ResumoO objetivo desse trabalho é avaliar a distribuição dos componentes do balanço de água e da reciclagem de precipitação na bacia amazônica, abordando os mecanismos físicos associados ao processo de reciclagem. De forma geral, a bacia amazônica se comporta como um sumidouro de umidade da atmosfera, recebendo vapor d'água tanto do transporte de origem oceânica quanto da evaportranspiração da floresta por meio do processo de reciclagem de precipitação. Em escala regional, a Amazônia representa uma importante fonte de umidade para outras regiões da América do Sul, contribuindo para o regime da precipitação em outras áreas do continente. Na média, a reciclagem de precipitação é da ordem de 20% na bacia amazônica, com valores variando entre 15% na porção norte e 40% na porção sul. Dessa forma, do total da precipitação na bacia, aproximadamente, 20% é decorrente do processo de evapotranspiração local; indicando que, a contribuição local para a precipitação total representa um percentual significativo no balanço de água regional e desempenha um importante papel no ciclo hidrológico amazônico. Entretanto, as variabilidades e mudanças no sistema climático devido tanto às variações naturais quanto antropogênicas (aumento na emissão de gases estufa e desflorestamento) podem afetar a reciclagem e o ciclo hdrológico regional. Palavras-chave: Amazônia, reciclagem de precipitação, transporte de umidade, interação biosfera-atmosfera, reanálises Era-Interim. Precipitation Recycling in the Amazon Basin: The Role of Moisture Transport and Surface Evapotranspiration AbstractThe objective of this study is to evaluate the distribution of water budget components and precipitation recycling in the Amazon basin addressing the physical mechanisms involved in the recycling process. In general, the Amazon basin acts as a sink for atmospheric moisture, receiving water vapor transported from the ocean and from precipitation recycled from evapotranspiration by the forest. At the regional scale, the Amazon basin is an important source of water vapor, contributing to precipitation in other remote locations of South America. Here we show, on average, 20% of precipitation in the Amazon basin is recycled, varying between 15% in the northern portion and 40% in the southern portion. Thus, approximately 20% of the total rainfall in the basin is derived from local evapotranspiration processes indicating that the local contribution to the total precipitation represents a significant contribution to the regional water budget and plays an important role in the Amazon hydrological cycle. However, the variability and changes in the climate system due to both natural and anthropogenic forcings (such as the increase in the concentration of greenhouse gases in the atmosphere and changes in land use and land cover -deforestation) can affect the precipitation recycling and regional hydrologic cycle.
We used climate models to assess the effects of 2 distinct anthropogenic forcings on the water budget in the Amazon basin: (1) increasing global greenhouse gases under the RCP8.5 scenario, and (2) land cover change caused by deforestation. The Eta regional climate model, driven by the Brazilian Earth System Model version 2.5 (BESM 2.5), was used to simulate the climate response under the RCP8.5 scenario and due to deforestation throughout the 21st century. Changes in energy and water budgets led to an increase in temperature that reached 5°C throughout the basin. In the RCP8.5 scenario, moisture convergence, precipitation and evapotranspiration all decreased. In this scenario, the positive feedback mechanism was predominant, as the reductions in evapotranspiration and moisture convergence acted in the same direction to reduce precipitation. In the future deforestation scenarios, reductions in precipitation were even stronger. In this case, the negative feedback mechanism predominated, in which the relative reduction in evapotranspiration was greater than the reduction in precipitation, leading to an increase in moisture convergence over the region. Changes in temperature and the water cycle were intensified in the future deforestation scenarios. These results show that the 2 anthropogenic factors can change the water budget and cause an imbalance in the climate-biome system in the Amazon basin, highlighting the need for public conservation policies to halt the increase in environmental degradation in the Amazon basin and to reduce greenhouse gases emissions due the burning of fossil fuels.
Recebido em 16 de Maio de 2016 -Aceito em 16 de Maio de 2017Resumo O modelo regional ETA do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) foi utilizado para avaliar o papel das mudanças nos usos e cobertura da terra na reciclagem de precipitação na bacia amazônica através de cenários de desflorestamento referente ao estado atual e projeções futuras. A reciclagem de precipitação aumentou de sudeste para norte-noroeste sobre a bacia, com valores variando entre 20% a 40%, estando diretamente relacionado à intensificação no transporte de umidade no sentido leste-oeste. As mudanças significativas na reciclagem ocorreram nos cenários de 2050 e 2100, enquanto que, para a situação atual, as mudanças não foram intensas suficientes para afetar o regime de precipitação na bacia. As reduções na reciclagem de precipitação (9% e 30% para os cenários de 2050 e 2100, respectivamente) foram explicadas pela redução na evapotranspiração e aumento no transporte de umidade; entretanto, a redução na evapotranspiração teve papel preponderante. A redução na precipitação total foi determinada pela redução da precipitação advectada (68%) e local (32%). Se as atividades antropogênicas não permitirem que haja a regeneração ambiental, o equilíbrio clima-vegetação será afetado, conduzindo a uma condição mais quente e seca, que por sua vez, implicará em graves consequências para os ecossistemas da Amazônia.Palavras-chave: Amazônia, reciclagem de precipitação, transporte de umidade, balanço de água, desflorestamento. Precipitation Recycling and Deforestation in the Amazon: A Numerical Modeling Study AbstractThe regional model ETA of National Institute for Space Research (INPE) was used to assess the role of changes in the use and land cover in the recycling of rainfall in the Amazon basin through deforestation scenarios for the current state and future projections. Precipitation recycling southeast of increased north-northwest of the basin, with values ranging from 20% to 40%, is directly related to the intensification of the moisture transport in the east-west direction. Significant changes in recycling occurred in the scenarios 2050 and 2100, while for the current situation, the changes were not intense enough to affect the rainfall regime in the basin. Reductions in recycling precipitation (9% and 30% for the scenarios 2050 and 2100, respectively) were explained by reduction in the evapotranspiration and increased moisture transport; however, the reduction in evapotranspiration had a preponderant role. The reduction in the total precipitation was determined by reduction of advected precipitation (68%) and local (32%). If anthropogenic activities do not allow there environmental regeneration, climate-vegetation balance will be affected, leading to a warmer and dry condition, which in turn, will result in serious consequences for the Amazon ecosystems.
Resumo Simulações climáticas para o clima presente (1960-2005) utilizando o Modelo Climático Regional Eta e o Modelo Hidrológico de Grandes Bacias (MGB), forçado com o Brazilian Earth System Model Ocean-Atmosphere (BESM-AO 2.5) foram realizadas. O objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho do Modelo Regional Eta e o Modelo Hidrológico de Grandes Bacias (MGB) na representação dos componentes do balanço de água (precipitação, evapotranspiração, convergência de umidade, vazão, cota e área de inundação) sobre a bacia do rio Madeira. A característica de sumidouro de umidade (P > E) foi simulada pelo modelo regional. Entretanto, o modelo subestimou a precipitação (33%), a evapotranspiração (12%) e a convergência de umidade (6%). O MGB-IPH conseguiu representar o ciclo anual das vazões, níveis do rio (cota) e área de inundação. Também conseguiu reproduzir a translação e amplitude das ondas de cheia, e o atraso de 3 meses entre os máximos da área de inundação e a precipitação sobre a bacia do Madeira. O MGB-IPH mostrou-se uma ferramenta útil para estudos de variabilidade climática, mudanças no clima e no uso da terra, e também para sistemas operacionais de previsão hidrológica na bacia Amazônica.
The objective of this study is to evaluate the water budget components and to address the physical mechanisms involved in precipitation recycling in the Amazon basin using the European Centre reanalysis for Medium-Range Weather Forecasts – ECMWF for period 1980-2005. Precipitation recycling refers to the feedback mechanism between the Earth’s surface and the atmosphere wherein the amount of water that is evapotranspired from a given region of the surface returns to the same area in the form of precipitation. Here we show, on average, 20% of the total rainfall in the basin is derived from local evapotranspiration processes indicating that the local contribution to the total precipitation represents a significant contribution to the regional water budget and plays an important role in the Amazon water cycle. However, the changes in the climate system due to anthropogenic forcings such as the increase in the concentration of greenhouse gases in the atmosphere and changes in land use and land cover (i.e. deforestation) can affect the precipitation recycling. Although the results presented here have produced new knowledge about the interactions between surface processes and the hydrologic cycle, the effects of anthropogenic climate change on the precipitation recycling in the Amazon basin requires further investigation.
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