Groundwater influence on soil moisture memory and land-atmosphere interactions over the Iberian Peninsula

Resumo

El acoplamiento tierra-atmósfera es un factor clave en modelización climática. Esta tésis se lleva a cabo con la intención dar un paso adelante en la representación de la influencia de las aguas subterráneas en el sistema tierra-atmósfera. El modelo de suelos y aguas subterráneas LEAFHYDRO se presenta y evalúa. El modelo representa las aguas subterráneas y sus interacciones con el sistema mediante tres flujos: 1) flujo bimodal entre las aguas subterráneas y el suelo no saturado, 2) flujo lateral de aguas subterráneas, y 3) flujo bimodal entre las aguas subterráneas y los ríos o lagos. Para estudiar la influencia de las aguas subterráneas en la humedad de suelo y los flujos de evapotranspiración (ET) de la Península Ibérica, se llevan a cabo 2 simulaciones de un periodo de 10 años con el modelo; simulación WT (WaterTable) en la que la implementación de dinámica de aguas subterráneas esta concectada, y simulación FD (FreeDrain) en la que la implementación está desconectada. Las simulaciones son forzadas con datos de análisis de precipitación diaria (0.2º de resolución espacial). La simulación WT se valida con datos de observación de profundidad de capa freática (wtd), y se observa que el modelo capta bien las zonas de capa freática superficial, la media de profundidad en la simulación y la evolución estacional e interanual. La representación del ciclo estacional en los caudales de ríos en la simulación WT mejora a la representación en la simulación FD, cuando se comparan con observaciones de caudal. Los principales resultados obtenidos son: 1) la recarga de aguas subterráneas presenta patrones positivos, es decir, de flujo capilar ascendente, en las zonas de capa freática superficial, y el máximo de flujo ascendente en la Península sucede en verano; 2) en las zonas de capa freática superficial (wtd<8m) el flujo ascendente resulta en un incremento de la humedad de suelo (con un nuevo patrón húmedo en zonas de capa freática superficial) y reducción de la estacionalidad, ya que el aumento de humedad es más significativo en primavera y verano, cuando el balance de agua en la superficie (P-ET) es menor; 3) la mayor disponibilidad de agua en el suelo resulta en aumento de la ET (diferencia positiva entre las simulaciones WT y FD) en las zonas de capa freática superficial, el aumento de ET es mayor en verano (34.4%, 0.54 mm/dia) y, cuando se analizan las principales cuencas de la Península, sobre las cuencas semiáridas del sur (21.4% de aumento de la ET en la cuenca del Guadalquivir y 28.4% en la cuenca del Segura), y menor en las cuenca norte del Miño (13.3%), ya que en esa zona la ET está limitada por la energía disponible, y no por el agua disponible; 4) la capa freática presenta fuerte persistencia estacional y interanual, su evolución responde a condiciones climáticas a largo plazo, pero no a episodios estacionales o anuales de precipitación; 5) la persistencia de la capa freática induce memoria en la humedad de suelo en las zonas de capa freática superficial donde el suelo y las aguas subterráneas están hidráulicamente conectados, y por tanto la humedad del suelo ¿recuerda¿ años húmedos pasados (suavizando las sequías) y años secos pasados (provocando un alargamiento en el periodo de efectos de las sequias); 6) la memoria de la humedad de suelo pasa a la atmósfera en forma de memoria de la ET, y el aumento de ET (WT-FD) anual no sólo depende de la estación húmeda anterior (donde se acumula agua en el suelo por drenaje lento debido a la presencia de la capa freática y por tanto hay más disponibilidad de agua en el suelo para la estación de demanda de ET), sino que también depende de la evolución a largo plazo de la capa freática. Estos resultados tendrían importantes impactos en simulaciones climáticas con modelos acoplados de aguas subterráneas, suelo y atmósfera. PALABRAS CLAVE: AGUAS SUBTERRÁNEAS, HUMEDAD DE SUELO, EVAPOTRANSPIRACIÓN