Desmatamento e seu Impacto Climático - DSR/INPE · XVIII CURSO DE USO ESCOLAR DO SENSORIAMENTO REMOTO ... os modelos numéricos ... aumento do consumo de carne de soja;

Desmatamento e seu Impacto Climático

Gilvan Sampaio

([email protected])

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE

Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos - CPTEC

XVIII CURSO DE USO ESCOLAR DO SENSORIAMENTO REMOTO

NO ESTUDO DO MEIO AMBIENTE São José dos Campos, 13 de julho de 2016

NASA’s Terra Satellite - Map of Global Land Cover

Fatores que atuam sobre os climas:

•Aquecimento diferencial do globo pela radiação solar;

• Distribuição assimétrica de oceanos e continentes;

• Características topográficas sobre os continentes (relevo);

• Circulação geral da Atmosfera: desempenha papel de destaque na

determinação do clima, redistribuem calor, umidade e momentum (quantidade

de movimento), diminuindo algumas vezes as diferenças regionais dos

elementos climáticos e, outras vezes, acentuando estas diferenças, tais como

temperatura e precipitação.

NASA’s Terra Satellite - Map of Global Land Cover

Resultado de complexas interações entre diversos subsistemas

Mass and energy transfer

Evaporation

Precipitation

Transpiration

Evaporation of

intercepted water

H2O

Surface and

sub-surface

runoff

Solar radiation flux

Reflection

Reflection

Canopy

attenuation

H2O

CO2

Respiration

Photosynthesis

Respiration

Respiration

Interações do Clima com a Vegetação

Clima Vegetação

Bidirecional em

quais escalas de

tempo?

Curta escala de tempo (segundos a horas): o sistema

acoplado é dominado por rápidos processos biofísicos e

biogeoquímicos que trocam energia, água, dióxido de

carbono e momentum entre a atmosfera e a superfície.

Escala de tempo intermediária (dias a meses): processos

incluem trocas no estoque de umidade do solo, trocas na

alocação de carbono e fenologia da vegetaç!ao (ex.: queda

de folhas, senescência, dormência, brotação).

Escala de tempo longa (estações, anos e décadas): podem

ocorrer mudanças fundamentais na estrutura da vegetação

(distúrbio, usos da terra, interrupção de crescimento).

Foley et al., 2000.

Interações do Clima com a Vegetação:

•O clima é o fator que mais influencia na determinação da distribuição de

vegetação e suas características num contexto global (Prentice, 1990).

•A localização de desertos, florestas tropicais, entre outras, é ditada pelas

características do clima.

•Mudanças no clima afetam a distribuição geográfica da vegetação global.

POR OUTRO LADO

•Mudanças na estrutura da vegetação também podem ter influências significativas

no clima.

•As características físicas da vegetação e dos solos têm uma grande influência

nas trocas de energia, água e momentum entre a superfície terrestre e a

atmosfera.

•Mudanças na vegetação implicam em mudanças das propriedades físicas da

superfície incluindo o albedo superficial, rugosidade da superfície, índice de área

foliar, profundidade das raízes, e a disponibilidade de umidade do solo (Prentice et

al, 1992).

• SW Radiation fluxes (albedo)

• Momentum fluxes (roughness)

• Sensible and latent fluxes (partition of energy)

Trade Winds

Surface Winds

Drag

Vegetation – Atmosphere Interactions at the Surface:

The Holdridge Life-Zone Classification System (Holdridge, 1947; 1967)

O Desflorestamento na região

tropical pode afetar o clima

regional? E em qual escala espacial?

Fonte: ATLAS AMBIENTAL DO MUNICÍPIO DE SÃO PAULO - FASE I: “Diagnósticos e Bases para a Definição de Políticas Públicas para as Áreas Verdes no

Município de São Paulo”. Unidades Climáticas Urbanas da Cidade de São Paulo. Autores: Prof. Dr. José Roberto Tarifa, Gustavo Armani.

Redução da

evapotranspiração

Redução do

fluxo de calor latente

Aumento do

albedo

Redução do saldo

de radiação à superfície

Redução da energia

disponível para resfriamento

evaporativo (evap. do solo)

Aumento da

temperatura à sup.

Diminui a reciclagem

de vapor d´água

p/ a atmosfera

CLP fica mais seca e

a umidade

específica diminui

Menos umidade

disponível para

precipitação

Diminui a precipitação

Menos umidade disponível

para condensação

Há diminuição da

cobertura de nuvens

Em baixos e altos níveis há

diminuição da

cobertura de nuvens

Em médios níveis há aumento

da cobertura de nuvens

Aumento do

fluxo de calor sensível

CLP aquece, seca,

e expande

Aumenta a radiação

solar incidente

Redução da convecção

tropical profunda

Pequeno aumento na

convecção rasa (mas

iniciada em um nível

mais alto)

Afeta a transferência

de momentum, calor, e

umidade entre a superfície e

a CLP

Afeta a intensidade

e localização do

escoamento em

altos níveis da

região tropical

Possível influência

no clima

extratropical através

de ondas de Rossby

anômalas

Remoção de floresta tropical

Adaptado de

Snyder et al., 2004

Menos energia disp. para a

circulação atmosférica

Resfriamento da alta

atmosfera, subsidência,

redução da convecção,

nebul. e prec.

Como representar processos que ocorrem em

diversas escalas de tempo e espaço?

Conversão de floresta para pastagem da ordem de dezenas de quilômetros pode criar brisa de vegetação. Isso diminui a precipitação sobre a floresta e sobre a região de pastagem há aumento de nebulosidade, precipitação e tempestades.

Desflorestamentos heterogêneos em grandes escalas (centenas a milhares de km2) levam a mudanças na circulação mais complexas, com diminuição da precipitação nas regiões desflorestadas, particularmente no início e final da estação chuvosa, e nenhuma mudança ou aumento da precipitação em grandes “manchas” de floresta remanescentes. Estas mudanças também afetam a disponibilidade de água e luz, e a captação de C das florestas remanescentes, mas estes efeitos ainda não são bem quantificados. Em escalas de desflorestamentos maiores do que 105 km2, os modelos numéricos consistentemente sugerem que há uma significativa diminuição da precipitação em toda a bacia que ocorreria devido a: 1) Uma diminuição na evapotranspiração nas regiões desflorestadas e resultante

diminuição do transporte de vapor d’água; e

2) Uma diminuição da energia solar absorvida líquida e um conseqüente enfraquecimento geral de escala continental do sistema de baixa pressão que determina a precipitação sobre a bacia.

•Redução na precipitação de 5 a 20%;

•Redução na evapotranspiração de 20 a 30%;

•Redução no escoamento superficial de 10 a 20%;

•Aumento de temperatura entre 0,3°C e 3°C;

•Período seco mais prolongado

Fontes: Lean e Warrilow-1989; Nobre, et al.-1991; Henderson-Sellers et al.-1993; Lean et al.-1993, Sud et

al.-1996, Lean et al.-1996, Manzi e Planton-1996, Rocha et al.-1996, Hahmann e Dickinson.-1997, Costa e

Foley-2000, Rocha-2001, Werth e Avissar-2002, Voldoire e Royer-2004 e Correia-2005.

Floresta Pastagem

Fo

nte

: S

oar

es-F

ilh

o,

20

04

– P

roje

to C

enár

ios

Am

azô

nic

os

e L

BA

~63%

Fo

nte

: S

oar

es-F

ilh

o,

20

04

– P

roje

to C

enár

ios

Am

azô

nic

os

e L

BA

Estação Pastagem Soja

JJA -27.5% -39.8%

SON -28.1% -39.9%

Pastagem Soja

Redução da Precipitação

A redução da precipitação é mais evidente quando a área desflorestada é maior

do que 40%. Esta redução ocorre principalmente no período seco!

Sampaio et al., 2007

Geophys. Res. Lett., 34

Estação Pastagem Soja

JJA -15.7% -24.0% Toda a Amazônia

Amazonia - SOYBEAN

Area: East/Northeast

y = -0.3149x2 + 0.0315x + 1.0102

R2 = 0.9771

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Deforested Area (%)

Re

lati

ve

Pre

cip

ita

tio

n (

p/p

0)

member 1

member 2

member 3

member 4

member 5

average

Polynom

(average)

Amazonia - Pasture

Area: East/Northeast

y = -0.1451x2 - 0.0577x + 1.0084

R2 = 0.9711

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Deforested Area (%)

Rela

tive p

recip

itati

on

(p

/p0)

member 1

member 2

member 3

member 4

member 5

average

Polynom

(average)

Sampaio et al., 2007 - Regional Climate Change Over Eastern Amazonia Caused

by Pasture and Soybean Cropland Expansion

Os ecossistemas da Amazônia e Cerrado

estão sujeitos a diferentes forçantes

ambientais

Usos da

terra

Fogo Mudanças

climáticas

Extremos

climáticos

Fonte: (From Australia Conversation Foundation, 2001. Australian Land Clearing, A Global Perspective: Latest Facts & Figures.)

Taxas anuais de desmatamentos entre 1990 e 2000

Ta

xa

de

__

__

de

sm

ata

me

nto

__

__

__

_(h

a/a

no

)

PECUÁRIA

AGRICULTURA EXPLORAÇÃO DE MADEIRA

A cada hora,

1,500 hectares de florestas são derrubadas

Amazônia em números ... O Sistema Natural

• cerca de 6 milhões de km2 de florestas tropicais contíguas

• 15% a 20% da biodiversidade do planeta

• chuvas abundantes (2.2 m de total médio anual)

• 18% da água doce que chega aos oceanos (220,000 m3/s)

• mais de 120 G ton Carbono armazenados na vegetação e na

parte superior dos solos

• uma multitude de ecossistemas, diversidade biológica e étnica

É factível reduzir o desmatamento?

Fonte: INPE (www.inpe.br)

Desmatamento 2003

Fonte: INPE PRODES Digital, 2004.

Desmatamento 2002/2003

Desmatamento até 2002

Mapa de expansão do desflorestamento. Fonte: Michael J. Shean - Production Estimates and Crop Assessment

Division - Foreign Agricultural Service (FAS) – United States Department of Agriculture (USDA) – 13 de janeiro

de 2004 – disponível em: http://www.fas.usda.gov/pecad/highlights/2004/01/Amazon/Amazon_soybeans.htm

mailto:[email protected]

1973 1991

1999

Desmatamento ...

Extração de madeira...

Solos (1m) 1500-1600

Importância dos solos no ciclo de carbono

Vegetação 470-655

Solo (0-30cm) ~800

Valores em Gt de C ; 1Gt = 109 t = 1 Pg

Atmosfera 730

Pg

Fonte: Diaz et al., 2004

Aumento da produção de soja:

-Aumento da demanda mundial;

-Grande crescimento da economia chinesa (9% ao ano);

-Desvalorização do Real – 270% de 1997 a 2004;

-Aumento dos preços internacionais da soja;

-Mau da vaca louca – aumento do consumo de carne de soja;

Teleconexões Amazônicas

Teleconexões Sócio-econômicas

• China: a economia que mais cresce no mundo

• Grande importador de commodities dos países em desenvolvimento

• E.g. soja do Brasil e Argentina

Nepstad et al., Conservation Biology (2006)

Grilagem é o processo de apropriação de terras públicas de forma ilegal

por meio da falsificação de documentos ou da corrupção. No passado, os

grileiros colocavam escrituras falsas em caixas com grilos, que as

deixavam amareladas e roídas para forjar a aparência de antiguidade e,

conseqüentemente, de originalidade do documento, daí a origem do

nome. Atualmente, os grileiros que agem na Amazônia usam imagens de

satélite para negociações de venda das terras públicas na internet. Nos

últimos anos, os órgãos envolvidos com a gestão fundiária vêm adotando

medidas para tentar coibir a grilagem de terras. Dentre elas, destacam-se

as seguintes:

Recadastramento. Previsto na lei desde 1964, passou a ser utilizado como medida de

combate à grilagem somente a partir de 1997. Em 1999 e 2001, o Incra convocou o

recadastramento de grandes imóveis (≥ 10.000 hectares e 5.000 a 10.000 hectares,

respectivamente). Os resultados dessas medidas foram parciais, pois há 57 milhões de

hectares cujos processos de recadastramento estão em trâmite ou estão sem informação.

Porém, cerca de 20 milhões de hectares tiveram o cadastro cancelado e foram destinados

para a criação de Unidades de Conservação.

Criação de Unidades de Conservação. A maioria das Unidades de Conservação não

admite propriedade privada em seu interior, o que inibe a tentativa de apropriação pelos

grileiros. Contudo, mesmo após a criação dessas áreas, o poder público ainda precisa

enfrentar um passivo de grilagem preexistente nessas Unidades de Conservação.

A Corregedoria do Tribunal de Justiça do Estado do Pará emitiu de 1990 a 2006 mais de 16

ordens (conhecidas como provimentos) de bloqueio de registros de imóveis com indícios

de fraude. Um destaque foi o Provimento 13/2006, que bloqueou todos os registros de

propriedades com área superior aos limites constitucionais impostos em 1934, 1964 e 1988

para aquisição de propriedade sem a necessidade de autorização do Congresso Nacional.

Atualmente, áreas superiores a 2.500 hectares necessitam dessa autorização. O bloqueio

provoca restrições a qualquer tipo de transação com a propriedade, até que o suposto

proprietário comprove ao juiz a legalidade de sua terra.

Desertificação - Contexto geográfico

Aridez

O Índice de Aridez, definido como a razão entre a Precipitação e a

Evapotranspiração Potencial, estabelece as seguintes classes climáticas:

•Hiper-árido < 0,03

•Árido 0,03 - 0,20

•Semi-árido 0,21 - 0,50

•Sub-úmido seco 0,51 - 0,65

•Sub-úmido úmido> 0,65

Desertificação

A Agenda 21, em seu capítulo 12, definiu a desertificação como sendo "a

degradação da terra nas regiões áridas, semi-áridas e sub-úmidas secas,

resultante de vários fatores, entre eles as variações climáticas e as

atividades humanas”.

Fonte: Tomasella e Alvalá, 2010.

Portanto, as áreas susceptíveis à desertificação e enquadradas

no escopo de aplicação da Convenção das Nações Unidas para

o Combate à Desertificação são aquelas de clima árido, semi-

árido e sub-úmido seco (“terras secas”).


As terras “secas”

abrangem 40% da

superfície terrestre, e

em torno de 35 % da

população global.

Estima-se que entre

10-20 % das terras

secas estão afetadas

pela desertificação.

De acordo com a definição da convenção, as áreas susceptíveis à

desertificação estão localizadas na Região Nordeste e no Norte de

Minas Gerais.


As causas da desertificação são várias

• Mudanças climáticas

• Mudanças no ciclo hidrológico de caráter interanual e

interdecadal

• Urbanização

• Crescimento populacional

• Agropecuária (desmatamento, práticas inadequada,

queimadas)

• Erosão do solo


No Brasil, dados históricos sugerem que as mudanças já estão

ocorrendo.

O estudo indica uma expansão

do semi-árido, o que aumenta

a susceptibilidade ao processo

de desertificação.

(a) de 1970-1978 para 1983-1991, (b) de

1983-1991 para 1996-2004,(c) de 1970-

1978 para 1996-2004.


Emissões de CO2

Total 1990

979 milhões t CO2

Total 1994

1030 milhões t CO2

Variação 1990-1994

5%

1990

Processos

Industriais

2%

Energia

21%

Mudança no

Uso da Terra e

Florestas

77%

1994

Energia

23%

Processos

Industriais

2%

Mudança no

Uso da Terra e

Florestas

75%

FOGO

Fogo...

QUEIMADAS Setembro

2003 – 57249

2004 – 66970

2005 – 63932

2006 – 37286

2007 – 27191

2008 – 10867

2009 – 16702

2010 – 56543

2011 – 50302

2012 – 62099

2013 – 31588

2014 – 43174

2015 – 72100

Car

val

ho e

t al

. (2

00

1) Land use

Dry season

At year-decade time scales, the majority of fires in Amazonia occur during the dry season as a result of land use

Pro

b. fi

re

Model

Data

Using remote-sensing fire data, we found new statistical relations between precipitation and distance to main roads, which are the major drivers for yearly-decade fire activity in the region:

Satellite fire data

Precipitation observations

Road maps

Cardoso et al. (2003, 2007)

Fogo pode alterar as características da floresta

Após a ocorrência de incêndios na Amazônia, a mortalidade das árvores variaram

de 8% a 64% (em árvores com diâmetro >= 10 cm na altura do peito).

Grandes árvores geralmente são melhor adaptadas para sobreviverem ao fogo,

mas tendem a ser as primeiras a sentir a seca.

Fogo frequente poderia alterar a estrutura, composição e funcionamento da

vegetação selecionando espécies mais adaptadas ao fogo e favorecendo espécies

mais inflamáveis (por exemplo, gramíneas), levando assim a um ecossistema mais

semelhante a savana.

Fires

less trees

more grasses

favor savannas in place of

forests

At long term, fires have also important effects on biomes distribution:

Impactos Remotos Associados aos Desflorestamentos

O desflorestamento da Amazônia, aumenta a temperatura e diminui a precipitação na

região. Há amplificação do fenômeno El Niño-Oscilação Sul. Fonte: Nobre et al., 2009.

Amazon deforestation experiment rainfall and temperature departures

PRECIPITATION

TEMPERATURE

Statistically significant departures are shaded

Substituição da Floresta Amazônica por Pastagem Degradada

Sampaio, 2008

à medida que aumenta a

taxa de desflorestamento,

há modificação da célula

de Walker e então no

Pacífico Equatorial leste

surge um padrão de

variabilidade que é

semelhante ao padrão do

fenômeno El Niño, com

enfraquecimento dos

ventos alísios, movimento

ascendente e aumento da

precipitação na região

Climatologia do transporte de umidade integrado entre a superfície e

650 hPa para Dezembro a Março de 1981/82 a 2001/02.

Alísios de NE ET

Amazônia

Energy balance

MCS Bacia do Prata

wind

Ta

Td

LLJ

N

500

200

hPa

1000

800

900

600

700

400

300

Altiplano

Fluxo de umidade da Amazônia

O Jato de Baixos Níveis ao leste dos Andes (SALLJ) transporta umidade atmosférica da Amazônia para o SE/S Brasil-N. Argentina (Bacia do Prata)

Regime1

Regime2

variabilidade

Biome-Climate Equilibrium

Oyama and Nobre, 2003

Two Biome-Climate Equilibrium States found for South America!

(b) Second State - Biome-climate

equilibrium starting from desert land cover

as Initial Condition for the Dynamic

Vegetation Model

(a) First State - Biome-climate equilibrium

starting from forest land cover as initial

condition for the Dynamic Vegetation

Model. These results are similiar to current

natural vegetation.

Savanização: substituição da floresta tropical por vegetação mais resistente a múltiplos estresses

causados pelo aumento de temperatura, períodos de seca e fogo.

Question: What are the conditions for deforestation to induce an ‘abrupt’ transition to the second biome-climate stable equilibrium?

?

Os ecossistemas da Amazônia e Cerrado

estão sujeitos a diferentes forçantes

ambientais

Usos da

terra

Fogo Mudanças

climáticas

Extremos

climáticos

Projected distribution of natural biomes in South America for 2090-2099 from 15

AOGCMs for the A2 emissions scenarios.

Climate Change Consequences on the Biome distribution in

tropical South America

Salazar et al., 2007

Substituição da floresta tropical por savana !

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Taxa de desflorestamento

Áre

a (

10

6 k

m2)

Floresta

Savana1) Biomas potenciais em equilíbrio

após 40% de desflorestamento.

Savanização da Amazônia e semi-

deserto no Nordeste. Fonte: Sampaio, 2008.

2) Biomas potenciais em equilíbrio

para o cenário A2 de GEE – período:

2090-2099. Savanização da Amazônia

e semi-deserto no Nordeste. Fonte: Salazar et al., 2007.

3) O desflorestamento da Amazônia,

aumenta a temperatura e diminui a

precipitação na região. Há

amplificação do fenômeno El Niño-

Oscilação Sul. Fonte: Nobre et al., 2009.

Resultados de três

Estudos para a Amazônia:

Fonte: C. Randow - INPE

Muito

Obrigado !

Gilvan Sampaio

INPE/CPTEC

Rodovia Dutra, km 39

12630-000

Cachoeira Paulista

São Paulo, Brasil

[email protected]

www.cptec.inpe.br

Contato

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