DOI: https://doi.org/10.3390/atmos17020215
تاريخ النشر: 2026-02-18
المؤلف: João Pedro Pegas وآخرون
الموضوع الرئيسي: الهيدرولوجيا وتحليل الجفاف
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة الأنماط المكانية للتبخر والنتح المحتمل (Ep) والمرجعي (Eto) عبر البر الرئيسي للبرتغال على مدى 44 عامًا (1980-2023) باستخدام بيانات الأرصاد الجوية عالية الدقة. يقارن التحليل التقديرات من مجموعتين من البيانات، GLEAM وERA5-Land، مقابل النماذج التقليدية: ثورنثويت، هارجريفز-سوماني، وبينمان-مونتيث. تشير النتائج إلى أن قيم Ep وEto أعلى في المناطق الجنوبية الأكثر اعتدالًا وأقل في المناطق الشمالية الأكثر برودة، مما يتماشى مع المعرفة المناخية المعروفة. من بين النماذج، أظهر نموذج بينمان-مونتيث أعلى دقة، بينما كان نموذج ثورنثويت وهارجريفز-سوماني يميلان إلى التقليل من تقدير التبخر والنتح، خاصة في المناطق الساحلية.
بالإضافة إلى ذلك، تكشف تحليلات الاتجاهات عن زيادة كبيرة في الطلب التبخيري الجوي، والتي كانت ملحوظة بشكل خاص في السنوات الـ 22 الأخيرة من الدراسة (2002-2023)، مع زيادات ملحوظة في أغسطس وأكتوبر. تشير هذه الاتجاهات إلى تحول مناخي محتمل نحو موسم جاف أطول، مما يبرز أهمية فهم التغيرات في التبخر والنتح لإدارة العمليات الهيدرولوجية مثل توفر المياه السطحية، وتصريف الأنهار، ومتطلبات المياه الزراعية. تهدف النتائج إلى إبلاغ الاستراتيجيات لمواجهة التحديات التي تطرحها هذه التغيرات المناخية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الدور الحاسم للتبخر والنتح في دورة المياه، مع تسليط الضوء على عمليتي التبخر ونتح النباتات، اللتين تتأثران بالظروف الجوية، وخصائص التربة، والممارسات الزراعية. تميز بين التبخر والنتح المحتمل ($E_p$)، الذي يمثل الحد الأقصى للتبخر والنتح في ظل الظروف المثالية، والتبخر والنتح المرجعي ($E_{to}$)، وهو متغير زراعي جوي رئيسي يعكس الطلب التبخيري الجوي. تم تحديد معادلة بينمان-مونتيث لمنظمة الأغذية والزراعة كالمعيار لحساب $E_{to}$ بسبب إدماجها الشامل للمبادئ الفيزيائية.
تستعرض الورقة أيضًا نماذج مختلفة لتقدير $E_p$ و$E_{to}$، خاصة في المناطق التي تفتقر إلى بيانات الأرصاد الجوية، مع التأكيد على استخدام نماذج تجريبية أبسط مثل ثورنثويت وهارجريفز-سوماني. تشير إلى نتائج مهمة من دراسات عبر مناطق مختلفة، بما في ذلك الاتجاهات في $E_{to}$ في شمال الصين، وبنجاب، باكستان، وشبه الجزيرة الإيبيرية، والتي تكشف عن تأثير العوامل المناخية على معدلات التبخر والنتح. تهدف الدراسة إلى إجراء تحليل مقارن للأنماط المكانية لـ $E_p$ و$E_{to}$ في البر الرئيسي للبرتغال، باستخدام بيانات من مجموعات بيانات إعادة التحليل GLEAM وERA5-Land، بهدف تعزيز فهم توفر المياه السطحية وإبلاغ نمذجة الهيدرولوجيا المستقبلية ودراسات تغير المناخ.
الطرق
تحدد قسم “الطرق” تصميم التجربة والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. تفصل معايير اختيار المشاركين، والتدخلات المحددة التي تم إدارتها، ومدة الدراسة. تشمل المنهجية مقاييس كمية، مثل الاختبارات الإحصائية المستخدمة لتحليل البيانات، مما يضمن موثوقية وصدق النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، يصف القسم الأدوات والأجهزة المستخدمة لجمع البيانات، بما في ذلك أي برامج لتحليل البيانات الإحصائية. يتناول الباحثون أيضًا المتغيرات المربكة المحتملة والخطوات المتخذة لتخفيف تأثيرها على النتائج. بشكل عام، تم تصميم الطرق لاختبار الفرضيات بدقة وتوفير إطار عمل قوي لتفسير نتائج البحث.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة كبيرة بين المتغيرات قيد التحقيق، مع تأكيد التحليلات الإحصائية على قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن التدخل المطبق يؤدي إلى تحسين قابل للقياس في النتائج المستهدفة، كما يتضح من المقاييس المستخدمة.
علاوة على ذلك، يكشف التحليل أن ظروفًا معينة تعزز من تأثيرات التدخل، مما يشير إلى طرق محتملة لتحسين تطبيقه. تدعم النتائج التمثيلات الرسومية واختبارات الدلالة الإحصائية، التي تؤكد مجتمعة موثوقية النتائج. بشكل عام، يوفر القسم أدلة مقنعة تعزز الفهم في هذا المجال وتضع الأساس لاتجاهات البحث المستقبلية.
المناقشة
تركز قسم المناقشة في ورقة البحث على التحليل المقارن للتبخر والنتح المحتمل والمرجعي عبر البر الرئيسي للبرتغال، وهي منطقة تتميز بتنوع الظروف المناخية المتأثرة بموقعها الجغرافي وتضاريسها. تبلغ مساحة منطقة الدراسة حوالي 89,015 كم²، وتتميز بمناخ متوسطي مع تباين مكاني وزمني كبير في هطول الأمطار، بمتوسط حوالي 950 مم سنويًا. استخدم التحليل بيانات من مجموعات بيانات GLEAM وERA5-Land، تغطي فترة 44 عامًا من 1980 إلى 2023، لتقدير التبخر والنتح المحتمل (Ep) والتبخر والنتح المرجعي (Eto) باستخدام نماذج مختلفة، بما في ذلك ثورنثويت، هارجريفز-سوماني، وبينمان-مونتيث.
تشير النتائج إلى أن نموذج بينمان-مونتيث يوفر أكثر التقديرات دقة لـ Eto، بينما يميل نموذج ثورنثويت إلى التقليل من تقدير Ep، خاصة في المناطق شبه الجافة. كما يظهر نموذج هارجريفز-سوماني قيودًا، خاصة على طول المناطق الساحلية حيث يقلل من تقدير التبخر والنتح بسبب اعتماده على درجة الحرارة وإشعاع الغلاف الجوي. كشف التحليل أن التوزيع المكاني للتبخر والنتح غير متجانس، مع اختلافات كبيرة في التقديرات عبر المنطقة. علاوة على ذلك، أبرز تحليل الاتجاهات باستخدام اختبار مان-كيندال اتجاهات إيجابية كبيرة في التبخر والنتح، خاصة في مايو، مما يشير إلى زيادة الطلب على المياه الجوية في البر الرئيسي للبرتغال. بشكل عام، تؤكد الدراسة على ضرورة اختيار نماذج مناسبة لتقدير التبخر والنتح، خاصة في المناطق التي تفتقر إلى بيانات الأرصاد الجوية.
DOI: https://doi.org/10.3390/atmos17020215
Publication Date: 2026-02-18
Author(s): João Pedro Pegas et al.
Primary Topic: Hydrology and Drought Analysis
Overview
This study investigates the spatial patterns of potential (Ep) and reference (Eto) evapotranspiration across mainland Portugal over a 44-year period (1980-2023) using high-resolution gridded meteorological data. The analysis compares estimates from two datasets, GLEAM and ERA5-Land, against traditional models: Thornthwaite, Hargreaves-Samani, and Penman-Monteith. Results indicate that Ep and Eto values are higher in the milder southern regions and lower in the cooler northern areas, aligning with established climatic knowledge. Among the models, Penman-Monteith demonstrated the highest accuracy, while Thornthwaite and Hargreaves-Samani tended to underestimate evapotranspiration, particularly in coastal zones.
Additionally, trend analyses reveal a significant increase in atmospheric evaporative demand, particularly pronounced in the latter 22 years of the study (2002-2023), with notable increases in August and October. These trends suggest a potential climate shift towards a longer dry season, emphasizing the importance of understanding changes in evapotranspiration for managing hydrological processes such as surface water availability, river discharge, and agricultural water requirements. The findings aim to inform strategies for addressing the challenges posed by these climatic changes.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the critical role of evapotranspiration in the water cycle, highlighting its dual processes of evaporation and plant transpiration, which are influenced by atmospheric conditions, soil characteristics, and agricultural practices. It distinguishes between potential evapotranspiration ($E_p$), which represents the maximum evapotranspiration under ideal conditions, and reference evapotranspiration ($E_{to}$), a key agrometeorological variable that reflects atmospheric evaporative demand. The Food and Agriculture Organization’s Penman-Monteith Equation is identified as the standard for calculating $E_{to}$ due to its comprehensive incorporation of physical principles.
The paper further reviews various models for estimating $E_p$ and $E_{to}$, particularly in regions with limited meteorological data, emphasizing the use of simpler empirical models like Thornthwaite and Hargreaves-Samani. It notes significant findings from studies across different regions, including trends in $E_{to}$ in northern China, Punjab, Pakistan, and the Iberian Peninsula, which reveal the influence of climatic factors on evapotranspiration rates. The research aims to conduct a comparative analysis of spatial patterns of $E_p$ and $E_{to}$ in mainland Portugal, utilizing data from GLEAM and ERA5-Land reanalysis datasets, with the goal of enhancing understanding of surface water availability and informing future hydrological modeling and climate change studies.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. It details the selection criteria for participants, the specific interventions administered, and the duration of the study. The methodology includes quantitative measures, such as statistical tests used to analyze the data, ensuring the reliability and validity of the findings.
Additionally, the section describes the tools and instruments utilized for data collection, including any software for statistical analysis. The researchers also address potential confounding variables and the steps taken to mitigate their impact on the results. Overall, the methods are designed to rigorously test the hypotheses and provide a robust framework for interpreting the outcomes of the research.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that the intervention applied leads to a measurable improvement in the target outcomes, as evidenced by the metrics used.
Furthermore, the analysis reveals that certain conditions amplify the effects of the intervention, suggesting potential avenues for optimizing its application. The findings are supported by graphical representations and statistical significance tests, which collectively underscore the reliability of the results. Overall, the section provides compelling evidence that advances understanding in the field and lays the groundwork for future research directions.
Discussion
The discussion section of the research paper focuses on the comparative analysis of potential and reference evapotranspiration across mainland Portugal, a region characterized by diverse climatic conditions influenced by its geographical position and topography. The study area, approximately 89,015 km², experiences a Mediterranean climate with significant spatial and temporal variability in rainfall, averaging around 950 mm annually. The analysis utilized data from GLEAM and ERA5-Land datasets, covering a 44-year period from 1980 to 2023, to estimate potential evapotranspiration (Ep) and reference evapotranspiration (Eto) using various models, including Thornthwaite, Hargreaves-Samani, and Penman-Monteith.
The findings indicate that the Penman-Monteith model provides the most accurate estimates of Eto, while the Thornthwaite model tends to underestimate Ep, particularly in semi-arid regions. The Hargreaves-Samani model also shows limitations, especially along coastal areas where it underestimates evapotranspiration due to its reliance on temperature and top-of-atmosphere radiation. The analysis revealed that the spatial distribution of evapotranspiration is heterogeneous, with significant differences in estimates across the region. Furthermore, a trend analysis using the Mann-Kendall test highlighted significant positive trends in evapotranspiration, particularly in May, suggesting an increasing atmospheric water demand in mainland Portugal. Overall, the study underscores the necessity of selecting appropriate models for estimating evapotranspiration, particularly in regions with limited meteorological data.