Published March 9, 2017 | Version v1
Publication Open

Impacts of future deforestation and climate change on the hydrology of the Amazon Basin: a multi-model analysis with a new set of land-cover change scenarios

Creators

  • 1. Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement
  • 2. Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines
  • 3. CEA Saclay
  • 4. French National Centre for Scientific Research
  • 5. Atomic Energy and Alternative Energies Commission
  • 6. Milieux environnementaux, transferts et interactions dans les hydrosystèmes et les sols
  • 7. École Pratique des Hautes Études
  • 8. Sorbonne Université
  • 9. Center for Climate and Resilience Research
  • 10. University of Chile
  • 11. National Institute for Space Research
  • 12. Wageningen University & Research
  • 13. Ghent University
  • 14. University of Leeds
  • 15. Potsdam Institute for Climate Impact Research
  • 16. Universidad Nacional de Colombia
  • 17. Technical University of Munich
  • 18. State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering
  • 19. Hohai University

Description

Abstract. Deforestation in Amazon is expected to decrease evapotranspiration (ET) and to increase soil moisture and river discharge under prevailing energy-limited conditions. The magnitude and sign of the response of ET to deforestation depend both on the magnitude and regional patterns of land-cover change (LCC), as well as on climate change and CO2 levels. On the one hand, elevated CO2 decreases leaf-scale transpiration, but this effect could be offset by increased foliar area density. Using three regional LCC scenarios specifically established for the Brazilian and Bolivian Amazon, we investigate the impacts of climate change and deforestation on the surface hydrology of the Amazon Basin for this century, taking 2009 as a reference. For each LCC scenario, three land surface models (LSMs), LPJmL-DGVM, INLAND-DGVM and ORCHIDEE, are forced by bias-corrected climate simulated by three general circulation models (GCMs) of the IPCC 4th Assessment Report (AR4). On average, over the Amazon Basin with no deforestation, the GCM results indicate a temperature increase of 3.3 °C by 2100 which drives up the evaporative demand, whereby precipitation increases by 8.5 %, with a large uncertainty across GCMs. In the case of no deforestation, we found that ET and runoff increase by 5.0 and 14 %, respectively. However, in south-east Amazonia, precipitation decreases by 10 % at the end of the dry season and the three LSMs produce a 6 % decrease of ET, which is less than precipitation, so that runoff decreases by 22 %. For instance, the minimum river discharge of the Rio Tapajós is reduced by 31 % in 2100. To study the additional effect of deforestation, we prescribed to the LSMs three contrasted LCC scenarios, with a forest decline going from 7 to 34 % over this century. All three scenarios partly offset the climate-induced increase of ET, and runoff increases over the entire Amazon. In the south-east, however, deforestation amplifies the decrease of ET at the end of dry season, leading to a large increase of runoff (up to +27 % in the extreme deforestation case), offsetting the negative effect of climate change, thus balancing the decrease of low flows in the Rio Tapajós. These projections are associated with large uncertainties, which we attribute separately to the differences in LSMs, GCMs and to the uncertain range of deforestation. At the subcatchment scale, the uncertainty range on ET changes is shown to first depend on GCMs, while the uncertainty of runoff projections is predominantly induced by LSM structural differences. By contrast, we found that the uncertainty in both ET and runoff changes attributable to uncertain future deforestation is low.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص. من المتوقع أن تؤدي إزالة الغابات في الأمازون إلى تقليل التبخر والنتح وزيادة رطوبة التربة وتصريف الأنهار في ظل الظروف السائدة المحدودة الطاقة. يعتمد حجم وعلامة استجابة المخلوقات الفضائية لإزالة الغابات على كل من الحجم والأنماط الإقليمية لتغير الغطاء الأرضي، وكذلك على تغير المناخ ومستويات ثاني أكسيد الكربون. من ناحية، يقلل ثاني أكسيد الكربون المرتفع من النتح على مستوى الورقة، ولكن يمكن تعويض هذا التأثير بزيادة كثافة المنطقة الورقية. باستخدام ثلاثة سيناريوهات إقليمية لتغير المناخ المحلي تم وضعها خصيصًا لمنطقة الأمازون البرازيلية والبوليفية، نقوم بالتحقيق في آثار تغير المناخ وإزالة الغابات على الهيدرولوجيا السطحية لحوض الأمازون لهذا القرن، مع اعتبار عام 2009 كمرجع. لكل سيناريو LCC، يتم فرض ثلاثة نماذج لسطح الأرض (LSMs)، LPJmL - DGVM، INLAND - DGVM و ORCHIDEE، بواسطة المناخ المصحح بالتحيز المحاكي بثلاثة نماذج دوران عامة (GCMs) من تقرير التقييم الرابع للفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ (AR4). في المتوسط، على حوض الأمازون دون إزالة الغابات، تشير نتائج GCM إلى زيادة في درجة الحرارة قدرها 3.3 درجة مئوية بحلول عام 2100 مما يؤدي إلى زيادة الطلب التبخيري، حيث يزداد هطول الأمطار بنسبة 8.5 ٪، مع عدم اليقين الكبير عبر GCMs. في حالة عدم إزالة الغابات، وجدنا أن المخلوقات الفضائية والجريان السطحي يزيدان بنسبة 5.0 و 14 ٪ على التوالي. ومع ذلك، في جنوب شرق الأمازون، ينخفض هطول الأمطار بنسبة 10 ٪ في نهاية موسم الجفاف وتنتج LSMs الثلاثة انخفاضًا بنسبة 6 ٪ من ET، وهو أقل من هطول الأمطار، بحيث ينخفض الجريان السطحي بنسبة 22 ٪. على سبيل المثال، يتم تقليل الحد الأدنى لتصريف النهر في ريو تاباجوس بنسبة 31 ٪ في عام 2100. لدراسة التأثير الإضافي لإزالة الغابات، وصفنا لثلاثة سيناريوهات LSMs متناقضة، مع انخفاض الغابات من 7 إلى 34 ٪ خلال هذا القرن. عوضت السيناريوهات الثلاثة جزئيًا الزيادة الناجمة عن المناخ في المخلوقات الفضائية، وزيادات الجريان السطحي على منطقة الأمازون بأكملها. ومع ذلك، في الجنوب الشرقي، تؤدي إزالة الغابات إلى تضخيم انخفاض المخلوقات الفضائية في نهاية موسم الجفاف، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في الجريان السطحي (تصل إلى +27 ٪ في حالة إزالة الغابات الشديدة)، مما يعوض التأثير السلبي لتغير المناخ، وبالتالي موازنة انخفاض التدفقات المنخفضة في ريو تاباجوس. ترتبط هذه التوقعات بأوجه عدم يقين كبيرة، والتي نعزوها بشكل منفصل إلى الاختلافات في LSMs و GCMs وإلى النطاق غير المؤكد لإزالة الغابات. على مقياس مستجمعات المياه الفرعية، يظهر أن نطاق عدم اليقين بشأن تغييرات المخلوقات الفضائية يعتمد أولاً على نماذج الجريان السطحي، في حين أن عدم اليقين بشأن توقعات الجريان السطحي ناتج في الغالب عن الاختلافات الهيكلية في نموذج الجريان السطحي. على النقيض من ذلك، وجدنا أن عدم اليقين في كل من تغيرات المخلوقات الفضائية والجريان السطحي التي تعزى إلى إزالة الغابات غير المؤكدة في المستقبل منخفض.

Translated Description (French)

Résumé. La déforestation en Amazonie devrait diminuer l'évapotranspiration (ET) et augmenter l'humidité du sol et le débit des rivières dans des conditions de limitation de l'énergie. L'ampleur et le signe de la réponse de l'ET à la déforestation dépendent à la fois de l'ampleur et des modèles régionaux de changement du couvert terrestre (LCC), ainsi que du changement climatique et des niveaux de CO2. D'une part, l'augmentation du CO2 diminue la transpiration à l'échelle des feuilles, mais cet effet pourrait être compensé par une augmentation de la densité de la zone foliaire. À l'aide de trois scénarios LCC régionaux spécifiquement établis pour l'Amazonie brésilienne et bolivienne, nous étudions les impacts du changement climatique et de la déforestation sur l'hydrologie de surface du bassin amazonien pour ce siècle, en prenant 2009 comme référence. Pour chaque scénario LCC, trois modèles de surface terrestre (LSM), LPJmL-DGVM, INLAND-DGVM et ORCHIDEE, sont forcés par le climat corrigé des biais simulé par trois modèles de circulation générale (GCM) du 4e rapport d'évaluation du GIEC (AR4). En moyenne, sur le bassin amazonien sans déforestation, les résultats du GCM indiquent une augmentation de la température de 3,3 °C d'ici 2100, ce qui entraîne une augmentation de la demande évaporative, les précipitations augmentant de 8,5 %, avec une grande incertitude entre les GCM. En l'absence de déforestation, nous avons constaté que l'ET et le ruissellement augmentent respectivement de 5,0 et 14 %. Cependant, dans le sud-est de l'Amazonie, les précipitations diminuent de 10 % à la fin de la saison sèche et les trois LSM produisent une diminution de 6 % de l'ET, ce qui est inférieur aux précipitations, de sorte que le ruissellement diminue de 22 %. Par exemple, le débit minimum du Rio Tapajós est réduit de 31 % en 2100. Pour étudier l'effet supplémentaire de la déforestation, nous avons prescrit aux LSM trois scénarios LCC contrastés, avec un déclin de la forêt passant de 7 à 34 % au cours de ce siècle. Les trois scénarios compensent en partie l'augmentation des ET induite par le climat et l'augmentation du ruissellement sur l'ensemble de l'Amazonie. Dans le sud-est, cependant, la déforestation amplifie la diminution des ET à la fin de la saison sèche, entraînant une forte augmentation du ruissellement (jusqu'à +27 % dans le cas de la déforestation extrême), compensant l'effet négatif du changement climatique, équilibrant ainsi la diminution des faibles débits dans le Rio Tapajós. Ces projections sont associées à de grandes incertitudes, que nous attribuons séparément aux différences dans les LSM, les GCM et à la plage incertaine de la déforestation. À l'échelle du sous-bassin, il est montré que la plage d'incertitude sur les changements d'ET dépend d'abord des GCM, tandis que l'incertitude des projections de ruissellement est principalement induite par les différences structurelles LSM. En revanche, nous avons constaté que l'incertitude dans les changements d'ET et de ruissellement attribuables à la déforestation future incertaine est faible.

Translated Description (Spanish)

Resumen. Se espera que la deforestación en el Amazonas disminuya la evapotranspiración (ET) y aumente la humedad del suelo y la descarga de los ríos en condiciones de energía limitada. La magnitud y el signo de la respuesta del ET a la deforestación dependen tanto de la magnitud como de los patrones regionales de cambio de la cubierta terrestre (LCC), así como del cambio climático y los niveles de CO2. Por un lado, el CO2 elevado disminuye la transpiración a escala foliar, pero este efecto podría verse compensado por el aumento de la densidad del área foliar. Utilizando tres escenarios regionales de LCC específicamente establecidos para la Amazonía brasileña y boliviana, investigamos los impactos del cambio climático y la deforestación en la hidrología de superficie de la cuenca amazónica para este siglo, tomando como referencia 2009. Para cada escenario de LCC, tres modelos de superficie terrestre (LSM), LPJmL-DGVM, INLAND-DGVM y ORCHIDEE, se ven obligados por el clima corregido por sesgo simulado por tres modelos de circulación general (GCM) del 4º Informe de Evaluación del IPCC (AR4). En promedio, en la cuenca del Amazonas sin deforestación, los resultados del GCM indican un aumento de la temperatura de 3.3 ° C para 2100, lo que aumenta la demanda por evaporación, por lo que la precipitación aumenta en un 8.5%, con una gran incertidumbre en todos los GCM. En el caso de no deforestación, encontramos que ET y escorrentía aumentan en 5.0 y 14%, respectivamente. Sin embargo, en el sureste de la Amazonía, la precipitación disminuye en un 10% al final de la estación seca y los tres LSM producen una disminución del 6% de ET, que es menor que la precipitación, por lo que la escorrentía disminuye en un 22%. Por ejemplo, la descarga mínima del río Tapajós se reduce en un 31 % en 2100. Para estudiar el efecto adicional de la deforestación, prescribimos a los LSM tres escenarios contrastados de LCC, con un declive forestal que va del 7 al 34% durante este siglo. Los tres escenarios compensan en parte el aumento de ET inducido por el clima y los aumentos de escorrentía en toda la Amazonía. En el sureste, sin embargo, la deforestación amplifica la disminución del ET al final de la estación seca, lo que lleva a un gran aumento de la escorrentía (hasta un +27 % en el caso de la deforestación extrema), compensando el efecto negativo del cambio climático, equilibrando así la disminución de los bajos caudales en el río Tapajós. Estas proyecciones están asociadas con grandes incertidumbres, que atribuimos por separado a las diferencias en LSM, GCM y al rango incierto de deforestación. En la escala de subcuenca, se muestra que el rango de incertidumbre sobre los cambios de ET depende primero de los GCM, mientras que la incertidumbre de las proyecciones de escorrentía es inducida predominantemente por las diferencias estructurales de LSM. Por el contrario, encontramos que la incertidumbre tanto en el ET como en los cambios de escorrentía atribuibles a la deforestación futura incierta es baja.

Files

hess-21-1455-2017.pdf.pdf

Files (11.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:85fc16047c4c0cd37d23e837a158cad7
11.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
آثار إزالة الغابات وتغير المناخ في المستقبل على هيدرولوجيا حوض الأمازون: تحليل متعدد النماذج مع مجموعة جديدة من سيناريوهات تغير الغطاء الأرضي
Translated title (French)
Impacts de la déforestation future et du changement climatique sur l'hydrologie du bassin amazonien : une analyse multimodèle avec un nouvel ensemble de scénarios de changement de couverture terrestre
Translated title (Spanish)
Impactos de la deforestación futura y el cambio climático en la hidrología de la cuenca amazónica: un análisis multimodelo con un nuevo conjunto de escenarios de cambio de la cubierta terrestre

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2512831029
DOI
10.5194/hess-21-1455-2017

Is supplement to
https://openalex.org/W4295779605 (Other)
https://openalex.org/W2139637140 (Other)
https://openalex.org/W2136885499 (Other)
https://openalex.org/W2115058414 (Other)
https://openalex.org/W2069821980 (Other)
https://openalex.org/W2000108137 (Other)
https://openalex.org/W1993531211 (Other)
https://openalex.org/W1992711639 (Other)
https://openalex.org/W1628300877 (Other)
https://openalex.org/W1510151755 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1588323357
  • https://openalex.org/W1709559841
  • https://openalex.org/W194535838
  • https://openalex.org/W1950151724
  • https://openalex.org/W1958675340
  • https://openalex.org/W1964976023
  • https://openalex.org/W1966396962
  • https://openalex.org/W1967711432
  • https://openalex.org/W1982646121
  • https://openalex.org/W1990241575
  • https://openalex.org/W1990783472
  • https://openalex.org/W1990958103
  • https://openalex.org/W1992504260
  • https://openalex.org/W1995291749
  • https://openalex.org/W1995622703
  • https://openalex.org/W1999112734
  • https://openalex.org/W2002266515
  • https://openalex.org/W2002884927
  • https://openalex.org/W2003263324
  • https://openalex.org/W2009259133
  • https://openalex.org/W2010960886
  • https://openalex.org/W2012407814
  • https://openalex.org/W2015375130
  • https://openalex.org/W2015884064
  • https://openalex.org/W2017628975
  • https://openalex.org/W2018330599
  • https://openalex.org/W2020935926
  • https://openalex.org/W2022609301
  • https://openalex.org/W2024748570
  • https://openalex.org/W2028392522
  • https://openalex.org/W2039294942
  • https://openalex.org/W2053891884
  • https://openalex.org/W2064578974
  • https://openalex.org/W2065846119
  • https://openalex.org/W2068721020
  • https://openalex.org/W2075510446
  • https://openalex.org/W2077884239
  • https://openalex.org/W2082414050
  • https://openalex.org/W2083482386
  • https://openalex.org/W2084195946
  • https://openalex.org/W2084320081
  • https://openalex.org/W2089892649
  • https://openalex.org/W2091720803
  • https://openalex.org/W2092496216
  • https://openalex.org/W2096533595
  • https://openalex.org/W2097830888
  • https://openalex.org/W2099667461
  • https://openalex.org/W2102036164
  • https://openalex.org/W2108826313
  • https://openalex.org/W2111260835
  • https://openalex.org/W2115399650
  • https://openalex.org/W2116145880
  • https://openalex.org/W2119596667
  • https://openalex.org/W2120220555
  • https://openalex.org/W2120496201
  • https://openalex.org/W2123855284
  • https://openalex.org/W2126523151
  • https://openalex.org/W2134289299
  • https://openalex.org/W2136528719
  • https://openalex.org/W2143027326
  • https://openalex.org/W2143688011
  • https://openalex.org/W2147111247
  • https://openalex.org/W2165678654
  • https://openalex.org/W2192783684
  • https://openalex.org/W2310867653
  • https://openalex.org/W2324012650
  • https://openalex.org/W234379160
  • https://openalex.org/W2379415347
  • https://openalex.org/W2512092379
  • https://openalex.org/W2529193641
  • https://openalex.org/W4213327538
  • https://openalex.org/W930026183