Consecuencias de un cambio de estado de equilibrio clima-vegetaci贸n sobre la precipitaci贸n en Suram茅rica tropical Juan F. Salazar, G. Poveda, G. Sampaio, and Iracema F. A. Cavalcanti Simposio Bosques y Agua Agosto, 2013, Medell铆n, Colombia
Autores Juan F. Salazar, Escuela Ambiental, Grupo GIGA, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia Germán Poveda, Escuela de Geociencias y Medio Ambiente, Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Colombia Gilvan Sampaio, Earth System Science Center at the Brazilian Institute for Space Research (INPE), Brazil Iracema F. A. Cavalcanti, Center for Weather Forecasting and Climate Studies at the Brazilian Institute for Space Research (INPE), Cachoeira Paulista, Brazil
Hipótesis Existen múltiples estados de equilibrio clima-vegetación que podrían darse en Suramérica tropical (Oyama and Nobre, 2003; Sampaio, 2008, Salazar y Nobre, 2010). La vegetación y el clima evolucionan como un sistema complejo acoplado.
Vegetation
Climate
Cobertura en dos estados de equilibrio diferentes Sampaio (2008), similar a Oyama y Nobre (2003)
Bosque tropical sabana
Escenario “Bosque”
Escenario “Sabana”
Estados de equilibrio clima-vegetación
Estado de equilibrio clima-vegetación “Bosque”
Estado de equilibrio clima-vegetación “Sabana”
¿Qué pasa si...?
?? Bosque
Sabana
Pregunta de investigación ¿Cuáles serían las consecuencias hidrológicas de dicho cambio de estado de equilibrio del sistema clima-vegetación en Suramérica tropical? ¿Cómo cambiaría la precipitación en Colombia?
Experimento de modelación Usamos un modelo climático regional (Eta-CPTEC; Pesquero et al., 2010) anidado en un modelo de circulación general (GCM-CPTEC, Cavalcanti et al., 2002). La idea central del experimento consistió en simular y comparar ambos estados de equilibrio (escenarios). Los análisis se concentraron en precipitación y caudal.
Eta-CPTEC Algunas caracter铆sticas: Coordenada vertical Eta (Mesinger et al., 1988) Esquema de superficie Noah (Chen et al., 1996; Ek et al., 2003). Esquema de convecci贸n Betts-Miller-Janjic (BMJ) (Betts y Miller (1986), Janjic (1994))
Dominio de modelaci贸n
Resoluci贸n horizontal: 30 km 38 niveles verticales, tope de la atm贸sfera a 50 hPa
Ă rea de estudio
Sub-regiones: CO: Colombia WA: West Amazon CA: Central Amazon EA: East Amazon SA: South Amazon
Condiciones iniciales y de frontera A partir del modelo global CPTEC-GCM. Condiciones iniciales y de frontera en donde el clima y la vegetaci贸n est谩n en equilibrio (estado de equilibrio). Conjunto de modelaciones: 5 miembros por cada estado de equilibrio (variando la condici贸n inicial). Ciclo anual promedio de temperatura superficial del mar.
Reducciones de la precipitación (anual) Como consecuencias del cambio de estado de equilibrio de aquel con más (“bosque”) a aquel con menos (“sabana”) bosque tropical, la precipitación anual promedio de largo plazo se reduce (áreas amarillas-rojas) en la mayor parte de Suramérica tropical.
Diferencias de precipitation (mm año-1)
Reducciones de la precipitaci贸n (ciclo anual) Ciclo anual promediado sobre Colombia (CO)
Vientos de bajo nivel, 925hPa, trimestre SON
m/s
Bosque
Sabana
Interacciones A-A-A Andes-Amazonia-Atlรกntico P: precipitation (including recycled P) Q: river discharges S: sediments N: nutrients C: pollutants ET: evapotranspiration Vq: moisture transport by the trade winds
Adaptada de Poveda et al (2006)
Conexión con la hidrología superficial El caudal promedio de largo plazo en un área A está dado por
y se puede relacionar con la media y la desviación estándar de los caudales pico de la siguiente manera
(Análogamente para los caudales mínimos)
(Poveda et al,2007)
Caudales diarios (datos de HYBAM) 90 estaciones del proyecto HYBAM (Hydro-Géodynamique Actuelle du Bassin Amazonien) Areas desde 945 km2 hasta 4,680,000 km2 (Obidos, Amazon) Logitud de registros varía desde 26 hasta 38 años con un promedio de 26 años
Ley potencial estimada y caudales observados Ley potencial relacionando la media de las crecientes anuales con el caudal medio anual
Leyes potenciales estimadas y observaciones
Caudal medio para ambos estados de equilibrio N煤meros negativos indican reducci贸n como consecuencia de pasar del estado Bosque al estado Sabana
Caudal medio: observado (actual) and estimado para Bosque y Sabana (escenarios)
Conclusiones
Como consecuencia del cambio de estado de equilibrio (de Bosque a Sabana): 1) Se reduce la precipitación en gran parte de Suramérica tropical, Colombia incluida.
??
2) Los caudales medios y extremos se reducen en gran parte de la cuenca del río Amazonas. Estas reducciones podrían explicarse por reducciones en el transporte de humedad a través del sistema acoplado: Atlántico-Amazonas-Andes (tropical), vinculados con cambios en los patrones de circulación (figura).
Interacciones A-A-A Andes-Amazonia-Atlántico
¿Qué pasa si...?
Adaptada de Poveda et al (2006)
Agradecimientos
Scholarship program on “Understanding of the climate change and variability in the Americas”, funded by the Inter-American Institute for Global Change Research (IAI) and the Center for Weather Forecasting and Climate Studies (CPTEC) of the National Institute for Space Research (INPE) in Brazil. The model experiment was run in the CPTEC/INPE computer center in Cachoeira Paulista, Brazil. COLCIENCIAS of Colombia: for funding this research through the GRECIA research program, and the grant “Francisco José de Caldas” awarded to J.F.S. HYBAM (Hydro-Géodynamique Actuelle du Bassin Amazonien) for the data.
Gracias
References Bonan, G., 2008. Forest and climate change: Forcings, feedbacks, and the climate benefits of forests. Science 320, 1444–1449. Cavalcanti, I., Marengo, J., Satyamurty, P., Nobre, C., Trosnikov, I., Bonatti, J., Manzi, A., Tarasova, T., Pezzi, L., D’Almeida, C., et al., 2002. Global climatological features in a simulation using the CPTEC–COLA AGCM. Journal of Climate 15 (21), 2965–2988. Oyama, M., Nobre, C., 2003. A new climate-vegetation equilibrium state for tropical South America. Geophysical Research Letters 30 (23), 2199–2203. Oyama, M., Nobre, C., 2004. A simple potential vegetation model for coupling with the Simple Biosphere Model (SIB). Revista Brasileira de Meteorologia 19 (2), 203–216.
References Pesquero, J., Chou, S., Nobre, C., Marengo, J., 2010. Climate downscaling over South America for 1961–1970 using the Eta Model. Theoretical and Applied Climatology 99 (1), 75–93. Poveda, G., Vélez, J. I., Mesa, O., et al., 2007. Linking long-term water balances and statistical scaling to estimate river flows along the drainage network of Colombia. Journal of Hydrologic Engineering 12 (1), 4–13. Poveda, G., Waylen, P. R., Pulwarty, R., 2006. Modern climate variability in northern South America and southern Mesoamerica. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 234, 3–27. Salazar, L. F., Nobre, C., 2010. Climate change and thresholds of biome shifts in Amazonia. Geophysical Research Letters 37 (17), L17706.
References Sampaio, G., 2008. Consequencias climáticas da substituição gradual da floresta tropical amazônica por pastagem degradada ou por plantação de soja: Um estudo de modelagem. Ph.D. thesis, INPE.