Afonso Augusto Magalhães de Araujo
Título
Um Novo Esquema de Parametrização Hidrológica da Superfície Terrestre com Redistribuição Lateral da Água no Solo
Resumo
Nos modelos atmosféricos, as trocas entre o solo e a atmosfera são geralmente parametrizadas por esquemas solo-vegetação-atmosfera (SVAT). A maioria dos SVAT’s simulam bem as trocas verticais de calor e água. No entanto, não modelam adequadamente os processos hidrológicos, negligenciando o transporte lateral de água no solo e seu efeito no nível de água subterrânea. Em escalas regionais, a não consideração desses processos pode resultar em campos de umidade inconsistentes, influenciando a estrutura da camada limite atmosférica e a precipitação. Desta forma, foi desenvolvido um esquema de parametrização hidrológica da superfície terrestre continental (EPHSTC), com uma abordagem para a redistribuição lateral da água no solo, capaz de ser facilmente acoplado a modelos atmosféricos de mesoescala. Com base no modelo ISBA, adicionou-se uma terceira camada de solo, os mecanismos de drenagem gravitacional, de difusão vertical e de geração de escoamento superficial na escala de sub-grade. Finalmente, um esquema de redistribuição lateral com base nos gradientes de topografia foi implementado. O modelo reproduz bem os fluxos verticais e o estado de umidade do solo. Os resultados obtidos com a ativação da redistribuição lateral mostraram-se consistentes com os efeitos da topografia, ou seja, diferenças positivas foram verificadas em regiões mais planas e diferenças negativas nas regiões com gradientes mais favoráveis ao escoamento. Entretanto, o real impacto da distribuição lateral nos modelos atmosféricos de mesoescala ainda precisa ser avaliado mediante um acoplamento bidirecional, bem como a capacidade do modelo de gerar vazões consistentes no exutório da bacia.
Abstract
In the atmospheric models, the exchanges between the soil and the atmosphere are usually parameterized through a soil-vegetation-atmosphere transfer (SVAT) model. Most SVAT’s simulate reasonably well the vertical exchanges of heat and water. However, they do not model the hydrological processes appropriately, essentially neglecting lateral soil water transport and its efect on groundwater. At regional scales, neglecting these hydrological processes may result in inconsistent soil moisture fields, which influence the atmospheric model-derived structure of the atmospheric boundary-layer (ABL) and precipitation. In this way, a hydrologic land surface scheme containing an approach for lateral redistribution of the soil water and capable to be easily coupled to mesoscale atmospheric models is proposed. Taking the ISBA model as a starting point a third soil layer, the gravitational drainage and the vertical difusion processes and the mechanism for subgrid-scale surface runoff generation were added. Finally, an approach for lateral redistribution based on topography gradients was implemented. The model reproduces quite well the vertical fluxes and the soil moisture state. The results obtained with the activation of the lateral redistribution showed consistency with the topography controls, which means that positive diferences were verified at plane areas and negative diferences at areas with more favorable gradients to runoff. However, the real impact of the lateral redistribution in the mesoscale atmospheric models still needs to be evaluated by a two-way coupling, jointly with the capacity of the model to generate consistent flows at the basin outlet.
