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Resumo Nesse estudo avaliou-se os impactos do aumento dos GEE's (cenário RCP 8.5) e dos desflorestamentos no ciclo da água na bacia do rio Madeira, utilizando o Modelo Regional Eta e o Modelo Hidrológico de Grandes Bacias (MGB), forçado com o Brazilian Earth System Model Ocean-Atmosphere versão 2.5 (BESM-OA 2.5). No cenário RCP 8.5, o modelo apresentou sensibilidade sobre toda a bacia do Madeira, com aumento da ordem de 4.0 °C na temperatura. O aumento foi intensificado com os cenários de desflorestamentos de 2050 (4.8 °C) e 2100 (6.2 °C). Nos cenários de desflorestamento predominou-se o Mecanismo de Retroalimentação Negativo, pois embora haja reduções na precipitação e evapotranspiração, a convergência de umidade aumentou em todos os cenários. Observou-se aumento das descargas na maioria das estações para todos os cenários futuros RCP 8.5 e desflorestamento. O aumento da precipitação na estação seca explicou em parte o aumento das vazões e na área de inundação sobre a bacia do Madeira. O aumento na precipitação à montante da bacia e a mudança nos parâmetros do solo, associada às alterações no uso da terra, contribuíram para o aumento da vazão e área de inundação sobre a bacia do Madeira. As alterações nas descargas e na área de inundação podem ter efeitos negativos, com prejuízos e danos ao meio ambiente, nos recursos hídricos, nos principais setores da economia, afetando de forma direta as comunidades que vivem às margens dos rios, principalmente as populações vulneráveis da bacia do Madeira. Abstract In this study, we evaluated the impacts of increased GHGs (RCP 8.5 scenario) and future deforestations on the water cycle in the Madeira River basin by using the Eta Regional Model and MGB-IPH Large-scale Hydrological Model, forced by Brazilian Model of the Terrestrial System (BESM-AO 2.5). In the RCP 8.5 scenario, the model demonstrated sensitivity over the entire Madeira basin, with a temperature increase of 4.0 °C. The increase was intensified with the deforestation scenarios for 2050 (4.8 °C) and 2100 (6.2 °C). In the deforestation scenarios, the Negative Feedback Mechanism (NFM) was predominant because, although there were reductions in precipitation and evapotranspiration, the convergence of humidity presented an increase in all the scenarios. Regarding the hydrological processes, an increase in the discharges in most stations for all future scenarios for RCP8.5 and deforestation was observed. The increase in precipitation in the dry season explains in part the increase in the discharges and in the flood area in the Madeira basin. The increased upstream precipitation and the changes in soil parameters associated with the changes in land use contributed to the increase in the flood area over the Madeira basin. These changes can have negative effects on the environment, on water resources and on the main sectors of the economy, which directly affect the communities that inhabit the river banks, especially the vulnerable populations of the Madeira basin.

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.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a precipitação na bacia amazônica simulada pelo modelo Eta-HadGEM2-ES para o período de 1985 a 2005. Para tanto, a precipitação simulada pelo modelo é comparada aos campos gerados a partir de dados observacionais e de reanálises. De modo geral, o modelo Eta-HadGEM2-ES conseguiu reproduzir de maneira satisfatória as características climatológicas da precipitação sobre a Amazônia e América do Sul. Na escala sazonal, a precipitação simulada apresentou bias negativo na Amazônia durante o verão e positivo no inverno, especialmente nos setores oeste e sul da bacia. Palavras-chave: Amazônia, precipitação, modelo regional Eta. Abstract The goal of this study was to evaluate the Amazonian precipitation via an Eta-HadGEM2-ES model simulation for the period 1985-2005. Here, the precipitation simulated by the model were compared to observational data and reanalysis. In general, the Eta-HadGEM2-ES model was able to reproduce satisfactorily the precipitation climatology of the Amazon and South America. On the seasonal scale in the Amazon, simulated rainfall had a negative bias during the summer and was positively biased in the winter, especially in the areas west and south of the basin. Keywords: Amazon basin, precipitation, Eta regional model.

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. Abstract Downscaling climate simulation for present climate (1960-2005) based on the Eta Regional Climate Model and MGB Large-scale Hydrological Model, forced by Brazilian Model of the Terrestrial System (BESM-AO 2.5), was carried out. The objective of this work is assessment the performance of the Eta regional model and MGB-IPH in the representation of the components of the water budget in Madeira River basin. The moisture sink characteristic (P> E) was simulated by the regional model. In the terrestrial branch, the MGB-IPH hydrological model was able to represent the annual cycle of discharge, water level and floodplain inundation. The performance of the hydrological model and the regional model was satisfactory in the simulation of the seasonal dynamics of hydrological processes and water budget in Madeira river basin, indicating that the hydrological model is a useful tool for studies of climatic variability, changes in climate and land use and for hydrological forecasting operational systems in the Amazon basin.

Resumo O 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. Abstract The 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.