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Enquanto algumas partes do mundo sofrem com calor extremo e seca persistente, outras estão sendo inundadas. No geral, os volumes de água continental variam tanto ao longo do tempo que os níveis globais do mar também flutuam significativamente. Ao combinar o modelo hidrológico WaterGAP com os dados do satélite GRACE, uma equipe de geodesistas da Universidade de Bonn apresentou um novo conjunto de dados que mostra como a distribuição total de água sobre as superfícies terrestres da Terra mudou nos últimos 20 anos. com precisão do que nunca. Suas descobertas estão sendo publicadas no Revista de Geodésia.
“O novo método nos permite testar cálculos de modelo sobre os efeitos futuros das mudanças climáticas, particularmente como o aumento das temperaturas e as mudanças nos padrões de precipitação afetarão o equilíbrio hídrico em diferentes partes do mundo”, disse o Prof. Dr.-Ing. Jürgen Kusche do Instituto de Geodésia e Geoinformação da Universidade de Bonn. O processo envolve a comparação de modelos climáticos, que invariavelmente cobrem um determinado período de tempo no passado, com os resultados de medições reais, e Kusche e sua equipe estão planejando vários desses estudos nos próximos meses.
A resolução aprimorada que a equipe alcançou mostra que as secas são significativamente mais comuns em todo o mundo do que os dados do satélite GRACE sugeririam isoladamente. “O que estamos vendo é que mesmo grandes secas como a grande que atingiu toda a Amazônia em 2010 estão espalhadas por áreas muito mais amplas do que os dados de satélite indicam por conta própria”, diz Kusche. “Isso significa que os satélites não estão captando muitas das secas mais localizadas”.
Trabalhando em conjunto com colegas da Goethe University Frankfurt e da capital polonesa Varsóvia, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Bonn combinou medições de satélite com dados meteorológicos de alta resolução pela primeira vez. “O que esse método tem de especial é que ele nos permitiu melhorar a resolução dos mapas de distribuição de água que são gerados de cerca de 300 quilômetros a 50 quilômetros”, explica Kusche, que integra as Áreas de Pesquisa Transdisciplinar Modelagem e Futuros Sustentáveis e o Centro Regional de Pesquisa Colaborativa sobre Mudanças Climáticas da Universidade de Bonn. Para fazer isso, os pesquisadores usaram o modelo hidrológico “WaterGAP” desenvolvido na Goethe University Frankfurt, além de uma técnica matemática emprestada da previsão do tempo.
Massas de água causando mudanças no campo gravitacional
Entre 2002 e 2017, os satélites gêmeos GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) mediram mudanças na força gravitacional da Terra. Seu projeto sucessor, “GRACE-FO”, foi lançado em 2018, e foram esses dados que os pesquisadores da Universidade de Bonn usaram. Como a força gravitacional da Terra depende de mudanças na massa, isso permite tirar conclusões sobre o ciclo da água perto de sua superfície. A gravidade é afetada por mudanças nas águas subterrâneas e nos reservatórios de superfície e pelo derretimento das geleiras.
“Uma vantagem única das medições do GRACE é que elas cobrem todos os tipos de reservatórios, ou seja, incluindo mudanças nas reservas de água subterrânea que estão escondidas bem abaixo da superfície da Terra e em dezenas de milhares de lagos artificiais e pântanos”, diz Helena Gerdener, colega de Kusche. A desvantagem, diz ela, é que a resolução espacial dos dados do campo gravitacional é relativamente inexata em cerca de 300 a 350 quilômetros em função do princípio de medição aplicado. Isso significa que declarações confiáveis só podem ser feitas para áreas de cerca de 100.000 quilômetros quadrados. Para dar uma ideia de escala, essa área mínima ainda é maior do que a Baviera, o maior estado federal da Alemanha, com “apenas” 70.000 ou mais quilômetros quadrados.
Em contraste, os modelos hidrológicos globais permitem uma resolução de 50 quilômetros ou até menos. Estes usam medições meteorológicas de precipitação, temperatura e radiação, bem como mapas de uso e composição do solo e dados sobre como a água está sendo usada pela indústria, agricultura e outros consumidores. Os modelos hidrológicos simulam a evaporação, bem como as mudanças nos níveis de água no solo e nos estratos de água subterrânea, lagos, rios e reservatórios. “No entanto, as desvantagens desses modelos são que eles só podem refletir a realidade de forma limitada e as medições meteorológicas geralmente contêm erros sistemáticos”, diz Kusche, por exemplo, se nenhum dado sobre a extração de águas subterrâneas estiver disponível.
Pela primeira vez, os pesquisadores combinaram medições dos satélites GRACE e GRACE-FO com o modelo hidrológico WaterGAP, que integra dados meteorológicos de alta resolução. Isso permitiu melhorar a resolução dos mapas de distribuição de água assim gerados para 50 quilômetros. Para isso, os pesquisadores usaram uma técnica matemática conhecida como assimilação de dados, que costuma ser encontrada na previsão do tempo. No entanto, os cientistas não se limitaram a pegar os resultados do modelo hidrológico e os dados de satélite e calcular os valores médios. Como Kusche explica: “Os cálculos do modelo hidrológico são ajustados para que você se aproxime dos dados do satélite enquanto modifica a física que o modelo hidrológico utiliza o mínimo possível”.
1.000 estações de medição para fins de teste
Os pesquisadores usaram cerca de 1.000 estações de medição para testar a qualidade dos mapas de distribuição de água continental que foram produzidos combinando os dados de satélite com o modelo hidrológico. “Claro, você sempre verá algumas diferenças regionais”, admite Helena Gerdener. Em geral, no entanto, ela diz que os dados combinados se ajustam melhor às medições do que os cálculos baseados puramente nos dados do satélite GRACE ou no modelo hidrológico.
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