Avaliação dos impactos das mudanças dos usos e cobertura da terra no clima da região semiárida do Brasil

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Ana Paula Martins do Amaral Cunha
• Orientador(a): Regina Célia dos Santos Alvalá
• Banca de defesa: Marcos Daisuke Oyama, Marcos Heil Costa, Humberto Ribeiro Rocha
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Meteorologia
• País: BR
• Resumo em Inglês: The continental surface vegetal cover has been considerably changed by human activities, mainly through natural vegetation conversion in grasslands and farming areas. Such changes in surface cover may impact the regional and global climates, through of the changes in biophysical processes and CO2 exchanges between vegetation and atmosphere. Based on that, the main objective of this work was to investigate the impacts of such land cover and land use changes (LCLUC) on surface processes and on the climate of Brazil´s semiarid region. As the first step, the IBIS calibration for the semiarid natural caatinga was performed, by the use of a multi-objective calibration algorithm, named OPTIS. The new set of calibrated parameters was applied in the second step´s simulation of this work. In this second step, three experiments were performed using offline IBIS, considering the conversion from caatinga (natural vegetation) to agroecosystem and to degraded caatinga. The experiments results show that the observed changes, mainly concerning the surface albedo (increasing), have modified the components of energy balance. Besides that, the changes in roughness length and in vegetation stomatic properties strengthen the changes observed in turbulent and CO2 exchange between surface and atmosphere. In the third and last part of this work, with the objective of evaluating the LCLUC responses on surface processes, considering the atmospheric feedbacks, two experiments of vegetal cover conversion were performed, using the AGCM/CPTEC/IBIS. The first one, named \textquotedblleft{CURRENT}\textquotedblright was performed to evaluate the impacts on farming activities spreading in semiarid. The second one, named \textquotedblleft{FUTURE}\textquotedblright had the objective of studying the impacts of a degraded caatinga associated with a farming spreading scenario. In general, the simulation results showed that the LCLUC, due to the changes in relevant surface variables, has caused alterations in local and neighborhood regions climate. The natural vegetation conversion (forests and caatinga) to agroecosystem leads to increase in the annual mean of rainfall in the rainy season and to a decrease in the dry season. In degraded caatinga conversion, it was observed a rainfall decreasing in annual mean as in seasonal means. The most distinct impacts from LCLUC on temperature near to surface has occurred on the conversion from the forest to the agroecosystem, where the temperature has decreased 1.2$°$C, in annual mean. From natural caatinga to agroecosystem conversion, the temperature near to surface has decreased 0.2$°$C. In the degraded caatinga scenario, this temperature has increased 0.2$°$C. The simulation results also pointed that the forests to agroecosystem conversion as well as the degraded caatinga strengthens the decreasing of raw primary productivity and, as consequence, the decreasing of net primary productivity. The opposite was observed in the natural caatinga to degraded caatinga conversion. Finally, this current study has opened a path to the better understanding of biophysical processes changes and CO2 changes due to ther surface cover modification, which may cause large scale alterations in energy balance, water and carbon in NEB region.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2013/04.15.17.53

A cobertura vegetal da superfície continental tem sido consideravelmente alterada pelas atividades humanas, principalmente através da conversão da vegetação natural por áreas de cultivos e/ou pastagens. Tais mudanças podem alterar o clima regional e global por meio de modificações nos processos biofísicos e nas trocas de CO$_{2}$ entre a vegetação e a atmosfera. Assim, o principal objetivo do presente trabalho foi investigar os impactos das mudanças dos usos e cobertura da terra (MUCT) nos processos de superfície e no clima na região semiárida do Brasil. Inicialmente, como primeira etapa, foi realizada a calibração do modelo IBIS para a caatinga natural, utilizando-se um algoritmo de calibração multi-objetivo, denominado OPTIS. O conjunto de parâmetros calibrados foi aplicado nas simulações da segunda etapa do presente trabalho. Nessa etapa, foram realizados três experimentos utilizando o modelo IBIS \textquotedblleft{offline}\textquotedblright, considerando a conversão da vegetação natural de caatinga para agropecuária e para caatinga degradada (caatinga aberta). Os resultados dos experimentos mostram que as alterações ocorridas, principalmente no albedo da superfície (aumento) causaram modificações nas componentes do balanço de energia. Além disso, as alterações do comprimento de rugosidade e das propriedades estomáticas da vegetação corroboraram para as alterações ocorridas nas trocas turbulentas e de CO$_{2}$ entre a superfície e a atmosfera. Na terceira e última etapa do presente trabalho, foram elaborados dois experimentos de conversão da cobertura vegetal utilizando o MCGA/CPTEC/IBIS. O primeiro, denominado \textquotedblleft{ATUAL}\textquotedblright foi elaborado para avaliar os impactos da intensificação das atividades agropecuárias no semiárido e o segundo, denominado \textquotedblleft{FUTURO}\textquotedblright, foi elaborado com a finalidade de estudar os impactos de um possível cenário de degradação da caatinga associado à intensificação da agropecuária. De modo geral os resultados das simulações mostraram que as MUCT por meio de modificações em variáveis importantes da superfície, causaram alterações no clima local e no clima nas regiões vizinhas. A conversão da vegetação natural (florestas e caatinga) por agropecuária levou ao aumento da precipitação na média anual e na estação úmida, e à redução na estação seca; Com a conversão em caatinga degradada ocorreu a redução da precipitação tanto na média anual como nas médias sazonais. Os impactos mais pronunciados das MUTC na temperatura próxima à superfície ocorreram da conversão de florestas para agropecuária, região em que a temperatura foi reduzida em -1,2$°$C, na média anual. Da conversão de caatinga natural para agropecuária, a temperatura próxima à superfície, reduziu em 0,2$°$C. Já o cenário de degradação da caatinga resultou em um aquecimento da superfície de 0,2$°$. Os resultados das simulações também apontaram que a conversão de florestas para agropecuária bem como a degradação da caatinga, corroboram para a redução da produtividade primária bruta e consequentemente a redução da produtividade primária líquida. O oposto ocorre para a conversão de caatinga natural em caatinga degradada. Finalmente, o presente estudo possibilitou um melhor entendimento das alterações nos processos biofísicos e nas trocas de CO$_{2}$ decorrentes das mudanças na cobertura da superfície, as quais podem causar alterações em grande escala nos balanços de energia, água e carbono na região do NEB.