Meteorologia Aplicada
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Item Alterações atmosféricas e oceânicas durante o super-interglacial Marine Isotope Stage 31(Universidade Federal de Viçosa, 2016-02-16) Lindemann, Douglas da Silva; Justino, Flavio Barbosa; http://lattes.cnpq.br/0703689447724368Climas passados são ferramentas indispensáveis para o entendimento das projeções de clima futuro devido suas condições forcantes serem diferentes das condições atuais e futuras, devido a emissão antropogênica de gases de efeito estuda. Por meio da comparação entre simulações e reconstruções climáticas em períodos passados a sensibilidade climática pode ser aferida para diferentes componentes. Portanto, o objetivo deste estudo é avaliar as respostas dos componentes oceânicos e atmosféricos a alteração na topografia da Antártica e variações nos parâmetros orbitais da Terra. Para tanto, foi utilizado o modelo climático global acoplado SPEEDY-NEMO. Foram realizadas uma simulação controle (CONTROL) e três simulações de sensibilidades (MIS31, ORBIT e TOPO). Para avaliar o desempenho do SPEEDY-NEMO em representar o clima atual, a simulação CONTROL foi comparada com reanálises, onde percebeu-se que, os principais aspectos do clima foram bem representados pelo modelo com desvios padrões muito semelhantes aos encontrados nas reanálises. Todavia, o gelo marinho ainda precisa de melhorias na sua representação. Nos experimentos com sensibilidades, elevados valores de anomalias positivas de temperatura do ar e oceanos foram identificados sobre o Hemisfério Norte (HN), por influência das condições orbitais impostas. Ainda nas simulações com alterações orbitais, é observado significativas variações nos campos de vento próximo à superfície e precipitação, como por exemplo a ausência das monções sul-americana e africana durante o período de verão austral. Mudanças astronômicas também influenciaram o ENSO. As condições encontradas demonstram uma condição muito semelhante ao de um El Niño permanente, ou seja, com valores de TSM mais elevados se comparados com o CONTROL. Na componente oceânica também foi identificado uma significativa alteração no transporte de calor oceânico no sentido das altas latitudes do HN. Também foi observado que a alteração da topografia da Antártica exerce uma influência muito significativa no sistema oceano – atmosfera das altas latitudes do Hemisfério Sul.Item Aplicação de metodologias relacionadas à valoração da água para as bacias dos rios Grande e Paranaíba(Universidade Federal de Viçosa, 2017-07-31) Oliveira, Andressa Nayara Gomes; Pruski, Fernando Falco; http://lattes.cnpq.br/5404599734590538O aumento da demanda pelo uso da água e a diminuição da disponibilidade hídrica tem causado cenários de escassez hídrica, o que pode ocasionar conflitos entre os usuários. A cobrança pelo uso da água proposta pela Lei no 9433/97 visa, portanto, promover a utilização mais racional dos recursos hídricos. No Brasil, a cobrança pelo uso da água já é um instrumento aplicado em algumas bacias hidrográficas. Entretanto, a metodologia atual não considera alguns aspectos importantes para o cálculo da cobrança. Dessa forma, o presente trabalho tem como objetivo a aplicação de metodologias relacionadas à valoração da água para as bacias do rio Grande e do rio Paranaíba, em função do tipo de manancial de captação, da utilização de reservatórios de regularização de vazões, da sazonalidade de vazões e da efetiva demanda hídrica das culturas. Comparou-se também os resultados obtidos com os encontrados por Ramos (2016) e Ribeiro (2016) para a bacia do Paracatu. A utilização dos critérios relacionados à sazonalidade de vazões e ao manancial de captação permitiram associar uma valoração mensal diferenciada ao longo do ano para as bacias do Grande e Paranaíba. Observou-se uma diminuição do custo da água superficial e um aumento do valor da água subterrânea no período chuvoso. Contudo, com a aproximação do período de estiagem, há uma diminuição do desconto da água superficial e do custo da água subterrânea. Vale ressaltar que a bacia do Grande apresentou menor variação sazonal da relação entre os valores de Q 7,10 mensais e anual em comparação com as bacias do Paranaíba e Paracatu. Em relação às efetivas demandas hídricas das culturas, foi possível o desestímulo do uso da água na irrigação no período de menor disponibilidade hídrica, graças à aplicação dos aprimoramentos do fator de uso da água na irrigação. A bacia do Grande apresentou as menores vazões demandadas pelas culturas em ambas as regiões homogêneas, devido a menor evapotranspiração na bacia. Por fim, o fator de deplecionamento pelo uso da água em condições de regularização associou um maior desconto mensal ao usuário, e a alteração da vazão mínima residual possibilitou um aumento expressivo da disponibilidade hídrica sem comprometer as condições à fio d’água.Item Calibração automática multi-sítio e multi-objetiva de um modelo de superfície terrestre(Universidade Federal de Viçosa, 2015-09-17) Fontes, Vitor Cunha; Costa, Marcos Heil; http://lattes.cnpq.br/8473023262138609Os modelos de interação atmosfera-biosfera (LSMs) são ferramentas fundamentais em pesquisas relacionadas a superfície terrestre, atmosfera, hidrologia, previsão do tempo e clima. Desde o surgimento dos primeiros modelos na década de 60, esses modelos sofreram uma grande evolução e estão se tornando cada vez mais complexos. Esses LSMs simulam uma grande quantidade dos processos que ocorrem na biosfera, como os fluxos de radiação, calor, vapor de água e momentum. Cada um desses processos possui um ou mais parâmetros e o uso correto desses parâmetros são de suma importância para se obter uma simulação realista (confiável). Mas nem sempre é possível coletar ou inferir o valor desses parâmetros. Nesses casos pode-se realizar uma calibração do modelo, que é um conjunto de testes (simulações), com valores aleatórios de parâmetros, que são realizados até que se encontre um bom ajuste do modelo. No entanto, uma calibração simples acaba ajustando o modelo apenas localmente. Para se obter uma calibração que represente toda uma região (com características similares) é preciso realizar uma calibração multi-sítio. Este trabalho apresenta uma ampliação do Optis (software de calibração automática) que possibilita a realização de calibrações multi-sítio do modelo INLAND. Duas técnicas de calibração multi-sítio foram desenvolvidas, a MSMO (Multiple Site Multiple Objectives) e a AMSMO (Average Multiple Sites Multiple Objectives). A diferença entre elas é que, enquanto a MSMO leva em consideração cada sítio de forma independente, a AMSMO faz uma média dos sítios. Um experimento numérico foi realizado comparando as técnicas multi-sítio com calibrações realizadas em um único sítio. Os resultados mostraram que a calibração AMSMO é a que gera uma melhor representação dos sítios usados na calibração, atingindo mais de 80% de ajuste.Item Climate change and the sustainability of agricultural productivity in Brazil(Universidade Federal de Viçosa, 2015-12-21) Pires, Gabrielle Ferreira; Costa, Marcos Heil; http://lattes.cnpq.br/9576327311464149There is a wide global expectation that Brazilian total agricultural output will increase like no other country in the world to meet the projected higher demand for food until 2050. While trying to meet this expectation, Brazil will face the effects of a severe climate change induced by the change in atmospheric composition. In addition, if the future increase in total production resembles the dynamics of the past and increasingly deforest natural biomes as the Amazon and the Cerrado, we run a great risk, as recent studies indicate that large-scale deforestation drives significant changes in water availability and could have implication for agricultural systems. This thesis investigates how climate change and additional deforestation may affect the productivity of the main commodities exported by the country until 2050: soybeans and cattle pasture. We used a gridded crop model to assess the effects of the climate simulated by four CMIP5 models under the IPCC AR5 RCP8.5 scenario on soybean and pasture productivity. We contrasted these results with a second group of simulations that account for the effects of more severe Amazon and Cerrado deforestation scenarios on regional climate. Soybean simulations show that, for central-northern Brazilian productive regions, the effects of climate change are dependent on the planting dates. The productivity of soybean cultivars planted in late September, sowed early by farmers who choose to adopt double-cropping systems (two crops on the same land in the same agricultural calendar) is predicted to expressively decrease. However, soybean cultivars that are planted in later dates (November- December), mainly sowed by farmers who choose to grow only one crop in the agricultural calendar, show increased productivity. The decrease in productivity for earlier dates is related to a sharper decreasing trend in precipitation during these months of the year, while the increased productivity in later dates is due to a smaller water deficit and the positive effects of an increased atmospheric CO 2 concentration. Southern Brazilian productive regions also show increased soybean productivity until the middle of the century, despite the planting date. For central-northern Brazilian productive regions, moving planting dates from September to later dates expressively increases soybean productivity, but decreases the probability of adopting double-cropping systems. In addition, increased levels of deforestation lead to increased soybean productivity loss. Pasture simulations show that, as well as in the case of soybeans, pasture productivity is predicted to decrease in central-northern Brazilian regions and slightly increase in southern regions. In addition, higher deforestation levels causes further productivity decrease, and lead to at least twice as large productivity losses. According to all simulations in this work, the regions most affected are either the major Brazilian production region (Mato Grosso) or where the exploration has begun more recently and still hold an expressive agriculture potential as MATOPIBA, indicating that government investments in these regions without the proper consideration of the climate risks are a high-risk strategy. Finally, in the face of climate change and with little evidence that deforestation in Amazonia and Cerrado is ending, Brazil needs to review its agriculture and conservation policies and immediately shift to a new standard of zero deforestation in Amazonia and Cerrado, and create mechanisms to identify and trace solutions to adapt its agriculture to climate change.Item Critérios de valoração da água com base na sazonalidade das vazões e na efetiva demanda hídrica das culturas(Universidade Federal de Viçosa, 2016-02-24) Ramos, Maria Camila Alves; Pruski, Fernando Falco; http://lattes.cnpq.br/3647432339616212O contexto de crise hídrica atual, associado às projeções de crescimento das demandas no futuro, evidencia uma condição de escassez iminente e, por conseguinte, a necessidade de adoção de políticas eficientes de planejamento e gestão que atuem de modo a disciplinar o uso dos recursos hídricos. Uma estratégia nesse sentido é a efetiva adoção da cobrança pelo uso da água, que, subsidiada pelo estabelecimento de critérios de uso adequado, tem um potencial regulador. Dentro desta perspectiva, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia para valoração da água com base na disponibilidade sazonal de recursos hídricos e aprimorar um critério de valoração da água na agricultura irrigada com base na efetiva demanda hídrica das culturas, sendo, para o desenvolvimento das proposições, utilizada a bacia do Paracatu. O desenvolvimento do critério relacionado à disponibilidade sazonal dos recursos hídricos baseou-se na consideração de que a água deve estar associada a uma diferente valoração ao longo do ano, de acordo com seu nível de disponibilidade em condições a fio d‘água. Para a caracterização dessa variação na hidrografia, foi considerada uma relação entre os valores de Q 10 mensais e de Q 10 anual, denominada RVM M/A . Visando à identificação de possíveis discrepâncias nos valores da RVM M/A, foi utilizada a técnica de box plot, seguida, posteriormente, pela análise de agrupamento visando a identificação de regiões homogêneas. Para a região homogênea considerada, foram estimados os valores médios mensais da RVM M/A e os respectivos intervalos de confiança inferiores, com 95% de probabilidade. O estabelecimento do critério fator de sazonalidade (F s ) foi dividido em três aproximações, que representam os ajustes feitos aos valores médios da RVM M/A . O fator de uso da água na irrigação foi criado por IBIO e Funarbe (2013) como incentivo ao uso eficiente da água na irrigação, e se baseia em uma relação entre a vazão unitária outorgada (q u i unitária tabelada (q u i tab out ) e um valor de vazão ), estimado com base na efetiva demanda hídrica das culturas e em valores de vazão unitária prefixados. O aprimoramento desta metodologia para valoração da água na agricultura irrigada consistiu na substituição dos valores q u i outorga de irrigação q u i hídrica da cultura (q u i tab ref. out máx. por uma vazão unitária de referência para , estimada com base na máxima demanda ), associada a um fator de desestímulo, que agrega maior valor à água quando o período de maior demanda para a irrigação das culturas temporárias coincide com o período de menor disponibilidade hídrica superficial a fio d‘água o qual foi estabelecido por um valor limite de RVM M/A igual a 1,5. A obtenção dos valores de q u i ref. out foi precedida por um estudo de identificação de regiões homogêneas quanto ao balanço hídrico entre evapotranspiração de referência e precipitação provável com 80% de probabilidade de ocorrência. Os valores q u i máx. corresponderam à máxima vazão unitária mensal estimada, considerando 12 calendários de cultivo ao longo do ano, com datas de plantio correspondentes ao primeiro dia de cada mês.Item Espacialização de chuvas: uma nova proposta(Universidade Federal de Viçosa, 2017-02-17) Almeida, Laura Thebit de; Cecílio, Roberto Avelino; http://lattes.cnpq.br/7803863779089397Chuvas intensas têm a característica de produzir elevada lâmina precipitada em um curto intervalo de tempo, gerando elevada vazão de escoamento superficial. Seu conhecimento é fundamental para a sociedade no planejamento de práticas de conservação do solo e da água, manejo de bacias hidrográficas e no dimensionamento de estruturas hidráulicas. O presente estudo teve como objetivo obter parâmetros da equação de chuvas intensas (“K”, “a”, “b” e “c”) por meio da espacialização da intensidade máxima média de precipitação para os estados brasileiros Minas Gerais, Espírito Santo e Rio de Janeiro. As intensidades máximas média de precipitação foram obtidas por meio das equações de intensidade-duração-frequência (IDF), desenvolvidas por dados pluviográficos, existentes na área de estudo. Nestas foram submetidas combinações entre seis períodos de retorno (2, 5, 10, 20, 50 e 100 anos) e 16 durações (10, 20, 30, 40, 50, 60, 120, 240, 360, 420, 660, 720, 900, 1140, 1380 e 1440 minutos), totalizando 96 mapas de intensidade máxima média de precipitação. Na interpolação, foram avaliados dois tipos de interpoladores, geoestatístico (Krigagem Simples, Ordinária e Cokrigagem) e determinístico (Inverso da Distância elevado a potência de 1 a 6). O melhor interpolador foi definido por meio do menor Módulo do Erro Médio Percentual (MEMP) e o melhor modelo, dentro do interpolador, foi definido por meio da menor raiz do quadrado médio do erro (RMSE). O interpolador Inverso da Distância (IDP) apresentou menor módulo do Erro Médio Percentual (MEMP), de 3%, em comparação ao interpolador Geoestatístico, igual a 15,75%. Com isso, os parâmetros “K”, “a”, “b” e “c” da equação de IDF foram gerados pela espacialização das intensidades máximas média de precipitação pelo interpolador Inverso da Distância, para cada pixel de 2km x 2km para os estados de Minas Gerais, Espírito Santo e Rio de Janeiro.Item Estimativa dos componentes do balanço de radiação a partir de sensoriamento remoto, observação de superfície e redes neurais artificiais(Universidade Federal de Viçosa, 2016-07-27) Zuluaga Aristizábal, Cristian Felipe; Justino, Flávio Barbosa; http://lattes.cnpq.br/0813654134174210Restingas são ecossistemas costeiros localizados no domínio da Mata Atlântica que hospedam uma grande diversidade de plantas, incluindo muitas espécies endêmicas. Atualmente, encontram-se altamente ameaçados devido à expansão da infraestrutura de transporte e desenvolvimento imobiliário. Para tomar medidas mitigatórias é necessário desenvolver estudos que permitam compreender o funcionamento deste ecossistema. Como parte deste esforço, o presente trabalho teve como objetivo estudar os componentes do balanço de radiação na restinga de Marambaia –RJ, obtidos a partir de medições em campo, sensoriamento remoto e redes neurais artificias. Os dados de campo foram coletados e avaliados no período de março de 2015 a fevereiro de 2016. Os resultados mostraram que a rede neural para calcular a radiação de onda longa atmosférica, foi mais eficiente que os modelos clássicos (r 2 > 0,83, RMSE < 6 W m -2 , MAE < 5 W m -2 e d > 0,94). No cálculo do balanço de radiação, a rede mostrou melhor desempenho para dias de céu claro (r 2 = 0,90, RMSE = 81,67 W m -2 , MAE = 64,96 W m -2 , d = 0,96) do que para dias de céu nublado (r 2 = 0,74, RMSE = 74,30 W m -2 , MAE = 40,51 W m -2 , e d = 0,83). Os resultados de sensoriamento remoto, mostraram uma subestimação no cálculo dos componentes do balanço de radiação. No entanto, no cálculo do ciclo diurno do balanço de radiação, este apresentou desempenho similar da rede neural artificial para dias de céu claro, r 2 = 0,93, RMSE = 85,81 W m -2 , MAE = 74,50 W m -2 , e d = 0,96. De modo geral, consideram-se ambas as metodologias como alternativas interessantes no esforço de calcular os componentes do balanço de radiação, a partir de um mínimo de variáveis meteorológicas ou para áreas sem nenhuma instrumentação.Item Estoques de carbono no solo sob diferentes sistemas de manejo agrícola no Brasil: uma meta-análise(Universidade Federal de Viçosa, 2017-07-27) Martins, Carolinna Maria Silva; Costa, Marcos Heil; http://lattes.cnpq.br/3552853965967340A agricultura possui um grande potencial de mitigação das mudanças climáticas por meio da adoção de práticas de manejo capazes de estocar carbono no solo. Para compreender melhor a influência das práticas de uso do solo na dinâmica de carbono no solo, este trabalho teve como objetivo analisar a influência dos sistemas de manejo agrícolas nos estoques de carbono do solo no Brasil utilizando uma meta-análise. De 92 artigos considerados, 26 foram selecionados para análise estatística do estoque de carbono na profundidade de 0-20 cm, sob quatro sistemas de manejo: adubação química (ADU), adubação verde (ADUV), integração lavoura-pastagem (ILP1) e sistema de plantio direto (SPD). A análise estatística foi separada em duas, conforme as especificações do grupo controle nos artigos analisados: a área em que foi utilizada o sistema/prática agrícola vs. área não manejada (NM) e área em que foi utilizada o sistema/prática agrícola vs. vegetação nativa (VN). Os resultados estatísticos mostraram que solos sob as práticas de ADU possuem taxa de mudança de C no solo positiva, de 0,32 MgC/ha/ano, porém sob o efeito priming, esta taxa pode se apresentar negativa, enquanto o SPD apresentou 0,45 MgC/ha/ano. Ambos os tratamentos foram estatisticamente significativos (α = 10%). ADUV apresentou estoque de C no solo negativo, comparada a pastagens e ILP1 mostrou ser definida pelo tempo de implantação, textura do solo e grupo controle comparativo, obtendo, também, taxa de C negativa. Entretanto, nenhum dos dois foram estatisticamente significativos. Em relação à VN, apenas a combinação de pastagem com sistema de plantio direto possui potencial da taxa de acúmulo de C no solo ser positiva.Item Estudo espaço-temporal de riscos de incêndios florestais na Amazônia brasileira(Universidade Federal de Viçosa, 2017-02-13) Oliveira, Kamilla Andrade de; Imbuzeiro, Hemlley Maria Acioli; http://lattes.cnpq.br/7940543963941785Os incêndios florestais estão entre as ameaças mais perigosas que trazem calamidades à região amazônica, podendo transformá-las totalmente e, causar inúmeros prejuízos ambientais e econômicos. Com intuito de contribuir para entender a dinâmica espacial e temporal dos incêndios florestais na Amazônia brasileira, o presente estudo envolveu as técnicas de geoprocessamento e estatística espacial para a comparação dos índices de incêndios de Angstron, Telicyn, Fórmula de Monte Alegre (FMA) e Nesterov, a identificação de clusters em áreas críticas de ocorrência de fogo e a relação com as variáveis antrópicas. A análise Skill Score indicou o índice de Telicyn, seguido da FMA e Nesterov, em escala de eficiência para região Amazônica, porém, com desempenhos insatisfatórios nas estações localizadas na região de borda Leste e Sul. Os rankings dos meses com as maiores incidências de focos dos incêndios na região incluem setembro, agosto e julho, respectivamente. A análise da estatística espaço-temporal Scan forneceu um conjunto de clusters, ou hotspots, de incêndios em todo bioma Amazônico brasileiro nos períodos analisados. Relacionando-os espacialmente às variáveis antrópicas, os clusters, apresentaram-se concentrados nos Estados do Mato Grosso (33%), Pará (28%), Rondônia (19%), Amazonas (18%) e Maranhão (2%). Os municípios de Altamira- PA e Porto Velho-RO, foram os que mais persistiram na análise espaço-tempo, pois os resultados observados de focos de calor foram, respectivamente, 309%, 246% acima do limiar estatístico estabelecido pela estatística Scan. Verificou-se também a presença de clusters em Áreas Protegidas, sendo: 45 em Terras indígenas e 32 em unidades de conservação, dos quais 32% se situaram em Florestas Nacionais. A análise espaço- temporal de uso da terra, indicou 87% de clusters em área de pastagem plantada, seguido da cultura de soja com 15%. A relação à distância das rodovias, a maior concentração de clusters (84%) atingiu a distância de 50km, já em relação aos centros comerciais, polos madeireiros, a maior concentração encontra-se em um raio de até 200km, com 82%.Item Extreme rainfall indices in Brazilian mountain regions and potentially induced hydrological hazards(Universidade Federal de Viçosa, 2016-02-02) Ávila Díaz, Álvaro Javier; Justino, Flávio Barbosa; http://lattes.cnpq.br/2547112795321977In order to understand the rising number of flash floods and mass movements in the densely populated region of southeastern Brazil, this study analyzes the spatial and temporal changes in precipitation from 1978 to 2014. We focus on the sensitivity of mountainous regions, specifically the Rio de Janeiro (RJMR) and Santa Catarina (SCMR) regions. Daily rainfall observations are aggregated into annual and seasonal indices, and RClimdex is used to evaluate a suite of precipitation and extreme event indices. Results show positive annual and seasonal precipitation trends during all seasons except for the winter season in the RJMR. Diverse change points in their time series, spatial differences in the trends at individual stations, and trends associated with elevation suggest that despite the close proximity of these two regions, climate impacts are not uniform across all of southeastern Brazil. Climate mechanisms responsible for the observed precipitation trends are identified, but additional work is needed to isolate the causes. Statistically significant positive correlations are discovered between mass movements/flash floods events and annual maximum 1–day and 5–day consecutive precipitation, and these indices may be useful indicators of natural hazard events for this region.Item Índices de monção de verão para o Hemisfério Sul simulados pelos modelos do CMIP(Universidade Federal de Viçosa, 2015-07-17) Pogorzelski, Vanúcia Schumacher; Justino, Flávio Barbosa; http://lattes.cnpq.br/2661179278658851O principal objetivo deste estudo foi avaliar a capacidade dos modelos climáticos do CMIP5 em representar a variabilidade interanual dos índices de monção de verão (IMVs) para o Hemisfério Sul (HS), e analisar a resposta dos padrões de teleconexões da Oscilação Antártica (AAO) com os IMVs e a precipitação durante o verão austral. Os índices foram calculados com base na metodologia encontrados na literatura, através da componente do vento em baixos níveis para três regiões de monção tropical no HS: América do Sul (SAM), Sul da África (SAF) e Austrália (AUS). Os resultados sugerem que as chuvas nos domínios de monção são comumente caracterizadas com anomalias de baixa pressão, associado com circulação ciclônica em baixos níveis e gradiente de Temperatura da Superfície do Mar. Além disso, observa- se um dipolo anômalo de pressão sobre América do Sul, e um efeito gangorra da anomalia de precipitação positiva (negativa) entre SAM (AUS). Nota-se também que o índice da AUS modula as chuvas em grande parte da África. As chuvas monçônicas são bem correlacionadas com a fase positiva da AAO. Em geral, os modelos CMIP5 apresentam grande variabilidade espacial entre si, e em termos de amplitude dos valores. Observa-se também que os modelos que apresentam menores contrastes de precipitação e temperatura em relação aos dados observados, reproduzem relativamente bem às simulações em comparação com o observado.Item Influence of climate, fire and phosphorus in the dynamics of vegetation in the Amazon-Cerrado border simulated with INLAND model(Universidade Federal de Viçosa, 2015-02-12) Silva, Emily Ane Dionizio da; Costa, Marcos Heil; http://lattes.cnpq.br/5616171526303170Studies to assess the main factors responsible for the dynamics of vegetation in the Amazon such as climate and / or deforestation suggest the possibility of the Amazon rainforest may not resist a potencial change in rainfall patterns, and be converted to an ecosystem of more sparse vegetation like savanna, which gave rise to the term “Amazon Savannization”. Some of these initial studies, however, used only future climate scenarios, neglecting in their majority the fire effects and especially the effect of nutrient limitation on vegetation dynamics. Recently, in the context of climate modeling, advancements have been made in an attempt to build models that incorporate the nutritional restriction effect and the fire to assess and measure their effects on vegetation at a large scale. In this work, the main objective was to evaluate the isolated and combined effects of climate (inter annual variability and CO2), fire (F) and nutritional limitation by phosphorus (P) using the dynamic vegetation model INLAND in the transition between forest-Cerrado. The INLAND model is the first Brazilian model to simulate the vegetation dynamics incorporating these factors. The INLAND characterizes the vegetation through plant functional types, which combined differently give rise to biomes. The nutritional limitation is established through a linear function of the total phosphorus content in the soil and the maximum carboxylation capacity of Rubisco enzyme (Vmax). The Rubisco is the main enzyme responsible for regulating carboxylation rates in plants with the C3 photosynthetic mechanism type acting directly on net primary productivity (NPP) and the increase of biomass. Two regional the datasets of Vmax to be used as input data of the simulations, based on regional (PR) (field measurements) and global data (PG) of total P content in the soil. In the design of numerical experiment, 24 simulations were performed for different combinations of climate factors, P, F and CO2 were obtained. To validate the simulations, regional datasets of dry season leaf area index (LAI), and biomass were compared against simulated values by the INLAND model. The results showed that isolation, the effect of fire on the NPP in the Cerrado is positive and higher than the effects of nutritional restriction, contrary to what happens in the Amazon biome where the P acts to reduce the NPP. The CO2 when evaluated in combination with the effects of fire acted as an attenuator increasing the NPP in the transition region. With respect to the climate, the use of inter-annual variability improved representation of biomass and LAI simulated by INLAND. The LAI and biomass simulated values showed good correlation with Amazon-Cerrado observed gradient. The best representation of the vegetation composition by INLAND was found when the effects of PG+F+CO2 were combined.Item Modelagem da produtividade de soja em modelos biofísicos e agroeconômico(Universidade Federal de Viçosa, 2017-06-30) Santos, Raphael Pousa dos; Costa, Marcos HeilModelos biofísicos de crescimento de cultura consideram os fatores naturais de crescimento e produtividade das culturas agrícolas, mas negligenciam a influência de fatores econômicos no processo. Por outro lado, modelos estatísticos de natureza agroeconômica são utilizados para simular a produção de culturas sob a influência de variáveis econômicas, porém ignorando eventos biofísicos, como por exemplo a influência de uma seca. Este trabalho acopla um modelo agroeconômico a um modelo biofísico de crescimento da cultura de soja. Este trabalho fez simulações espacialmente distribuídas da produtividade de soja no território nacional para o período de 1994 a 2012, utilizando três tipos de modelos: um modelo puramente biofísico (INLAND – Integrated Land Surface Model); um modelo puramente agroeconômico (modelo de regressão linear) e um híbrido biofísico-econômico (INLAND/linear). Para o modelo agroeconômico e híbrido foram utilizados como parâmetros econômicos o custo de transporte, o tamanho médio da fazenda e o preço da soja. Utilizando um algoritmo genético (NSGA-II/Optis) foi realizada uma calibração da produtividade de soja em dois níveis hierárquicos. Foram realizadas oito simulações com configurações diferentes destes modelos. Os melhores resultados foram obtidos com os modelos que consideraram variáveis econômicas e climáticas. O modelo empírico, contemplando variáveis econômicas e climáticas, apresentou o melhor resultado entre todas as simulações, contemplando variáveis econômicas e climáticas, chegando a uma correlação de 0,72. O modelo biofísico com a inserção das variáveis econômicas, ou seja, com limitantes econômicos na produtividade de soja, teve a produtividade potencial simulada reduzida a uma produtividade real simulada próxima da observada, com viés médio no período 1994-2012 de -0,01 ton ha -1 . A correlação entre os dados simulados e observados aumentou de 0,12 usando o modelo puramente biofísico para 0,55 usando o modelo hibrido. O modelo puramente biofísico, quando testado xnacionalmente no Brasil, apresentou resultados de produtividade potencial próximos aos campeões de concursos de produtividade de soja.Item Modelagem e governança das políticas de mitigação das mudanças climáticas e restauração ecológica no estado de Minas Gerais(Universidade Federal de Viçosa, 2016-07-29) Nunes, Felipe Santos de Miranda; Soares Filho, Britaldo Silveira; http://lattes.cnpq.br/2995409644293213A elaboração e implementação de políticas de combate às mudanças climáticas e restauração ecológica representam grandes desafios para a modelagem e governança ambiental e tem atraído cada vez mais atenção da ciência e da política. No campo da modelagem científica, o uso de modelos computacionais para caracterização dos problemas sócio-ecológicos, simulação de trajetórias futuras e avaliação ex-ante de intervenções tem se destacado na produção de conhecimento “politicamente relevante”. Entretanto, as diferentes escalas espaciais e temporais das soluções a serem modeladas e os processos decisórios requerem ferramentas cada vez mais customizadas. Na esfera política, os modelos podem desempenhar um papel relevante quando orientados para indentificar problemas ambientais, estimar impactos econômicos e avaliar a relação custo-efetividade das medidas propostas. Contudo, apesar dos formuladores de políticas buscarem soluções baseadas na “melhor” ciência disponível, os resultados desses modelos raramente se traduzem diretamente em políticas públicas. Esta tese visa contribuir para a literatura apresentando diferentes perspectivas científicas acerca da modelagem e governança para viabilização de políticas de mitigação das mudanças climáticas e restauração ecológica (florestal) no estado de Minas Gerais, Brasil. No campo da modelagem, em um estudo para se estimar custos e benefícios da regeneração da vegetação nativa a partir de diferentes métodos de restauração, um modelo de otimização espacialmente explícito foi elaborado para análise do potencial do novo Código Florestal. Os resultados mostram que 1,5 milhão de hectares ou 75% do passivo florestal estadual pode ser restaurado a um custo de US$ 776±137 milhões em um período de 20 anos, empregando métodos de restauração de baixo custo, como restauração passiva e regeneração natural assistida. Isto resultaria em um sequestro potencial de 284 MtCO 2 e. Ao incluir métodos de plantio de espécies nativas necessários para restaurar áreas altamente degradadas, os custos podem alcançar US$ 1,7±0,3 bilhões. Se contabilizarmos os custos de oportunidade de uso da terra, esse valor aumentaria para US$ 4,8±1,5 bilhões. A inclusão desses métodos recuperaria 2 milhões de hectares, resolvendo integralmente o passivo florestal e resultando em um sequestro potencial de 345 MtCO 2 e. As estimativas enfatizam a necessidade de formatar e implementar políticas regionais que aproveitem o potencial de regeneração natural na paisagem, a fim de reduzir os custos de conformidade legal e priorizar a restauração de áreas chave para serviços ecossistêmicos, incluindo estoque de carbono, água e biodiversidade. Adicionalmente, visando contribuir para uma literatura pouco explorada na fronteira entre ciência e política, é apresentado um estudo que detalha e analisa de forma reflexiva as práticas necessárias para elaboração (e viabilização) do Plano de Energia e Mudanças Climáticas de Minas Gerais. A partir de uma perspectiva interpretativista associada à escola de estudos da ciência e tecnologia (TS), a pesquisa exemplifica o papel dos modelos na formação, legitimação, busca de consenso e tomada de decisão de políticas públicas. Empiricamente releva como o conhecimento científico pode ser selecionado e comunicado pelos formuladores de políticas ambientais e como a necessidade de seguir protocolos governamentais em organizações que atuam na interface ciência- política pode levar a políticas menos ambiciosas. Com base na observação participativa, análise documental e entrevistas com diferentes formuladores de políticas e partes interessadas, o artigo argumenta que a elaboração de políticas ambientais na interface ciência-política requer não só o uso de modelos científicos capazes de legitimar a discussão das soluções, mas também a habilidade de trazer a “verdade para o Poder” e a capacidade de antecipar e evitar obstáculos políticos. Ao abordar simultaneamente a elaboração e utilização de modelos computacionais para proposição de políticas subnacionais, este estudo contribui para lançar luz sobre a lacuna entre a concepção e uso dos modelos, sob a ótica do pesquisador e do formulador de políticas. O estudo pode servir ainda de guia para indicar as áreas prioritárias para a implementação de políticas e projetos de restauração em larga escala e orientar o desenvolvimento de trabalhos de fronteira entre cientistas e formuladores de políticas ambientais.Item Modeling the economic and environmental impacts of cattle ranching intensification in Mato Grosso(Universidade Federal de Viçosa, 2016-12-12) Batista, Evandro Lima da Silveira; Soares Filho, Britaldo Silveira; http://lattes.cnpq.br/8593231680678185Cattle ranching occupy more land than any other production activity in Brazil and accounts for 44% of greenhouse gas (GHG) emissions from the land use sector. In response, Brazil has proposed a large-scale pasture restoration target as a mitigation measure for its Nationally Determined Contribution (NDC). Pasture restoration is, however, only one option in a portfolio of investments that could be brought to bear to encourage intensification in beef production. To analyze the potential impacts, i.e. economic and overall GHG emissions, from mixes of intensification strategies―from pasture restoration to improved health and reproductive management, pasture supplementation, and feedlot operations―, we developed a simulation model of the cattle ranching system (SimPec) and applied it to Mato Grosso state. Our results show that large-scale pasture restoration, instead of reducing GHG emissions, threatens the success of Brazil’s NDC. Soil carbon fixation after pasture restoration does not compensate marginal emissions due to higher stock densities; simply increasing beef production will lead to an overall rise in GHG emissions from the cattle sector. Rather than pasture restoration, investments in confinement operations along with complementary improvements in production strategies are more likely to prompt better economic, productive, and, in particular, environmental outlooks for the cattle sector in Brazil.Item Partição do fluxo de CO2 e eficiência do uso de água em pastagem natural(Universidade Federal de Viçosa, 2017-02-22) Alves, José Darlon Nascimento; Santos, Eduardo Alvarez; http://lattes.cnpq.br/2792546714935668As pastagens naturais são importantes para os ciclos de água e carbono no planeta, contribuindo para o armazenamento de matéria orgânica no solo, alimentação animal e para a diversificação da fauna e flora. Dessa forma, o objetivo do trabalho foi particionar o fluxo de carbono e quantificar a eficiência do uso de água em pastagem natural por meio da técnica de covariância de vórtices turbulentos. O sítio experimental está localizado em uma área de pastagem natural com aproximadamente 3.487 hectares, na Universidade do Estado do Kansas, em Manhattan, Kansas, Estados Unidos. Foram analisados dados de fluxos obtidos durante o período de maio a outubro de 2016. As medições dos fluxos de CO 2 e fluxo de calor latente foram realizadas por meio da técnica da covariância de vórtices turbulentos. As medidas de velocidade do vento, concentração de CO 2 , calor sensível e vapor d’água ocorreram a uma frequência de 20 Hz utilizando-se um sistema de aquisição de dados. Os dados brutos foram processados pelo software EddyPro 6.0. Foi realizada a estimativa da respiração durante o dia, a partir da relação não linear entre a troca líquida do ecossistema durante a noite e a temperatura e umidade do solo noturna, a cada dois meses (maio-junho, julho- agosto, setembro-outubro), em que foi obtida melhor relação apenas com a temperatura do solo. Em seguida, foi feita a separação do fluxo de CO 2 em fotossíntese (GPP) e respiração do ecossistema (Reco) e análise da eficiência do uso de água durante a estação de crescimento. Observou-se variação de NEE na pastagem entre -30 μmol CO 2 m -2 s -1 e 15 μmol CO 2 m -2 s -1 . Ao realizar a partição do fluxo de CO 2 do ecossistema, verificou-se maior intervalo de incerteza nos meses de julho e agosto, em decorrência do baixo R 2 encontrado, porém foram obtidas maiores taxas de fotossíntese em relação à respiração do ecossistema em todos os meses analisados. O valor médio de eficiência do uso de água do ano de 2016 foi de 3,1 gC/kg H 2 O. Durante o experimento, o ecossistema atuou como sumidouro de carbono, o que refletiu em aumento de biomassa. Além disso, as atividades metabólicas e balanço de água são afetados diretamente pela temperatura do ar.Item Patterns of land use and greenhouse gases emissions from Brazilian agriculture (1940-2014)(Universidade Federal de Viçosa, 2017-06-14) Dias, Lívia Cristina Pinto; Costa, Marcos Heil; http://lattes.cnpq.br/3473464984753698Given the large size of Brazil, its enormous vegetation diversity and agriculture heterogeneity, the development of national agricultural and conservation policies requires an understanding of historical patterns of land use for the entire country. It is only through the lens of history that the current geographic trends in land use can be fully understood and accurate future projections made. This study analyzes the spatial patterns of the Brazilian agriculture between 1940 and 2014, with emphasis on land use and greenhouse gas emissions. I investigate the historical patterns of agricultural land use and greenhouse gases emissions in Brazil using a new historical-spatial database at spatial resolution of 30” (approximately 1 km x 1 km). Although the agriculture frontier is still expanding in the Amazon and Cerrado, rates are much lower than before, and throughout the eastern and southern part of the country, agricultural land use is actually decreasing. The production of soybean and maize increased due to increase in area and yields, but the production of sugarcane increased predominantly due to extensification. Pasturelands decreased in all regions analyzed, except in Amazonia, but the slow process of technology transference appears to be keeping the Brazilian stocking rate of cattle close to 1.0 head/ha, indicating an inefficient livestock system. Brazil is moving slowly towards a more intensive and sustainable agriculture. Until 1975, deforestation of the Atlantic Forest and Cerrado were the main sources of CO 2 emissions. After that, Amazonia took the first position as source of CO 2 emissions. Emissions from land use change in Atlantic Forest and Pampas decreased gradually after 1975 and these biomes become a sink of CO 2 since 1990. The total agricultural emissions are decreasing because the CO 2 emissions are decreasing and they are several times larger (in CO 2eq terms) than the CH 4 and N 2 O emissions. Brazil is heading towards the reduction of land use change emissions as proposed in the National Policy on Climate Change. About the Nationally Determined Contributions proposed in the 2015 Paris agreement, the past rates in forest restoration are more than sufficient to achieve the suggested measure proposed. The conclusion is that Brazil should be more audacious in its goals. My results provide one of the first comprehensive historical and geographically explicit overview of agricultural land use and greenhouse gases emissions in Brazil, providing clear insights to guide future territorial planning, sustainable agriculture, policy and decision-making.Item Regiões hidrologicamente homogêneas na Amazônia com base nas precipitações mensais(Universidade Federal de Viçosa, 2016-03-29) Miranda, Antônio Calazans Reis; Pruski, Fernando Falco; http://lattes.cnpq.br/3602022605278939O delineamento de regiões hidrologicamente homogêneas é um procedimento essencial para provimento de informações indispensáveis aos trabalhos de modelagem, planejamento e gestão de recursos hídricos. A definição de estratégias de manejo e conservação dos recursos naturais, especialmente, em regiões com escassez de dados, como no caso da Amazônia, depende de informações obtidas por meio da identificação de regiões hidrologicamente homogêneas. Assim, este trabalho teve como objetivo o aprimoramento metodológico para a identificação das regiões hidrologicamente homogêneas na Região Hidrográfica Amazônica com base na variação das precipitações mensais ao longo do ano. A metodologia envolveu a aplicação de cinco métodos existentes e de um método híbrido aprimorado, com o desenvolvimento de um novo conceito denominado entropia indexada (Hi), aplicado em conjunto com a análise de agrupamento pelo método Ward. Os resultados da análise da variação das precipitações mensais nas regiões hidrologicamente homogêneas identificadas para a Região Hidrográfica Amazônica atestaram as potencialidades e limitações das metodologias existentes. Os resultados obtidos com o método aprimorado foram consistentes considerando a variação das precipitações mensais ao longo do ano, os aspectos hidroclimatológicos e ambientais nas regiões hidrologicamente homogêneas identificadas.Item Sazonalidade dos fluxos de energia e carbono em área de restinga(Universidade Federal de Viçosa, 2016-10-21) Ferreira, Almir Venancio; Justino, Flávio Barbosa; http://lattes.cnpq.br/2746811932565005Este trabalho visa avaliar os fluxos de energia e massa em uma área de restinga/mangue na ilha de Marambaia. Os dados foram coletados entre abril de 2015 e abril de 2016. A primeira avaliação descreve as características climáticas observadas no período estudado. Os resultados mostram que o período 2015/2016, comparados aos oito anos anteriores (2008/2014), foi quase sempre mais quente que 2008/2014, apresentando temperatura mínima entre 3 e 5 graus acima da média de 2008/2016. Com relação à precipitação, 2015/2016 mostrou-se mais chuvoso no verão e em torno da média no inverno. Essas análises são importantes para balizar as avaliações dos fluxos sobre a vegetação de restinga. Nota-se que o fluxo de calor sensível foi mais variável no período matutino e início da tarde como resultado da maior variação da nebulosidade e radiação incidente. Por outro lado, o fluxo de calor latente mostrou-se mais associado às variações do vento, induzindo mudanças no déficit de pressão de vapor. O fluxo de CO2 apresentou valores negativos entre 10 e 15 horas local, indicando que a superfície vegetada atuou como sumidouro de CO2; ao passo que o fluxo de H2O atuou como fonte de vapor d’água para a atmosfera. A concentração de CO2 ficou em torno de 420 ppm, todavia pulsos de CO2 chegaram a 1.600 ppm entre dezembro e fevereiro. Nesse período, ocorreram altos valores de precipitação. Devido às características relativamente heterogêneas da região de estudo, o fechamento do balanço de energia atingiu valores por volta de 70% da fração de fechamento, com máximo de 80% em junho. Em síntese, a restinga/mangue funciona como um sumidouro de CO2.Item Soybean expansion in Brazil: A quantitative assessment of past technological and environmental changes and implications for future climate change(Universidade Federal de Viçosa, 2016-07-26) Abrahão, Gabriel Medeiros; Costa, Marcos Heil; http://lattes.cnpq.br/0221983204772434Brazil is today the world's second largest soybean producer, and the crop is cultivated throughout the country. However, this was not always the case. The most productive soybean regions of today were deemed unsuitable for soybean planting until the 1970's, and the crop was limited to southern Brazil. The new regions were incorporated into production only after significant technological developments on soybean breeding and management practices. The expansion of soybeans into those areas represented a major change in the climate experienced by the plants, and provides important lessons on adaptation to future climate change. This work aims to overcome limitations of data on yields, area and planting dates in order to perform a large-scale quantitative assessment of the changes in climate, photoperiod and technology experienced by soybeans during the expansion, and compare them with future climate expectations. A spatially explicit dataset on soybean harvested area and yields is developed. The photoperiod limitations to the planting date of each year's varieties are estimated using the northernmost latitude where soybeans were planted. This information is combined with spatial rainy season onset and end to obtain spatial and temporal estimates of the planting window for the period 1974- 2012. The estimates compare well with planting dates recommended by the literature. With the development of photoperiod-insensitive varieties, planting windows went from being limited by the photoperiod on most of soybean-producing Brazil in 1974 to be limited by the rainy season in 1984. This development also had the effect of flexibilizing planting dates, making feasible the double cropping systems common today in central Brazil. Soybeans moved to much wetter regions, as total change in average excess precipitation (P-ETC) found was 2.33 mm day -1 on the historical period (1974-2012). Average temperatures rose at a rate of 0.49 °C decade -1 during the expansion, 0.29 °C decade -1 being due to local trends, faster than the expected rate for 2013-2050 (0.35 °C decade -1 ). The highest yields were also achieved in the warmer regions. Funding and coordinating agricultural R&D towards unified goals is likely to be an efficient strategy to adapt Brazilian agricultural systems to climate change, and may bring many beneficial side effects.