Effects of climate change and land use change on the water balance components of the Xingu river basin, southeastern Amazon

• Main Author: Rizzo, Rodnei
• Other Authors: Ballester, Maria Victoria Ramos
• Format: Others
• Language: en
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2018
• Subjects: Análise de Mann-Kendall; Bacia do rio Xingu; Fechamento do balanço hídrico; Long-term time series; Mann-Kendall analysis; Remote sensing products; Sensoriamento remoto; Séries temporais; Upper Xingu basin; Water balance components
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/91/91131/tde-21012019-144713/

In the southern of the Amazon basin, extensive deforestation associated with global climate change have impacted the regional water cycle. Predictions indicate that future alteration might cause even higher pressure over regional water resources. The goal of this study was to perform a detailed evaluation of past changes in the water resources of the upper Xingu basin, a region which is broadly representative of southern Amazon. The evaluation consisted of characterizing alterations in medium and long-term time series of rainfall, river discharge, evapotranspiration and total water storage change. The study employed not only in situ measurements, but also remotely sensed data. Remote sensing products including rainfall, evapotranspiration and water storage change were employed in the evaluation of the regional water balance. A thirteen years\' time series derived from RS products was submitted to a trend analysis, to detect significant variations in the water balance. Furthermore, uncertainties in each remote sensing product were retrieved, mostly comparing in situ measurements with RS estimates. To describe limitations of such products to evaluate the regional water balance, river discharge was calculated as the residual of the water balance. Later on, the estimated river discharge was compared to in situ measurements and uncertainties in the water balance were defined. The analysis of long-term alterations considered in situ measurements of rainfall and river discharge, from the period of 1976-2015. In this case, a group of hydro-climatological indicators was derived and then submitted to Mann-Kendall and Petit test. Due to the relevance of forest cover on river flow regulation, land use changes (LUC) were mapped every five years from 1985 to 2015. LUC results were then compared to the hydro-climatological data, to identify similarities in changing patterns. The evaluation of water balance components based on remote sensing products described fairly well the spatial variability in the study site. The uncertainties in P, ET and TWSC products corresponded to 41, 25 and 18 mm month-1, respectively. Due to these uncertainties, it was not possible to perform the water balance closure based on RS data. No significant changes were observed in the time series derived from these products. Contrastingly, the evaluation of a 40-years\' time series presented a decrease of 245 mm in rainfall, with intensity and number of rainy events being reduced. This phenomenon is most likely resultant from two process, the reduction in water recycling due to deforestation, as well as the Pacific Ocean decadal oscillation, which influences the large-scale atmospheric circulation. Although deforestation tends to increase river discharge, the reduction in rainfall in the Upper Xingu Basin was high enough to mask this effect. === O desmatamento em larga escala na região sul da bacia amazônica brasileira, associado às mudanças climáticas globais, tem impactado o ciclo hidrológico regional. Previsões futuras indicam uma pressão ainda maior sobre os recursos hídricos regionais. O objetivo deste estudo foi realizar uma avaliação detalhada das possíveis alterações nos recursos hídricos da bacia do Alto Xingu, uma região extremamente representativa do sul da Amazônia. Para tanto, foram empregadas séries temporais de longa e média duração, correspondentes à precipitação (P), vazão (Q), evapotranspiração (ET) e variação do armazenamento de água (TWSC). O estudo empregou medições in situ, bem como dados de sensoriamento remoto (SR). As estimativas de sensoriamento remoto foram empregadas na avaliação do balanço hídrico regional. As séries temporais de treze anos derivadas de produtos de SR foram submetidas a uma análise de tendência, com o objetivo de detectar variações significativas nos componentes do balanço hídrico. Além disso, as incertezas em cada produto foram obtidas comparando-se medições in situ com as estimativas de SR. Com o objetivo de descrever as limitações de tais produtos para a realização do balanço hídrico regional, a vazão do rio Xingu foi estimada com base na fórmula do balanço hídrico. Posteriormente, tal estimativa foi comparada com as medições in situ, gerando um indicativo da incerteza no fechamento do balanço hídrico. Já a análise das alterações a longo prazo considerou as medidas in situ da precipitação e vazão, no período de 1976-2015. Neste caso, um grupo de indicadores hidro-climatológicos foi calculado e posteriormente submetido aos testes de Mann-Kendall e Pettit. Devido à relevância das florestas na regulação da vazão dos rios, as mudanças no uso e ocupação da terra foram mapeadas a cada cinco anos, durante 1985-2015. Os resultados foram comparados aos dados hidro-climatológicos, buscando assim semelhanças nos padrões de alteração. Os produtos de sensoriamento remoto descreveram razoavelmente bem a variabilidade espacial dos componentes do balanço hídrico. As incertezas nas estimativas de P, ET e TWSC corresponderam a 41, 25 e 18 mm mês-1. Devido a incertezas nos produtos de SR, não foi possível realizar o fechamento do balanço hídrico. Com relação as séries temporais derivadas dos dados de SR, nenhuma mudança significativa foi observada. Por outro lado, a avaliação das séries temporais de longa duração, apresentaram diminuição de 245 mm na precipitação, com as chuvas tendo intensidade e número de eventos reduzidos. Este fenômeno é provavelmente resultante de dois processos, sendo um deles a redução na ciclagem da água devido ao desmatamento. O segundo corresponde a oscilação decadal na temperatura da superfície do Oceano Pacífico, a qual influencia a circulação atmosférica em grande escala. Embora o desmatamento cause aumento na vazão do rio, a redução da precipitação na Bacia do Alto Xingu foi suficientemente alta para mascarar esse efeito. Os dados aqui apresentados não só apresentam um diagnóstico sobre os recursos hidrícos do Alto Xingu, como também são extremamente relevantes para a compreensão da interação entre a paisagem e os componentes do balanço hídrico.