Impacto do El Niño-Oscilação do Sul (ENOS) na Dinâmica de Recarga do Aquífero Guarani

 Este working paper analisa e quantifica os impactos das anomalias climáticas do El Niño-Oscilação do Sul (ENOS) sobre a dinâmica de armazenamento e de recarga do Sistema Aquífero Guarani entre 2000 e 2025. O estudo investiga de que forma as alterações associadas ao Índice Oceânico do Niño (ONI) se transmitem para o aquífero por meio dos padrões de precipitação e considera a defasagem necessária para que a água infiltre e percole até a zona saturada. Para isso, utiliza modelos econométricos de séries temporais, incluindo testes de raiz unitária ADF, modelos ARIMAX, Vetores Autorregressivos (VAR), Funções de Resposta a Impulso (IRF), Decomposição da Variância do Erro de Previsão (FEVD) e teste de causalidade de Granger.

O estudo detalha:

• O Objetivo da Pesquisa: Analisar e quantificar econometricamente os impactos das anomalias climáticas do El Niño-Oscilação do Sul (ENOS) sobre a dinâmica de armazenamento e a taxa de variação volumétrica do Sistema Aquífero Guarani, identificando as defasagens temporais e a persistência dos choques climáticos na bacia de recarga entre 2000 e 2025.
• A Importância do Aquífero Guarani: O Sistema Aquífero Guarani é uma das maiores reservas subterrâneas de água doce do planeta e possui importância estratégica para a segurança hídrica, o abastecimento urbano, a agricultura, a indústria, o turismo termal e a regulação do ciclo hidrológico regional.
• A Extensão Territorial do Aquífero: O Aquífero Guarani ocupa aproximadamente 1,2 milhão de km² na Bacia do Paraná. Cerca de 70% de sua área está no Brasil, 19% na Argentina, 6% no Paraguai e 5% no Uruguai.
• A Capacidade de Armazenamento: O sistema é formado principalmente por arenitos das formações Pirambóia e Botucatu, recobertos por rochas basálticas, e possui volume estimado de água armazenada entre aproximadamente 30.000 km³ e 39.000 km³.
• A Dinâmica de Recarga: A recarga ocorre principalmente pela infiltração da água nas áreas de afloramento localizadas nas bordas da bacia. No Brasil, destacam-se áreas do Centro-Oeste e do Sudeste, incluindo regiões do interior de São Paulo e do Paraná.
• As Principais Fontes de Dados: A pesquisa utiliza o Índice Oceânico do Niño (ONI), fornecido pela NOAA/Climate Prediction Center, e dados de precipitação e evapotranspiração obtidos pela NASA POWER para a área de recarga do Aquífero Guarani.
• O Período e a Frequência dos Dados: O período analisado compreende os anos de 2000 a 2025. O ONI possui frequência mensal, enquanto as séries meteorológicas da NASA POWER foram originalmente obtidas em frequência diária e posteriormente agregadas para a frequência mensal.
• As Variáveis Meteorológicas: Foram utilizadas a Precipitação Total Corrigida (PRECTOTCORR) e a Evapotranspiração (EVPTRNS). Também foi calculada a anomalia de precipitação, definida como o desvio do total de chuva de cada mês em relação à sua média histórica mensal.
• A Construção da Proxy de Volume do Aquífero: O estudo constrói uma proxy para a dinâmica de armazenamento hídrico a partir do saldo mensal entre precipitação e evapotranspiração potencial. O indicador representa o acúmulo relativo das anomalias do balanço entre a oferta e a demanda atmosférica de água na área de recarga.
• As Limitações da Proxy Hídrica: A medida de volume utiliza evapotranspiração potencial em vez de evapotranspiração real e não incorpora diretamente o escoamento superficial, a capacidade de água disponível no solo ou a captação de água por poços. Por isso, ela deve ser interpretada como uma proxy estocástica da dinâmica de médio e longo prazo do armazenamento regional.
• O Teste de Raiz Unitária ADF: Os testes de Dickey-Fuller Aumentado indicaram que as séries de volume do aquífero, Índice ONI e anomalia de precipitação são estacionárias em nível. Dessa forma, os modelos principais puderam ser estimados sem necessidade de diferenciação adicional das séries.
• O Modelo ARIMAX: O modelo ARIMAX foi utilizado para medir a resposta dinâmica do armazenamento do aquífero e incorporar a precipitação, o ONI contemporâneo e defasagens do ONI, além de componentes autorregressivos e sazonais capazes de capturar a memória hídrica do sistema.
• O Modelo VAR: O modelo de Vetores Autorregressivos foi empregado para analisar a interdependência dinâmica entre o volume do aquífero, o Índice ONI e a anomalia de precipitação. A especificação também incorporou componentes sazonais para controlar os ciclos anuais de seca e chuva.
• O Teste de Causalidade de Granger: O teste confirmou que o conjunto formado pelo ONI e pela precipitação possui capacidade preditiva estatisticamente significativa sobre a dinâmica do volume do aquífero. O resultado reforça a precedência temporal dos fatores climáticos sobre o processo de recarga.
• O Papel da Precipitação no Modelo ARIMAX: A anomalia de precipitação apresentou coeficiente estimado de aproximadamente 0,5386 e elevada significância estatística. A interpretação apresentada no estudo é que cada milímetro adicional de anomalia de chuva gera impacto direto e imediato de cerca de +0,54 mm no saldo do aquífero no mesmo mês.
• O Efeito Direto do Índice ONI no ARIMAX: Quando a precipitação é controlada diretamente no modelo ARIMAX, o ONI contemporâneo e suas defasagens de 3 e 6 meses não apresentam significância estatística aos níveis usuais. Isso indica que a maior parte do efeito do ENOS é transmitida indiretamente pela precipitação regional, e não por um efeito direto isolado do índice climático.
• A Memória Hidrológica do Sistema: Os componentes de médias móveis e sazonais do modelo mostram que o aquífero apresenta persistência de curto e longo prazo. Essa memória está associada à lenta infiltração, percolação e drenagem da água subterrânea e à repetição dos ciclos sazonais de recarga.
• A Relação entre Chuva e Volume: A correlação cruzada entre a anomalia de precipitação e o volume do aquífero apresenta seu maior valor no mesmo mês, com correlação em torno de 0,425. Isso indica que o principal efeito da chuva sobre a proxy de armazenamento é contemporâneo e imediato na escala mensal.
• A Defasagem do ENOS sobre o Aquífero: A análise de correlação cruzada identifica uma latência hidrológica de aproximadamente 4 a 6 meses entre as anomalias do ENOS e sua manifestação mais intensa sobre o aquífero. A significância do impacto se estende até aproximadamente o 12º mês.
• A Decomposição da Variância do Erro de Previsão: A precipitação é o principal determinante das variações no volume do aquífero, respondendo por aproximadamente 67% a 71% da variância do erro de previsão ao longo de 24 meses. A própria inércia do volume representa cerca de 29% a 30%, enquanto o efeito direto do ENOS corresponde a aproximadamente 4% a 5%.
• A Interpretação do Papel do ENOS: Os resultados mostram que o ENOS atua principalmente como uma forçante macroclimática indireta. As mudanças no Pacífico alteram os padrões regionais de chuva e, em seguida, a precipitação afeta a recarga e o armazenamento do Aquífero Guarani.
• A Resposta a um Choque de Precipitação: A Função de Resposta a Impulso mostra que um choque positivo de precipitação provoca aumento imediato de aproximadamente +48 mm na proxy de volume no mês inicial. Posteriormente, o efeito diminui gradualmente e se estabiliza em um ganho persistente de aproximadamente +12 a +14 mm.
• A Persistência do Choque de Chuva: O intervalo de confiança da resposta à precipitação permanece acima de zero até aproximadamente o sétimo mês, indicando que o efeito positivo da chuva sobre o armazenamento do aquífero continua estatisticamente significativo por mais de meio ano.
• A Resposta a um Choque do ENOS: Nos primeiros três meses, o impacto de um choque positivo do ENOS sobre o aquífero é pequeno e sem significância estatística. O efeito passa a se tornar significativo a partir de aproximadamente quatro meses, confirmando que a resposta do sistema subterrâneo é defasada.
• O Pico do Efeito do El Niño: As Funções de Resposta a Impulso indicam que choques associados à fase El Niño estão relacionados a incrementos acumulados e sustentados no armazenamento de água, com pico por volta do 12º mês, próximo de +33 mm, e estabilização de longo prazo em aproximadamente +31 a +32 mm.
• A Validação dos Modelos: Os testes de diagnóstico dos resíduos indicaram ausência relevante de autocorrelação serial tanto no ARIMAX quanto no VAR. Isso reforça que as especificações utilizadas capturaram adequadamente a dependência temporal presente nas séries analisadas.
• As Implicações para a Gestão Hídrica: Os resultados mostram que o monitoramento das anomalias de precipitação e das condições do ENOS pode contribuir para antecipar mudanças na dinâmica de recarga. A defasagem observada entre o choque climático e a resposta do aquífero oferece uma janela temporal relevante para planejamento e gestão dos recursos hídricos.
• As Possibilidades para Estudos Futuros: O trabalho recomenda incorporar evapotranspiração real, escoamento superficial, capacidade de água disponível no solo e dados de captação por poços. Também sugere modelos geoestatísticos, dados em painel espacialmente desagregados e abordagens não lineares, como modelos Markov-Switching e redes neurais.
• As Principais Conclusões: O estudo conclui que a precipitação é o principal mecanismo direto de alteração do volume do Aquífero Guarani, enquanto o ENOS exerce efeito predominantemente indireto e defasado. O impacto climático necessita de aproximadamente 4 a 6 meses para se transmitir de forma relevante ao sistema subterrâneo e pode permanecer significativo por até 12 meses. A elevada participação da chuva na variância do volume e a persistência da resposta hidrológica evidenciam a importância da precipitação e da memória do próprio aquífero para compreender sua dinâmica de recarga.

Palavras-chave: Aquífero Guarani. El Niño-Oscilação do Sul (ENOS). Modelos Econométricos. Séries Temporais. ARIMAX. Vetores Autorregressivos (VAR). Recarga de Água Subterrânea.

Mario Antonio Margarido [1]