Meteorologia Aplicada
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Item Avaliação do papel de florestas primárias e secundárias no serviço ecossistêmico de regulação climática em regiões da Amazônia(Universidade Federal de Viçosa, 2023-02-28) Oliveira, Lais Rosa; Pires, Gabrielle Ferreira; http://lattes.cnpq.br/5676556236858417Os ecossistemas florestais oferecem serviços indiscutivelmente essenciais para a manutenção do equilíbrio da vida na Terra. A perda da floresta e a modificação da cobertura e do uso da terra são fatores que contribuem para a degradação e alteração do serviço ecossistêmico de regulação climática prestado por esse tipo de ecossistema. Na Amazônia, esse serviço é fundamental para atividades agrícolas, mas pode ser reduzido com a perda florestal e mesmo com o surgimento da floresta secundária (FS), sua magnitude é incerta. Estudos observacionais mostram que a FS é o uso do solo que mais cresce na Amazônia e, geralmente, resulta do abandono de áreas com baixo teor de nutrientes para cultivo e previamente utilizadas para pastagem ou rotação (pousio) de terras cultiváveis. Diante disso, esse estudo teve como objetivo avaliar a mudança nos padrões de precipitação, temperatura da superfície terrestre (LST) e evapotranspiração (ET) nas áreas de FS em comparação com as áreas de floresta primária (FP) em três grandes regiões do bioma Amazônico e verificar a influência dessas coberturas na oferta do serviço ecossistêmico (SE) de regulação climática, dependendo da área de ocupação. Para isso, foram utilizados produtos de sensoriamento remoto com resoluções espaço-temporais elevadas. Com os dados de precipitação, foi calculada a anomalia residual de precipitação anual (ARPA) a fim de reduzir os efeitos da localização geográfica, elevação e variabilidade interanual. Nas análises das variáveis climáticas em função da área ocupada pelas coberturas florestais realizou-se o ajuste de modelos de regressão, para obter modelos matemáticos que descrevessem essa relação entre as variáveis. Os resultados encontrados indicam que, em geral, mesmo com a remoção dos efeitos de localização e fatores de larga escala da precipitação, ainda é possível verificar a influência, principalmente dos eventos de larga escala, nos feedbacks dos usos e coberturas da terra (LULC, da sigla em inglês). Comparando anualmente as respostas da FP e da FS, foi observado que, em geral, as regiões Central (CBA) e Leste do Bioma Amazônico (EBA) apresentam maior sensibilidade aos eventos climáticos El Niño Oscilação Sul (ENOS) e maior ET, em comparação com a região Sul do Bioma Amazônico (SBA). Como são regiões mais próximas ao Equador e com diferentes espécies florestais, sofrem com maior intensidade os impactos causados por esses eventos de larga escala e apresentam maior umidade, favorecendo o aumento da ET, do que a SBA. Além disso, verificou-se que a FP contribui mais para ocorrência de chuva, em relação à FS, na maioria dos anos e em todas as regiões.Analisando as respostas das coberturas nas variáveis climáticas, verifica-se que, em geral, a FS não consegue recuperar o SE de regulação climática ofertado pela FP na região CBA, apresentando ARPA inferiores, ET inferiores e temperaturas elevadas. Nas regiões EBA e SBA, coberturas pequenas e intermediárias de FS aumentam as chuvas em comparação com a FP, embora esse comportamento se inverta para coberturas elevadas. Já na SBA, as ARPA da FP e FS são bem próximas para coberturas pequenas e intermediárias, e para coberturas elevadas a FS apresenta precipitação superior à da FP. No entanto, esse comportamento pode ser influenciado pelo histórico uso do solo, condições edafoclimáticas, tipo de cobertura no entorno da FS e a distribuição espacial (fragmentada ou concentrada) das florestas ao longo da extensão das regiões. Essas informações, a serem refinadas em estudos futuros, podem contribuir para o avanço do conhecimento sobre os efeitos da cobertura de FP e FS no clima local e/ou regional e no desenvolvimento de políticas de conservação de ecossistemas e restauração de áreas degradadas. Espera-se que estes estudos possam subsidiar tomadas de decisões mais eficientes e baseadas não somente em estimativas de sequestro de carbono, mas também em estimativas de incremento na provisão de serviços ecossistêmicos de regulação climática. Palavras-Chave: Interação Biosfera Atmosfera. Serviço Ecossistêmico. Regulação Climática.Item Assessment of extreme climate impacts on large-scale commodity and family farming agriculture in Brazil(Universidade Federal de Viçosa, 2023-05-23) Souza, Livia Maria Brumatti de; Pires, Gabrielle Ferreira; http://lattes.cnpq.br/5511969675942816The changes in extreme climate patterns threaten several sectors that are climate dependent, as agriculture. Climate extremes could affect agricultural production resulting in yield and area losses. Losses in the main crops of family farming of the Brazilian semiarid region and large- scale commodity agriculture of the Mato Grosso and MATOPIBA can compromise national and international food security. Unfortunately, climate change will likely aggravate this situation in the future. This study aims to evaluate the extreme climate impacts on large-scale commodity and family farming agriculture in Brazil during the past and future periods. First, I evaluated the extreme climate impacts on large-scale commodities (soybean and maize second season) and family farming agriculture (maize, bean, and cassava) during 2003-2019. Drought events predominate during this period in both regions, and vapor pressure deficit was the index that better represent the relationship between extreme climate indexes and crop yield in both agriculture types. Family farming crops were more exposed to extreme climate events than commodity agriculture crops, and they are more vulnerable to extreme climate due to low technological levels. In family farming agriculture, maize was the crop most affected by climate extremes, followed by beans and cassava. In commodity agriculture, off-season maize yield was more impacted by drought and hot events than soybean. During this period, family farmers’ agricultural output presented negative trends, while commodity farmers agricultural output presented positive trends. These results illustrate an alarming and worrying situation for family farmers of the semiarid region. Second, to improve future climate risk assessment, the best bias correction method (linear scaling and quantile mapping) was investigated and what are the best models of CMIP6/IPCC for climate (precipitation, minimum and maximum temperatures) and extreme climate variables (maximum consecutive dry days, CDD, and extreme degree days, EDD) in Brazilian regions. The results showed that non-parametric quantile mapping methods (empirical quantile and robust empirical quantile) were the best bias correction methods for almost all variables. Linear scaling presented a slightly better performance in some models and regions for the CDD index with minimal improvement, demonstrating that bias correction cannot improve indexes not well represented by climate models. The best models varied according to the variable, but ACCESS-ESM1-5, EC-Earth3-Veg, CanESM5, EC-Earth3, andCMCC-ESM2 predominated in the variables' ranking after bias correction. Third, in a complementary analysis, the extreme climate impacts were estimated for the main crops of commodity and family farming agriculture under four climate change scenarios (SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0, and SSP5-8.5) in 2021-2100 period. Our results demonstrated increasing trends of hot and dry events during crop growing seasons of both agricultural types in most scenarios and periods, culminating in yield losses. Family farmers will experience a more extreme climate and greater yield losses than commodity farmers. Both agriculture types will need to increase their resilience to deal with climate change, regardless of the scenario, however, more attention and immediate actions are needed for family farmers. Keywords: Extreme climate. Family farming. Commodity agriculture. Bias correction.Item Aspectos ambientais da macaúba (Acrocomia aculeata) - adequabilidade edafoclimática e valoração da fixação de carbono no Brasil(Universidade Federal de Viçosa, 2023-02-16) Petersen, Vinicius Rodrigues dos Santos; Imbuzeiro, Hewlley Maria Acioli; http://lattes.cnpq.br/1770238529365037O mundo deverá alcançar a meta de neutralização de carbono (NetZero) somente entre os anos de 2065 e 2070 e para que isso se torne realidade, diversas ações devem ser desenvolvidas no que se refere a diminuição do uso de combustíveis fósseis, mas também no desenvolvimento de projetos de sequestro e captura de carbono. A transformação das áreas de pastagem degradadas em zonas de cultivo se torna uma ferramenta relevante nesse processo devido a grande quantidade de áreas que hoje não exercem mais o seu papel ecossistêmico e que por muitas vezes até possuem um valor líquido negativo na captura de carbono, ou seja, liberam mais carbono para a atmosfera do que capturam. A macaúba (Acrocomia aculeata) surge como uma espécie vegetal promissora para o mercado internacional de carbono, podendo contribuir com a fixação de cerca de 28,73 t CO 2 eq ha -1 anuais em plantas de 1,6 a 9 anos além de oferecer potencial para suprir demandas alimentares e energéticas, se apresentando então como uma espécie favorável para o plantio nessas áreas degradadas. Além disso, mostra-se cada vez mais relevante o estudo de áreas mais adequadas para determinados tipos de plantio, buscando-se uma segurança maior do investimento aplicado. O primeiro capítulo deste trabalho teve como objetivo realizar um zoneamento edafoclimático do território brasileiro de áreas com maior chance de sobrevivência da macaúba para fundamentar a tomada de decisão de investimento do cultivo da espécie. O segundo capítulo teve como objetivo estimar os ganhos econômicos referentes à captura e estoque de carbono, como serviço ecossistêmico, ao se substituir uma cultura de pastagem degradada pelo cultivo da macaúba. Os resultados obtidos mostraram que a macaúba possui uma maior ocorrência de forma natural na região do Cerrado, mas com possibilidade de ser encontrada em diferentes tipos de regiões devido a sua alta adaptabilidade. Dentro dessas áreas propícias para o cultivo da macaúba, mais de 74 milhões de hectares são classificados como áreas de alta adaptabilidade, e se, ao considerarmos o intervalo de adaptabilidade média e alta juntas, esse valor atinge mais de 232 milhões de hectares. Outro importante resultado mostra que mais de 30 milhões de hectares de pastagem degradadas estão aptos ao desenvolvimento da macaúba, o modelo InVEST, utilizado neste trabalho ainda indicou que há uma possibilidade de ganhos de €13.095 por hectare. Os resultados sugerem que a proposta do projeto em substituir as áreas degradadas pelo cultivo da macaúba representa uma estratégia de destaque com diversos impactos positivos tanto na cadeia produtiva, produção de alimentos, alternativa econômica, mas também como um aliado no combate à emissão de gases do efeito estufa. Palavras-chave: Macaúba. Valoração de carbono. Zoneamento ambiental.Item Interactions between deforestation and atmospheric composition on the climate of Amazônia and Cerrado and their consequences to agriculture(Universidade Federal de Viçosa, 2021-07-22) Abrahão, Gabriel Medeiros; Costa, Marcos Heil; http://lattes.cnpq.br/0221983204772434razilian crop production has managed to grow expressively in the last 15 years with relatively little conversion of natural vegetation. Deforestation in the major Brazilian biomes however is still far from zero, and rates have been going up with the recent dismantling of public environmental governance (EG). Deforestation leads to changes in regional climate, which along with global climate change affects crop yields, often negatively. EG can benefit production by minimizing these effects. This thesis investigates how interactions between deforestation-induced and global climate change can affect Brazilian double cropping systems. These systems in Brazil play an important role on global grain production. Although modelling studies have suggested that they can be severely affected by global climate change, there’s little empirical understanding of their sensitivity to climate. Chapter 1 examines how past climate variability affected municipality-level statistics of soybeans and second crop maize yields and double cropping adoption, and evaluate the impacts of projected global changes in climate. Double cropping in parts of Brazil with strong precipitation seasonality is more likely to occur when the rainy season is larger than 200 days, with no DC in municipality-years below 150 days. CMIP6 models project years with the rainy season shorter than 200 days to be more likely by 2035-2050 under the SSP2-4.5 scenario in key double cropping regions in central Brazil. Soybean yields are projected to decline by ~12%, a result that is not substantially affected by yield model specification. Second crop maize yields are found to be less sensitive to changes in climate than soybeans, with no significant impacts on the country average. However, models that explicitly account for vapor pressure deficit project substantial (>10%) impacts on second crop maize yields in regions with projected rainy season shortening. Chapter 2 uses a fully coupled climate system model and the empirical yield models from Chapter 1 to evaluate how different plausible EG futures can affect the Brazilian production of soybeans and 2nd crop maize. We perform simulations combining two land use scenarios representing different levels of EG and two global climate change scenarios (RCPs 2.6 and 8.5). We find that soybean yields are negatively affected in all scenarios, but differences in EG can impact yields as much as differences in atmospheric composition (RCPs). Stronger environmental governance can prevent soybean production losses equivalent to 442-527 million USD year -1 in the Amazon and 670-1347 million USD year -1 in the Cerrado by 2050, up to 10% of projected production. Collectively, Brazilian soybean farmers have much to gain with better environmental governance and it would be in their interest to enforce and even extend private zero-deforestation agreements in the Amazon and Cerrado biomes. Keywords: Double cropping. Statistical crop model. Climate change. Brazil. Deforestation. Biogeophysical climate change. Land use and land cover change. Earth system modelsItem Crescimento e aspectos fisiológicos do eucalipto em resposta às mudanças climáticas em sistema mini-FACE(Universidade Federal de Viçosa, 2022-04-07) Santos, Isabela Mirian dos Santos; Araújo, Wagner Luiz; http://lattes.cnpq.br/2409629710654252A área plantada com espécies arbóreas vem crescendo significativamente nos últimos anos e, no Brasil, o principal gênero utilizado é o Eucalyptus. Com efeito, o desenvolvimento satisfatório da cultura é dependente de diversos fatores incluindo a concentração de dióxido de carbono [CO 2 ], a disponibilidade hídrica e a temperatura. Cumpre mencionar que o [CO 2 ], um dos principais gases de efeito estufa que permanecem na atmosfera, alcançou níveis recordes em 2021. Registre-se que, para o final deste século, é esperada uma [CO 2 ] de aproximadamente 985 ppm, valor que representa mais que o dobro da concentração atual, devido, em larga escala, à dependência dos combustíveis fósseis e à taxa de crescimento da população mundial. O aumento na [CO 2 ] promove, em geral, um aumento na taxa fotossintética que culmina em ganhos de biomassa e, ao mesmo tempo, está associado à redução na condutância estomática, que leva a uma menor demanda hídrica e a aumentos na eficiência no uso da água. Cumpre mencionar também que incrementos na [CO 2 ] atmosférica estão intimamente associados ao aquecimento global levando, como consequência, a aumentos na temperatura, aumentando a fotorrespiração e reduzindo o ganho líquido de carbono em plantas C3. Neste contexto, são necessários estudos acoplando as respostas vegetais e previsão agrícola frente às mudanças climáticas e variações na [CO 2 ], na disponibilidade hídrica e na temperatura. Portanto, este trabalho teve por objetivo, avaliar o crescimento de árvores jovens de eucalipto submetidas a um ambiente com enriquecimento de [CO 2 ] e de elevação da temperatura por sessenta dias em dois períodos distintos durante o ano de 2021 especificadamente (i) junho a agosto (período com temperaturas mais amenas e menor ocorrência de precipitações) e (ii) outubro a dezembro (período com temperaturas mais quentes e maior disponibilidade hídrica). O experimento foi conduzido utilizando-se dois clones de eucalipto. Os resultados foram apresentados analisando-se o efeito isolado do aumento da [CO 2 ], o efeito do aumento da [CO 2 ] com deficiência hídrica e o efeito do aumento da [CO 2 ] em ambiente aquecido. Ao longo do período de exposição aos tratamentos foram realizadas análises fisiológicas e biológicas. Foi possível observar um menor crescimento em resposta ao aquecimento, ao passo que o aumento na [CO 2 ] contribuiu positivamente para o crescimento e acúmulo de biomassa. Com efeito, foi observado uma mitigação dos impactos negativos causados pela alta temperatura e pela deficiência hídrica em resposta à elevada [CO 2 ]. Em síntese, é plausível sugerir que em condições de mudanças climáticas globais, nas quais aumentos na [CO 2 ] associados com aumentos na temperatura atmosférica e em condições de limitada disponibilidade hídrica serão recorrentes, respostas aclimatativas irão ocorrer de modo a contribuir para a manutenção do crescimento e das taxas fotossintética em plantas jovens de eucalipto. Palavras-chave: Crescimento vegetal. Mudanças climáticas globais. Eucalyptus. Alto [CO 2 ]. Temperatura. Deficiência hídrica.Item Rainfall variability and availability of water resources in the last 40 years in Western Bahia, Brazil(Universidade Federal de Viçosa, 2022-03-03) Santos, Raphael Pousa dos; Costa, Marcos Heil; http://lattes.cnpq.br/8704223943058364In recent decades, the increased demand for food, both nationally and internationally has driven agricultural expansion in Brazil. Biophysical, social, and economic factors have made Brazilian Cerrado one of the biomes with the greatest capacity to occupy its territory with crops. This expansion has started in the 1970s, and currently, the Brazilian Cerrado accounts for 40% of the national agricultural production. Western Bahia is one of the most active agricultural frontiers globally in this biome, with a rapid increase in agricultural and irrigated areas. This study aims to make a hydrological, climatic, and water availability analysis and the impacts that this growth can caused in the last 40 years, from 1980 to 2020. First, considering the period 1980-2015, a climate analysis showed a significant reduction in rainfall of up to 12% since the 1980s, and a reduction in river flows, both for dry and rainy seasons. Seven sub-regions in Western Bahia were identified with a potential risk of conflicts over water use. These regions experienced a 150-fold increase in the irrigated area since 1990s and 90% from 2010 to 2018. In recent years, these conflicts have become more frequent due to a combination of factors: climate variability, increased demand for water resources, and continued trends of decreasing precipitation. Second, in a complementary analysis, extending the analysis period to 2020, it was investigated how the interaction of large-scale (represented by Atlantic Multidecadal Oscillation – AMO) and mesoscale (topography) processes can affect the region’s climate variability. Precipitation and river discharge data indicate a continued reduction. Precipitation has decreased by 11.5% since 1980s. The rainiest bimester, December and January (DJ), indicated a significant negative correlation with AMO (R = -0.62, α = 0.01), showing that precipitation decreases in DJ when the AMO index is positive. Within these 40 years, the five rainiest and driest DJs were selected. The rainiest ones showed that large-scale mechanisms interact with the local topography, promoting a stronger convection and high rainfall rates over the region. There is a regional suppression of convection for this driest DJ bimesters, including over the topographic gradient, shifting the convection center further west, and decreasing rainfall in Western Bahia. The climate variability in the region and the intense growth of irrigation have made the potential of conflicts over water use more frequent. Furthermore, with the continuous increase in North Atlantic temperatures, it is unlikely that the wet climatic conditions existing before the early 1990s will return. Thus, precipitation in the region will be affected, putting pressure on water availability and directly impacting economic activities dependent on climate. Keywords: Climate change. Water security. Hydroclimatic analysis.Item Precipitações extremas em condições não estacionárias para cenários de mudanças climáticas no Brasil(Universidade Federal de Viçosa, 2020-03-04) Cortez, Bianca Nespoli; Pires, Gabrielle Ferreira; http://lattes.cnpq.br/5342961562164280Estudo recentes demonstram que eventos extremos têm aumentado em magnitude e/ou frequência. Acredita-se que as atividades antropogênicas podem amplificar a variabilidade natural de eventos extremos de precipitação e afetar o seu comportamento probabilístico ao longo do tempo. No Brasil, estes eventos têm gerado inúmeros desastres como enxurradas, inundações e movimentos de massas que acarretaram em impactos negativos, em especial no ambiente urbano. O processo de adaptação a estes eventos requer soluções técnicas de infraestrutura geológico-geotécnica e de recursos hídricos. A ideia de clima estacionário, que norteia muitas dessas soluções, não é condição satisfeita para algumas séries de dados atuais e, potencialmente, não será satisfeita no futuro. Assim, é necessário compreender melhor o comportamento dos eventos extremos a fim de elaborar soluções técnicas segundo as projeções climáticas futuras. Portanto, o objetivo deste estudo é avaliar a ocorrência de precipitações extremas em condições não estacionárias no Brasil e suas projeções para cenários de mudanças climáticas. Para isso, as análises foram realizadas com resolução espacial de 0,25o x 0,25o para o Brasil com um banco de dados para o período histórico, composto por dados de precipitação observados de 1980 a 2015, e um banco de dados projetados de 2020 a 2099, dos modelos HADGEM2-ES, MIROC5, MRI-CGCM3, CCSM4, para os cenários RCP 4.5 e 8.5. Para determinar a presença de tendências foi aplicado o teste de Mann-Kendall às séries de precipitação máxima dos dois bancos de dados. Posteriormente, as distribuições foram modeladas segundo a teoria dos valores extremos e aplicado o teste de desvio, utilizando três modelos: estacionário (GEV 0 ) e com parâmetros dependentes do tempo (GEV 1 e GEV 2 ). Os testes foram aplicados ao nível de significância de 5% (α =0,05). Por fim, foram calculados as lâminas de precipitações extremas para os períodos de retorno de 5, 10, 25, 50 e 100 anos em condições não estacionárias para período histórico e para as projeções futuras nos cenários de mudanças climáticas. Os resultados do período histórico indicaram séries não estacionárias em 17,5% da área do Brasil. Em especial, tendências positivas nos estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina, Paraná, Espírito Santo e Rio de Janeiro. Parte do estado de São Paulo e Minas Gerais apresentaram tendências negativas. O teste de desvio indicou, para as séries não estacionárias, melhor aderência das distribuições ao modelo GEV 1 do que ao GEV 2 . A análise das lâminas de precipitação extrema indica que, uma vez definida a existência de tendência na série, empregar o cálculo de forma estacionária tende a subestimar a magnitude dos extremos de precipitação. Além disso, as análises das projeções climáticas futuras indicaram o aumento nas lâminas de precipitação extrema em relação ás lâminas calculadas para o período histórico, em pelo menos 90% do território nacional, para os cenários RCP 4.5 e 8.5. Isso poderá levar, dentre outros impactos, a inundações urbanas mais intensas e mais frequentes, com o aumento dos riscos sociais, ambientais e econômicos. Por fim, é indispensável o controle e a prevenção de impactos de eventos precipitação extrema por meio do dimensionamento adequado dos sistemas de infraestrutura hídrica. Palavras-chave: Eventos extremos. Mudança Climática. GEV. Tendência.