2.1 Ciclo Hidrológico
Uma forma útil de conceitualizar a Hidrometeorologia é através da representação simplificada do ciclo hidrológico, como mostrado na Figura 2.1 e na Figura 2.2. O ciclo hidrológico é o movimento vertical e horizontal da água em suas diferentes fases (vapor, líquida ou sólida) entre a os oceanos, a atmosfera e a superfície terrestre (veja animação abaixo). Pode-se imaginar esse ciclo ocorrendo em diversas escalas espaciais (da local a global) temporais (minutos a décadas).
Figura 2.1: Ilustração conceitual do Ciclo Hidrológico. Fluxos expressos em 103 km3
Alguns dos principais reservatórios hidrológicos são: a atmosfera, o solo e o subsolo, corpos d’água superficiais (ou seja, rios, lagos), a criosfera (incluindo neve sazonal, geleiras e calotas polares), a biosfera (por exemplo, água armazenada na vegetação) e os oceanos. Em todos os reservatórios, a água pode ser armazenada em qualquer uma de suas fases (água líquida, gelo e vapor d’água). Por exemplo, na atmosfera, a água pode existir nas três fases, enquanto a criosfera consiste principalmente de gelo. A água no solo e na superfície é principalmente líquida.
Figura 2.2: Animação conceitual do Ciclo Hidrológico. Fonte: https://www.nasa.gov/vision/earth/environment/warm_wetworld.html.
A água se move entre os vários reservatórios por meio de fluxos. Entre dos principais fluxos hidrológicos estão: a precipitação (na forma líquida ou sólida), evaporação e transpiração (juntas são referidas como evapotranspiração), infiltração, recarga (ou percolação) e escoamento (ou runoff).
Os oceanos cobrem cerca de 70 % do planeta e formam a maior superfície evaporante do planeta. A água evapora dos oceanos e da superfície terrestre e se transforma em vapor d’água na atmosfera que é transportada horizontalmente pelos ventos (advecção) em direção aos continentes, sujeita ao efeito da força de coriolis. O vapor pode condensar formando nuvens e em condições atmosféricas apropriadas essa água precipita na terra e nos oceanos. A precipitação na forma de neve acumula-se na superfície, enquanto a chuva pode ser interceptada pela vegetação, infiltrar no solo ou escoar pelo solo como escoamento sub-superficial ou sobre a superfície como escoamento superficial. A água infiltrada pode percolar mais profundamente para recarregar os aquíferos subterrâneos que, em última análise, alimentam os corpos d’água superficiais (principalmente os rios) via escoamento subterâneo. Os escoamento superficial e sub-superficial também contribuem para o fluxo de água nos rios (Vazão). Estes fluxos, controlados pela força gravitacional, retornam aos oceanos, a partir dos quais a água pode ser evaporar novamente, fechando o ciclo.
A água atmosférica (umidade do ar) é reabastecida por meio da evaporação do solo e de superfícies de água livre, além da transpiração da vegetação. Os fluxos e o armazenamento estão diretamente vinculados por meio do balanço de massa, conforme descrito em mais detalhes na seção 2.4.
Um aspecto fundamental do ciclo hidrológico é o fato de ser impulsionado pela energia da radiação solar. Apesar do ciclo de energia ser um sistema aberto, a quantidade de água no sistema terrestre não muda (para escalas de tempo menores que a geológica) e o ciclo hidrológico é essencialmente fechado. Em outras palavras, não existem forçantes externas em termos de fluxo de água. Sistemas sem forçantes externas geralmente chegam a um estado de equilíbrio. Então, o que torna o ciclo hidrológico tão dinâmico? A entrada de radiação solar, externa ao sistema, impulsiona o ciclo hidrológico. Em média no globo, 342 W m-2 de energia solar radiativa é fornecida ao sistema no topo da atmosfera. Essa entrada de energia deve ser dissipada e isso é feito, em grande parte, por meio do ciclo hidrológico. Devido a este fato, a hidrometeorologia não se limita ao estudo do armazenamento e movimento da água, mas também de energia.
2.1.1 Interação entre rios e oceanos
A região de encontro entre um rio e oceano é chamada de estuário, um importante tipo de ecossistema (Figura 2.3). A descarga de água dos rios dilui água dos oceanos evitando torná-la mais salgada, o que por sua vez influencia o transporte de calor pelos oceanos e a variação do nível do mar3. Os rios também carregam nutrientes para o oceano o que influencia a produtividade dos ecossistemas marinhos e o ciclo de carbono entre a atmosfera, a superfície terrestre e o oceano. Dessa forma, o ciclo de carbono está intimamente vinculado ao ciclo hidrológico.
Figura 2.3: Efeito da descarga de água doce no nível do mar. Fonte: Woods Hole Oceanographic.
Como a água doce é naturalmente menos densa do que a água salgada, a vazão do rio flutua sobre a superfície do oceano e a força de Coriolis a força a girar acentuadamente ao longo da costa. A água doce forma uma corrente que empurra a água contra a costa, elevando o nível do mar localmente neste processo.↩︎