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Linking meteorological fire danger and burnt area in Brazil under present and future climate conditions
Publication . Silva, Patrícia Santos; Câmara, Carlos Portugal da,1957-; Bastos, Ana Filipa Ferreira,1986-
O fogo é uma das mais importantes perturbações ecológicas à escala local e global, afetando a distribuição e estrutura da vegetação, o ciclo do carbono e o clima. Os fogos emitem cerca de 2.2 PgC/ano (uma parcela significante comparativamente às emissões da indústria e combustíveis fósseis: 9.4 PgC/ano na última década) e têm impactos substanciais ao nível económico, social e de saúde. O fogo é comum no Brasil e na última década têm sido atingidos os maiores valores de área queimada desde que existem registos. No futuro, espera-se no Brasil um aumento moderado a elevado no potencial de fogo, uma transição para um clima mais seco e quente e uma maior probabilidade de ocorrência de eventos climáticos extremos. Fenómenos como secas e ondas de calor tornar-se-ão mais frequentes, estas últimas poderão vir a ocorrer a cada dois anos. Assim o estudo desta temática afigura-se essencial, de modo a fornecer às autoridades competentes a informação necessária ao planeamento e possível prevenção de fogos no futuro. Neste estudo, usa-se um índice de risco de fogo desenvolvido para os biomas Brasileiros, o Meteorological Fire Danger Index (MFDI), desenvolvido pelo CPTEC/INPE, e um modelo regional de clima, o RCA4 do Rossby Centre (regional downscaling do EC-Earth para a América do Sul no âmbito do programa CORDEX), para avaliar a evolução do risco de fogo e área queimada em clima presente e futuro. O MFDI é utilizado operacionalmente no INPE para estimar valores diários de risco de fogo para a América Central e do Sul. O MFDI baseia-se no princ´ıpio de que quantos mais dias sem precipitação, maior o risco de fogo. O MFDI estima o quão propícia a vegetaçãp está para ser queimada em determinado dia com base nas respectivas condições meteorológicas, nomeadamente temperatura máxima, humidade relativa mínima, precipitação acumulada e coberto vegetal. Para este último usou-se o mapa de vegetação do IGBP adaptado para o Brasil pelo INPE para 2005, e avaliaram-se os quatro landcovers predominantes: Evergreen Broadleaf Forest (EBL; inclui a Amazónia), Closed Shrublands and Woody Savannas and Open Shrublands and Savannas (CSWS+OS; inclui os biomas brasileiros cerrado e caatinga), Croplands (C) e Grasslands (G). Por último, é de notar que o MFDI é um índice de perigosidade meteorológica, pelo que não considera a ignição nem a propagação do fogo. O clima presente é avaliado recorrendo a três reanálises: ERA-Interim, MERRA-2 e NCEP-DOE Reanalysis II. Estas usam modelos para compilar de modo consistente observações de todo o globo (desde medidas no terreno a dados de satélite), constituindo assim o melhor conjunto de dados observacionais disponível à escala global. Adicionalmente, dados de área queimada são usados de forma a avaliar a capacidade do MFDI para reproduzir as condições atuais de fogo no Brasil. Para tal, recorreu-se ao produto AQM desenvolvido por Libonati et al. [2015] e calibrado para o Brasil usando dados do instrumento MODIS. Por outro lado, o clima futuro é avaliado usando o modelo regional de clima juntamente com os cenários de clima futuro RCP2.6, RCP4.5 e RCP8.5 do IPCC. Estes são denominados consoante o seu forçamento radiativo em 2100(Wm-2) e permitem simular possíveis trajetórias de emissões de gases com efeito de estufa, aerossóis, concentrações de gases na atmosfera e alterações no uso do solo. O MFDI calculado por dados baseados em observações é comparado com informação de área queimada (BA), revelando-se capaz de replicar tendências de BA a nível inter e intra-anual. Observam-se diferenças entre valores de MFDI baseado nas reanálises: no geral, os dados do ERA-Interim conduzem aos maiores valores de MFDI enquanto que o NCEP conduz aos mais baixos (MERRA revela valores intermédios entre ambos). A reanálise ERA-Interim apresentam valores mais elevados de temperatura e mais baixos de humidade relativa, levando a um aumento do MFDI em todos os landcovers excepto no EBL onde, devido a valores elevados de precipitação, o MFDI apresenta valores inferiores comparativamente às outras reanálises. Avaliando valores mensais totais de área queimada nos 12 anos de dados, verifica-se que os meses de maior BA são de Agosto a Outubro, pelo que estes foram considerados a época de fogos. A maior contribuição para a BA total é dada por CSWS+OS e a menor pelo EBL. Com estes resultados, simples modelos de regressão linear foram desenvolvidos para prever mudanças de área queimada usando o MFDI como preditor. Ao analisar a linearidade entre o MFDI calculado pelas reanálises e os dados de área queimada, escolheu-se o MFDI baseado nos dados ERA-Interim como preditor, dado que com este foram obtidos os maiores coeficientes de determinação em três dos quatro landcovers avaliados (representando 93% da ´area do Brasil) e ainda devido à sua maior resolução espacial. Os modelos foram ainda avaliados para diferentes períodos da época de fogos, onde se encontrou correlações mais elevadas em Agosto-Outubro para EBL e Setembro-Outubro para os restantes landcovers. Os modelos de área queimada resultantes são capazes de explicar pelo menos 50% da variˆancia em todos os landcovers considerados (com resultados particularmente positivos para CSWS+OS, onde explicam 77% da variância). Adicionalmente, o MFDI é calculado para condições de clima presente e futuro usando os resultados de simulações do RCA4. Em geral, o risco de fogo simulado apresenta curvas semelhantes às calculadas pelas reanálises, mantendo-se dentro dos valores observacionais na maior parte dos meses para todos os landcovers. Descobriram-se no entanto diferenças sistemáticas na temperatura em todos os landcovers e ainda diferenças significativas no campo da precipitação no EBL, que resultam em valores distintos de MFDI baseado em observações e simulações. É de salientar que tanto o MFDI baseado em simulações como o MFDI baseado em reanálises apresentam valores elevados no inverno austral, porém o pico do MFDI simulado dá-se em Setembro para o CSWS+OS, C e G, enquanto que o risco calculado com dados de reanálises ocorre um mês antes: desta forma, os dados do modelo resultam em maior risco de fogo no mês que arde mais. Para o futuro, o modelo calcula ainda um aumento de MFDI em todo o ano, especialmente na época de fogos, dado o aumento de temperatura e menor humidade relativa. Também é de notar um aumento de precipitação no verão austral para CSWS+OS e C. Devido às discrepâncias encontradas, corrigiu-se a distribuição do MFDI (após testes de normalidade) de forma a aproximar o MFDI simulado ao calculado pelo ERA-Interim, resultado usado para prever futura área queimada usando os modelos de área queimada previamente desenvolvidos. De acordo com o aumento de MFDI estimado anteriormente, a BA tende também a aumentar ao longo do século: encontraram-se aumentos sistemáticos no valor médio comparativamente ao período histórico para todos os landcovers e cenários. Estes são especialmente notórios no RCP8.5, sendo o RCP2.6 o único cenário no qual o MFDI médio tem um menor valor no final do século comparativamente a meados do século (i.e. o risco de fogo diminui na segunda metade do século). CSWS+OS é o landcover que apresenta os maiores aumentos de média e desvio-padrão de BA quando comparado ao período histórico. Isto é de especial relevância considerando que este representa 76% da área queimada do Brasil. Concluindo, alterações significativas nos parâmetros meteorológicos e um aumento do risco de fogo (e por conseguinte, área queimada) são expectáveis para o Brasil nas próximas décadas. Estas alterações dependem em grande medida das trajetórias futuras de emissões de gases com efeito de estufa. É de notar, no entanto, as limitações deste trabalho: é usado um coberto vegetal estático, não tendo em conta as interacções entre o fogo e a vegetação; só é usado um modelo de clima regional, estando assim o estudo limitado à variabilidade interna e incertezas deste; e ainda que não é tido em conta a influência humana, nem a ignição e propagação do fogo.
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Entidade financiadora
Fundação para a Ciência e a Tecnologia
Programa de financiamento
3599-PPCDT
Número da atribuição
FAPESP/1389/2014