¿Cómo puedo calcular el déficit de presión de vapor a partir de la temperatura y la humedad relativa?

Question

Tengo una serie de medidas de temperatura y humedad relativa (HR), junto con datos de captura de mosquitos. Dado que los mosquitos son sensibles a la desecación, es razonable que la HR pueda ser útil para predecir su actividad. Pero recientemente he oído hablar de un valor llamado déficit de saturación o déficit de presión de vapor que se ha correlacionado bien con la evapotranspiración en las hojas de las plantas.

¿Es correcto decir que el déficit de saturación es la "sequedad percibida" o el "poder de secado" del aire?

¿Se puede calcular el déficit de saturación directamente a partir de la temperatura y la HR? Depende de la elevación, la presión del aire o cualquier otra cosa (todas las mediciones son <600m sobre el nivel del mar).

¿Cómo lo calculamos? He encontrado dos métodos en línea que dan resultados muy diferentes.

Answer 1

Desde La ecuación de evapotranspiración de referencia normalizada de la ASCE 1

Dado que T es la temperatura en grados Celsius, y RH es la humedad relativa:

Presión de vapor de saturación (es) =

0.6108 * exp(17.27 * T / (T + 237.3))

Presión de vapor real (ea) =

RH / 100 * es 

Déficit de presión de vapor =

ea - es

Por qué es una medida significativa: "La tensión a la que se somete un organismo para mantener el equilibrio hídrico durante los cambios de temperatura se muestra mucho más claramente al anotar el déficit de presión de vapor que al registrar la humedad relativa". Anderson, D. B. 1936. Humedad relativa o déficit de presión de vapor. Ecology 17, no. 2: 277-282.

Answer 2

Desde Dennis Hartman "Climatología física global" (p 350)

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Dada la humedad relativa en porcentaje ( $RH$ ) y la temperatura en Celsius ( $C$ ):

En primer lugar, calcular la presión de vapor de saturación, $e_s$ en milibares (mb):

$$e_s= 6.11*exp\left( \frac{L}{R_v}\left(\frac{1}{273} - \frac{1}{T}\right) \right)$$

Dónde $L$ es el calor latente de vaporización, $2.5\times10^6\text{ J kg}^{-1}$ , $R_v$ es la constante de gas del vapor de agua ( $461 \text{ J K}^{-1}\text{kg}^{-1}$ .

A continuación, calcular el déficit de presión de vapor, $vpd$ que es la diferencia entre la presión de vapor de saturación y la presión de vapor real:

$$vpd = e_s*(100-RH)/100$$

Aquí hay dos funciones escritas en R que harán esto:

get.es <- function(temp){
  es <- 6.11 * exp((2.5e6 / 461) * (1 / 273 - 1 / (273 + temp)))
  return(es)
}

get.vpd <- function(rh, temp){
  ## calculate saturation vapor pressure
  es <- get.es(temp)
  ## calculate vapor pressure deficit
  vpd <- ((100 - rh) / 100) * es
  return(vpd)
}

Y para comprobarlo, puedes trazar la relación entre la temperatura y es (en negro) y al 50% de HR, por ejemplo (en rojo):

temp <- -30:30
plot(temp, get.es(temp), type = "l", xlab = "T", ylab = "es or vpd")
lines(temp, get.vpd(50, temp), col = "red")

Answer 3

Después de comprobar la referencia que sugirió James:

Allen, RG, Pereira, LS, Raes, D, Smith, M (1998) Datos meteorológicos, Capítulo 3. En: Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop de los cultivos. Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) y Drenaje 56. Naciones Unidas, FAO, Roma, Italia. Disponible en en http://www.fao.org/docrep/x0490e/x0490e07.htm#calculation%20procedures

He encontrado que, en la referencia, se recomienda menos calcular la presión de vapor real (ea) utilizando la humedad relativa media (como la función get.ea)

# function suggested by James 
# Calculate actual vapor pressure (ea)
get.ea <- function(rh, tmin, tmax){
  esm <- get.esm(tmin, tmax)
  ea <- (rh/100) * esm
  return(ea)
}

según la referencia http://www.fao.org/docrep/x0490e/x0490e07.htm#calculation%20procedures , Ec. 17, ea = [e°(Tmin) RHmax/100 + e°(Tmax) RHmin/100]/2, se recomienda derivar ea de la humedad relativa máxima y mínima en lugar de la humedad relativa media .

por lo tanto, la función get.ea puede modificarse de la siguiente manera.

# reference http://www.fao.org/docrep/x0490e/x0490e07.htm#calculation%20procedures, Eq. 17 
# Calculate actual vapor pressure (ea)
# based on maximum and minimum relative humidity

get.ea <- function(rhmin, rhmax, tmin, tmax){
  esmn <- get.esmn(tmin) # other fun same as James suggested
  esmx <- get.esmx(tmax) 
  ea <- (esmn * rhmax/100 + esmx * rhmin/100) / 2
  return(ea)
}

Salvo la modificación de get.ea Las demás funciones son las mismas que sugirió James.

Answer 4

Por el nombre creo que es simplemente la diferencia entre la presión de vapor en saturación y la presión de vapor real. Esta última debería ser simplemente la humedad relativa por la presión de vapor a la saturación. Deberías poder encontrar algunas tablas (o fórmulas para la presión de vapor en función de la temperatura). Puedes buscar la presión de vapor en Wikipedia. Dan una fórmula que llaman la ecuación de Antoine. También, de forma más teórica, podrías mirar la ecuación de Clausius-Clapeyron, pero creo que sería más fácil introducir la ecuación de Antoine.

Answer 5

Código R para calcular el déficit de presión de vapor (kPa) a partir de la temperatura y la humedad relativa utilizando las ecuaciones de Allen et al. (1998)

Déficit de presión de vapor (VPD) = Presión de vapor de saturación (ES) - Presión de vapor real (EA). A continuación se muestra el código R para estimar el VPD utilizando las temperaturas medias mínimas y máximas mensuales y la humedad relativa media mensual según Allen et al. (1998). He utilizado el índice VPD para calcular el índice de estación de crecimiento de Jolly et al. (1995) para una variable en la modelización del nicho ecológico.

Allen, RG, Pereira, LS, Raes, D, Smith, M (1998) Meteorological data, Chapter 3. En: Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirements. Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), Documento de Riego y Drenaje 56. Naciones Unidas, FAO, Roma, Italia. Disponible en http://www.fao.org/docrep/x0490e/x0490e00.htm#Contents (Consultado el 11 de junio de 2014)

Jolly, WM, Nemani, R, Running, SW (2005) Un índice bioclimático generalizado para predecir la fenología foliar en respuesta al clima. Glob Chang Biol 11:619-632

Calcular el Déficit de Presión de Vapor (en KPa, Kilopaschals) en R según las ecuaciones de Allen et al. (1998) para el Ejemplo 5 utilizando las temperaturas medias mensuales mínimas (tmin) y máximas (tmax) (Celsius) y la humedad relativa pecente media mensual (rh, 100 = 100%): [ http://www.fao.org/docrep/x0490e/x0490e07.htm#chapter 3 datos meteorológicos]

Declarar en R los valores de tres variables ambientales requeridas del Ejemplo 5 de Allen et al. (1998)

tmin <- 18 tmax <- 25 rh <- 68

Utilizando rh = 68 como media de 82% y 54% rh en el ejemplo; así, el valor final de vpd no coincidirá exactamente con el ejemplo

Calcular la presión de vapor de saturación para la temperatura mínima media mensual (esmn)

get.esmn <- function(tmin){ esmn <- .6108 * exp((17.27 * tmin) / (tmin + 237.3)) return(esmn) }

Calcular la presión de vapor de saturación para la temperatura máxima media mensual (esmx)

get.esmx <- function(tmax){ esmx <- .6108 * exp((17.27 * tmax) / (tmax + 237.3)) return(esmx) }

Calcular la presión media de vapor de saturación (esm)

get.esm <- function(tmin, tmax){ esmn <- get.esmn(tmin) esmx <- get.esmx(tmax) esm <- (esmn + esmx)/2 return(esm) }

Calcular la presión de vapor real (ea)

get.ea <- function(rh, tmin, tmax){ esm <- get.esm(tmin, tmax) ea <- (rh/100) * esm return(ea) }

Calcular el déficit de presión de vapor (vpd = esm - ea; obtener las funciones esm y ea)

get.vpd <- function(rh, tmin, tmax){ esm <- get.esm(tmin, tmax) ea <- get.ea(rh, tmin, tmax) vpd <- esm - ea return(vpd) }

Comprobar los valores de las variables y los resultados

esmn <- get.esmn(tmin) esmx <- get.esmx(tmax) esm <- get.esm(tmin, tmax) ea <- get.ea(rh) vpd <- get.vpd(rh, tmin, tmax)

Definir temp (temperatura media), tmin y tmax para trazar la relación de esm y vpd

get.temp <- function(tmin, tmax){ temp <- (tmin + tmax)/2 return(temp) } tmin <- -40:20 tmax <- -20:40

Trazar la relación de esm y vpd con la temperatura media

plot(get.temp(tmin,tmax), get.esm(tmin, tmax), type = "l", xlab = "Temp (C)", ylab = "esm (black) or vpd (red) (kPa)") lines(temp, get.vpd(50, tmin, tmax), col = "red")