Mudanças climáticas observadas no Brasil: detecção de alterações de parâmetros meteorológicos e hidrológicos (temperatura, umidade, precipitação, nebulosidade,

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1 Mudanças climáticas observadas no Brasil: detecção de alterações de parâmetros meteorológicos e hidrológicos (temperatura, umidade, precipitação, nebulosidade, radiação, circulação atmosférica, vazões, evapotranspiração, etc.); Grupo: André de Arruda Lyra Felipe Siqueira Pacheco José Guilherme Martins Luiz Felipe Campos de Rezende Ricardo Almeida de Siqueira

2 Sumário Introdução Variabilidades (o que influencia) Variabilidade interanual – El Nino, La Nina – Oceano atlântico tropical Variabilidade interdecadal e de longo prazo Tendências – Temperatura do ar – Precipitação – Ciclo hidrológico na Amazônia – Extremos Climáticos Temperatura (América do Sul, São Paulo, Campinas). – Extremos Climáticos Precipitação – Radiação Solar – Mudanças nos sistemas físicos e biológicos e na temperatura da superfície de 1970 a 2004 – Tendências climáticas atuais – Vazão – Nivel do mar Análise dos Artigos publicados sobre mudanças climáticas no Brasil (estatística)

3 Mudanças climáticas(?) Variabilidade climática (?) Aquecimento global Natural Antropogênico

4 CICLO HIDROLÓGICO Continentes: fluxo positivo, precipitação é maior que a evapotranspiração= vazões dos rios e escoamento. Oceanos: fluxo negativo Maior evaporação do que precipitação

5 UM EXERCÍCIO COM MODELOS: Amazon deforestation Diminuição: precipitação (ΔP) mm d -1 escoamento (ΔR=ΔP-ΔE) evapotranspiração (ΔE=ΔP- ΔR) mm d -1 No entanto, a maioria dos experimentos não evidenciam que essas tendências do ciclo poderiam ser atribuídas aos GEE. (Marengo and Nobre 2001).

6 Rodrigues e Tomasella, 2005 mudança do uso da terra canais para irrigação Hiper- á rido< 0,03 Á rido0,03 - 0,20 Semi- á rido0,21 - 0,50 Sub- ú mido seco0,51 - 0,65 Sub- ú mido ú mido > 0,65 Índice de Severidade de Seca de Palmer I S = P / E

7 Land-surface changes are accompanied by alterations in climate and consequently, on the hydrological cycle (Marengo, 2006) Yangtze (Yin and Li, 2001; Yang et al., 2002), Mekong (Goteti and Lettenmaier, 2001), Amazon and Tocantins River basins (Marengo and Nobre, 2001; Costa et al. 2003) (Costa et al., 2003) Rio Tocantins

8 El Niño/La Niña

9 Efeitos regionais na AS do EN e LN durante DJF e JJA. Fonte: http://www.cptec.inpe.br/enos.

10 Correlação em ponto de grade entre o IOS e chuva sobre o continente. Fonte: H. Camargo, CPTEC/INPE.

11 Anomalias de chuvas no Brasil durante DJF 1997-1998 e outono MAM 1998. Fonte: CPTEC/INPE e INMET.

12 Padrões de circulação atmosférica e de anomalias de TSM no Atlântico Tropical Norte e Sul, durante anos secos (a) e chuvosos (b) no Nordeste. A área verde representa a posição da ZCIT. Fonte: H. Camargo, CPTEC/INPE

13 Oceano Atlântico Tropical Influencia na variabilidade do tempo e clima na centro e leste da Amazônia e Nordeste do Brasil. A estrutura norte-sul é mais pronunciada do que a leste- oeste (dipolo do Atlântico Tropical).

14 Variabilidade interdecadal e de longo prazo Nordeste Região afetada por grandes cheias e secas ao longo dos séculos. Hastenrath (2001) identificou tendência de longo prazo no aumento das chuvas no NEB devido ao deslocamento mais para o sul da ZCIT e da banda de chuvas da sua posição climatológica.

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16 Anomalias de chuva na região Nordeste do Brasil para o período de fevereiro a maio. As anomalias foram calculadas em relação ao período de referência 1961-1990. Fonte: CRU Climate Research Unit desde 1901 a 1998.

17 Variabilidade interdecadal e de longo prazo Amazônia A Seca de 2005 (Marengo et al., 2006) foi ocasionada pelo aquecimento anormal de quase 1°C nas águas tropicais do Atlântico Norte.

18 Variabilidade interdecadal e de longo prazo Sudeste e Centro-Oeste do Brasil Mudanças no uso solo modificam o ciclo hidrológico que por sua vez, altera o regime de precipitação regional. Esta ação pode ser responsável por até 20% na redução da precipitação. Presença do JBN ao Leste dos Andes que transporta umidade para o sul e sudeste do Brasil. Perda da floresta amazônica pode interferir na quantidade de precipitação.

19 Tendências na temperatura do ar Duursma (2002)  mostrou tendência de aquecimento nos últimos 100 anos nas principais cidades da América do Sul. Por exemplo, Quito (+0,12°C) e São Paulo (+0,60°C/100 anos). Marengo (2003) estimou um aquecimento na Bacia Amazônica de +0,60°C/100 anos. Marengo (2002) mostrou que há um aumento na tendência da temperatura em algumas cidades brasileiras. Este aumento varia por região, e as causas podem ser devido a mudanças naturais de clima ou decorrente da atividade humana.

20 Variação das temperaturas máximas e mínimas, medias anuais em Campinas. Fonte: CEPAGRI – UNICAMP, IAC.

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22 Fonte: Obregon & Marengo, 2007 / Caracterização do clima no Século XX no Brasil: Tendências de chuvas e Temperaturas médias e extremasI

23 Fonte: Obregon & Marengo, 2007 / Caracterização do clima no Século XX no Brasil: Tendências de chuvas e Temperaturas médias e extremas

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25 Tendência de chuva no sudeste da América do Sul no período 1951-1991. Anomalias aparecem em mm ano -1. Azul/vermelho mostram anomalias positivas/negativas. Fonte: Barros e Doyle 1996

26 Fonte: Boulanger et al, 2005 Observed precipitation in the Parana-Plata hydrological basin: long-term trends, extreme conditions and ENSO teleconnections Diferença de precipitação entre os períodos de 1950-1974. Isolinhas a cada 50 mm

27 Fonte: Sagiolo & Kayano, 2010. Trends of seasonal maximum and minimum temperatures and precipitation in Southern Brazil for the 1913-2006 period Média anual das mínimas temperaturas em estações localizadas no MS Aumento da precipitação no verão

28 Fonte: Costa & Foley, 1999 Trends in the hydrologic cycle of the Amazon basin Alinha tracejada indica que a tendência não é significativa a nível de 5%. uma fina linha sólida (grossa) indica que a tendência é significativa no nível de 1% (0,01) de acordo com para o teste de Mann-Kendall Tendências no ciclo hidrológico na Amazônia

29 Extremos Climáticos Temperatura

30 Temperature Stations América do Sul – Sul e Sudeste do Brasil Fonte: Alexander et al 2006 Global observed changes in daily climate extremes of temperature and precipitation

31 Extremos Climáticos Temperatura Campinas e Estação Água Funda (SP) 1950 - 2005 Fonte: Marengo 2006. Mudanças Climáticas Globais e seus efeitos sobre a biodiversidade

32 Fonte: Marengo e Camargo, 2008 Surface air temperature trends in Southern Brazil for 1960-2002 Foi observado aumento na temperatura mínima em escalas de tempo anuais (+ 0,5 ° C por década) e no Inverno (+0.4 ° C por década) – média de 27 estações

33 Extremos Climáticos Precipitação

34 Precipitation Stations América do Sul – Sul e Sudeste do Brasil - 1961-2000 Fonte: Alexander et al 2006 Global observed changes in daily climate extremes of temperature and precipitation

35 Extremos Precipitação Região Sul 1991 - 2001 Tendência de aumento no número de eventos extremos e chuva, com maiores frequências em anos como 1993-94 e 1997-98, que são anos de El Niño. Fonte: Teixeira, 2004 Atividade de ondas sinópticas relacionadas a episódios de chuvas intensas na região Sul do Brasil

36 Fonte: Marengo et al., 2010. An intercomparison of observed and simulated extreme rainfall and temperature events during the last half of the twentieth century: part 2: historical trends Tendências dos índices de clima extremo da 1960–2000. A tendência é assumida como linear e representa os valores de 2000 menos 1960. TN90 = Noites quentes; R10 = número de dias com precipitação maior que 10 mm. CDD = número máximo de dias consecutivos de seca.

37 São Paulo Precipitação Água Funda 1933 - 1986 Chuva >= 30 mm Acumulações superiores a 30 mm/dia aumentaram nos meses de fevereiro e maio. Fonte: Xavier et al 1994 Evolução da precipitação diária num ambiente urbano: o caso da cidade de São Paulo

38 São Paulo Precipitação Água Funda Chuva >= 5mm Acumulações inferiores a 2 e 5 mm/dia diminuíram de forma mais significativa em fevereiro, mas ocorrem também em outros meses do ano. Fonte: Xavier et al 1994 Evolução da precipitação diária num ambiente urbano: o caso da cidade de São Paulo

39 Fonte: Liebmann & Jones, 2001. Interannual variability of daily extreme precipitation events in the state of Sao Paulo, Brazil Considerando todo o estado de São Paulo (287 estações) não se pode observar tendências em extremos de precipitação de 1947 a 1995 Número de eventos de precipitação que excedem 8%, 10% e 12% do total de chuvas para o período, somadas todas as estações.

40 As principais conclusões deste estudo são as reduções detectadas na radiação solar global na região semi-árida do Nordeste do Brasil As alterações na radiação solar e duração de luz do sol sobre a região Nordeste são estatisticamente significativas e podem ser devido às mudanças nas propriedades ópticas atmosféricas. Radiação Solar Fonte: da Silva et al 2010. Trends in solar radiation in NCEP/NCAR database and measurements in northeastern Brazil

41 Mudanças nos sistemas físicos e biológicos e na temperatura da superfície de 1970 a 2004 IPCC-AR4 (2007)

42 Tendências climáticas atuais IPCC-AR4 (2007)

43 Tendências – Precipitação Série temporal da precipitação anual e a frequência de precipitação intensa para três regiões do leste do Brasil Limiares médios regionais e anuais para 0.3% superior dos eventos de precipitação diária: 100 (5), 95 (6) e 120mm (7) Períodos de retorno de 3-4 anos; Nordeste – modulado principalmente pelos eventos de El Niño-La Niña (Ropelewski e Halpert, 1996). Aumento de precipitação intensa Fonte: Groisman et al., 2005. Trends in intense precipitation in the climate record

44 cobertura de dados observacionais 1911–20 1941–50 1951–2001 Quantidade de Estações =1 <6 2< 6< Tendências – Precipitação Fonte: Groisman et al., 2005. Trends in intense precipitation in the climate record

45 Tendências – Precipitação Haylock et al. (2006) → Análise da precipitação sobre a América do Sul Nesse estudo foram calculados doze índices de precipitação diária para o período de 1960 a 2000 para diversas estações na América do Sul Índices de precipitação com suas definições e unidades. RR é a taxa de precipitação diária. Dias úmidos têm RR≥1mm, dias secos têm RR<1mm Localização das 54 estações Fonte: Haylock et al. (2006) Trends in total and extreme South American rainfall in 1960- 2000 and links with sea surface temperature

46 Tendências – Precipitação Sinais de tendência nos índices de precipitação Grandes regiões de coerência espacial nos sinais de tendência Correlação geral entre os índices O índice PRCPTOT mostra características gerais que estão presentes em graus variados nos demais índices: I) Geralmente mais úmidas na região central do leste (sul Brasil, Paraguai, Uruguai e nordeste da Argentina); II) seco no sudoeste (sul do Chile e sudoeste da Argentina); III) seco no sul do Peru IV) úmido no noroeste do Peru e Equador Aumento: + Diminuição: o p <0.05: Negrito Haylock et al. (2006) PRCPTOT

47 Tendências – Precipitação Sinais de tendência nos índices de precipitação Aumento: + Diminuição: o p <0.05: Negrito Padrões similares com as tendências de precipitação total (PRCPTOT) Entretanto existe menos mudanças significativas nas áreas de aumento da precipitação na região central leste do Peru e Equador Fonte: Haylock et al. (2006) Trends in total and extreme South American rainfall in 1960-2000 and links with sea surface temperature

48 Tendências – Precipitação Aumento: + Diminuição: o p <0.05: Negrito Existe uma tendência a condições úmidas no sudoeste da região e de condições secas no nordeste caracterizado pelo índice PRCPTOT Os pontos de grade em ambas as regiões de aumento e decréscimo apresentaram tendências significativas em alguns índices Sinais de tendência nos índices de precipitação pontos de grade Fonte: Haylock et al. (2006) Trends in total and extreme South American rainfall in 1960-2000 and links with sea surface temperature

49 Tendências – Precipitação Aumento: + Diminuição: o p <0.05: Negrito Sinais de tendência nos índices de precipitação pontos de grade Os índices mostram que o total de precipitação e os eventos extremos de precipitação têm aumentado na região sul do Brasil Fonte: Haylock et al. (2006) Trends in total and extreme South American rainfall in 1960-2000 and links with sea surface temperature

50 Tendências – Temperatura Temperaturas mínimas Tendências positivas com significância estatística para um grande número de estações (escalas sazonais e anuais) 1961 - 2002 Estações: 27 Fonte: Marengo e Camargo 2008 Surface air temperature trends in Southern Brazil for 1960-2002

51 Tendências – Temperatura Temperaturas máximas Tendências positivas com significância estatística para um grande número de estações (escalas sazonais e anuais) 1961 - 2002 Estações: 27 Fonte: Marengo e Camargo 2008 Surface air temperature trends in Southern Brazil for 1960-2002

52 Tendências – Temperatura Diurnal temperature range (DTR) Definido como a diferença entre a máxima e mínima temperatura do ar Tendências negativas, principalmente no verão e anuais Possíveis variações em DTR no sul do Brasil podem estar relacionadas à mudanças no uso da terra 1961 - 2002 Fonte: Marengo e Camargo 2008 Surface air temperature trends in Southern Brazil for 1960-2002

53 Tendências – Temperatura Diurnal temperature range (DTR) As tendências negativas de DTR anuais e sazonais no sul do Brasil durante os últimos 40 anos são em grande parte devido ao aumento maior das temperaturas noturnas do que as temperaturas durante o dia 1961 - 2002 Fonte: Marengo e Camargo 2008 Surface air temperature trends in Southern Brazil for 1960-2002

54 Tendências – Temperatura O aquecimento no sul do Brasil é explicado principalmente pela tendência positiva na temperatura mínima durante o inverno Desde 1970, invernos mais quentes podem ser explicados por um gradual aumento na frequencia de dias quentes durante essa estação que é acompanhado tendência fraca positiva nas noites frias de inverno 1961 - 2002 Fonte: Marengo e Camargo 2008 Surface air temperature trends in Southern Brazil for 1960-2002

55 Tendências – Temperatura Média anual da temperatura a 2 metros Fonte: Collins et al. (2009) Temperature Variability over South America

56 Tendências – Temperatura Fonte: Collins et al. (2009) Temperature Variability over South America

57 Tendências – Temperatura Mostra concordância com o que foi encontrado nos dados de reanálises Tendência da temperatura de dados de estações para o período de 1961-2007 Fonte: Collins et al. (2009) Temperature Variability over South America

58 Tendências nos cursos de água

59 There is no clear evidence from the statistical analysis of the historical river data to suggest long-term mean trends or changes in the mean stream flow of South American rivers resulting from a climate change. Fonte: Marengo 1995. Variations and Change in South-American Streamflow

60 Fonte: Marengo e Alves, 2005. Tendências hidrológicas da bacia do rio Paraíba do Sul Tendências hidrológicas nas vazões e cotas não são consistentes com uma redução ou aumento na chuva nas bacias Sudeste do Brasil

61 “Os problemas de tendência em Ladário podem ser similares aos do rio Paraíba do Sul, onde as mudanças nas vazões e cotas não são consistentes com as tendências de chuva na bacia.” Marengo, 2006. Fonte: Tucci & Clarke 1998. Environmental issues in the La Plata Basin. Variação anual do nível da água em Ladário (alto Rio Paraguai) e chuva (média móvel de 3 anos) em Cuiabá – Rio Paraguai Sul e Centro-Oeste do Brasil

62 Fonte: Marengo 2006. Mudanças Climáticas Globais e seus efeitos sobre a biodiversidade Tucci e Clarke (1998) perceberam que este incremento na vazão dos rios aconteceu depois de grandes áreas terem experimentado o desmatamento ou mudanças no uso da terra. Sul e Centro-Oeste do Brasil

63 Fonte: Tucci & Clarke 1998. Environmental issues in the La Plata Basin. Mudança do uso do solo no Paraná

64 The 30-yr averaged streamflow records closely follow an index representing the SST anomalies in the eastern equatorial Pacific. Fonte: Genta et al. 1998. A recent increasing trend in the streamflow of rivers in southeastern South America A principal atividade econômica nas grandes bacias hidrográficas do Sudeste da América do Sul neste século tem sido criação de gado, cujas técnicas e exigências sobre o solo não se alteraram significativamente no período coberto por este estudo.

65 Amazônia Nível médio do rio Negro em Manaus, AM desde 1903 até 2004. Valores na figura são anomalias em relação à média de 1903-2004. EN mostra a presença do ano El Niño. Fonte: Marengo 2006. Mudanças Climáticas Globais e seus efeitos sobre a biodiversidade As variações a longo prazo da vazão são mais característica dos modos de variabilidades multi-decadal (variações climáticas naturais), do que qualquer tendência unidirecional para condições mais secas. Marengo 2009

66 Vazões do rio São Francisco em Sobradinho durante dezembro-janeiro-fevereiro no período 1931-1998. A linha verde representa a tendência durante 1931-99 e a linha vermelha representa a tendência durante 1978-99. (Fonte: G. Sampaio, CPTEC/INPE). A diminuição a partir da década de 70 pode estar associada em parte a variabilidade de chuva e também poderia estar associada ao uso de água para irrigação e outras formas de uso. Nordeste do Brasil Fonte: Marengo 2006. Mudanças Climáticas Globais e seus efeitos sobre a biodiversidade

67 Resumo dos estudos das vazões no século XX Clara tendência de aumento nas vazões do Rio Paraná e outros rios no Sudeste da América do Sul Na Amazônia, no Pantanal e no Nordeste não foram observadas tendências sistemáticas em longo prazo em direção a condições mais secas ou chuvosas, sendo mais importantes variações interanuais e interdecadais, associadas à variabilidade natural do clima As análises de vazões de rios na América do Sul e no Brasil (Milly et al., 2005) apontam para aumentos entre 2% e 30% na bacia do Rio Paraná e nas regiões vizinhas no Sudeste da América do Sul. Tendências hidrológicas nas vazões e cotas não são consistentes com uma redução ou aumento na chuva nas bacias. Assim, é possível que as variações observadas na hidrologia do rio Paraíba do Sul sejam provocadas pelo gerenciamento regional da água e causas relacionadas à atividade humana. Fonte: Milly et al. 2005

68 Nível dos Mares Fonte: Mesquita et al., 2005. On sea level along the Brazilian coast – part 2 Um valor médio de 20-30 cm/século, parece ser a tendência mais provável a partir dos dados brasileiros observados. Mesquita et al. 2005

69 Nível mais baixo: 13.2 mm/year = 132 cm/século Nível mais alto: 3.5 mm/year = 35 cm/século Média do nível do mar: 1.2 mm/year = 12 cm/século Nível mais baixo no Porto de Santos apresentou uma taxa de aumento do nível do mar nos últimos 30 anos estimada em 1,32 cm/ano. Dando suporte ao cenário mais pessimista de aumento do nível do mar de 1,5m até 2010. (Alfredini et al., 2008) Fonte: Alfredini et al., 2008. Mean sea-level rise impacts on Santos Bay, Southeastern Brazil - physical modelling study. Nível mínimo anual medido no Porto de Santos

70 The global warming is considered as the main effect responsible for the mean sea level increase in Equatorial and tropical areas Fonte: Harari et al., 1994. On tide and mean sea level of Recife (8º3.3'S 34º51.9' W) and Belém (1º26.2'S 48º29.6'W)

71 Resumo dos estudos sobre nível do mar Tendências brasileiras concentram-se principalmente no lado positivo no gráfico de distribuição considerando todo o mundo. Portos de Belém, Fortaleza, Recife, Canavieiras, Salvador, Ilha Fiscal, Rio de Janeiro, Ubatuba, Cananéia e Imbituba têm tendências positivas Algumas regiões do Brasil como Salinópolis e Angra dos Reis, possuem ainda séries curtas de dados, o que impossibilita uma afirmação sobre tendências nessas regiões. Um valor médio de 20-30 cm/cty, parece ser a tendência mais provável a partir dos dados brasileiros. Fonte: Mesquita et al., 2005

72 Análise dos Artigos publicados sobre mudanças climáticas no Brasil 520 artigos relacionados com mudanças climáticas no Brasil. (Web of Science/ISI) Maior parte dos artigos estão relacionados com impactos das Mudanças Climáticas. Como esperado, dos artigos que evidenciam tendências e mudanças em parâmetros atmosféricos e hidrológicos, maior parte trata de mudanças de temperatura e regime de chuvas

73 Artigos analisados separados por Assuntos

74 Artigos analisados separados por Regiões