Existem vários fatores que desempenham um papel importante no desenvolvimento das inundações:temperatura do ar, umidade do solo, profundidade da neve e precipitação diária nos dias anteriores à inundação. Para compreender melhor como os fatores individuais contribuem para as inundações, os investigadores da UFZ examinaram mais de 3.500 bacias hidrográficas em todo o mundo e analisaram eventos de inundação entre 1981 e 2020 para cada uma delas.



O resultado:a precipitação foi o único factor determinante em apenas cerca de 25% das quase 125.000 cheias. A humidade do solo foi o factor decisivo em pouco mais de 10% dos casos, e o derretimento da neve e a temperatura do ar foram os únicos factores em apenas cerca de 3% dos casos.

Em contrapartida, 51,6% dos casos foram causados ​​por pelo menos dois fatores. Por volta de 23%, a combinação de precipitação e umidade do solo ocorre com mais frequência.

No entanto, ao analisar os dados, os investigadores da UFZ descobriram que três – ou mesmo todos os quatro – factores podem ser conjuntamente responsáveis ​​por uma inundação.

Por exemplo, a temperatura, a humidade do solo e a profundidade da neve foram factores decisivos em cerca de 5.000 inundações, enquanto todos os quatro factores foram decisivos em cerca de 1.000 inundações. E não só isso:“Também mostramos que os eventos de inundação se tornam mais extremos quando mais fatores estão envolvidos”, diz o Dr. Jakob Zscheischler, Chefe do Departamento de “Riscos Ambientais Compostos” da UFZ e autor sênior de um artigo publicado na revista Avanços da ciência .

No caso de cheias anuais, 51,6% podem ser atribuídos a vários factores; no caso de cheias de cinco e 10 anos, 70,1% e 71,3%, respectivamente, podem ser atribuídos a vários factores. Quanto mais extrema for uma inundação, mais fatores determinantes existirão e maior será a probabilidade de eles interagirem na geração do evento. Esta correlação aplica-se frequentemente também a bacias hidrográficas individuais e é referida como complexidade das cheias.

Segundo os investigadores, as bacias hidrográficas das regiões norte da Europa e da América, bem como da região alpina, apresentam baixa complexidade de inundação. Isto ocorre porque o derretimento da neve é ​​o fator dominante para a maioria das inundações, independentemente da magnitude da inundação. O mesmo se aplica à bacia Amazônica, onde a elevada umidade do solo resultante da estação chuvosa é muitas vezes uma das principais causas de inundações de gravidade variável.

Na Alemanha, o Havel e o Zusam, um afluente do Danúbio na Baviera, são bacias hidrográficas com baixa complexidade de inundação. As regiões com bacias hidrográficas que apresentam alta complexidade de inundação incluem principalmente o leste do Brasil, os Andes, o leste da Austrália, as Montanhas Rochosas até a costa oeste dos EUA e as planícies da Europa Ocidental e Central.

Na Alemanha, isto inclui o Mosela e o curso superior do Elba. “As bacias hidrográficas destas regiões geralmente apresentam vários mecanismos de inundação”, diz Jakob Zscheischler. Por exemplo, as bacias hidrográficas das planícies europeias podem ser afectadas por inundações causadas pela combinação de fortes precipitações, derretimento activo da neve e elevada humidade do solo.

No entanto, a complexidade dos processos de inundação numa bacia hidrográfica também depende do clima e das condições da superfície terrestre da respectiva bacia hidrográfica. Isso ocorre porque cada bacia hidrográfica tem suas características especiais. Entre outras coisas, os pesquisadores analisaram o índice de umidade climática, a textura do solo, a cobertura florestal, o tamanho da bacia hidrográfica e a inclinação do rio.

"Em regiões mais secas, os mecanismos que levam às inundações tendem a ser mais heterogêneos. Para inundações moderadas, apenas alguns dias de chuvas fortes geralmente são suficientes. Para inundações extremas, é necessário chover mais tempo em solos já úmidos", diz o autor principal. Dr. Shijie Jiang, que agora trabalha no Instituto Max Planck de Biogeoquímica em Jena.

Os cientistas usaram aprendizado de máquina explicável para a análise. "Primeiro, usamos os potenciais causadores de inundação, temperatura do ar, umidade do solo e profundidade da neve, bem como a precipitação semanal - cada dia é considerado como um fator determinante individual - para prever a magnitude do escoamento e, portanto, o tamanho da inundação, ", explica Zscheischler.

Os investigadores quantificaram então quais variáveis ​​e combinações de variáveis ​​contribuíram para o escoamento de uma determinada inundação e em que medida. Essa abordagem é chamada de aprendizado de máquina explicável porque revela a relação preditiva entre os causadores de inundação e o escoamento durante uma inundação no modelo treinado.

“Com esta nova metodologia, podemos quantificar quantos fatores determinantes e suas combinações são relevantes para a ocorrência e intensidade das inundações”, acrescenta Jiang.

Espera-se que as descobertas dos pesquisadores da UFZ ajudem a prever futuras inundações. “Nosso estudo nos ajudará a estimar melhor inundações particularmente extremas”, diz Zscheischler.

Até agora, as inundações muito extremas foram estimadas extrapolando as inundações menos extremas. No entanto, isto é demasiado impreciso porque os factores contribuintes individuais podem alterar a sua influência para diferentes magnitudes de cheias.

Mais informações: Shijie Jiang et al, Efeitos agravados em causadores de inundações desafiam estimativas de inundações fluviais extremas, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl4005. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl4005
Informações do diário: Avanços da ciência

Fornecido pela Associação Helmholtz de Centros de Pesquisa Alemães