Resumos

 

INCLUSÃO DO EFEITO RADIATIVO DE NUVENS CONVECTIVAS PROFUNDAS EM SIMULAÇÕES DO MODELO ETA

Diego de Andrade Campos, Chou Sin Chan

(diandradecampos@yahoo.com.br, chou.chan@inpe.br)

As nuvens convectivas desempenham um papel importante no balanço de energia local, interagindo diretamente com a radiação solar e a radiação terrestre. No entanto, esquemas de parametrização de radiação de modelos atmosféricos geralmente consideram nuvens produzidas a partir de esquemas de microfísica ou algum outro critério de saturação de umidade na grade do modelo. Esquemas de parametrização convectiva profunda tendem a gerar precipitação de nuvem convectiva sem que o esquema de radiação perceba sua carga hídrica. Isso pode ser uma fonte do excesso de radiação solar que atinge a superfície terrestre. O objetivo deste trabalho é incluir os efeitos de nuvens convectivas profundas no esquema de radiação do modelo Eta regional e avaliar os impactos sobre o saldo de energia radiativa e outras variáveis meteorológicas. O esquema de radiação é o Modelo de Transferência Radiativa Rápida RRTMG. O trabalho foi desenvolvido em quatro etapas: diagnóstico do excesso de radiação solar incidente à superfície; modificação dos parâmetros de convecção; modificação dos parâmetros da microfísica e inserção dos condensados da parametrização convectiva no esquema de radiação; isto produziu uma redução adicional do viés positivo do fluxo radiativo de onda curta incidente à superfície. As simulações de 1 mês foram realizadas para um mês chuvoso de verão com intensa atividade convectiva na América do Sul, além de uma rodada longa de 10 anos, para verificar o desempenho da simulação da última etapa em reproduzir a variabilidade intrasazonal. A inclusão dos condensados de nuvens convectivas profundas no esquema de radiação melhorou a cobertura de nuvens, o ciclo diurno do saldo de radiação à superfície e a temperatura a 2 metros. Porém, a redução do saldo de radiação à superfície causou a redução da energia disponível para instabilidade convectiva e, consequentemente, a redução da precipitação convectiva e total. Na simulação longa de 10 anos, conseguiu-se reproduzir a variabilidade sazonal das estações de verão e inverno em comparação com dados de reanálise. Os resultados mostram a importância da inclusão da carga hídrica das nuvens cumulus no esquema radiativo para a redução do viés nas componentes da energia radiativa. No entanto, trabalhos adicionais são necessários continuamente nas interações do modelo entre esquemas de convecção, de microfísica e de radiação em um modelo numérico.

INCLUSÃO DE ESQUEMA DE DESCARGA ELÉTRICA E PRODUÇÃO DE NOx NO MODELO ETA

José Davi de Oliveira Moura, Chou Sin Chan, Guy Brasseur

(moura.jdo@gmail.com, chou.chan@inpe.br, gpbrasseur@gmail.com)

Uma parametrização de descargas elétricos com efeitos na produção de chuva e NOx foi desenvolvida no modelo regional Eta. O esquema de parametrização de descargas é função de variáveis diagnosticadas na microfísica de nuvens e no esquema de convecção cumulus. A parametrização diagnostica a descarga total (nuvem-solo e intracloud), que afeta o processo de colisão e coalescência de gotículas de nuvem e atua na química da atmosfera por meio da produção, destruição e transporte de óxido nítrico (NO), dióxido de nitrogênio (NO2), ácido nítrico (HNO3), trióxido de nitrogênio (NO3) e pentóxido de dinitrogênio (N2O5). O esquema é calibrado usando dados observacionais de descargas elétricas. Experimentos numéricos foram conduzidos para avaliar simulações de raios e os efeitos durante três meses chuvosos no Sudeste do Brasil. Para avaliar o esquema, dados de descargas elétricas atmosféricas observadas, precipitação estimada por satélite e dados de reanálise foram utilizados. Os resultados mostraram que o esquema é capaz de reproduzir a produção e distribuição mensal de descargas elétricas na região Sudeste do Brasil quando comparados aos dados observados. As simulações de raios mostraram uma pequena subestimativa em relação aos dados observados. A inclusão dos efeitos das descargas elétricas na produção da chuva resultou na intensificação da atividade elétrica em um processo de retroalimentação positiva. Os efeitos das descargas na produção de chuva também causaram um aumento na proporção de mistura de gelo nas nuvens nos níveis superiores, uma diminuição de água das nuvens nos níveis mais baixos da troposfera, diminuição da umidade específica nos níveis mais baixos da troposfera e uma diminuição do movimento vertical. O esquema proposto aumentou a frequência de chuvas intensas durante o verão de 2017 e melhorou o desempenho da previsão de chuva no modelo. O esquema de descargas elétricas mostrou perfis verticais satisfatórios de NO e NO2 em relação aos dados de reanálise. Os valores médios da razão de mistura das espécies químicas simuladas pelo esquema estão dentro da magnitude típica como aqueles encontrados na literatura e dados de reanálise. Melhorias podem ser aplicadas no esquema de parametrização de relâmpago no futuro como a simulação de ozônio, simulação de chuva ácida, melhor representação dos sumidouros de HNO3 e diagnóstico de descargas nuvem-solo e intracloud separadamente.

PROJEÇÕES DE MUDANÇAS CLIMÁTICAS E OS IMPACTOS SOBRE OS PRINCIPAIS BIOMAS BRASILEIROS

André de Arruda Lyra, Chou Sin Chan

(andrelyra1@gmail.com, chou.chan@inpe.br)

O relatório mais recente do IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) indicam, nas próximas décadas, fortes modificações no meio ambiente global em virtude do aumento da concentração atmosférica de CO2 e outros gases de efeito estufa (GEE) advindos de atividades antrópicas (IPCC, 2021). Estas modificações alteram a distribuição e a biodiversidade dos ecossistemas (BELLARD et al., 2012), e os serviços ecossistêmicos conduzindo a custos socioeconômicos e financeiros (DAWSON et al., 2011). Desta forma, o desenvolvimento de ferramentas de simulações climáticas que incorporem mudanças na cobertura do solo favorece o desenvolvimento de projeções mais confiáveis para análise dos impactos associados as mudanças climáticas. A redução de escala (‘downscaling’) das projeções de mudanças do clima produzidas pelos modelos globais requer a incorporação de informações locais. A alta resolução espacial é particularmente importante para áreas de topografia complexa, ilhas e regiões costeiras ou ainda para áreas com cobertura do solo/uso da terra extremamente heterogêneo, cujos efeitos são relevantes no contexto do estudo das mudanças climáticas. Neste trabalho, foi realizado o estudo dos impactos das mudanças climáticas nos biomas a partir do modelo Eta-Inland. Os resultados mostraram que as áreas mais vulneráveis à redução do bioma Amazônia se localizam ao sul da área do bioma, a redução do bioma Cerrado abrange praticamente toda a área atual do Bioma e a redução do bioma Mata Atlântica se localizam principalmente nos Estados do Espirito Santo e Bahia. As tendências do Índice de área foliar e da produção primária líquida mostram que a diminuição da precipitação e as elevadas temperaturas projetadas nos cenários climáticos regionalizados podem neutralizar o efeito de fertilização de CO2.

IMPACTOS DAS MUDANÇAS NA COBERTURA E USO DO SOLO NO CLIMA LOCAL NO SUDOESTE DA AMAZÔNIA

Isabel L. Pilotto, Daniel A. Rodriguez, Sin-Chan Chou,

 Lucas Garofolo, Jorge L. Gomes

(isabelpilotto@gmail.com, daniel.andres@coc.ufrj.br, lucas.garofolo@gmail.com, chou.chan@inpe.br, jorgeluisgomes@gmail.com)

Este trabalho avalia os efeitos do avanço do desmatamento no sudoeste da Amazônia no clima local. Para tal, foram realizadas duas simulações em altíssima resolução espacial com o modelo Eta/Noah-MP para o prazo de integração de 5 anos. Uma simulação com a cobertura e uso do solo constante por todo o período de integração, e outra simulação com uma atualização anual da cobertura e uso do solo. O aumento do desmatamento produziu uma redução da evapotranspiração e aumento da temperatura da superfície e do fluxo de calor sensível sobre as áreas desmatadas durante o período seco. Na estação chuvosa (dezembro-janeiro-fevereiro, DJF) notou-se que algumas áreas que foram transformadas em pastagem passaram a apresentar maior taxa de evaporação do que quando eram áreas de floresta, o que afetou as outras componentes do balanço de energia. A resposta do aumento do desmatamento na precipitação local não é tão direta espacialmente quanto os fluxos de energia. No entanto, na estação chuvosa foi encontrado uma tendência de redução na chuva em torno de 4 mm dia-1 com o aumento do desmatamento. Neste período de 5 anos, ocorreu um evento de El Niño de longa duração, cujo efeito somado ao efeito do desmatamento reduziu ainda mais a chuva na estação chuvosa. Os resultados sugerem que a precipitação e os fluxos de energia são mais afetados por eventos extremos de precipitação como um evento de El Nino e La Nina do que por um aumento abrupto na taxa anual de desmatamento. Na sub-bacia 7 da bacia de Ji-Paraná, que possui as maiores taxas anuais de desmatamento da bacia, a vazão diminuiu com a remoção da floresta ao longo de todos os anos. Nas outras sub-bacias menores e menos desmatadas, o efeito do desmatamento na vazão foi de aumento em anos de La Niña e de condição normal, e de redução da vazão em anos de El Niño, no período chuvoso (DJF). Enquanto no período mais seco (junho-julho-agosto, JJA), o aumento do desmatamento gerou uma redução da vazão em todos os anos. Os resultados apontam que a vazão foi mais controlada pela chuva do que pelos efeitos da evapotranspiração.

CENÁRIOS POTENCIAIS DE MUDANÇAS NO USO E COBERTURA DA TERRA E SEUS IMPACTOS HIDROCLIMÁTICOS NO SUDESTE BRASILEIRO

Lucas Garofolo, Isabel Pilotto, Daniel Andrés Rodriguez

(lucas.garofolo@gmail.com,isabelpilotto@gmail.com, daniel.andres@coc.ufrj.br)

Poucos estudos têm sido levados adiante considerando conjuntamente as mudanças climáticas e no uso e cobertura da terra, considerando ambas forçantes capazes de alterar o funcionamento do sistema terrestre de várias formas. O aquecimento global muda as características do clima globalmente, e estas mudanças são moduladas por características locais de cada região, dentre elas o uso e cobertura da terra. Dada essa problemática, este trabalho tem por objetivo avaliar cenários de mudanças climáticas em regiões do Sudeste Brasileiro considerando diferentes cenários de uso e cobertura da terra. Foram realizados experimentos utilizando cenários potenciais de uso e cobertura da terra no modelo atmosférico regional Eta. Diferentes cenários de recuperação florestal foram considerados e os experimentos foram idealizados da seguinte forma: dois cenários de expansão de florestas de silvicultura na parte paulista da bacia do rio Paraíba do Sul, e dois cenários de reflorestamento na Mata Atlântica, utilizando vegetação nativa. Os experimentos avaliam ainda diferentes configurações do modelo de superfície, incluindo a representação das condições da superfície através da aproximação por ‘tiles’. As saídas do modelo Eta foram utilizadas para alimentar um modelo de translado de onda em canais (‘river routing’), resultando em séries de vazões nas bacias. As simulações do modelo Eta reproduziram os processos hidroclimáticos das regiões estudadas. Os resultados mostraram que a presença de florestas é capaz de modular os impactos locais do aquecimento global. Em geral, houve uma diminuição na amplitude térmica, aumento de evapotranspiração e precipitação, e diminuição do escoamento sob os cenários com maior presença de florestas. As simulações também mostram maiores impactos quando o reflorestamento se encontra concentrado em áreas de maior extensão.

AVALIAÇÃO DOS IMPACTOS DO AUMENTO NA CONCENTRAÇÃO DE GASES DE EFEITO ESTUFA E DO DESMATAMENTO SOBRE OS EVENTOS EXTREMOS DE CHUVA

Adriane Brito, José Augusto Paixão Veiga

(meteorologia.dri@gmail.com, veiga.uea@gmail.com)

O objetivo principal deste estudo foi avaliar os impactos relativos e conjunto do aumento dos gases de efeito estufa (GEE’s) e do desflorestamento nos eventos extremos de precipitação na Bacia Amazônica. De forma a se quantificar esses impactos, foram realizados experimentos numéricos com o modelo regional Eta forçado a partir de condições de contorno do modelo HadGEM2-ES. No experimento relativo ao aumento dos GEE’s foram realizadas simulações numéricas de acordo com o cenário RCP8.5 do IPCC. O efeito do desmatamento foi quantificado a partir de um experimento onde a floresta foi substituída por área de pastagem degradada no modelo Eta. O efeito conjunto do aumento dos GEE’s e do desflorestamento foi avaliado a partir da junção do cenário RCP8.5 com o desmamentamento total da floresta. Para as análises das mudanças dos eventos extremos chuvosos associadas ao aumento dos GEE’s, ao desflorestamento e ao efeito conjunto, foram calculadas anomalias a partir dos experimentos de sensibilidade e do controle. No experimento RCP8.5 houve aumento do número máximo de dias consecutivos sem chuva (CDD), redução do número máximo de dias consecutivos chuvosos (CWD), redução da precipitação total anual (PRCPTOT) e aumento da precipitação máxima anual acumulada em cinco dias (RX5Day). No experimento DESMAT houve aumento do CDD, redução do CWD, redução do PRCPTOT e redução do RX5Day. Ademais, no experimento RCP8.5+DESMAT houve aumento do CDD, redução do CWD, redução do PRCPTOT e redução do RX5Day. De maneira geral, para o final do século XXI, os três cenários atuam para aumentar o período de estiagem, principalmente na divisa dos estados do Amazonas e Pará.

BALANÇO DE ÁGUA NA AMAZÔNIA: O PAPEL DO DESFLORESTAMENTO E DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS

Weslley Gomes, Francis Wagner Silva Correia

(weslley.brito.gomes@gmail.com, francis.wagner70@gmail.com)

O presente trabalho teve como objetivo realizar um estudo de modelagem climática e hidrológica a fim de avaliar os impactos decorrentes do aumento dos gases do efeito estufa GEE’s (cenário RCP 8.5) e cenários futuros de desflorestamentos no balanço de água na bacia Amazônica, com ênfase na bacia do Rio Madeira. Para isso, utilizou-se Modelo Regional Eta e o Modelo Hidrológico de Grandes Bacias (MGB-IPH), forçado com o Modelo Brasileiro do Sistema Terrestre (Brazilian Earth System Model Ocean-Atmosphere) versão 2.5. No clima presente, o modelo regional Eta conseguiu representar as características de sumidouro de umidade na bacia Amazônica, apresentando taxas de precipitação maior que a evapotranspiração. No cenário RCP 8.5 (desflorestamento 2015), o modelo apresentou sensibilidade na temperatura sobre toda a América do Sul, com aumento mais intenso sobre a bacia Amazônica (4-5°C). Neste cenário, a precipitação reduziu 11%, a evapotranspiração 6% e a convergência de umidade 9%. As mudanças no balanço de água foram intensificadas nos cenários futuros de desflorestamentos, mostrando que o aumento dos GEE’s e as mudanças no uso da terra contribuíram sinergicamente para alterar o balanço de água sobre a bacia Amazônica. Com os desflorestamentos, observaram-se reduções de 13% (2050) e 19% (2100) na precipitação, e de 12% (2050) e 20% (2100) na evapotranspiração sobre a bacia. Predominou-se o Mecanismo de Retroalimentação Negativo (MRN) na inclusão dos desflorestamentos, no qual, a redução relativa na evapotranspiração foi maior que a redução na precipitação conduzindo a um aumento na convergência de umidade sobre a região. Apesar das mudanças na circulação regional, e consequentemente no transporte e convergência de umidade, os efeitos da redução na evapotranspiração nos cenários de desflorestamento foram mais importantes para redução da precipitação. Nos processos hidrológicos sobre a bacia do rio Madeira, observou-se aumento das descargas na maioria das estações fluviométricas em todos os cenários. O aumento na precipitação à montante da bacia e as mudanças nos parâmetros do solo, associada às alterações no uso da terra, contribuíram para o aumento das descargas e da área de inundação sobre a bacia do Madeira. As mudanças no balanço de água na Amazônia, principalmente sobre a bacia do Madeira, devido aos fatores antropogênicos se caracterizam um cenário preocupante, pois podem desencadear alterações significativas nos ecossistemas naturais amazônicos. Se as políticas públicas de conservação não agirem no sentido de deter a degradação ambiental (desflorestamento) e reduzir as emissões dos gases do efeito pela queima de combustíveis fósseis, as alterações no ciclo da água podem ter efeitos negativos com prejuízos e danos no meio ambiente, nos recursos hídricos, nos principais setores da economia (agricultura, indústria, navegação fluvial, geração de energia elétrica), afetando de forma direta as comunidades que vivem às margens dos rios, principalmente as populações vulneráveis da bacia Amazônica.

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DO MODELO ETA-BESM NA REPRESENTAÇÃO DOS COMPONENTES DO BALANÇO DE ÁGUA NA BACIA AMAZÔNICA

Leonardo Vergasta, Francis Wagner Silva Correia

(leo.vergasta86@gmail.com, francis.wagner70@gmail.com)

O presente trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho do Modelo Regional Eta e o Modelo Hidrológico de Grandes Bacias (MGB IPH), forçado com as condições de contorno do Modelo Brasileiro do Sistema Terrestre (Brazilian Earth System Model Ocean Atmosphere) versão 2.5, na representação dos componentes do balanço de água (ramo atmosférico e terrestre) na Bacia Amazônica para o clima do presente (1979- 2005), com ênfase na bacia do rio Madeira. Para avaliar os componentes do balanço de água (ramo atmosférico) foram utilizados dados do CMAP e reanálises do Era Interim (ECMWF). Para o ramo terrestre foram utilizados dados de vazão da Agência Nacional de Águas (ANA) e nível d’água do Serviço Geológico do Brasil (CPRM). De modo geral o modelo regional Eta e o MGB IPH conseguiram reproduzir as características climatológicas dos componentes do balanço de água na Bacia Amazônica O comportamento de sumidouro de umidade na Bacia Amazônica foi bem capturado pelo modelo regional Eta (P >E). O não fechamento do balanço de água (17%) na Amazônia mostra a deficiência das parametrizações físicas dos modelos na representação da convecção (precipitação) e convergência de umidade e o curto tempo de integração numérica fazendo com que o modelo não alcançasse o equilíbrio. O modelo regional Eta e o MBG IPH conseguiram representar os ramos atmosférico e terrestre do balanço de água na bacia do rio Madeira. Os maiores valores de precipitação foram à montante e no centro da bacia devido à presença da Cordilheira do Andes e do posicionamento da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) e da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). A bacia do rio Madeira comportou se como sumidouro de umidade (P>E) na estação chuvosa e como fonte na estação seca (P<E). O modelo MGB IPH conseguiu representar o ciclo anual das vazões, nível d’água e área de inundação na bacia do rio Madeira. O modelo hidrológico reproduziu a translação e amplitude das ondas de cheia e atraso da ordem de 3 meses entre os máximos da área de inundação e a precipitação. O desempenho do modelo hidrológico na simulação da área de inundação se mostra satisfatório com um erro relativo de 20% no período da cheia. As estações fluviométricas com melhor desempenho estão em regiões de extensa planície de inundação e solos profundos onde o modelo hidrodinâmico do MGB IPH é capaz de representar melhor os processos hidrológicos de armazenamento em planície de inundação e efeitos de remanso. O desempenho do modelo hidrológico se mostrou satisfatório na simulação da dinâmica sazonal dos processos hidrológicos e balanço de água na bacia do rio Madeira, indicando que o modelo hidrológico é uma ferramenta útil para estudos de variabilidade climática, mudanças no clima e no uso da terra, simulação de outros processos como fluxos de sedimentos e qualidade d´água, e para sistemas operacionais de previsão hidrológica na Bacia Amazônica.

IMPACTOS DE MUDANÇAS CLIMÁTICAS SOBRE A DISPONIBILIDADE HÍDRICA NA AMÉRICA DO SUL

João Breda, Rodrigo Paiva, Walter Collischonn

(joaopaulolfb@gmail.com, rodrigocdpaiva@gmail.com)

É importante ter estimativas do impacto das mudanças climáticas no balanço hídrico. Entender as mudanças médias de precipitação, evapotranspiração e consequentemente na vazão é essencial para planejamentos focando um uso otimizado da água. No Brasil, existe regiões com grande escassez como o Nordeste e usos conflitantes entre agricultura e setor elétrico, dois grandes agentes econômicos no país. Propomos fazer uma avaliação do efeito das mudanças climáticas nos recursos hídricos de toda a América do Sul para o final do século. Consideramos projeções climáticas de 25 modelos climáticos globais (GCM) e dois cenários de emissões de gases de efeito estufa: RCP 4.5 e RCP 8.5. Os dados dos modelos globais passaram por correção de viés e foram utilizados como entrada no modelo hidrológico MGB-SA. De maneira geral, os resultados apontam a uma redução de vazão média principalmente nas bacias do Tocantins e da margem direita do rio Amazonas e um aumento apenas no rio Uruguai.

ANÁLISES DE ALTERAÇÕES EM VAZOES DE CHEIAS NA AMÉRICA DO SUL DEVIDO A MUDANÇAS CLIMÁTICAS

João Breda, Rodrigo Paiva, Walter Collischonn

(joaopaulolfb@gmail.com, rodrigocdpaiva@gmail.com)

Espera-se que eventos extremos se tornem mais frequentes com o aquecimento global. Já se observa o aumento na magnitude de precipitações principalmente em menor escala. No entanto a vazão é muito dependente da umidade antecedente do solo, que por sua vez tende a ser reduzida com o aumento da temperatura.  Neste contexto, a utilização de serviços de seminararbeit schreiben lassen pode enriquecer a elaboração de estudos acadêmicos, assegurando que as análises e relatórios reflitam com precisão os impactos das mudanças climáticas nas vazões extremas. Logo fizemos uma investigação dos efeitos das mudanças climáticas nas vazões extremas utilizando dados projetados pelo Eta forçados por 4 modelos climáticos globais. Após uma correção de viés, os dados climáticos foram utilizados como entrada no MGB-AS para se obter dados de vazões extremas. Foi observado que de maneira geral, as vazões extremas de bacias tendem a serem reduzidas na América do Sul exceto no sudeste do continente. Esses resultados se devem principalmente a grande redução de umidade do solo. É importante mencionar que essas conclusões são atribuídas apenas a bacias relativamente grandes (> 1,000 km2), as quais o modelo hidrológico consegue representar.