Walking through space-time dynamics of the Southern Amazon's rainy season – deforestation impacts and hydroclimate variability at different scales

Abstract

Deforestation profoundly impacts cloud dynamics and the hydroclimate system across tropical regions, with cascading effects on the onset and duration of the rainy season. This study integrates observational and simulated data to analyze these effects across different spatial scales: regional (highway BR-163), state (Mato Grosso, MT), and the broader southern Legal Amazon. At the regional scale, deforestation reduces cloud cover at fine spatial resolutions (11–25 km), resulting in shallower, warmer clouds that suppress deep convective cloud formation during the dry-to-wet season transition. At the state level, Mato Grosso’s agricultural system, heavily reliant on its long rainy season for double cropping, is increasingly threatened by declining rainfall and delayed rainy season onset. Observational data from the past four decades show a worrying trend of reduced rainfall volumes, delayed onsets, and shorter rainy season durations, trends that may extend into the future as corroborated by Community Earth System Model (CESM) simulations under realistic deforestation scenarios. The rainy season onset is projected to shift to late October delaying in about two weeks, with durations falling below 200 days by mid-century. These changes could severely impact agricultural productivity, necessitating urgent sustainable practices and policy interventions to mitigate economic and ecological losses. Expanding to the southern Legal Amazon, CESM simulations reveal a yet unreported synoptic-scale circulation driven by extensive deforestation (ca. 40%). This anomalous circulation, linked to differences in surface heating, can persist for up to two months and delay the rainy season onset by 30–40 days compared to historical periods for the Legal Amazon. The implications of this persistent phenomenon extend beyond agriculture to include ecosystems and hydropower generation, highlighting the potential irreversibility of these changes under unabated deforestation trends. Together, this multi-scale analysis underscores the interplay of local land cover and large-scale processes in shaping the Amazon’s hydroclimate. These findings emphasize the critical need for robust land-use policies, integrated climate modeling, and cross-sectoral strategies to address the widespread impacts of deforestation on atmospheric processes, agriculture, and regional livelihoods.Keywords: deforestation; climate change; atmospheric modeling; Amazon; nexus food-energy-water.O desmatamento impacta profundamente a dinâmica das nuvens ea dinâmica hidroclimática em regiões tropicais, com efeitos em cascata sobre o início e a duração da estação chuvosa. Este estudo utiliza dados observacionais e simulados para analisar esses efeitos em diferentes escalas: regional (BR-163), estadual (Mato Grosso, MT) e mais amplamente no sul da Amazônia Legal. Na escala regional, o desmatamento reduz a cobertura de nuvens em resoluções espaciais finas (11–25 km), resultando em nuvens mais baixas e quentes que suprimem a formação de nuvens convectivas profundas durante a transição da estação seca para a estação chuvosa. Na escala estadual, o sistema agrícola de Mato Grosso, altamente dependente de sua longa estação chuvosa para a prática da segunda safra, está cada vez mais ameaçado pela redução do volume de chuvas e pelo atraso no início da estação chuvosa. Observações das últimas quatro décadas mostram uma tendência preocupante de redução nos volumes de chuva, atrasos nos inícios e diminuição na duração da estação chuvosa, tendências corroboradas por simulações do Community Earth System Model (CESM) sob cenários realistas de desmatamento. Nossas projeções apresentam atrasos no início da estação para o final de outubro, com durações abaixo de 200 dias em 2050. Essas mudanças podem impactar gravemente a produtividade agrícola, exigindo práticas sustentáveis urgentes e intervenções políticas para mitigar os potenciais perdas econômicas e ecológicas. Expandindo para o sul da Amazônia Legal, dados simulados revelam uma circulação em escala sinótica ainda não relatada, impulsionada por desmatamento extensivo (cerca de 40%). Essa circulação anômala, associada a diferenças no aquecimento da superfície, pode persistir por até dois meses e atrasar o início da estação chuvosa em 30–40 dias em comparação com os períodos históricos. As implicações desse fenômeno persistente vão além da agricultura, incluindo ecossistemas e geração de energia hidrelétrica, destacando a potencial irreversibilidade dessas mudanças sob tendências contínuas de desmatamento. Juntas, essas análises em diferentes escalas destacam a interação entre a cobertura do solo e os processos em larga escala na configuração hidroclimática da Amazônia. Os resultados enfatizam a necessidade de políticas robustas territoriais, modelagem climática integrada e estratégias intersetoriais para abordar os impactos generalizados do desmatamento nos processos atmosféricos, na agricultura e nos meios de subsistência regionais. Palavras-chave: desmatamento; mudanças climáticas; modelagem atmosférica; estação chuvosa; Amazônia; dinâmica de nuvens; nexus food-energy-water.