Biogeochemical response of Tagus Estuary to climate change : a modelling study

Abstract

Estuaries are highly dynamic systems which may be modified in a climate change context. These changes can affect the biogeochemical cycles. Among the major impacts of climate change, the increasing rainfall events and sea level rise can be considered. This study aims to research the impact of those events in biogeochemical dynamics in the Tagus Estuary, which is the largest and most important estuary along the Portuguese coast. In this context a 2D biophysical model (MOHID) was implemented, validated and explored, through comparison with in-situ data. In order to study the impact of extreme rainfall events, which can be characterized by an high increase in freshwater inflow, three scenarios were set by changing the inputs from the main tributaries, Tagus and Sorraia Rivers. A realistic scenario considering one day of Tagus and Sorraia River extreme discharge, a scenario considering one day of single extreme discharge of the Tagus River and finally one considering the extreme runoff just from Sorraia River. For the mean sea level rise, two scenarios were also established. The first with the actual mean sea level value and the second considering an increase of 0.42 m. For the extreme rainfall events simulations, the results suggest that the biogeochemical characteristics of the Tagus Estuary are mainly influenced by Tagus River discharge. For sea level rise scenario, the results suggest a dilution in nutrient concentrations and an increase in Chl-a in specific areas.For both scenarios, the suggested increase in Chl-a concentration for specific estuarine areas, under the tested scenarios, can lead to events that promote an abnormal growth of phytoplankton (blooms) causing the water quality to drop and the estuary to face severe quality issues risking all the activities that depend on it.

Os estuários são sistemas altamente dinâmicos que se encontram em risco devido a eventos relacionados com as alterações climáticas. Estas alterações podem ter impactos nos ciclos biogeoquímicos. Entre esses efeitos podem considerar-se o aumento de períodos de chuvas torrenciais e o aumento do nível médio do mar. Assim, o objetivo deste trabalho é o estudo do impacto destes eventos na dinâmica biogeoquímica do Estuário do Tejo, que se trata do maior sistema estuarino da Península Ibérica. Neste contexto, foi implementado, validado e explorado através de comparação com dados in-situ, um modelo biofísico 2D (MOHID). De forma a avaliar a resposta biogeoquímica do estuário a períodos de chuvas torrenciais, caracterizadas por variações abruptas nas descargas fluviais dos principais tributários, Tejo e Sorraia, foram considerados três cenários. O primeiro considerando um dia de descarga extrema para os rios Tejo e Sorraia. O segundo, considerando uma descarga extrema apenas para o Rio Tejo e por último, considerando uma descarga apenas para o Rio Sorraia. Relativamente ao aumento do nível médio do mar, foram estabelecidos dois cenários, o primeiro com o nível médio do mar atual e o segundo considerando um aumento de 0.42 m, conforme estimado em estudos anteriores. Os resultados para a simulação das chuvas torrenciais indicam que as modificações previstas para os padrões biogeoquímicos dependem essencialmente da descarga do Rio Tejo. Para o cenário de aumento do nível médio do mar os resultados sugerem uma diminuição da concentração de nutrientes e um aumento de clorofila em áreas específicas. Em ambos os cenários, o aumento de clorofila em determinadas zonas do estuário, sugerido pelos resultados, pode levar a eventos que promovam um crescimento anormal de fitoplâncton fazendo com que a qualidade da água diminua e colocando em risco todas as atividades que dependem no Estuário do Tejo.