Tracing water sources and fluxes in a dynamic tropical environment from observations to modeling

Abstract

Tropical regions cover approximately 36% of the Earth’s landmass. These regions are home to 40% of the world’s population, which is projected to increase to over 50% by 2030 under a remarkable climate variability scenario often exacerbated by El Niño Southern Oscillation (ENSO) and other climate teleconnections. In the tropics,ecohydrological conditions are typically under the influence of complex land-oceanatmosphere interactions that produce a dynamic cycling of mass and energy reflected in a clear partition of water fluxes. Here, we present a review of 7 years of a concerted and continuous water stable isotope monitoring across Costa Rica, including key insights learned, main methodological advances and limitations (both in experimental designs and data analysis), potential data gaps, and future research opportunities with a humid tropical perspective. The uniqueness of the geographic location of Costa Rica within the mountainous Central America Isthmus, receiving moisture inputs from the Caribbean Sea (windward) and the Pacific Ocean (complex leeward topography), and experiencing strong ENSO events, poses a clear advantage for the use of isotopic variations to underpin key driver in ecohydrological responses. In a sequential approach, isotopic variations are analyzed from moisture transport, rainfall generation, and groundwater/surface connectivity to Bayesian and rainfall-runoff modeling. The overarching goal of this review is to provide a robust humid tropical example with a progressive escalation from common water isotope observations to more complex modeling outputs and applications to enhance water resource management in the tropics.

Las regiones tropicales cubren aproximadamente el 36% de la masa terrestre de la Tierra. Estas regiones albergan al 40% de la población mundial, que se prevé que aumente a más del 50% para 2030 en un escenario de variabilidad climática notable, a menudo exacerbada por El Niño Oscilación del Sur (ENSO) y otras teleconexiones climáticas. En los trópicos, las condiciones ecohidrológicas están típicamente bajo la influencia de complejas interacciones tierra-océano-atmósfera que producen un ciclo dinámico de masa y energía reflejado en una clara partición de los flujos de agua. Aquí, presentamos una revisión de 7 años de un monitoreo de isótopos estables de agua concertado y continuo en todo Costa Rica, que incluye conocimientos clave aprendidos, principales avances metodológicos y limitaciones (tanto en diseños experimentales como en análisis de datos), posibles brechas de datos y oportunidades de investigación futuras. con una perspectiva tropical húmeda. La singularidad de la ubicación geográfica de Costa Rica dentro del Istmo montañoso de Centroamérica, que recibe aportes de humedad del Mar Caribe (barlovento) y del Océano Pacífico (topografía compleja a sotavento), y experimenta fuertes eventos ENOS, plantea una clara ventaja para el uso de variaciones isotópicas para sustentar el factor clave en las respuestas ecohidrológicas. En un enfoque secuencial, las variaciones isotópicas se analizan desde el transporte de humedad, la generación de lluvia y la conectividad de agua subterránea / superficie hasta modelos bayesianos y de lluvia-escorrentía. El objetivo general de esta revisión es proporcionar un sólido ejemplo tropical húmedo con una escalada progresiva de observaciones de isótopos de agua comunes a resultados y aplicaciones de modelos más complejos para mejorar la gestión de los recursos hídricos en los trópicos.