Tese de mestrado, Ciências Geofísicas (Meteorologia e Oceanografia) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2021A atividade dos ecossistemas terrestres é particularmente suscetível à variabilidade climática e, face às mudanças globais e regionais que têm vindo a ocorrer, tem reagido com rápidas mudanças no ciclo de vegetação natural, na produtividade das plantas e na absorção de carbono terrestre. Os eventos climáticos extremos, nomeadamente as secas, as ondas de calor e os grandes fogos associados, têm sido reconhecidos por terem um papel preponderante na alteração da dinâmica dos ecossistemas. A ocorrência de condições quentes e secas alteram a dinâmica da vegetação e perturbam severamente os regimes fotossintéticos, levando a fortes perdas de produtividade das plantas e, consequentemente, a fortes anomalias na regulação do mecanismo de absorção de carbono dos ecossistemas. Além disso, o aumento da frequência e severidade destes eventos climáticos extremos, como reportado nos recentes relatórios do IPCC, contribuirá para a intensificação das perturbações nos sistemas terrestres que absorvem carbono, desestabilizando o ciclo de carbono e contribuindo, consequentemente, para o aumento de CO2 na atmosfera. Os eventos de seca são reconhecidos, entre uma ampla gama de eventos extremos, por desempenharem um papel crucial no ciclo de carbono devido às perturbações que induzem na fotossíntese e na absorção de carbono. Por sua vez, o aumento da frequência e severidade das secas terá impactos a curto-médio prazo, mas também, a longo prazo, devido aos efeitos continuados que têm nos ecossistemas, inibindo-os de recuperar e regenerar. Dessa forma, ao longo de vários meses, a produtividade das plantas estará perturbada, podendo ter consequências desastrosas e permanentes na dinâmica vegetação. Além disso, estes eventos têm o potencial de aumentar o risco de incêndios devido à maior vulnerabilidade dos ecossistemas, elevando as perdas de produtividade das plantas, e contribuindo, geralmente, para atrasar o seu processo de regeneração durante muito tempo. A Europa, e em particular, a região do Mediterrâneo, têm sido afetadas por secas severas e grandes fogos nas últimas décadas, sendo uma região particularmente sensível a fenómenos extremos. Nos últimos anos, vários estudos têm comprovado e analisado os impactos que estes eventos têm na vegetação e o seu contributo para a diminuição do carbono armazenado nos ecossistemas da região. No entanto, vários desses estudos observaram que o acoplamento clima-vegetação, ou seja, a relação que existe entre a influência do evento climático e a resposta da vegetação não é fácil de estabelecer, tendo em conta que o efeito extremo do evento climático nem sempre gera uma resposta extrema a nível ecológico. Tendo em conta as premissas anteriores, estre trabalho propõe-se a avaliar o impacto de um conjunto de secas severas e grandes fogos, ocorridos entre 2001 e 2019, em três regiões diferentes da bacia do Mediterrâneo (Península Ibérica, Itália e Grécia, e França), pretendendo analisar a sua influência na vegetação. Será avaliada a persistência de condições secas no solo e o número de meses em que a sua normal atividade é perturbada, bem como a perturbação de cada evento extremo no balanço anual de produtividade da vegetação de cada região. Foram utilizados produtos de deteção remota para monitorizar a produtividade dos ecossistemas, nomeadamente o Gross Primary Production (GPP) e o Net Photosynthesis (PsNet), para analisar a quantidade de água no solo foi utilizado o produto ESA CCI Soil Moisture (SM) e para detetar áreas queimadas foi utilizada a área ardida do produto FIRECCI. A qualidade de todos estes produtos de deteção remota foi analisada, de modo a conhecer a sua precisão para a monitorização e a sua capacidade de capturar os efeitos dos eventos climáticos extremos nos ecossistemas na região do Mediterrâneo. A análise da quantidade de água no solo e produção primária da vegetação, para o período mencionado, permitiram identificar os eventos de seca mais severos e que tiveram maiores impactos nos ecossistemas. Recorrendo a métricas estatísticas, como a determinação, ao longo do período de análise 2001-2019, do desvio padrão médio mensal da produtividade da vegetação, foi possível a identificação das áreas mais afetadas por condições de seca prolongadas. Além disso, com base no cálculo do percentil 25 das anomalias de SM, de forma a identificar os períodos com maiores deficits de disponibilidade de água no solo, foi possível reconhecer as regiões cujos ecossistemas foram fortemente perturbados por eventos extremos. Na Península Ibérica, os episódios de 2005 e 2012 provocaram amplas alterações na atividade da vegetação. Na generalidade, em ambos os casos de estudo, as regiões mais afetadas foram o oeste e o sul da Península Ibérica. Várias áreas revelaram uma elevada falta de água no solo na primavera, que conduziu a impactos severos no estado e na atividade das plantas durante muitos meses. A severidade do evento de 2005, que levou a perdas de produtividade líquida de ~ 40 TgC/ano, conjugada com condições climáticas pouco propícias ao processo de recuperação nos meses seguintes, levaram a um pro-longamento das anomalias da produtividade na vegetação afetada. Dessa forma, houve um aumento das perdas de fotossíntese líquida durante um intervalo de tempo longo, o que afetou profundamente a dinâmica da vegetação. Na região da Itália e Grécia, os eventos de 2003, 2007 e 2012 afetaram os ecossistemas de cerca de 30-35% do território, destacando-se especialmente o ano de 2007 pela sua intensidade, devido ao efeito combinado de um evento de seca, intensas ondas de calor no verão e grandes fogos. Dada a sua grande complexidade, este evento composto levou a uma forte inibição da recuperação da vegetação afetada nos meses seguintes, amplificando as perdas anuais de produtividade até ~ 24 TgC no período entre 2007 e 2009. Apesar de menos intensos, os eventos de seca de 2003 e 2012 geraram fortes deficits de água no solo, promovendo fortes anomalias na dinâmica das plantas, principalmente nos meses de verão. Em França, o episódio de 2006 afetou mais de 25% da vegetação do território devido às condições de seca severas que perturbaram a produção dos ecossistemas durante 3 a 5 meses em diversas áreas, e induziu perdas anuais de produtividade de ~ 25 TgC/ano. A ocorrência de épocas de fogo severas está intimamente associada à disponibilidade de biomassa de combustão rápida na presença de um evento climático extremo. A conjugação desses fatores despoletou épocas de fogos catastróficas, nomeadamente em 2003 e 2017 na Península Ibérica e 2007 na Itália e Grécia, associadas a intensas ondas de calor no verão, e 2005 e 2012 na Península Ibérica e 2012 na Itália e Grécia, associadas a condições de seca muito persistentes. Em todos os casos de estudo, a vegetação demorou vários meses a conseguir recuperar a atividade fotossintética normal, mesmo quando as condições climáticas foram favoráveis, demonstrando o impacto que as épocas de fogo severas têm na dinâmica dos ecossistemas. A avaliação das perturbações na atividade fotossintética causadas por secas e grandes incêndios permitiram quantificar as perdas de produtividade da vegetação e, ainda, a avaliação do seu processo de recuperação nos meses seguintes. A resposta dos ecossistemas varia amplamente, podendo demorar meses a anos a recuperar a atividade fotossintética normal. Essa resposta depende das condições climáticas nos meses seguintes e do tipo de cobertura vegetal afetada. As perturbações induzidas na atividade da vegetação, provocadas por eventos de seca são significativamente maiores do que as provocadas por incêndios, especialmente devido à sua maior área afetada. Além disso, as secas possuem uma escala temporal muito maior, o que induz mais perturbações na produtividade das plantas durante um longo intervalo de tempo. No entanto, apesar de os fogos corresponderem a eventos de menor duração, podem inibir fortemente a vegetação de regenerar, amplificando as perdas nos ecossistemas durante vários meses.The activity of terrestrial ecosystems is particularly susceptible to the climate variability and, facing the recently global and regional changes, has been responding with rapid changes on natural vegetation cycle, plants productivity and terrestrial carbon uptake. Droughts have been broadly recognized, among a wide range of extreme events, as playing a central role on the carbon cycle. Dry permanent conditions contribute to the occurrence of high hydric stress on vegetation, generating disturbances on the regular photosynthesis, carbon uptake and regular plants mechanisms. Furthermore, they may increase the risk of fires due to the higher vulnerability of ecosystems, enhancing the losses on vegetation productivity, and inhibiting, generally, their regenera-tion process for a long time. Europe, and in particular, the Mediterranean region, has been affected by severe droughts and large fires in the last decades, being an area particularly sensitive to extreme phenomena. Therefore, this work proposes to assess the impact of a set of the severest droughts and large fires, between 2001 and 2019, over three different regions of Mediterranean basin (Iberian Peninsula, Italy and Greece, and France), attempting to analyse their influence on vegetation. It will be assessed the persistence of soil dry conditions and the number of months that the normal activity of vegetation is disturbed. Remote sense products were used to monitor the plant’s productivity, to assess the soil moisture and to detect burned areas. The analysis of soil moisture and primary production of vegetation, for the referred study period, allowed to identify the most hazardous drought events which had larger impacts on ecosystems. Over Iberian Peninsula, both 2005 and 2012 episodes caused wide disturbances on ecosystems, with large areas showing water availability deficit in soils, driving to severe impacts on vegetation and productivity losses of ~ 40 TgC/year. Throughout Italy and Greece region, the events of 2003, 2007 and 2012 affected the ecosystems of about 30-35% of the territory, being 2007 particularly intense due to the combined effect of a drought, major heatwaves and large fires. In France, the 2006 episode affected more than 25% of the vegetation of the territory and induced losses on annual productivity of ~ 25 TgC/year. In turn, the occurrence of severe fire seasons is closely associated with the availability of biomass that easily burns in the presence of an extreme climatic event, such as summer heatwaves (e.g. Iberia in 2003 and 2017, and Italy and Greece in 2007), or persistent droughts in previous months (e.g. Iberia in 2005 and 2012, and Italy and Greece in 2012). The assessment of the disturbances on photosynthetic activity caused by droughts and large fires allowed the quantification of the losses of vegetation productivity, and also, the evaluation of the recov-ery process during the following months. The ecosystems response varies widely, with vegetation may taking months to years to recover the normal activity. The disturbances on net productivity caused by droughts are significantly higher than the ones caused by large fires, especially due to their extension and their timescale, that can last from weeks to several months. However, despite fires have a shorter period of time, these events can strongly inhibit the vegetation to regenerate, amplifying the productivity losses on ecosystems during a long period
