A INFLUÊNCIA DO ARCO DO DESMATAMENTO SOBRE O CICLO HIDROLÓGICO DA AMAZÔNIA

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1 A INFLUÊNCIA DO ARCO DO DESMATAMENTO SOBRE O CICLO HIDROLÓGICO DA AMAZÔNIA Josivan da Cruz Beltrão 1 Cléo Quaresma Dias Júnior 2 Júlia Clarinda Paiva Cohen 3 Adilson Wagner Gandu 4 RESUMO- Este trabalho buscou quantificar impactos no ciclo hidrológico, especialmente o padrão de precipitação, decorrentes do avanço do arco do desmatamento, usando modelo regional de alta resolução com sub-modelo de vegetação dinâmica acoplado. Foram utilizados, como condições de contorno de superfície, os cenários de mudanças na cobertura da terra, derivados dos resultados de Soares Filho (2005), para os anos de 2002 e 2050, numa situação sem governância, com tempo de simulação de 75 dias. O modelo mostrou que houve um aumento médio no padrão de chuvas nas regiões desmatadas, e uma diminuição em outras regiões. Observou-se ainda, convergência de umidade e aumento de temperatura na região desmatada. Acredita-se que a combinação destes fatores justifica a anomalia de precipitação observada. ABSTRACT- The objective of this work was to quantify the impacts in the hydrological cycle, especially the distribution of precipitation, decurrent from the advance of the deforestation s arc, using a high resolution regional model coupled with a dynamic vegetation sub-model. It was used, as surface boundary conditions, the land cover scenario derived from Soares Filho s (2005), for the years 2002 and 2050, in a no governance situation and the model was run for 75 days. The results show that there was an increase on the average rainfall over deforested regions, and a decrease over other regions. The results show also that there was convergence of moisture and an increase in the temperature over deforested regions. It is believed that the combination of these factos are responsible for the observed anomaly of precipitation. Palavras-Chave Arco do desmatamento, Ciclo hidrológico, Modelagem de alta resolução. INTRODUÇÃO Nas últimas três décadas a Amazônia vem passando por um processo acelerado de ocupação, que levou a um desmatamento de cerca de 14% de sua área (PRODES, 2005). Esse desmatamento está concentrado em uma faixa que se estende pelo sul da região, desde o Maranhão até Rondônia. Este setor é comumente denominado Arco do Desmatamento, representando uma área de transição entre dois dos maiores biomas brasileiros, a Amazônia e a região de cerrado, contendo partes preciosas da biodiversidade das duas regiões. O Arco do Desmatamento é composto por 524 municípios, que juntos possuem população total de cerca de habitantes. 1 Universidade Federal do Pará - Departamento de Meteorologia - CG. Rua Augusto Correa n 01, Guamá, CEP Belém-PA. Cx.Postal: Fone: (91) josivanbeltrao@yahoo.com.br. 2 Universidade Federal do Pará - Departamento de Meteorologia - CG. Rua Augusto Correa n 01, Guamá, CEP Belém-PA. Cx.Postal: Fone: (91) cleoquaresma@yahoo.com.br. 3 Universidade Federal do Pará - Departamento de Meteorologia - CG. Rua Augusto Correa n 01, Guamá, CEP Belém-PA. Cx.Postal: Fone: (91) jcpcoehn@ufpa.br. 4 Universidade de São Paulo Departamento de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas. Rua do Matão, n Cidade Universitária, CEP São Paulo-SP. Fone: (11) adwgandu@model.iag.usp.br.

2 Uma grande questão é tentar avaliar o impacto dessas mudanças no uso e cobertura da terra sobre o clima e sua variabilidade. Nessa perspectiva o Experimento LBA (Experimento de Grande Escala da Biosfera e Atmosfera da Amazônia), através de coleta de dados observacionais nos vários sítios experimentais e de estudos de modelagem numérica, vem fazendo um considerável esforço para responder a questionamentos deste tipo. Vários estudos, através do uso de modelos numéricos de circulação geral (MCG) têm avaliado o impacto do desmatamento sobre o clima (Nobre et al. 1991; Lean et al., 1996, entre outros). De uma forma geral, os resultados apontam para o aumento da temperatura da superfície e diminuição da precipitação e evapotranspiração sobre a região. Entretanto, estudos numéricos regionais dos efeitos do desmatamento na Amazônia também já foram realizados com enfoque principal sobre a região de Rondônia (Silva Dias e Regnier, 1996) e no leste da Amazônia (Gandu et al, 2004). No leste da Amazônia foram observados importantes aspectos do processo de desmatamento, ressaltando efeitos que não foram anteriormente simulados com os MCG. Ao contrário de estudos com modelos de grande escala, o modelo regional mostrou que o desmatamento na região leste da Amazônia não provoca uma diminuição generalizada na precipitação. De uma forma geral, os resultados para simulações de desmatamento na região leste da Amazônia mostram que, em simulações de mais alta resolução, a topografia, o litoral e sistemas de grandes rios têm um importante papel nos padrões anômalos de precipitação, ventos e energia (Gandu et. al 2004). Dessa forma, o estado do conhecimento atual ainda não permite se estabelecer cenários de mudanças climáticas regionais com grande confiança. Ainda que todas as projeções indiquem aumento de temperatura, é fundamental desenvolver estudos para obter resultados confiáveis nas prováveis mudanças do clima. De uma forma geral, simulações climáticas consideram um vasto cenário de desflorestamento da Amazônia, com substituição integral por pastagem ou cerrado e concluem que a precipitação é consideravelmente reduzida. Assim, o objetivo deste trabalho foi simular os efeitos, no ciclo hidrológico, principalmente na precipitação, resultantes da expansão do arco do desmatamento, baseados em cenários mais realísticos de usos da terra. DESENHO EXPERIMENTAL No presente trabalho foram feitas simulações numéricas climáticas com a versão brasileira do modelo RAMS (Regional Atmospheric Modeling System) (Cotton et al., 2003), o BRAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modeling System). Esse modelo inclui as equações de movimento, de calor, de umidade e da continuidade. Inclui ainda um sub-modelo de superfície continental, que representa o armazenamento e mudança de energia e umidade, associado com a interface terraatmosfera e também nuvem, precipitação e sub-modelos de radiação, representando os processos físicos associados com as interações de energia atmosférica e umidade.

3 Levando em consideração a importância da dinâmica das trocas de massa (H 2 O e CO 2 ) e energia entre a superfície da terra e a atmosfera, será utilizado em acoplamento com o modelo BRAMS o modelo GEMTM (General Energy and Mass Transport Model) (Chen & Coughenour 1994). Esse modelo é composto por vários sub-modelos: um sub-modelo de microclima do dossel, um sub-modelo de dinâmica térmica do solo, um sub-modelo de dinâmica de água no solo, um submodelo de crescimento da planta, que inclui fotossíntese da folha e condutância estomatal, produção de biomassa, dinâmica de distribuição espacial da raiz, e um sub-modelo de respiração do solo. Dessa forma, com o GEMTM poderá ser simulada a interação dinâmica entre a superfície (dossel) e a atmosfera, que não é representado pela maioria dos modelos de circulação geral e mesoescala. Neste trabalho, utilizou-se uma grade com 83 pontos leste-oeste e 48 pontos norte-sul (intervalo horizontal entre pontos de 80 km) e abrangendo uma área de latitude 21 S a 12 N e de longitude 25 W a 85 W. Esta grade possui 38 camadas verticais, sendo que a primeira cobre os 100 m iniciais da atmosfera, enquanto que as camadas sucessivas são aumentadas por um fator de 1.1 até alcançar uma dimensão de 1000 m, a partir da qual as camadas se tornam constantes em espessura. O modelo usa ainda 13 camadas verticais no solo. Como condições de contorno na superfície e dados de entrada no sub-modelo de interação superfície-atmosfera, foram usados mapas de cobertura do solo oriundos dos resultados de Soares Filho et al (2005), que utilizaram um modelo empírico de dinâmica de desmatamento para simular os impactos da pavimentação no avanço do desmatamento ao longo da Amazônia. Os mapas de classe de vegetação foram produzidos para dois casos distintos. No primeiro caso, chamado de sem governância (ou business as usual ), no qual as forças de destruição continuam sem efetiva contraposição. O segundo caso, chamado de governância (ou governance ), no qual os vários seguimentos da sociedade, em conjunto com o Estado, desempenham um importante papel em prol da utilização regulada dos recursos naturais e conseqüente conservação da integridade ambiental da bacia amazônica. Aqui, foram utilizados dois cenários de cobertura vegetal gerados por Soares Filho et al., um para o ano de 2002, o qual foi denominado CONTROLE, e o outro para 2050, chamado FUTURO, ambos sem governância (Figura 1). O modelo foi rodado para um período de 75 dias, começando às 00h UTC de 1 de novembro até às 00h UTC de 15 de janeiro, para cada cenário. A Tabela 1 especifica os tipos de cobertura do solo considerados pelo modelo BRAMS, cada número está associado a um tipo de vegetação mostrada na Figura 1.

4 Figura 1 Tipo de cobertura do solo para CONTROLE (cenário 2002) (esquerda), e para FUTURO (cenário 2050) (direita). Figuras geradas a partir de resultados de Soares Filho et al. (2005) disponíveis em Tabela 1 Tipos de superfícies utilizadas pelo modelo BRAMS código Cobertura do solo código Cobertura do solo código Cobertura do solo 0 Ocean 8 Short grass 16 Irrigated crop 1 Lakes, rivers, streams 9 Tall grass 17 Bog or marsh 2 Ice cap/glacier 10 Semi-desert 18 Wooded grassland 3 Desert, bare soil 11 Tundra 19 Urban and built up 4 Evergreen needleleaf Wetland evergreen 12 Evergreen shrub 20 broadleaf 5 Deciduous needleleaf 13 Deciduous shrub 21 Very urban 6 Deciduous broadleaf 14 Mixed woodland 7 Evergreen broadleaf 15 Crop/mixed farming, C3 grassland RESULTADOS A Figura 2(a) apresenta a precipitação total acumulada para a simulação CONTROLE. Observa-se uma precipitação uniforme na maior parte da Amazônia, com valores em torno de 1000 mm, com exceções em algumas regiões do Pará e Amazonas, que mostram valores da ordem de 2000 mm. Pode-se observar ainda a presença da Zona de Convergência Intertropical, com valores mais elevados de precipitação, o que mostra que o modelo está gerando uma boa representação da sua posição. A Figura 2(b) mostra a anomalia de precipitação, representada pela diferença entre os experimentos FUTURO e CONTROLE. Neste caso observa-se que a expansão do arco do desmatamento não provoca uma redução generalizada da precipitação, ao contrário do que indicam simulações com MCG (Rocha 2001). Verifica-se um aumento da precipitação, principalmente nas regiões em que houve desmatamento. Já nas regiões não desmatadas e regiões costeiras (Guiana Francesa até o leste do Pará), tem-se uma redução da mesma. Resultados semelhantes foram

5 encontrados por Gandu et al. 2004, em que as simulações foram feitas levando-se em consideração uma substituição total da floresta por pastagem. (a) Figura 2 (a) Precipitação total CONTROLE. (b) Anomalia de precipitação FUTURO menos CONTROLE. (b) Os efeitos do desmatamento sobre a temperatura e convergência de umidade estão mostrados na Figura 3. Para o primeiro nível da atmosfera (altitude de 47 m), a temperatura média apresentou um aumento nas regiões em que ocorreu mudança na cobertura do solo, de floresta para pastagem, da ordem de 0.6 C na maior parte da região, com alguns picos de até 1.2 C, como na divisa do Acre com o Estado do Amazonas. Salienta-se que nas regiões onde a floresta foi mantida, a temperatura não sofreu mudanças significativas. (a) (b) Figura 3 (a) Anomalia de temperatura para todo o período. (b) Convergência de umidade. Observou-se um aumento da convergência de umidade foram observados os maiores valores sobre regiões desmatadas que ficaram cercadas por florestas, como pode ser observado sobre o estado de Roraima na Figura 3(b). Rosolem 2005, estudando alguns impactos no ciclo hidrológico,

6 especialmente o padrão de precipitação, decorrentes do desmatamento regional nas proximidades da rodovia Cuiabá-Santarém (BR-163), encontrou resultados semelhantes. CONCLUSÃO Este trabalho buscou quantificar, por meio de um experimento numérico de simulação da atmosfera com modelo de alta resolução, alguns impactos no ciclo hidrológico decorrentes do desmatamento na região amazônica. Foram utilizados cenários de desmatamento providos por modelos empíricos de desmatamento, para os anos de 2002 e 2050, numa situação sem governância. De maneira geral, observou-se um aumento na precipitação próximo à região desmatada e redução em outras regiões. Acredita-se que devido a distribuição heterogênea do uso da terra, podem ter sido geradas células térmicas sobre a região desmatada. Tais células provocaram o levantamento de massa (por convergência) aproximadamente acima da região desmatada, carregando vapor d água proveniente das regiões de floresta nas adjacências, e promovendo a formação de nuvens e chuva convectiva. AGRADECIMENTOS Esta pesquisa está sendo financiada pelo CNPq/Instituto do Milênio (Processo /2005-5), pela SECTAM/PRONEX e pelo Instituto Internacional de Educação do Brasil (IEB), juntamente com a Fundação Moore com a concessão de bolsa/auxílio de mestrado através do Programa BECA. Os autores agradecem ao Dr. Renato Ramos da Silva pelas valiosas sugestões e revisão do trabalho. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CHEN, D.; COUGHENOUR, M. B. GEMTM: a general model for energy and mass transfer of land surfaces and its application at the FIFE sites. Agricultural and forest meteorology. vol. 68, no3-4, pp (2 p.1/2), COTTON, W.R. e co-autores. RAMS 2001: Current status and future directions. Meteorol Atmos Phys 49:69-91,2003. GANDU, A.W.; COHEN, J.C.P.; SOUZA, J.R.S. Simulation of deforestation in eastern Amazonia using a high-resolution model. Theoretical And Applied Climatology, v. 78, LEAN, J.; BUNTON, C.B.; NOBRE, C.A.; ROWNTREE, R.L. The simulation of Amazonian deforestation on climate using measured ABRACOS vegetation characteristics. In GASH, J.H.C. et al. Amazonian Deforestation and Climate. Chichester (England): John Wiley & Sons Ltd., 611 pp., NOBRE, C.A.; SELLERS, P.J.; SHUKLA, J. Amazonian Deforestation and Regional Climate Change. Journal of Climate : ,1991. PRODES - Programa de desmatamento da Amazônia Monitoramento da Floresta Amazônica por satélite, INPE/IBAMA, ROSOLEM, R. O impacto do desmatamento no ciclo hidrológico: um estudo de caso para a rodovia Cuiabá-Santarém. Dissertação de Mestrado. Universidade de São Paulo, SILVA DIAS, M.A.F.; REGNIER, P. Simulation of mesoscale circulations in a deforested area of Rondonia in dry season. In GASH, J.H.C. et al. Amazonian Deforestation and Climate. Chichester: John Wiley & Sons Ltd., 611 pp., SOARES-FILHO, B.S.; NEPSTAD, D.C.; CURRAN, L. et al. Cenários de desmatamento para a Amazônia. vol. 19, no. 54 [cited ], pp , 2005.