In diesem Bereich finden sie Variablen, die auf den Boden bzw. die Erdoberfläche bezogen sind. Dazu gehören Bodenfeuchtigkeit und die Evapotranspiration.

Bodenfeuchte

Bei Regen dringt Wasser in den Boden hinein, wobei ein Teil dieses Wassers in tiefere Schichten (Graviationswasser) gelangt. Der andere Teil wird als Haftwasser in den Bodenporen zurückgehalten. Die Menge des Haftwassers hängt von Bodeneigenschaften ab (z.B. Porengrösse, Beschaffenheit, Organische Substanz etc.). Die Bodenfeuchte wird durch das zurückgehaltene Wasser bestimmt, das durch Kapillarwasser (Wasser in Mikroporen, Bodenlösung) und Hygroskopisches Wasser (dünne Wasserfilme um Bodenpartikel und unerreichbar für Pflanzen) zusammengesetzt ist. Somit beschreibt die Bodenfeuchte die mittlere Feuchtigkeit in einem bestimmten Bodenbereich. Sie wird in Volumenprozent (%) angegeben.

Typische Werte der Bodenfeuchte liegen im Bereich zwischen 15 und 30%, während Werte grösser als 47% normalerweise nicht möglich sind, da der durchschnittliche Boden ein Porenvolumen von maximal 47% aufweist. Minimale Werte sind ebenfalls nicht kleiner als 15%, da die kleinsten Poren Wasser (Hygroskopisches Wasser, auch Totwasser) festhält, sogar wenn der Boden äusserst trocken ist.

Evapotranspiration

Die Evapotranspiration setzt sich aus der Evaporation (Verdunstung über Böden, Seen, Meere) und der Transpiration (Verdunstung über Pflanzen) zusammen. Sie hängt einerseits von den Bodeneigenschaften (z.B. Feuchtigkeit) und andererseits von meteorologischen Bedingungen ab (z.B. Wind, Temperatur, Strahlung). Die Evapotranspiration wird in Millimeter (mm) angeben.

Potentielle Evapotranspiration

Die potentielle Evapotranspiration ist ein theoretischer Wert, der angibt, wieviel Wasser von einer Fläche mit unlimitierter Wasserverfügbarkeit verdunsten könnte. Demnach zeigt sie an, wie viel Wasser mit der total verfügbaren Energie verdunstet wird. In der Sahara ist die potentielle Evapotranspiration beispielsweise sehr hoch, während die tatsächliche Evapotranspiration nahezu null ist, da gar kein Wasser zur Verdunstung verfügbar ist. Die potentielle Evapotranspiration wird in Millimeter (mm) angeben.

Referenz Evapotranspiration (ETo)

Die sogenannte Referenz "crop" Evapotranspiration oder Referenz Evapotranspiration wird mit ETo abgekürzt. Die Referenz-Oberfläche ist ein Grasbestand mit einer Pflanzenhöhe von 0.12 m, einer festen Oberflächenresistenz von 70 s/m und einer Albedo von 0.23. Die Referenz-Oberfläche gleicht somit einer extensiven grünen und gut bewässerten Grasfläche mit einer uniformen Höhe, die aktiv wächst und den Boden komplett bedeckt. Die feste Oberflächenresistenz von 70 s/m impliziert eine moderat trockene Bodenoberfläche, die etwa wöchentlich bewässert wird. Als Folge einer Expertenkonferenz im Mai 1990 wird die FAO Penman-Monteith Methode als einzige Standardmethode für die Definition und Berechnung der Referenz Evapotranspiration empfohlen.