desmatamento e seu impacto climático - dsr/inpe · xviii curso de uso escolar do sensoriamento...
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Desmatamento e seu Impacto Climático
Gilvan Sampaio
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
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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
__
__
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__
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)
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
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”).
Fonte: Tomasella e Alvalá, 2010.
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.
Fonte: Tomasella e Alvalá, 2010.
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
Fonte: Tomasella e Alvalá, 2010.
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.
Fonte: Tomasella e Alvalá, 2010.
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
www.cptec.inpe.br
Contato