Projeções futuras de secas hidrológicas da América do Sul sob a perspectiva das mudanças climáticas e da modelagem hidrológica

Abstract

Secas hidrológicas são eventos extremos que causam diversos impactos socioeconômicos mundialmente. Esses eventos tendem a se intensificar nas próximas décadas em grande parte da América do Sul, sendo necessário a avaliar seu comportamento no futuro. Essas projeções são comumente feitas a partir de modelos hidrológicos, contudo essas ferramentas possuem limitações na representação de alterações de vazão de longo termo. Isso foi constatado principalmente para modelos conceituais e concentrados, porém há uma lacuna no que diz respeito a modelos de grande escala, de base física e distribuídos. Dessa forma, o presente trabalho (i) avalia a capacidade de modelos hidrológicos distribuídos de grande escala em representar extremos de vazão sob mudanças climáticas e (ii) faz projeções de diferentes aspectos de secas hidrológicas na América do Sul para o final do século. O primeiro tópico aborda a performance de 3 modelos globais (HTESSEL-CaMaFlood, LISFLOOD e WaterGAP3) e 1 um modelo regional (MGB-SA) na representação de mudanças de vazões mínimas e máximas em escala multianual. As vazões foram comparadas entre os 5 anos mais secos e os 5 anos mais úmidos do histórico de 1990 a 2009, simulando mudanças entre um clima atual e um futuro mais seco, por exemplo. Os modelos subestimam a alteração das vazões mínimas, enquanto o resultado para as vazões máximas apresenta maior aleatoriedade. Como conclusão, tem-se que, apesar de modelos hidrológicos distribuídos serem boas ferramentas para mostrar sinais e padrões de alteração, suas estimativas podem não ser acuradas o suficiente para aplicações de mitigação e adaptação às mudanças climáticas (e.g. concessão de outorgas e dimensionamento de estruturas). Além disso, diferenças estruturais entre modelos não são perceptíveis em grandes escalas de tempo sob a ótica analisada. O segundo trabalho avalia alterações na duração de períodos de intermitência e estiagem em rios e na magnitude e frequência de vazões mínimas na América do Sul a partir de 28 modelos climáticos do CMIP6. As projeções indicam que boa parte do continente deve apresentar uma intensificação nas condições secas. A porção sul da bacia Amazônica concentra as maiores projeções de mudança, podendo apresentar alterações significativas nas secas hidrológicas até 2050. Ao todo, esses eventos podem ser afetados significativamente em cerca de 30 % dos rios sul-americanos até 2100. Os trabalhos em conjunto mostram que, mesmo modelos hidrológicos subestimando as alterações de vazões mínimas, a América do Sul apresenta projeções robustas de intensificação de secas hidrológicas, com sinais de alteração maiores frente à variabilidade climática. Também indicam que as mudanças esperadas para as próximas décadas devem ser ainda mais intensas do que as que os modelos permitem estimar, motivando buscas por melhoras nessa ferramenta.

Hydrological droughts are extreme events that cause various socioeconomic impacts worldwide. These events tend to intensify over the coming decades across South America, making it necessary to evaluate their behavior in the future. Such projections are usually made using hydrological models. However, these tools have limitations in representing long-term discharge changes. This has been observed mainly in conceptual and lumped models, but there is a gap regarding large-scale, physically based, distributed models. Thus, the present work (i) assesses the ability of large-scale distributed hydrological models in representing extreme discharges under climate change and (ii) makes projections of different aspects of hydrological droughts in South America toward the end of the century. The first topic addresses the performance of three global models (HTESSEL-CaMaFlood, LISFLOOD, and WaterGAP3) and one regional model (MGB-SA) in representing changes in floods and low flows on a multiannual scale. Discharges were compared between the 5 driest and 5 wettest years in the historical period from 1990 to 2009, simulating changes between a current climate and a drier future, for example. 2009, simulating changes between a current climate and a drier future, for example. The models underestimate changes in low flows, while the results for floods are more random. In conclusion, although distributed hydrological models are well suited for showing signals and patterns of change, their estimates may not be accurate enough for mitigation and adaptation applications to climate change (e.g., water permitting and structural design). Furthermore, structural differences between models are attenuated at large time scales under the perspective analyzed. The second study evaluates changes in the duration of intermittency and drought periods in rivers, as well as the magnitude and frequency of low flows in South America, based on 28 climate models from CMIP6. The projections indicate that the continent is expected to experience drier conditions. The southern portion of the Amazon basin concentrates the largest projected changes, potentially showing significant alterations in hydrological droughts by 2050. Overall, these events may be significantly affected in about 30% of South American rivers by 2100. Together, the studies show that even though hydrological models underestimate changes in low flows, South America presents robust projections of intensification of hydrological droughts, with stronger signals of change compared to climate variability. They also indicate that the changes expected in the coming decades should be even more intense than what the models currently can estimate, motivating efforts to improve these tools.