Increased chlorophyll-a concentration in Barra Bonita reservoir during extreme drought periods

Abstract

Modelos de projeção climática indicam que são esperados longos períodos de seca dentro dos próximos 100 anos em várias partes da América do Sul. Para entender os efeitos dos longos períodos de seca em ambientes aquáticos, nós investigamos a resposta da concentração da clorofila-a (Chl-a) a recentes eventos de seca extrema no Reservatório da Hidrelétrica de Barra Bonita (RHBB) no estado de São Paulo, Brasil. Nós usamos imagens de satélite para estimar a concentração de Chl-a de 2014 a 2020 usando o Índice Slope (NRMSE de 18,92% e bias de -0.20 mg m-3). Dados auxiliares de precipitação, nível d’água e temperatura do ar para o mesmo período também foram usados. Eventos de seca foram identificados usando o índice de precipitação padronizada (SPI). Em complemento, nós computamos a probabilidade de futuros eventos de seca. Dois períodos mostraram condições de seca extrema: 1) janeiro – fevereiro (2014) e 2) abril – maio (2020). Ambos os períodos foram caracterizados como probabilidade de recorrência de 1 a cada 50 anos. A maior correlação foi observada entre concentração de Chl-a e SPI (-0.97) em 2014, enquanto Chl-a teve maior correlação com nível d’água (-0.59) em 2020. Esses resultados fornecem novos conhecimentos acerca da influência de eventos de seca extrema sob a concentração de Chl-a no RHBB e sua relação com outras variáveis climáticas e níveis d´água dos reservatórios. Eventos de seca implicam em menos chuvas, temperaturas mais altas e secas atmosféricas, e esses fatores afetam evaporação e o nível d’água dos reservatórios.

Climate projections models indicate that longer periods of droughts are expected within the next 100 years in various parts of South America. To understand the effects of longer periods of droughts on aquatic environments, we investigated the response of chlorophyll-a (Chl-a) concentration to recent severe drought events in the Barra Bonita Hydroelectric Reservoir (BBHR) in São Paulo State, Brazil. We used satellite imagery to estimate the Chl-a concentration from 2014 to 2020 using the Slope Index (NRMSE of 18.92% and bias of -0.20 mg m-3 ). Ancillary data such as precipitation, water level and air temperature from the same period were also used. Drought events were identified using the standardized precipitation index (SPI). In addition, we computed the probability of future drought events. Two periods showed extremely dry conditions: 1) January - February (2014) and 2) April - May (2020). Both periods were characterized by a recurrence probability of 1 in every 50 years. The highest correlation was observed between Chl-a concentration and SPI (-0.97) in 2014, while Chl-a had the highest correlation with water level (-0.59) in 2020. These results provide new insights into the influence of extreme drought events on the Chl-a concentration in the BBHR and their relationship with other climate variables and reservoir water levels. Drought events imply less rainfall, higher temperatures, and atmospheric dryness, and these factors affect evaporation and the water levels in the reservoir.