A Influência de Eventos El Niño e La Niña na Avaliação dos Riscos de Ocorrência de Incêndios no Pará

A atividade agrícola frequentemente utiliza o fogo para o manejo de terras, porém, muitas vezes, a utilização do fogo e a perda de seu controle pode acarretar a ocorrência de incêndios florestais. Sabendo que a ocorrência desses incêndios está fortemente relacionada com os fatores meteorológicos, este trabalho tem por objetivo compreender como eventos El Niño e La Niña podem influenciar o risco de ocorrência de incêndios no Pará, na Região Norte do Brasil. Para isso, utilizou-se a Fórmula de Monte Alegre para o cálculo de risco de fogo na região durante o El Niño de 2015/2016, a La Niña de 2011/2012 e um período neutro, de 2013/2014. O índice de risco meteorológico de incêndio calculado foi comparado com o total mensal de focos de calor na região, disponibilizado pelo INPE. Nos três períodos analisados, os meses de agosto a dezembro foram os mais propícios à ocorrência de incêndios, por serem meses com pouca precipitação. Observou-se um maior risco de incêndio para o ano de El Niño, se comparado ao ano neutro, devido à diminuição da precipitação e umidade relativa no local, corroborado pelo maior número de focos de incêndio, principalmente entreos meses de junho a dezembro. Um alto risco de fogo encontrado para o período de La Niña, também entre junho e dezembro, ocorreu devido a um fenômeno chamado La Niña Modoki, porém o menor número de focos de incêndio durante esse período demonstrou a influência antrópica variável na ocorrência de queimadas, provavelmente influenciada pelo cenário econômico da época

Representação dos Padrões Atmosféricos Relacionados à Zona de Convergência do Atlântico Sul através de um Modelo Acoplado Atmosfera-Biosfera

Extreme weather events are becoming more prominent in academic discussions and media articles, such as South Atlantic Convergence Zone (SACZ), which is a major weather system that influences rainfall in Brazil during the summer months. The relevance of the phenomenon makes it an important process to be mapped and understood. This work seeks to understand how the biosphere-atmosphere coupled model CCM3-IBIS represents the climatology of the SACZ occurrence and formation, and its behavior patterns at different atmospheric levels. The control simulation was run for a period of 50 years, and average monthly maps of the following environmental variables were elaborated: Wind, Divergence, Specific Humidity, Omega, Outgoing Longwave Radiation, Cloudiness and Precipitation. The CCM3-IBIS model represented satisfactorily the characteristics of the SACZ, where areas of low level convergence, negative speed Omega in average levels, divergence at high levels, and high values of specific surface moisture appear on phase, i.e., spatially agreeing with each other, confirming the presence of convective clouds associated with low values of outgoing longwave radiation and high precipitation rates, oriented NW-SE from the convective region of the Amazon to southeastern South America, reaching the extratropical Atlantic Ocean.Este trabalho busca entender como o modelo acoplado atmosfera-biosfera CCM3-IBIS representa a climatologia da formação e ocorrência da ZCAS e seus padrões de comportamento em diferentes níveis atmosféricos. Foi realizada uma simulação controle, por um período de 50 anos, e foram elaborados mapas médios mensais das seguintes variáveis atmosféricas: Vento (Escoamento), Divergência, Umidade Específica, Omega, Radiação de Onda Longa Emitida, Nebulosidade, e Precipitação. O modelo CCM3-IBIS conseguiu representar de maneira satisfatória as características da ZCAS, onde os campos de convergência em baixos níveis, velocidade Omega negativa em níveis médios, divergência em altos níveis, e altos valores de umidade específica em superfície, se mostram em fase, ou seja, concordando espacialmente entre si, corroborando a presença de nebulosidade convectiva, associada a baixos valores de radiação de onda longa emitida e altos valores de precipitação, com orientação NW-SE estendendo-se da região convectiva da Amazônia à região sudeste da América do Sul, e seguindo para o Oceano Atlântico extratropical

IMPACTOS DO DESMATAMENTO PROGRESSIVO DA AMAZÔNIA NA PRECIPITAÇÃO DO BRASIL

A Floresta Amazônica possui importância indispensável para o equilíbrio terrestre, pois proporciona diversos serviços ambientais. O desmatamento é uma ameaça imediata a este ecossistema, pois afeta os níveis de evapotranspiração da floresta, tornando o clima local mais quente e seco; podendo influenciar no clima além de seus limites, devido à circulação atmosférica. Este estudo avalia os efeitos de longo prazo do desmatamento progressivo da Amazônia sobre a precipitação no Brasil, através do modelo CCM3-IBIS. Os resultados encontrados mostraram anomalias negativas com maior intensidade nos meses de setembro, outubro e novembro afetando o regime de chuvas em grande parte das Regiões Norte e Centro-Oeste do Brasil. Já as anomalias anuais mostraram a influência da localização da floresta sobre as áreas que tiveram os índices pluviométricos reduzidos, em praticamente toda a Região Norte, leste da Região Nordeste e norte da Região Centro-Oeste. Além disso, os resultados de anomalias negativas anuais demonstraram que o impacto do desmatamento não é linear, pois no cenário de desmatamento total foram observadas anomalias negativas menos intensas que no cenário onde 60% da floresta foi transformada em pastagem. Em contrapartida, nas Regiões Sudeste e Sul prevaleceram as anomalias positivas de precipitação

IMPACTO DO AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO ATMOSFÉRICA DE CO2 NO BALANÇO HÍDRICO CLIMATOLÓGICO DO CERRADO

Este trabalho avaliou os impactos que o aumento da concentração atmosférica de CO2 pode provocar no balanço hídrico do Cerrado, utilizando simulações feitas pelo modelo CCM3-IBIS. Foram avaliadas as condições climáticas atuais e um cenário climático futuro através da simulação controle da região e uma simulação com concentração atmosférica de CO2 elevada (cenário pessimista do IPCC). Analisando-se o Balanço Hídrico Climatológico (BHC) do Cerrado destes dois cenários, conclui-se que a deficiência hídrica da simulação com CO2 elevado (59,5 mm) é superior a da simulação controle (47,9 mm). Isto acontece devido ao aumento de temperatura do ar durante o período seco no cenário de CO2 elevado. Entretanto, o excedente hídrico da simulação com CO2 elevado (388,1 mm) também é superior ao da simulação controle (323,4 mm), pois os totais de precipitação foram maiores considerando o CO2 elevado. A deficiência hídrica no Cerrado concentra-se durante os meses de abril a setembro, que correspondem ao período seco da região. O período de excedente hídrico ocorre nos meses de novembro a março. Portanto, o BHC dos dois cenários mostra que o impacto do aumento do CO2 atmosférico varia conforme o total de precipitação da estação considerada. Na estação chuvosa o cenário de mudança climática aumenta o excedente hídrico no solo, porém durante a estação seca, ocorre um aumento de deficiência hídrica

IMPACTO DA MUDANÇA DE COBERTURA VEGETAL NA SIMULAÇÃO DE EVENTO METEOROLÓGICO EXTREMO SOBRE LINHAS DE TRANSMISSÃO NO MATO GROSSO DO SUL

Neste trabalho são investigadas as condições atmosféricas no entorno delinhas de transmissão através de simulações de um evento meteorológicoextremo, considerando diferentes cenários de cobertura vegetal. Foiutilizado o modelo atmosférico de mesoescala MM5. A simulação controleconseguiu capturar o sistema convectivo com uma boa precisão espaçotemporal,mas subestimou a magnitude do vento. A simulação quesubstituiu o cerrado por agricultura não-irrigada e pastagem não capturouo sistema convectivo devido às retroalimentações do albedo e dadisponibilidade hídrica na circulação atmosférica. Já na simulação quesubstituiu o mosaico de agricultura e arbustos por agricultura não-irrigada epastagem, a circulação atmosférica simulada foi alterada devido àsretroalimentações da rugosidade do solo, aumentando a velocidade dodeslocamento do sistema convectivo sobre a região. O sucesso da previsãode eventos extremos depende da contínua melhoria na previsão emmesoescala e da rede meteorológica observacional, além da utilização deuma cobertura vegetal realística

Fraction of photosynthetically active radiation absorbed by Amazon Tropical Forest: a comparison among estimates based on modeling, remote sensing and in situ measurements

Esta tese tem o objetivo de comparar a fração da radiação fotossinteticamente ativa absorvida (FAPAR) pela floresta tropical Amazônica obtida por medições de campo, e estimada por modelagem e sensoriamento remoto. Os dados de campo foram coletados na Floresta Nacional de Tapajós, localizada em Santarém (PA). O modelo utilizado foi o IBIS, que simula os fluxos no sistema solo- vegetação-atmosfera considerando duas camadas de vegetação. Foi utilizado o produto mensal da FAPAR do MODIS, sensor a bordo do satélite Terra. A FAPAR baseada em observações de campo foi calculada a partir da PAR incidente e refletida no topo do dossel, e incidente a 15 m de altura, e foi posteriormente corrigida para ser representativa de todo o dossel, sendo obtido o valor médio de 0,91. A FAPAR simulada pelo IBIS apresentou um valor médio de 0,76. A média da FAPAR estimada pelo MODIS foi 0,85. Os resultados baseados nas medições de campo são coerentes, pois encontram respaldo na literatura. Os valores obtidos pelo IBIS, apesar de inferiores, concordam com os obtidos pelo modelo CLM, porém a amplitude da absorção da PAR pelo dossel precisa ser melhor representada.This thesis has the objective to compare the fraction of absorbed photosynthetically active radiation (FAPAR) by an Amazonian tropical rain forest estimated based on in situ measurements, modeling and remote sensing. The field measurements were taken in the Tapajós National Forest, located in Santarém, State of Pará, Brazil. The model used was IBIS, which simulates the fluxes in the soil-vegetation-atmosphere system considering two vegetation layers. The monthly FAPAR product of MODIS was used. FAPAR based on field observations was calculated from incoming and reflected PAR measurements taken above the canopy, and downward PAR at a 15 m height, and was later corrected to be representative of the entire canopy. The annual mean value obtained was 0.91. FAPAR simulated by IBIS presented an average value of 0.76. The average FAPAR estimated by MODIS was 0.85. The in situ measurements are consistent with the literature. The values obtained by IBIS, although smaller, agree with the results of CLM, but the amplitude of PAR absorbed by vegetation needs to be better represented.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

Amazon rainforest regrowth under nutrient stress: results from a biosphere-atmosphere interaction numerical study

Essa tese investiga como as retroalimentações do clima e da disponibilidade de nutrientes no solo interagem na regulação dos padrões de recrescimento da floresta tropical amazônica após um desmatamento de grande escala. Nesse estudo foi utilizado o modelo acoplado biosfera-atmosfera CCM3-IBIS. Inicialmente, o modelo foi validado através de observações de variáveis climáticas e de dinâmica e estrutura da vegetação amazônica. O clima da Amazônia (média anual e sazonalidade) é muito bem simulado tanto para a precipitação quanto para a radiação solar incidente. Os padrões de cobertura vegetal representam bem os padrões observados. A produção primária líquida e as taxas de respiração simuladas diferem em 5% e 16% das observações, respectivamente. O desempenho das variáveis simuladas que dependem da alocação de carbono, como a partição da produção primária líquida, o índice de área foliar e a biomassa, é alto em uma média regional, mas é baixa quando são considerados os padrões espaciais. Uma melhor representação desses padrões espaciais depende da compreensão da variação espacial da alocação de carbono e sua dependência com fatores ambientais. Para avaliar a capacidade de recrescimento da floresta foram realizados dois experimentos. O primeiro experimento considera diferentes tipos de limitação nutricional e um hipotético desmatamento total. O segundo experimento considera o tipo de limitação nutricional mais realístico e diferentes cenários de desmatamento, com o intuito de encontrar um limite máximo de desmatamento que não causaria interferências prejudiciais na regeneração da floresta. Os resultados mostram que a redução da precipitação é proporcional à quantidade de desmatamento e é mais drástica quando mais do que 40% da extensão original da floresta é desmatada. Além disso, apenas a redução da precipitação simulada não é suficiente para impedir a regeneração da floresta secundária. Entretanto, quando a redução da precipitação é associada com uma deficiência nutricional do solo, um processo de savanização pode ocorrer sobre o norte do Mato Grosso, independente da extensão da área desmatada. Esses resultados são preocupantes, pois essa região tem as mais altas taxas de desmatamento da Amazônia. A baixa resiliência da floresta com deficiência nutricional indica que o norte do Mato Grosso deveria ser o alvo principal de iniciativas para a conservação.This thesis investigates how the climate feedback and the nutrient feedback interact to regulate the patterns in the regrowth of the Amazon tropical forest after a large-scale deforestation. The study is performed using the fully coupled biosphere-atmosphere model CCM3-IBIS. Initially, the model was validated against observed climate and vegetation dynamics and structure variables. The Amazon climate (annual mean and seasonality) is extremely well simulated for both precipitation and incident solar radiation. Vegetation cover patterns reproduce well the observed patterns. The simulated net primary production and respiration rates are within 5% and 16% of observed data, respectively. The performance of simulated variables that depend on carbon allocation, like net primary production partitioning, leaf area index and biomass, although good on a regional mean, is low when spatial patterns are considered. A better representation of these spatial patterns depends on the understanding of the spatial variation in carbon allocation and its relationship to environmental factors. To evaluate the rainforest regrowth two experiments were done. The first experiment considers different types of nutrient stress and a hypothetical full deforestation. The second experiment considers the most realistic type of nutrient stress and different deforestation scenarios, looking for a threshold of deforestation that could cause dangerous interference on the Amazon recovery. Results show that the reduction in rainfall is proportional to the amount of deforestation and is more drastic when the deforested area is higher than 40% of the original forest extent. In addition, this simulated precipitation reduction alone is not sufficient to prevent the rainforest regrowth. However, when the precipitation reduction is associated with a soil nutrient stress, a savannization process may start over northern Mato Grosso, no matter how much is deforested. This is concerning because this region has the highest clearing rates in Amazonia. The low resilience of the forest under nutrient stress indicates that northern Mato Grosso should be a major target for conservation initiatives.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

The Influence of El Niño and La Niña Events in the Evaluation of the Fire Risk in Pará

A n u á r i o d o I n s t i t u t o d e G e o c i ê n c i a s - U F R J ISSN 0101-9759 e-ISSN 1982-3908 - Vol. 43 - 4 / 2020 p. 189-201A atividade agrícola frequentemente utiliza o fogo para o manejo de terras, porém, muitas vezes, a utilização do fogo e a perda de seu controle pode acarretar a ocorrência de incêndios florestais. Sabendo que a ocorrência desses incêndios está fortemente relacionada com os fatores meteorológicos, este trabalho tem por objetivo compreender como eventos El Niño e La Niña podem influenciar o risco de ocorrência de incêndios no Pará, na Região Norte do Brasil. Para isso, utilizou-se a Fórmula de Monte Alegre para o cálculo de risco de fogo na região durante o El Niño de 2015/2016, a La Niña de 2011/2012 e um período neutro, de 2013/2014. O índice de risco meteorológico de incêndio calculado foi comparado com o total mensal de focos de calor na região, disponibilizado pelo INPE. Nos três períodos analisados, os meses de agosto a dezembro foram os mais propícios à ocorrência de incêndios, por serem meses com pouca precipitação. Observou-se um maior risco de incêndio para o ano de El Niño, se comparado ao ano neutro, devido à diminuição da precipitação e umidade relativa no local, corroborado pelo maior número de focos de incêndio, principalmente entre os meses de junho a dezembro. Um alto risco de fogo encontrado para o período de La Niña, também entre junho e dezembro, ocorreu devido a um fenômeno chamado La Niña Modoki, porém o menor número de focos de incêndio durante esse período demonstrou a influência antrópica variável na ocorrência de queimadas, provavelmente influenciada pelo cenário econômico da época.SimAgricultural activity often uses fire for land management, but many times the use of fire and loss of control can lead to forest fires. Knowing that the occurrence of these fires is strongly related to the meteorological factors, this work aims to understand how El Niño and La Niña events can influence the risk of fires in Pará, in the Northern Region of Brazil. For this, the Monte Alegre Formula was used to calculate the fire risk in the region during the 2015/2016 El Niño, 2011/2012 La Niña, and a neutral period, from 2013/2014. The calculated fire weather danger index was compared to the monthly total of heat sources in the region, provided by INPE. In the three analyzed periods, the August to December months were the most favorable to the fires’ occurrence, due to the rainfall regime in this region. Higher fire risk was observed for the year of El Niño, when compared to the neutral year, due to the decrease of precipitation and relative humidity in the place, corroborated by the greater number of fire outbreaks, mainly June to December. A high fire risk found for the La Niña period, also between June and December, occurred due to a phenomenon called La Niña Modoki. Still, a lower number of fires during this period demonstrated the variable anthropic influence in the occurrence of fires, probably influenced by the economic scenario of the time

IMPACTO DA MUDANÇA DE COBERTURA VEGETAL NA SIMULAÇÃO DE EVENTO METEOROLÓGICO EXTREMO SOBRE LINHAS DE TRANSMISSÃO NO MATO GROSSO DO SUL

Neste trabalho são investigadas as condições atmosféricas no entorno de linhas de transmissão através de simulações de um evento meteorológico extremo, considerando diferentes cenários de cobertura vegetal. Foi utilizado o modelo atmosférico de mesoescala MM5. A simulação controle conseguiu capturar o sistema convectivo com uma boa precisão espaçotemporal, mas subestimou a magnitude do vento. A simulação que substituiu o cerrado por agricultura não-irrigada e pastagem não capturou o sistema convectivo devido às retroalimentações do albedo e da disponibilidade hídrica na circulação atmosférica. Já na simulação que substituiu o mosaico de agricultura e arbustos por agricultura não-irrigada e pastagem, a circulação atmosférica simulada foi alterada devido às retroalimentações da rugosidade do solo, aumentando a velocidade do deslocamento do sistema convectivo sobre a região. O sucesso da previsão de eventos extremos depende da contínua melhoria na previsão em mesoescala e da rede meteorológica observacional, além da utilização de uma cobertura vegetal realística

Estado-da-arte da simulação da taxa de fixação de carbono de ecossistemas tropicais State-of-the-art of the simulation of carbon fixation rates by tropical ecosystems

Este trabalho avalia o estado-da-arte de modelos de simulação da taxa de fixação de carbono, ou produção primária liquida (NPP), de ecossistemas tropicais em duas configurações diagnósticas (simulação em sítios micrometeorológicos e simulação forçada por dados climáticos e por produtos de sensoriamento remoto) e uma prognóstica (simulação por um modelo acoplado clima-vegetação). Os resultados indicam que os modelos de estimativa de NPP atingiram capacidade de fazer estimativas não-viesadas de valores médios regionais de NPP, tanto no modo diagnóstico, quanto no modo prognóstico, com erros inferiores a 5%, enquanto o valor esperado do erro em cada sítio é inferior a 10% no modo diagnóstico e inferior a 20% no modo prognóstico. Os modelos estado-da-arte são capazes de monitorar a taxa de fixação de carbono por ecossistemas tropicais de maneira rotineira, sendo esperados baixos erros para essas estimativas.<br>This work evaluates the state-of-the-art of the simulation of carbon fixation rates, or net primary production (NPP) by tropical ecosystems in two diagnostic configurations (simulation at micrometeorological sites and simulation forced by climate datasets and remote sensing products) and one prognostic (simulation by a coupled climate-biosphere model). The results indicate that the NPP simulation models are capable of unbiased estimates of average regional values of NPP, both in diagnostic and in prognostic mode, with errors smaller than 5%, while the expected value of the error in each site is smaller than 10% in the diagnostic mode and smaller than 20% in the prognostic mode. State-of-the-art models are capable of routinely monitoring the net primary production of tropical ecosystems, with low errors expected for these estimates