AGROMETEOROLOGÍA. 2ª edición corregida. Coordinadores: Francisco Elias Castillo Instituto Nacional de Investigaciones Agrarias

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1 AGROMETEOROLOGÍA 2ª edición corregida Coordinadores: Francisco Elias Castillo Instituto Nacional de Investigaciones Agrarias Francesc Castellvi Sentis Departamento de Medio Ambiente y Ciencias del Suelo Universidad de Lleida Ediciones Mundi-Prensa Madrid Barcelona México 2001

2 Grupo Mundi-Prensa Mundi-Prensa Libros, s. a. Castelló, Madrid Tel Fax libreria@mundiprensa.es Internet: Mundi-Prensa Barcelona Editorial Aedos, s. a. Consell de Cent, Barcelona Tel Fax barcelona@mundiprensa.es Mundi-Prensa México, s. a. de C. V. Río Panuco, Col. Cuauhtemoc México, D. F. Tel. (+52) Fax (+52) resavbp data. net. mx 1. a edición a edición , Autores: Departamento de Medio Ambiente y Ciencias del Suelo. Universidad de Lleida 2001, Ediciones Mundi-Prensa ISBN: Depósito Legal: M No se permite la reproducción total o parcial de este libro ni el almacenamiento en un sistema informático, ni la transmisión de cualquier forma o cualquier medio, electrónico, mecánico o fotocopia, registro u otros medios sin el permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright. IMPRESO EN ESPAÑA - PRINTED IN SPAIN Imprime: Artes Gráficas Cuesta, S. A. Seseña, Madrid

3 ÍNDICE GENERAL 1. LA ATMOSFERA. COMPOSICIÓN Y DISTRIBUCIÓN VERTICAL Principales características de la atmósfera Composición de la atmósfera Variaciones en el tiempo y en el espacio del dióxido de carbono y del ozono Variaciones del vapor de agua Composición e importancia del aire cerca del suelo Estructura vertical de la atmósfera TERMODINÁMICA DE LA ATMOSFERA Termodinámica de la atmósfera Ecuación de estado de un gas perfecto Ley de Dalton: Mezcla de gases: Transformaciones cíclicas. Trabajo Primer principio de la termodinámica Ley de Joule. Calores específicos Procesos especiales Variación de la temperatura de las partículas atmosféricas en sus desplazamientos Diagramas termodinámicos meteorológicos Diagrama de Stüve Emagramas Diagrama oblicuo T-Lnp Las principales transformaciones del aire atmosférico El vapor de agua en la atmósfera Vapor saturante El aire atmosférico: Mezcla de aire seco y de vapor de agua El aire húmedo El aire saturado La saturación sobre el diagrama oblicuo Gradientes adiabáticos Los procesos de condensación Saturación y condensación por enfriamiento isobárico Saturación y condensación por expansión adiabática Saturación por aporte de vapor de agua Mezcla y convección o turbulencia EQUILIBRIO VERTICAL EN LA ATMOSFERA 71 Página 3.1. Ecuaciones básicas La ecuación de movimiento Fuerza de presión Fuerzas de rozamiento La ecuación de movimiento simplificada Noción de geopotencial 79

4 3.4. Equilibrio estático y balance hidrostático Ecuaciones barométricas El modelo de Laplace La atmósfera con gradiente vertical de temperatura constante La atmósfera estándar La atmósfera real Estabilidad e inestabilidad vertical Estabilidad de estratificación del aire seco Criterios de estabilidad para el aire húmedo Convección térmica y estabilidad CAMPO HORIZONTAL DE PRESIONES Y CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA Campo horizontal de presiones Presiones y vientos Viento térmico Variación diaria de la velocidad del viento Vientos locales Vientos de montaña y de valle Brisas Efecto foehn Circulación general de la atmósfera MASAS DE AIRE. FRENTES Y DEPRESIONES EXTRATROPICALES. PREDICCIÓN Masas de aire. Frentes y depresiones Predicción del tiempo Predicción a corto y medio plazo Predicciones a largo plazo Predicciones meteorológicas generales y especiales para la agricultura PRECIPITACIÓN Procesos macrofísicos de precipitación Variabilidad y distribución de la precipitación Densidad de redes pluviométricas y análisis^ espacial de la precipitación ^Sequías. Evaluación Intercepción de las precipitaciones por una cubierta vegetal La erosividad de la lluvia. El índice EI RADIACIÓN-SOLAR. FQTOSÍNTES Espectro solar. Movimientos de la tierra. Constante solar Espectro solar Movimientos de la tierra Constante solar Balance radiativo del sistema Tierra-Atmósfera Leyes de la radiación. Balances de energía y de calor. Radiación neta Leyes de la radiación Ley de Stefan-Boltzman Ley de desplazamiento de Wien Ley de absorción de Beer Ley del coseno de Lambert., Balances de energía y de calor. Radiación neta Fotosíntesis La fotosíntesis en relación con la intensidad de la luz y temperatura 175 / Fotosíntesis en relación con la concentración de C Respiración y fotosíntesis índice de área foliar Utilización de la radiación por los cultivos Distribución de la radiación dentro de una cubierta vegetal 179

5 7.5. Duración de la luz. Fotoperiodismo. Vernalización. Plantas criófilas y no criófilas Calidad de la luz TEMPERATURA Calor y temperatura Temperatura de la superficie de la Tierra en función de la latitud Efecto de los mares y continentes sobre la distribución de las temperaturas en la superficie terrestre Variación anual de la temperatura Variación diaria de la temperatura Distribución de la temperatura con la altitud. Gradientes de la temperatura Procesos de calentamiento y enfriamiento de las capas de aire próximas al 191 suelo Ciclo diario y anual de la temperatura en las capas inferiores del aire Temperatura del suelo Influencia de las características del material de superficie sobre el microclima Influencia del relieve y topografía en las temperaturas Bolsas de aire frío Temperatura nocturna en los valles Vientos de ladera y de valle Variación de la insolación con la latitud, orientación y pendiente Observaciones representativas de las temperaturas Calor y temperatura en relación con el crecimiento y desarrollo de las plantas Temperaturas letales, umbrales y óptimas Estación de crecimiento Sistejm»de unidades de calor, grados-día y unidades fototérmicas críticas al sistema de unidades de calor Distribución de las plantas en función de las temperaturas Termoperiodicidad estacional \ Frío invernal. Horas-iüp Concepto Efectos provocados por la falta de reposo invernal Cálculo de horas-frío Delimitación del período de acumulación de horas-frío HELADAS Y PROTECCIÓN CONTRA HELADAS Protección mediante la modificación del ambiente Tipos de heladas : Heladas de radiación Heladas de advección Helada de evaporación Métodos de protección 225 Métodos de protección pasiva Elección del emplazamiento de la plantación Elección de especies y variedades Retraso de la floración Técnicas de cultivo Riego antiheladas Aspersión por encima de la cubierta vegetal Aspersión por debajo de la cubierta vegetal Riego por inundación Calentamiento del aire y las plantas Homogeneización del aire mediante ventiladores Aislamiento térmico 235 Anejos I y II 10. VIENTO. CORTAVIENTOS Introducción Perfil de la velocidad del viento Perfil de la velocidad del viento dentro de la cubierta vegetal 243

6 10.4. Variaciones diarias de la velocidad del viento Protección contra el viento Microclima en el cortavientos Velocidad y turbulencia Radiación Temperatura Humedad del aire Concentración de dióxido de carbono Respuestas de las plantas a la protección del cortavientos Establecimiento de defensas contra el viento Consideraciones generales Diseño del cortavientos arbóreo EVAPOTRANSPIRACIÓN Introducción Intercambio de masa y energía Intercambio de vapor desde un cultivo Intercambio de vapor desde el suelo Factores que afectan a la evaporación de un cultivo o un bosque Evaporación de superficies de agua libre Evapotranspiración potencial y evapotranspiración de referencia Métodos de estimación de la evapotranspiración Método del balance de agua en el suelo Lisímetros Cámaras técnicas Medida del flujo de agua en plantas individuales utilizando el método de balance de calor Métodos climatológicos Fórmulas basadas en la temperatura del aire Fórmulas basadas en la radiación Fórmulas basadas en la combinación del balance energético y del transporte turbulento de vapor Métodos micrometeorológicos Método de la relación de Bowen-Balance de energía Método del Balance de energía, basado en la medida de la * temperatura de la cubierta vegetal Método de Penman-Monteith Método de la correlación por turbulencia Método del Balance de energía, basado en determinar el flujo de calor sensible por correlación por turbulencia Tanques de evaporación Análisis comparativo de los diferentes métodos Las estaciones agrometeorológicas automatizadas CLASIFICACIONES CLIMÁTICAS? Introducción índices fitoclimáticos índices basados en la precipitación y temperatura Factor de pluviosidad de Lang índice de aridez de Martonne índice de Emberger índice termopluviométrico de Dantín-Revenga índice basado en el déficit de presión de vapor índices fitoclimáticos de productividad agraria índice de Patterson índice de Patterson modificado índice de potencialidad agrícola de Ture Atlas mundial de climodiagrama de Walter y Lieth 287

7 12.4. Clasificación climática de Köppen Tipos climáticos principales El continente ideal de Köppen Clasificación climática de Thornthwaite índice de humedad Variación estacional de la humedad efectiva índice de eficacia térmica Concentración de la eficacia térmica en verano Componentes de la clasificación climática de Thornthwaite Clasificación bioclimática UNESCO-FAO Temperatura Aridez índice xerotérmico Clasificación bioclimática Climas de España Clasificación agroclimática de Papadakis Tipos de invierno Tipos de verano y sus límites en términos de temperaturas Regímenes de temperatura Regímenes de humedad Clasificaciones climáticas según los regímenes térmicos e hídrico FENOLOGÍA Aspectos generales Investigación fenológica: Teoría del desarrollo fásico Información fenológica: Mapas de isófanas Acontecimientos fenológicos y elementos climáticos Fenología y cambio global NECESIDADES CLIMÁTICAS DE LOS CULTIVOS (329) Cereales de invierno-primavera Cereales de verano Plantas oleaginosas Plantas textiles Plantas forrajeras y pratenses Leguminosas Gramíneas Patata Plantas raíces Planta tabaco Plantas hortícolas De hoja o tallo De fruto De flor Raíces y bulbos Leguminosas Frutales y cultivos de baya Cultivos tropicales Cultivos ecuatoriales EL TIEMPO, LAS PLAGAS Y ENFERMEDADES DE LAS PLANTAS Consideraciones generales Tipos y causas de las enfermedades de las plantas Métodos para establecer criterios de avisos de ataques de enfermedades basados en el tiempo Efectos de la temperatura 367

8 Electos de la luz Efectos de la humedad Efectos del viento Influencia de las condiciones del tiempo sobre los hongos Influencia del tiempo en las enfermedades bacterianas Influencia del tiempo en las enfermedades víricas Influencia del tiempo en los nematodos Predicción de las enfermedades de las plantas Efectos del tiempo sobre las plagas Lucha integrada contra las plagas Modificación del microclima mediante prácticas de cultivo Los tratamientos y el tiempo La aviación en agricultura CLIMA EN LOS INVERNADEROS El invernadero Conceptos fundamentales Tipologías constructivas Balance energético en el invernadero Condiciones climáticas de los cultivos en invernadero Temperatura del suelo Temperatura de las plantas Humedad ambiental Evapotranspiración Anhídrido carbónico La luz Diseño de invernaderos Elementos de consideración en la implantación Elección de materiales y tipología Sistemas de control y regulación de temperatura, luz y humedad Algunas técnicas de ahorro energético en calefacción y refrigeración de invernaderos Control por ordenador Un ejemplo de invernadero de alto rendimiento energético Descripción general El sistema de adquisición de datos y regulación por ordenador Algunos resultados de seguimiento BIOMETEOROLOGÍA ANIMAL Introducción Equilibrio térmico Termogénesis Cesión de calor Mecanismos circulatorios Pérdida de calor por evaporación Fenómenos meteorológicos que influyen en el equilibrio térmico Temperatura : Sobre el consumo y digestión de alimento Sobre la reproducción Sobre el crecimiento Sobre la producción de leche Humedad relativa Viento Radiación solar Inclemencias meteorológicas Fotoperíodo Consecuencias prácticas 421

9 ESTACIONES METEOROLÓGICAS Consideraciones generales Temperatura Humedad del aire Viento Insolación y radiación Precipitación TRATAMIENTO ESTADÍSTICO DE DATOS Introducción Series climatológicas. Concepto de homogeneidad Homogeneización y reducción de series climatológicas Test de secuencias Método de las diferencias Método del cociente Corrección de la heterogeneidad y relleno de lagunas Problemas más usuales Método de las dobles masas Extrapolación de series cortas de datos Método de las anomalías Método de la correlación gráfica coaxial Representación de datos. Funciones de distribución relevantes Elhistograma Distribución Normal Distribución Gamma Incompleta Cadenas de Markov Distribución de Gumbel 476 Anejos TELEDETECCIÓN Y AGROMETEOROLOGÍA Introducción Fundamentos físicos y técnicas de la teledetección Energía electromagnética, espectro electromagnético y firma espectral Sensores y plataformas / Técnicas de teledeteccióii Técnicas fotográficas Técnicas multiespectrales Aplicación de la teledetección a la agrometeorología Tipos de superficies y firmas espectrales Cubierta vegetal Suelo Agua Fenómenos meteorológicos Evaluación del vigor y estrés de las plantas Evaluación de producción de fitoplacton y recursos pesqueros 501 BIBLIOGRAFÍA 503 ÍNDICE ALFABÉTICO 513