El doctor Hrishikesh Arvind Chandanpurkar es un investigador del sistema terrestre de la Universidad Estatal de Arizona, EE.UU. Ha realizado investigaciones en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA / Caltech (Pasadena, EE. UU.), el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Colorado (Boulder, EE. UU), y el Instituto Global para la Seguridad del Agua, Saskatoon, Canadá. Su área de estudio comprende los cambios en el ciclo del agua en múltiples escalas espacio temporales, investigando sus causas climáticas y humanas y sus implicaciones para los sistemas socioecológicos y climáticos.

El calentamiento global creciente (dato crucial 1) altera los patrones de lluvia, con lo cual disminuye el almacenamiento terrestre de agua (TWS, por su sigla en inglés). Además de sus impactos sociales y políticos, podría convertirse en la fuente principal de agua oceánica. Una consecuencia de la pérdida de TWS es el secado continental nunca antes visto, que se expande rápidamente y forma mega regiones de secado. Esto es impulsado por la pérdida de agua en latitudes altas, sequías extremas y la sobreexplotación del agua subterránea. En este estudio se analiza el secado continental actual, sus causas y efectos en la disponibilidad de agua dulce y el aumento del nivel del mar, para así apoyar las decisiones y políticas informadas. Es importante responder este fenómeno, porque afecta a la mayoría de la población y países debido a la inseguridad hídrica y al aumento del nivel del mar (dato crucial 2).

Resultados

La aparición de mega regiones de secado en los continentes

Estudios previos han documentado patrones regionales y globales de cambio de TWS: Áreas húmedas que aumentan de humedad y áreas secas que aumentan de sequedad. Sin embargo, en este estudio se observa la expansión de las regiones secas y la contracción de las húmedas relacionada a la disminución de TWS, incluso si se excluyen los glaciares continentales. Igualmente, se han identificado cuatro mega regiones de secado en el hemisferio norte a partir de patrones de secado regional y puntos críticos de pérdida de TWS (dato crucial 3).

¿Las zonas húmedas de altas latitudes siguen volviéndose más húmedas?

Aunque el deshielo en norteamérica había contribuido a que se perdiera TWS, los demás continentes de latitudes altas no glaciares de latitudes altas habían aumentado su cantidad. Pero debido al calentamiento acelerado en el hemisferio norte, tanto el interior occidental de Canadá como el norte de Rusia sufren de pérdida de TWS (datos cruciales 4). Sin embargo, los modelos computacionales aún no pueden representar la dinámica del secado de TWS en latitudes altas.

Suroeste de América del Norte y América Central

Aunque el deshielo en norteamérica había contribuido a que se perdiera TWS, los demás continentes de latitudes altas no glaciares de latitudes altas habían aumentado su cantidad. Pero debido al calentamiento acelerado en el hemisferio norte, tanto el interior occidental de Canadá como el norte de Rusia sufren de pérdida de TWS (datos cruciales 4). Sin embargo, los modelos computacionales aún no pueden representar la dinámica del secado de TWS en latitudes altas.

Suroeste de América del Norte y América Central

Se observa disminución de TWS en el cuadrante suroeste de los Estados Unidos y en México y América Central. Ambas regiones se unen a partir de California, el Río Colorado y las Altas Llanuras del sur para formar la región de mega sequedad del suroeste de América del Norte y América Central (dato crucial 5). Esta región incluye zonas de explotación hídrica, como la Ciudad de México.

Oriente Medio/Norte de África – Pan-Eurasia

Esta región está dominada por el aumento del secado en zonas secas y la pérdida de TWS en Europa, lo cual es congruente con la sequía provocada por el cambio climático, e incluye a los países de Europa occidental y Oriental. En África del norte la pérdida de TWS se debe al aumento de las zonas secas y a la sobreexplotación de acuíferos. En Medio Oriente, la pérdida de TWS se debe al aumento de zonas secas y al agotamiento de zonas subterráneas, lo cual impacta a las zonas agrícolas. De la misma forma, el agotamiento de aguas subterráneas se intensifica en las regiones agrícolas que rodean la meseta tibetana.

Aumento de las áreas de tierra bajo sequía y extremos secos

El surgimiento de mega regiones de sequía interconectadas coincide con el aumento de la superficie continental donde hay anomalías mensuales de sequía (dato crucial 7). Este aumento se debe al incremento de regiones no glaseadas con sequía a partir del fenómeno de El Niño más intenso registrado, en el 2014. Por otro lado, las áreas húmedas han disminuido, y aunque la tasa de crecimiento de las áreas húmedas extremas ha aumentado, sigue siendo más lenta que el crecimiento de las áreas secas extremas. Asimismo, en los últimos años los extremos secos y húmedos han cambiado de ubicación y lugar, de manera que en el norte predominan las áreas secas, y en el hemisferio sur las húmedas (dato crucial 8). Aunque estas oscilaciones no se han documentado del todo, pueden estar relacionadas a la Oscilación Decenal del Pacífico.

Robustez de las tendencias e implicaciones de la disminución de la disponibilidad de agua dulce

Tanto las zonas de latitudes altas como las tropicales son consistentes en sus tendencias de pérdida de TWS, pero la mayoría están en proceso de desecación. Las regiones con sequía son poco sensibles a registros más prolongados, y las regiones con humedad también, pero la mayoría de zonas con condiciones persistentes se están secando. Esto concuerda con que, en las regiones de secado la relación de varianza de tendencia a largo plazo e interanual es mayor a 1, y en regiones húmedas sucede lo contrario, además que las tendencias de estas últimas tienen más incertidumbre (dato crucial 9). Las ubicaciones donde las tendencias espaciales del almacenamiento de agua terrestre son persistentes y donde la varianza a largo plazo supera la varianza interanual se comprenden mejor en el contexto de su geografía y características. Las pérdidas de TWS y la mayor varianza a largo plazo dependen de su ubicación y características. Las regiones glaciares son afectadas por el cambio climático, los acuíferos son sobreexplotados, las zonas áridas de latitudes medias enfrentan sequías y el fenómeno de El Niño influye en los trópicos.

Disminución de la disponibilidad de agua dulce

La disponibilidad mundial de agua dulce peligra por la desecación continental (dato crucial 10) , causada por el deshielo, el aumento de sequías, y la explotación del agua terrestre, lo que puede causar pérdidas mayores de estos recursos (dato crucial 11). El agua dulce renovable disminuye en casi todo el mundo debido a que la tasa de pérdida de TWS es mayor que la del aporte por precipitaciones (dato crucial 12). Los mayores contribuyentes a este déficit son la disminución de agua subterránea, agua superficial, humedad del suelo, y el volumen de nieve. Estas tasas de desecación permanecerán igual o aumentarán con el tiempo, al igual que la pérdida de agua dulce.

Contribuciones al aumento del nivel del mar

A mayor pérdida de TWS continental, y su posterior aumento de secado, incrementa la masa de agua oceánica, y por lo tanto, el nivel medio del mar (dato crucial 13). Esta dinámica se explica al descomponerla en secamiento y humectación, en donde la señal pronunciada de secado se ve algo atenuada por la de humectación debido a tendencias humectantes en pocas regiones clave. El principal aporte al aumento en el nivel del mar ya no es el hielo continental, sino la combinación del aumento de sequía y el agotamiento de las aguas subterráneas, seguido de los extremos cambiantes.

Discusión

La solidez de las tendencias de secado aquí mostradas indican que la desecación continental, la pérdida de agua dulce y el aumento en el nivel del mar podrían ser irreversibles, por lo cual debería ser de importancia mundial.

Implicaciones para la pérdida de agua dulce

El agua subterránea disminuye debido a su extracción excesiva, lo que aumenta los efectos del cambio climático, como el secado, y amenaza la seguridad hídrica y alimentaria. A causa de su mala gestión, la disponibilidad del agua está en riesgo para las futuras generaciones, debido a que no se repondrá en escalas de tiempo humano. Sin embargo, esta amenaza es ignorada por los gobernantes. Por lo tanto, se debe proteger este recurso del calentamiento global y el secado continental.

Implicaciones para el aumento del nivel del mar

Los continentes contribuyen más al aumento del nivel del mar que los glaciares.
Esto puede ser acelerado si el secado y los extremos continúan, por lo que las costas deben estar bien preparadas. Para mitigar y adaptarse a este problema se debería almacenar TWS o dejarla en su lugar. Es por esto que disminuir la pérdida de TWS ayuda a preservar este recurso y mantener el balance hídrico global.

Llamado a la acción

Pese a los obstáculos del cambio climático, la desecación continental aún se puede frenar mediante buenas decisiones políticas en todos los niveles, para así preservar las aguas subterráneas y desacelerar el aumento del nivel del mar.

Materiales y métodos

Datos de GRACE/FO

Se usaron datos de JPL GRACE/ GRACE-FO Mascon Release 6 Versión 3 para representar anomalías de TWS. El análisis global se realiza en la resolución nativa para el período de 22 años. Los meses de brecha entre GRACE y GRACE-FO se ignoran, mientras que las brechas esporádicas en los registros de datos se interpolan.

Cálculos de tendencias e incertidumbre de tendencias

Las tendencias lineales a largo plazo en los datos se calculan eliminando el ciclo estacional y aplicando regresión de mínimos cuadrados. Las incertidumbres se estiman combinando ajustes ponderados por área, intervalos de confianza y variaciones máximas y mínimas posibles, para obtener una incertidumbre total del proceso completo.

Mejora de resolución

Se mejoró la resolución de los datos JPL a 0,25° × 0,25° al aplicar corrección de sesgo al modelo GLDAS-2.2-DA, para un análisis más detallado de tendencias de TWS. Esto incluye escalado, normalización, interpolación y suavizado espacial, lo que permite obtener estimaciones regionales más precisas.

Identificación de regiones de mega sequedad

Las regiones de mega secado se identificaron agrupando áreas interconectadas con tendencias negativas de TWS y puntos calientes de secado. Se aplicaron dos criterios: una tasa de cambio menor a −0,2 cm/año y la presencia de al menos dos puntos calientes por región. Se busca resaltar zonas amplias con secado moderado. El hemisferio sur fue mayormente excluido por no cumplir los criterios y por la alta variabilidad interanual.

Robustez de los datos

Dado que el registro de GRACE es algo corto para análisis climatológicos, se evaluó la persistencia de las tendencias de TWS analizando cómo cambian al extender la serie temporal. Las tendencias se consideran robustas en las ubicaciones donde el signo no varió en 95% de los casos, lo que indica alta probabilidad de que dichas tendencias persisten, salvo que cambien los factores que las controlan.

Separación de océanos, capas de hielo, GIC, regiones humectantes y secas

Se separan los mascons oceánicos y terrestres usando una máscara tierra-océano del producto mascon. Además, se aplica una máscara GIC para identificar mascons con cambios en masa de hielo, incluyendo también mascons vecinos para captar posibles señales residuales. Las regiones de humectación y secado se distinguen según el signo de sus tendencias a largo plazo.

Identificación y mapeo del crecimiento de anomalías y extremos de humectación y secado

Primero se desestacionalizan los datos de TWS restando la climatología mensual y la media a largo plazo. Luego se calcula el área global afectada por anomalías húmedas y secas, con y sin incluir regiones glaciares. Para detectar extremos, los datos se estandarizan con su desviación estándar; valores mayores a ±1 sigma son extremos húmedos o secos. Las áreas se suman y analizan en bloques de 5 años para determinar la frecuencia y distribución temporal de estos extremos.

Descomposición de TWS en sus componentes SWE, agua superficial, humedad del suelo y agua subterránea

El TWS global se descompone en agua subterránea y superficial, humedad del suelo, y nieve equivalente. Se usan datos combinados de GLDAS-2.2-DA y WaterGAP 2.2d. La contribución de los componentes al TWS global se calcula excluyendo regiones glaciares, y la señal del Mar Caspio se obtiene de GRACE. Se usan modelos compatibles con GRACE y calibrados con datos observados para reducir incertidumbres.

Agua renovable anual

El agua renovable anual se considera restando la precipitación, la evapotranspiración y los caudales ambientales. Las medias de precipitación y evapotranspiración provienen de datos ERA5, mientras que los caudales ambientales se obtienen de fuentes específicas.