performance de cet indice. Ces informations tirées à partir des deux séries temporelles optiques et micro-ondes sont ensuite intégrées dans un modèle simple et opérationnel, le modèle FAO-56 (approche double coefficient culturale) pour la cartographie de l'évapotranspiration réelle journalière. Une validation de cette approche est proposée en confrontant les résultats avec des sorties d'un modèle SVAT : ISBA-A-gs.