Padrões espaço-temporais de transporte de água atmosférica e umidade do solo na América do Sul de 1980 a 2020

Abstract

A região do Cerrado no Brasil é uma zona ecológica e agrícola crucial, significativamente influenciada pelos fluxos atmosféricos de umidade que regulam a precipitação, a umidade do solo e a atividade de incêndios. Este estudo analisa as interações entre a variabilidade da umidade do solo, o transporte atmosférico de umidade e a dinâmica do fogo, considerando os principais fatores climáticos em grande escala, como o El Niño-Oscilação Sul (ENSO) e a Variabilidade Tropical do Atlântico (TAV). O aporte de umidade dos oceanos Atlântico e Pacífico, bem como da Bacia Amazônica, desempenha um papel fundamental no equilíbrio hidrológico da região. No entanto, mudanças nesses fluxos, especialmente durante as fases do ENSO, alteram a disponibilidade de umidade do solo e, consequentemente, a suscetibilidade ao fogo. Utilizando múltiplos conjuntos de dados (ERA5, GLEAM, GLDAS e CCI SM), o estudo aplica análise de função ortogonal empírica (EOF), análise harmônica, teste de tendência de Mann-Kendall, correlação de Pearson e análise espectral de potência para identificar padrões espaço-temporais dominantes na umidade do solo e nos fluxos de umidade em toda a América do Sul. Os resultados indicam que as fases de El Niño enfraquecem a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) e reduzem o transporte de umidade da Amazônia, levando a condições mais secas e a um maior risco de incêndios florestais no Cerrado. Em contraste, os eventos de La Niña intensificam a precipitação ao fortalecer os fluxos de umidade amazônicos e atlânticos, mitigando a atividade do fogo. O estudo também avalia o papel das mudanças no uso da terra, do desmatamento e das práticas de manejo do fogo na modificação dos caminhos do fluxo de umidade e na alteração dos regimes naturais de incêndios. Os achados ressaltam a importância da umidade do solo na regulação dos processos hidrológicos e na resiliência dos ecossistemas no Brasil central. À medida que as mudanças climáticas se intensificam, eventos hidrológicos extremos, como secas prolongadas e episódios de precipitação intensa, devem perturbar os balanços de umidade, reforçando a necessidade de monitoramento contínuo e modelagem preditiva. O estudo destaca a necessidade de conservar as florestas amazônicas e implementar práticas sustentáveis de uso da terra para manter os fluxos regionais de umidade e mitigar os riscos de incêndios. Ao aprimorar a compreensão do transporte de umidade, da variabilidade da umidade do solo e da suscetibilidade ao fogo, esta pesquisa fornece insights valiosos para estratégias de adaptação climática, gestão de recursos hídricos e políticas de prevenção de incêndios no Cerrado. Palavras-chave: Fluxo de Umidade. Variabilidade da Umidade do Solo. Dinâmica do Fogo. Forçantes Climáticas.The Cerrado region of Brazil is a crucial ecological and agricultural zone, significantly influenced by atmospheric moisture fluxes that regulate precipitation, soil moisture, and fire activity. This study analyzes the interactions between soil moisture variability, atmospheric moisture transport, and fire dynamics, considering large-scale climate drivers such as the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) and Tropical Atlantic Variability (TAV). Moisture influx from the Atlantic and Pacific Oceans, as well as the Amazon Basin, plays a fundamental role in shaping the region’s hydrological balance. However, shifts in these fluxes, particularly during ENSO phases, alter soil moisture availability and, consequently, fire susceptibility. Using multiple datasets (ERA5, GLEAM, GLDAS, and CCI SM), the study applies empirical orthogonal function (EOF) analysis, harmonic analysis, Mann-Kendall trend analysis, Pearson correlation, and power spectrum analysis to identify dominant spatiotemporal patterns in soil moisture and moisture flux across South America. The results indicate that El Niño phases weaken the South Atlantic Convergence Zone (SACZ) and reduce moisture transport from the Amazon, leading to drier conditions and an increased risk of wildfires in the Cerrado. In contrast, La Niña events enhance precipitation by strengthening Amazonian and Atlantic moisture fluxes, mitigating fire activity. The study also assesses the role of land-use changes, deforestation, and fire management practices in modifying moisture flux pathways and altering natural fire regimes. The findings emphasize the importance of soil moisture in regulating hydrological processes and ecosystem resilience in central Brazil. As climate change intensifies, extreme hydrological events such as prolonged droughts and intense precipitation episodes are expected to disrupt moisture balances, reinforcing the need for continuous monitoring and predictive modeling. The study highlights the necessity of conserving Amazonian forests and implementing sustainable land-use practices to maintain regional moisture fluxes and mitigate fire risks. By improving the understanding of moisture transport, soil moisture variability, and fire susceptibility, this research provides valuable insights for climate adaptation strategies, hydrological resource management, and fire prevention policies in the Cerrado.