Untersuchung von 50 temperaturbasierten Modellen zur Schätzung der potenziellen Evapotranspiration (PET) in einer semi-ariden Region

Warum Wasserverluste in die Luft wichtig sind

In trocken bewirtschafteten Regionen zählt jeder Tropfen Wasser. Dennoch verlieren Pflanzen große Mengen an Feuchtigkeit an die Luft durch die kombinierte Wirkung von Verdunstung aus dem Boden und Transpiration über die Blätter. Zu wissen, wie schnell dieser Verlust stattfindet – die sogenannte potenzielle Evapotranspiration – ist entscheidend, um zu entscheiden, wann und wie viel bewässert werden sollte. Die hier zusammengefasste Studie stellt eine einfache, aber dringliche Frage für semi-aride Teile Indiens: Können Landwirte und Planer diesen Wasserverlust verlässlich nur mit grundlegenden Temperatur- und Feuchtigkeitsmessungen schätzen, statt teure, datenintensive Wetterinstrumente zu verwenden?

Durst messen in einer trockenen Landschaft

Die Forschenden konzentrierten sich auf Lalgudi Taluk in Tamil Nadu, eine semi-aride Region mit heißen Sommern, mäßigen Winden und vergleichsweise niedriger Luftfeuchtigkeit. Über zehn Jahre, von 2005 bis 2014, sammelten sie routinemäßige Wetterdaten von einer Agrarkolleg-Beobachtungsstation – Tageshöchst- und -tiefstwerte der Temperatur, Feuchtigkeit, Sonnenscheindauer, Windgeschwindigkeit und Niederschlag. Mit diesen Aufzeichnungen berechneten sie zunächst ein Referenzmaß für den Wasserbedarf von Nutzpflanzen mit einer detaillierten Formel, die von der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen empfohlen wird, bekannt als FAO56 Penman–Monteith. Diese Methode gilt weithin als Goldstandard, benötigt jedoch viele verschiedene Wettergrößen, die oft an ländlichen Stationen fehlen.

50 Abkürzungen auf die Probe gestellt

Um einfachere Alternativen zu finden, stellten die Autoren 50 veröffentlichte Abkürzungen beziehungsweise empirische Modelle zusammen, die die potenzielle Evapotranspiration meist mit Temperatur und in einigen Fällen zusätzlich mit Feuchtigkeitsschätzungen bestimmen. 37 Modelle beruhten ausschließlich auf Temperatur, während 13 auch feuchtigkeitsbezogene Terme einbezogen. Alle wurden in einer konsistenten Computerumgebung rekonstruiert und mit denselben täglichen Wetterdaten gefüttert. Anschließend verglichen die Wissenschaftler die Ausgabe jedes Modells mit dem Goldstandard und überprüften nicht nur, wie eng die Werte Tag für Tag übereinstimmten, sondern auch, ob die Modelle das saisonale Muster und den langfristigen durchschnittlichen Wasserbedarf erfassen konnten.

Bewertung: Gewinner und Verlierer

Anstatt sich auf eine einzige Kennzahl zu verlassen, nutzte die Studie mehrere ergänzende Messgrößen. Dazu gehörte, wie gut jedes Modell dem Referenzwert folgte, wie groß sein typischer Fehler war, ob es systematisch zu hohe oder zu niedrige Werte lieferte, und wie sein langfristiger Durchschnitt im Vergleich zur Referenz ausfiel. Um diese Maße fair zu kombinieren, entwickelten die Autoren einen standardisierten Rangindex, der die Leistung zwischen 0 und 1 skaliert. Einige Modelle stachen hervor: ein von Althoff und Kollegen vorgeschlagenes Modell sowie Versionen von Pereira und Pruitt und von Samani lieferten die beste Balance aus Genauigkeit und Einfachheit. Sie folgten dem Auf- und Ab der saisonalen Wasserforderung im semi-ariden Klima, hielten die Fehler klein und die langfristigen Summen nahe am Referenzwert.

Grenzen von Feuchtigkeitseinbezug und älteren Faustregeln

Nicht alle Abkürzungen funktionierten gut. Einige traditionelle Formeln, die lange in der Bewässerungsplanung verwendet wurden, überschätzten entweder den Wasserbedarf – mit dem Risiko verschwendeten Wassers und Energie – oder unterschätzten ihn, was Pflanzenstress zur Folge haben könnte. Überraschenderweise lieferten Modelle, die Feuchtigkeit einbezogen, nicht automatisch bessere Ergebnisse als rein temperaturbasierte Ansätze. In dieser trockenen Region schwankt die Luftfeuchte weniger als Temperatur und Sonneneinstrahlung, sodass feuchtigkeitsorientierte Gleichungen manchmal die tatsächlichen Treiber des Wasserverlusts falsch einschätzten. Die Studie zeigte außerdem, dass mehrere für andere Klimata entwickelte Methoden, etwa für kühle oder sehr feuchte Regionen, ohne lokale Anpassung Schwierigkeiten hatten, wenn sie direkt auf die heißen, semi-ariden Bedingungen Südindiens angewendet wurden.

Was das für Landwirte und Planer bedeutet

Für diejenigen, die Wasser in datenarmen, semi-ariden Regionen managen, ist die Botschaft praktisch und hoffnungsvoll. Die Arbeit zeigt, dass sorgfältig ausgewählte, temperaturbasierte Formeln als Ersatz für komplexere Methoden dienen können, wenn nur einfache Wetteraufzeichnungen verfügbar sind. Insbesondere erwiesen sich die Modelle von Althoff, Pereira und Pruitt sowie Samani als vielversprechende Kandidaten zur Steuerung von Bewässerungszeitpunkten und für langfristige Wasserhaushalte in diesem Teil Indiens. Gleichzeitig warnt die Studie davor, irgendeine einzelne ‚Faustregel‘ bedenkenlos überall anzuwenden. Lokale Tests und, wenn möglich, Feinabstimmungen bleiben unerlässlich. Blickt man voraus, so argumentieren die Autoren, dass die Kombination von Temperatur mit weiteren Einflussfaktoren wie Sonneneinstrahlung, Wind und sogar maschinellen Lernverfahren die Schätzungen weiter verbessern könnte, sodass die Trockenlandlandwirtschaft begrenzte Wasserressourcen optimal nutzen kann.

Zitation: Ramachandran, J., Rashwin, A.A., Arunadevi, K. et al. Investigation of 50 temperature-based models for estimating potential evapotranspiration (PET) in a semi-arid region. Sci Rep 16, 7879 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35472-y

Schlüsselwörter: Evapotranspiration, Bewässerung, semi-aride Landwirtschaft, Klimadaten, Wasserwirtschaft