Analyzing Hydro-Climatic Data to Improve Hydrological Understanding in Rural Rio de Janeiro, Southeast Brazil

Abstract

The rural area of Rio de Janeiro (RJ) state has experienced increased pressure on water resources, due to an increasing population linked with the growth of the industrial and agricultural sectors. High interannual variability of rainfall causes frequent extreme events leading to droughts, floods, and landslides. Therefore, it is crucial to understand how climate affects the interaction between the timing of extreme rainfall events, hydrological processes, vegetation growth, soil cover, and soil erosion. Ecohydrological modeling can contribute to a better understanding of spatial–temporal process dynamics to develop adaptation strategies. However, prior to modeling, it is crucial to evaluate the reliability of the climate and hydrological data. This study aims to homogenize the climatic data and to analyze the hydro-climatic time series needed for further hydrological studies (e.g., ecohydrological modeling) and to contribute to a better understanding of long-term hydro-climatic patterns in a mesoscale watershed, the Muriaé River Basin. The analyses include homogeneity assessment, statistical analyses, and trend detection for a time period of over 50 years. The assessment provides important insights into long-term hydro-climatic patterns, such as an increase of the annual mean temperature, a decrease of the annual relative humidity, and an increase of the frequency of intense rainfall events.

Resumo (Português) Análise de Dados Hidro-climáticos para Melhorar a Compreensão Hidrológica na Área Rural do Rio de Janeiro, Sudeste do Brasil

A área rural do Estado do Rio de Janeiro (RJ) vem sofrendo uma crescente pressão sobre os recursos hídricos, devido ao aumento da população ligada ao crescimento dos sectores industrial e agrícola. A elevada variabilidade interanual da precipita ção causa eventos extremos frequentes que originam períodos de seca, inundações e deslizamentos de terra. Portanto, é crucial entender como o clima afeta a interação entre o momento de ocorrência de eventos extremos de precipitação, e os processos hidrológicos, o crescimento da vegetação, a cobertura do solo e a erosão do solo. A modelação eco-hidrológica pode contribuir para melhorar a compreensão da dinâmica dos processos espaço-temporais para desenvolver estratégias de adaptação. No entanto, antes da modelação, é crucial avaliar a confiabilidade dos dados de clima e hidrológicos. Este estudo tem como objetivo homogeneizar os dados climáticos e analisar as séries temporais hidro-climáticas necessárias para posteriores estudos hidrológicos (por exemplo, modelação eco-hidrológica) e contribuir para melhorar a compreensão dos padrões hidro-climáticos de longo prazo numa bacia hidrográfica de meso-escala, a bacia do rio Muriaé. As análises incluem avaliação de homogeneidade, análises estatísticas e detecção de tendências para um período de tempo de mais de 50 anos. Estas fornecem informações importantes sobre padrões hidro-climáticos de longo prazo, tais como o aumento da temperatura média anual, a diminuição da umidade relativa anual e o aumento da frequência de eventos intensos de precipitação.

Resumen (Español) Análisis de Datos Hidro-climaticos para Mejorar el Entendimiento Hidrológico en el Area Rural de Rio de Janeiro, Sureste de Brasil

La zona rural del estado de Río de Janeiro (RJ) ha experimentado una gran presión sobre los recursos hídricos, debido a la creciente población vinculada al incremento de los sectores industrial y agrícola. La alta variabilidad interanual de las precipitaciones causa frecuentes eventos extremos que provocan sequías, inundaciones y deslizamientos de tierra. Por lo tanto, es crucial entender cómo el clima afecta a la interacción entre el momento de precipitaciones extremas, los procesos hidrológicos, el crecimiento vegetativo, la cubierta del suelo y la erosión del suelo. El modelaje eco-hidrológico puede contribuir a una mejor comprensión de la dinámica de procesos espacio-temporales para desarrollar estrategias de adaptación. Sin embargo, antes de aplicar el modelo, es crucial evaluar la fiabilidad de los datos climáticos e hidrológicos. Este estudio tiene como objetivo homogeneizar los datos climáticos y analizar las series de tiempo hidro-climáticas necesarias para realizar estudios hidrológicos adicionales (por ejemplo, modelaje eco-hidrológico) y contribuir a una mejor comprensión de los patrones hidro-climáticos a largo plazo en una cuenca de meso escala, la cuenca del río Muriaé. Los análisis incluyen la evaluación de homogeneidad, análisis estadísticos y detección de tendencias para un período de tiempo de más de 50 años. La evaluación proporciona información importante sobre los patrones hidro-climáticos a largo plazo, como un aumento de la temperatura media anual, una disminución de la humedad relativa anual y un aumento de la frecuencia de eventos de lluvia intensa.