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Impacto das mudanças
climáticas na hidrologia
da América do Sul
Walter Collischonn
Instituto de Pesquisas Hidráulicas
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
MR 10 - Mudanças climáticas e recursos hídricosCoordenador: Otto Corrêa Rotunno Filho - UFRJ
Palestrantes: Pablo Borges de Amorim - UFSC, Otto Corrêa Rotunno Filho - UFRJ, Walter Collischon - UFRGS e Maria Assunção F. Silva Dias - USP
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Modelo Climático Global
Global
Regional Modelo Hidrológico
Regional
O fluxo de informações e a escala
dados dados
Projeções de mudanças climáticas
Downscalingestatístico Impacto na hidrologia
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Modelo Climático Global
Global
Modelo Regional
Continental
Modelo Hidrológico
Regional
O fluxo de informações e a escala
dados dados
Projeções de mudanças climáticas
Downscalingdinâmico Impacto na hidrologia
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Publicações sobre o tema na RBRH
• FERNANDES, R. O.; SILVEIRA, C. S.; STUDART, T. M. C.; SOUZA FILHO, F. A. Reservoir yield intercomparison of large dams in Jaguaribe Basin-CE in climate change scenarios. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v. 22, n. 11, 2017.
• MEDEIROS, Y. D. P. Análise dos impactos das mudanças climáticas em região semi-árida. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v. 8, n. 2, p. 127-136, 2003.
• Valério, E. D. L. S., & FRAGOSO JUNIOR, C. R. (2015). Avaliação dos efeitos de mudanças climáticas no regime hidrológico da bacia do rio Paraguaçu, BA. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 20(4), 872-887.
• SILVEIRA, C. S.; FILHO, F.; LOPES, J.; BARBOSA, P.; TIEZZI, R. Análise das projeções de vazões nas bacias do setor elétrico brasileiro usando dados do IPCC-AR4 para o século XXI. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v. 19, n. 4, p. 59-71, 2014.
• Adam KN, Fan FM, Pontes PR, Bravo JM, Collischonn W (2015) Mudanças climáticas e vazões extremas na Bacia do Rio Paraná. Rev Bras Recur Hídr20:999–1007.
• Arroio Junior P, Mauad F (2015) Simulação dos Impactos das Mudanças Climáticas na Vazão da Bacia do Ribeirão do Feijão - SP. Rev Bras Recur Hídr20:741–751.
• Schuster, R. C.; Fan, F. M.; Collischonn, W. 2020 Scenarios of climate changeeffects in water availability within the Patos Lagoon basin. Ver Bras RecurHidr.
• ADAM, K. N.; COLLISCHONN, W. Análise dos impactos de mudanças climáticas nos regimes de precipitação e vazão na bacia hidrográfica do rio Ibicuí. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v. 18, n. 3, p. 69-79, 2013.
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Modelo Climático Global
Global
Modelo Regional
Continental
O fluxo de informações e a escala
dados dados
Projeções de mudanças climáticas
Downscalingdinâmico
Modelos hidrológicosdiferentessão aplicados em diferentes bacias
Será que osresultados sãocomparáveis?
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Modelo Climático Global
Global
Modelo Regional
Continental
O fluxo de informações e a escala
dados dados
Projeções de mudanças climáticas
Downscalingdinâmico
Modelos hidrológicossão aplicados em diferentes bacias
Será que osresultados sãocomparáveis?
Pablo B. Amorim
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Modelo Climático Global
Global
Modelo Regional
Continental
Modelo Hidrológico
Continental
O fluxo de informações e a escala
dados dados
Projeções de mudanças climáticas
Downscalingdinâmico Impacto na hidrologia
Modelagem Hidrológica Continental
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Escala continental
Por que Hidrologia Continental?
• Temos muitas bacias compartilhadas entre dois ou mais países
• Possivelmente teremos maior integração econômica com outros países.
• Integração de fontes de energia, entre as quais a hidroelétrica.
• Desastres hidrometeorológicos(cheias/secas) não respeitam fronteiras ou limites da bacia
•A escala continental é mais compatível com a escala na qual são feitas as projeções de mudança do clima.
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populaçãoNeste mapa as cores dos rios Representam o número de Habitantes que vivem a montante
Escala continentalPopulação acumulada na América do Sul
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Reanálise Hidrológica
Previsão de cheias
Monitoramento e previsão de
secas
Usos da água
Processos hidrológicos
Água, Clima e Meio Ambiente
Monitoramento local e por
sensoriamento remoto
Modelos hidrológicos
PassadoPresente•Condições atuais
•Condições típicas
Futuro• Previsão: hora, dia, mês
• Planejamento: décadas
• Produtos:• Ciência• Bases de dados• Métodos• Sistemas
Gestão integrada de água
Hidrologia continentalAgenda de pesquisa SAMEWATER
Paiva et al., 2017 SAMEWATER : uma agenda de pesquisa integrada da hidrologia da América do Sul. Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos (Florianópolis, 2017)
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Modelagem hidrológica continental
Ou estender um modelo de menor escala (mais difícil); Ou aplicar modelo global para a região de interesse (mais fácil)
Modelo de superfície (LSM) Modelo Hidrológico Global (GHM)
•Uso intensivo de água;•Impacto de barragens.•Foco: fluxos horizontais
•Interações entre solo e atmosfera•Foco: fluxos verticais
Utilizados p/ estimar variáveis hidrológicas!
• Geralmente não são calibrados;
• Simplificações no transporte de água dos canais (propagação);
• Limitações em regiões muito planas!
Porém...
Opções para modelagem continental
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Modelagem hidrológica continental
Modelo hidrológico MGB
Módulo propagação (hidrodinâmica)
Módulo balanço hídrico
•nº de elementos de cálculo(minibacias): 33749,trechos de rio definidos em L = 15 km.
•Área coberta pelo modelo: ~16,5 milhões de km²
•Tempo de processamento: 3 min/ano simulação com propagação hidrodinâmica.
• Código em FORTRAN com processamento paralelo (4 cores) em um simples desktop PC
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Modelagem hidrológica continental
Modelo hidrológico MGB
HydroSHEDS(mapa global de direções de fluxo)
Perfis de inundação da planície (baseado no método HAND)
Bare-Earth SRTM(MDE c/ vegetação removida)
Suavização de perfislongitudinais dos trechos
Discretização dos trechos de rio Δx = 15 km
+
MSWEP – Multi-Source Weighted Ensemble Precipitation (combinação de satélite, reanálise e observações; global, ~25km)
CRU - Climatic Research Unit (médias mensais climatológicas; global)
Mapa de blocos (HRU) da América do Sul (Fan et al., 2015)(Tipo do Solo + Uso do solo )
GBWD - Global Bankfull Widths and Depths(mapa global de largura e profundidade)
Geoprocessamento
Geometria Estudos regionais
+Módulo propagação (hidrodinâmica)
Módulo balanço hídrico
Bases de dados utilizadas
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Central Amazon Minimum water depth from the 2001/2002 year
Central AmazonMaximum water depth from the 2001/2002 year
Modelagem hidrológica continental
Representação da diâmica de áreas úmidas e planícies de inundação
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KGE
ObservadoSimulação hidrodinâmicaSimulação não-hidrodinâmica
Modelagem hidrológica continental
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Armazenamento terrestre de água (TWS) – MGB x GRACE
Modelagem hidrológica continental
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Modelagem hidrológica continental
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Modelagem hidrológica continental
HTESSEL + CaMa-Flood (Balsamo et al., 2009; Yamazaki et al., 2011),LISFLOOD (van der Knijf et al., 2010) WaterGAP3 (Döll et al., 2009)
Comparação com modeloshidrológicos globais
Pontos azuis:Modelo continental é melhorDo que modelos globais
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Modelagem hidrológica continentalMais detalhes sobre o modelo da América do Sul
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Simulações continentais dos impactos das
mudanças climáticasBaseado em:
Breda et al. 2020 Climate Change impacts on South American Water Balance from a continental-scale hydrological model driven by CMIP5 projections.
Climatic Change (no prelo)
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25 modelos globais
Cenários • RCP (Representative Concentration Pathway)
• Radiative Forcings W/m²
• 2.6, 4.5, 6.0, 8.5
• Entrada MGB• Velocidade do vento
• Radiação solar de onda curta
• Umidade relativa do ar
• Pressão atmosférica
• Temperatura
• PRECIPITAÇÃO
• Dados para cada mês de 1850 a 2100
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Cenário RCP 4.5 (menos aquecimento)
Alteração média Alteração significativa Alteração média Alteração significativa
Temperatura
Precipitaçãoalteração %
Evapotranspiração
Cenário RCP 8.5 (mais aquecimento)
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Cenário RCP 4.5 (menos aquecimento)
Alteração média Alteração significativa Alteração média Alteração significativa
Escoamentoalteração %
Cenário RCP 8.5 (mais aquecimento)
Projeção de alteração de escoamento
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Cenário RCP 4.5 (menos aquecimento)
Alteração média Alteração significativa Alteração média Alteração significativa
Cenário RCP 8.5 (mais aquecimento)
Projeção de alteração de índice de aridezÍndice de aridez é a razão entre a Evapotranspiração potencial e a precipitação
Mais secoMenos seco
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Projeção de alteração da vazão
Concordância entre modelos
Se 2/3 da amostra (17 de 25) ou mais modelos globais concordam com o mesmo sinal de mudança
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Rio Tocantins Rio Xingu Rio AmazonasC
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Rio Uruguai Rio Paraguai Rio São FranciscoC
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Rio Paraná Rio Parnaíba Rio OrinocoC
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Linhas: situação atualÁrea sombreada: situação futura
Precipitação média na América do Sul
Evapotranspiração média na América do Sul
Vazão média da América do Sul para os oceanos
Projeção de alteração média no continente
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Disponibilização de resultados
www.ufrgs.br/hge
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E os eventos extremos?
• A metodologia aplicada até agora nãopermite avaliar eventos extremos
• Eventos extremos serão avaliados a partir de agora utilizando resultados do downscaling dinâmico do projeto CAPES-ANA • Desenvolvimento do Modelo Regional do
Sistema Terrestre Eta e Geração de Cenários de Mudanças Climáticas e de Usos da Terra, Visando Estudos de Impactos Sobre os RecursosHídricos
• Coordenadora-geral: Chou Sin Chan, INPE
• Alterações na sazonalidade• Início de período úmido/seco• Duração de período úmido/seco
• Eventos extremos• Intensidade e severidade de Secas
• Frequencia e magnitude chuvas extremas e cheias
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Paradoxo das cheias e mudança climática
• Já é possível observar aumentos de precipitação intensa
• Porém as alterações na magnitude das cheias não são tão evidentes
• Questão de escala espacial e temporal?
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• Prejuízos econômicos causados por cheiasaumentaram recentemente, porém maispor uma crescente exposição ao perigodo que por aumento do perigo!
• A confiabilidade nos modelos climáticosatuais para projetar alterações namagnitude e ou frequencia de cheiasainda é baixa.
• Não há uma evidência observável em grande escala de alteração da magnitude /frequencia das cheias devido àsmudanças climáticas.
Kundzewicz, et al. (2014). Flood risk and climate change: global and
regional perspectives. Hydrological Sciences Journal, 59(1), 1-28.
Paradoxo das cheias e mudança climática
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Paradoxo das cheias e mudança climática
• Na escala de bacia, alteraçõesantrópicas locais são tão importantesou mais do que alterações climáticas.
• A ampliação da magnitude das cheiasdo rio Mississippi River observada nosúltimos 150 anos é resultado, principalmente, das alterações nabacia (figura).
Munoz, S. E., Giosan, L., Therrell, M. D., Remo, J. W., Shen, Z., Sullivan, R. M., ... &
Donnelly, J. P. (2018). Climatic control of Mississippi River flood hazard amplified by
river engineering. Nature, 556(7699), 95.
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Zig Koch / ANA
Muito obrigado pela atenção!