Incertezas nas projeções de variáveis hidrológicas em cenários de mudanças climáticas

Transcrição

1 Incertezas nas projeções de variáveis hidrológicas em cenários de mudanças climáticas Prof. Juan Martín Bravo Instituto de Pesquisas Hidráulicas Universidade Federal do Rio Grande do Sul 24/06/2013 1

2 Organização da apresentação Mudança e variabilidade climática. Fontes de incertezas nas projeções de variáveis hidrológicas. Cenários futuros. Condição inicial de modelos. Representação dos processos físicos. Discretização espacial. Modelos climáticos. Remoção de bias. Exemplo de resultados em estudos de casos. 24/06/2013 2

3 Termos auxiliares Ensemble: Anomalia: GEE: Bias: IPCC Conjunto. Diferença entre um valor da série ou projeção e o valor médio no período de referência. Gases que provocam efeito estufa. Viés. Intergovernmental Panel on Climate Change 24/06/2013 3

4 Mudança e variabilidade climática Representa uma variação do clima ao longo do tempo associada a diferentes causas. Fatores do clima que variam : Temperatura Precipitação Nebulosidade Outros fenômenos climáticos Causas naturais Variabilidade climática Causas antrópicas Mudança climática + IPCC Mudança climática 24/06/2013 4

5 Mudança e variabilidade climática Principais causas Antrópicas Gases efeito estufa (GEE) Aerossóis e nuvens Ozono estratosférico Mudanças no uso da terra Mudanças naturais Erupções vulcânicas Externas Variações da atividade solar 24/06/2013 Fonte: GTI 4AR, IPCC (2007) 5

6 Mudança climática Mais gases de efeito estufa na atmosfera provocam uma maior absorção de radiação infravermelha e conseqüentemente a superfície do planeta se aquece mais. 24/06/2013 6

7 Mudança climática Mudança no uso da terra Reconstrução da vegetação natural potencial Reconstrução das regiões de culturas e pastagens para 1750 e /06/2013 Fonte: GTI 4AR, IPCC (2007) 7

8 Mudança climática Mudança no uso da terra 24/06/2013 8

9 Mudança climática Concentração atmosféricas de GEE GEE %Increm. CO ppm CH ppb N 2 O 270 ppb 381 ppm 1774 ppb 319 ppb 36,1 148,1 18,15 24/06/2013 Fonte: GTI 4AR, IPCC (2007) 9

10 Mudança climática observada Aumento da temperatura superficial média mundial Aumento do nível médio do mar Diminuição da cobertura de neve e extensão de geleiras 24/06/2013 Fonte: GTI 4AR, IPCC (2007) 10

11 Mudança climática observada As temperaturas tem aumentado em quase todo o planeta 24/06/2013 Fonte: GTI 4AR, IPCC (2007) 11

12 Incertezas nas projeções de mudanças climáticas Fontes de incertezas Cenários futuros. Condição inicial de modelos. Representação dos processos físicos modelos climáticos. Discretização espacial. Remoção de bias. 24/06/2013 Fonte: GTI 4AR, IPCC (2007) 12

13 Incertezas nas projeções de mudanças climáticas Cenários futuros - IPCC Os cenários consideram características de mudanças demográficas, de desenvolvimento econômico e mudanças tecnológicas. O cenário A1B apresenta equilíbrio entre os combustíveis fósseis e outras fontes de energia e pode ser considerado como um cenário intermediário entre os cenários A2 e B2. 24/06/2013 Fonte: Special Report on Emission 13 Scenarios SRES (IPCC)

14 Incertezas nas projeções de mudanças climáticas Cenários futuros - IPCC 24/06/2013 Fonte: Special Report on Emission 14 Scenarios SRES (IPCC)

15 Incertezas nas projeções de mudanças climáticas Projeções de temperatura e precipitação média mundial 24/06/

16 Incertezas nas projeções de mudanças climáticas Condição inicial dos modelos climáticos Sistema caótico Efeito borboleta 24/06/

17 Incertezas nas projeções de mudanças climáticas Condição inicial de modelos climáticos 24/06/

18 Incertezas nas projeções de mudanças climáticas Modelos climáticos processos físicos discretização espacial Diferentes modelos climáticos, com diferentes métodos numéricos, discretização espacial e temporal, parâmetros. 24/06/

19 Incertezas nas projeções de mudanças climáticas Modelos climáticos processos físicos discretização espacial 24/06/

20 Incertezas nas projeções de mudanças climáticas Evolução da discretização espacial dos Modelos climáticos ao longo dos Relatórios do IPCC 24/06/

21 Incertezas nas projeções de mudanças climáticas Downscaling dinâmico de modelo climáticos Modelo Regional DADOS DE ENTRADA Modelo global HadCM3 (~300 km grade) Modelo Regional Eta (40 a 20 km grade) 24/06/

22 Remoção de bias: Escalonamento linear 24/06/

23 Remoção de bias: Escalonamento linear 24/06/

24 Resultados clima atual

25 Resultados clima atual

26 Resultados clima atual

27 Resultados clima futuro

28 Remoção de bias: Mapeamento Quantile-Quantile 24/06/

29 Remoção de bias: Mapeamento Quantile-Quantile Correção clima atual 24/06/

30 Remoção de bias: Mapeamento Quantile-Quantile Correção clima futuro 24/06/

31 Remoção de bias: Mapeamento Quantile-Quantile Resultados clima atual 24/06/

32 Remoção de bias: Mapeamento Quantile-Quantile Resultados clima futuro 24/06/

33 Remoção de bias: Delta change * Estimadas anomalias entre clima atual e futuro de modelos climáticos e utilizada para perturbar os dados observados. Clima Fut. Mod. corregido + ou * Delta change Clima Atual Modelo Clima Futuro Modelo Observado 24/06/

34 Estudos de caso A bacia hidrográfica do rio Paraguai 24/06/

35 Bacia hidrográfica do rio Paraguai Evidências de mudanças no regime hidrológico da bacia analisadas em trabalhos prévios com dados até Dados mais recentes 24/06/

36 Bacia hidrográfica do rio Paraguai O comportamento hidrológico da bacia parece ser bastante sensível a variabilidade climática. Grande parte da causa da variabilidade de séries de vazões e níveis foi associada à variabilidade da chuva. 24/06/

37 Bacia hidrográfica do rio Paraguai O objetivo dessa pesquisa é investigar a influência de cenários de mudanças climáticas no regime de precipitação e no regime hidrológico da bacia do rio Paraguai. Como forma de alcançar tal objetivo, propõe-se responder às seguintes perguntas: Qual o efeito esperado provocado por cenários de mudanças climáticas sobre a precipitação e as vazões dos rios na bacia? Existem tendências comportamentais nas previsões dos cenários de mudanças climáticas em diferentes regiões da bacia? Quais as incertezas associadas às previsões dos cenários de mudanças climáticas? 24/06/

38 Caracterização da bacia do rio Paraguai Cálculo de diferentes estatísticas: - Médias mensais - Mínimos - Máximos Análises espaciais 24/06/

39 Modelo hidrológico conceitual O modelo conceitual tem duas componentes principais: (1) Simulação da bacia e parte dos afluentes com modelo hidrológico distribuído chuva-vazão (MGB-IPH) (2) Simulação da rede de drenagem principal por um modelo hidráulico hidrodinâmico (HEC-RAS) 24/06/

40 O modelo MGB-IPH 24/06/

41 Modelo hidrológico conceitual Ajuste do modelo no Rio Paraguai entre Cáceres e Porto Murtinho Medidas de desempenho do ajuste do modelo em diferentes locais da bacia do Alto Paraguai 24/06/

42 Cenários de mudanças climáticas Quatro cenários de emissões do IPCC (IPCC, 2007) foram selecionados para a estimativa de projeções das anomalias das variáveis precipitação e temperatura do ar. Foi utilizado o modelo MAGICC/SCENGEN, (Model for the Assessment of Greenhouse gas Induced Climate Change / SCENario GENerator) versão 5.3, que considera as principais diretrizes estabelecidas pelo Quarto Relatório de Avaliação do Grupo de Trabalho 1 do IPCC 24/06/

43 Cenários de mudanças climáticas Os resultados correspondem a valores médios em uma janela de 30 anos. Os resultados foram obtidos para cada mês do ano. Dois Futuros: Futuro próximo (janela centrada no ano 2030) e Futuro longo (janela centrada no ano 2070). Vinte GCMs foram utilizados. Um total de 3840 simulações com o modelo MAGICC/SCENGEN (2var x 2fut x 20mod x 12meses x 4cen) Exemplo de resultado dado por um GCM: Anomalia de precipitação (%) no mês de dezembro, cenário A1B, Futuro próximo (centrado em 2030) 24/06/

44 Anomalias de temperatura 24/06/

45 Anomalias de precipitação 24/06/

46 Distribuição espacial Valores médios dos resultados, cenário A2 24/06/

47 Modelagem de cenários de mudanças climáticas Representação da situação atual Representação em cenários futuros (P e T observadas perturbadas com as projeções de anomalias) T P Modelo hidrológico conceitual T + DT P(1+DP) Modelo hidrológico conceitual Uma única rodada Qcalc A Uma rodada por GCM, por cenário e por futuro Qcalc(1+DQ ) Comparação de resultados Variação das vazões 24/06/

48 Escenarios de cambios climáticos Resultados preliminares en términos de caudales Cáceres Cuiabá Coxim Aquidauana Pto. Murtinho 24/06/

49 Projeções de vazões Porto Murtinho Cenário A2 24/06/

50 Projeções de vazões Cáceres Cenario A2 24/06/

51 Projeções de vazões Cáceres Cenário A2 24/06/

52 Projeções de vazões Cuiabá Cenário A2 24/06/

53 Projeções de vazões Cuiabá Cenário A2 24/06/

54 Projeções de vazões Coxim Cenário A2 24/06/

55 Projeções de vazões Coxim Cenário A2 24/06/

56 Projeções de vazões Aquidauana Cenário A2 24/06/

57 Projeções de vazões Aquidauana Cenário A2 24/06/

58 Projeções de vazões Futuro próximo Cenário A2 24/06/

59 Projeções de vazões Futuro longo Cenário A2 24/06/

60 Projeções Anomalias de precipitação, temperatura e vazão Cenário A2 24/06/

61 Região em estudo: Taim, RS O Sistema Hidrológico do Taim (SHT) está localizado entre o oceano Atlântico e a lagoa Mirim, sul do Estado do Rio Grande do Sul. 24/06/

62 Metodologia Quatro cenários: A1-AIM e A2-ASF Alta emissão e B1-IMA e B2-MES Baixa emisão Dois futuros: janela de 30 anos centrada em 2030 (futuro próximo) e em 2070 (futuro longo). Estimativa de anomalias de precipitação e temperatura para 20 MCGs. Mediana e percentil 10% e 90% do conjunto. 24/06/

63 Resultados e discussões: Precipitação Futuro próximo A2-ASF B2-MES Futuro longo 24/06/

64 Resultados e discussões: Temperatura Futuro próximo A2-ASF B2-MES Futuro longo 24/06/

65 Resultados e discussões: Incertezas Precipitação Temperatura 24/06/

66 Conclusões As projeções estimadas mostraram uma claro padrão de aumento da temperatura em praticamente todos os meses do ano, sendo a magnitude do aumento dependente do horizonte da previsão e do cenário. As projeções de precipitação futura foram mais contraditórias, pois aumentaram e diminuíram em função do MCG utilizado. Es importante ressaltar as incertezas associadas a essas projeções, que mostraram grandes discrepâncias na estimativa da intensidade das anomalias de precipitação e temperatura, principalmente no caso da precipitação. 24/06/

67 Região em estudo: Taim, RS O Sistema Hidrológico do Taim (SHT) está localizado entre o oceano Atlântico e a lagoa Mirim, sul do Estado do Rio Grande do Sul. 24/06/

68 Metodologia Desempenho dos modelos climáticos representando o clima atual 24/06/2013 Procedimento descrito por Wigley (2008). 68

69 Metodologia Desempenho dos modelos climáticos representando o clima atual Melhores Piores Procedimento descrito por Wigley (2008). 24/06/

70 Metodologia Estimativa das projeções de níveis d água no banhado do Taim 24/06/

71 Resultados e discussões: Níveis d água Série contínua Médias mensais 24/06/

72 Resultados e discussões: Todos os modelos Futuro próximo A2-ASF B2-MES Futuro longo 24/06/

73 Resultados e discussões: Melhores modelos Futuro próximo A2-ASF B2-MES Futuro longo 24/06/

74 Resultados e discussões: Piores modelos Futuro próximo A2-ASF B2-MES Futuro longo 24/06/

75 Conclusões Considerando todos os modelos, foram obtidos valores médios de anomalias do nível d água do banhado do Taim de 0,04m a 0,13m no futuro próximo e de 0,12m a 0,56m no futuro longo. A seleção de um subconjunto de modelos dentre os vinte modelos climáticos para o calculo das estatísticas mostrou uma grande influência nos resultados obtidos. Considerando o subconjunto de melhores modelos, o padrão de aumento dos níveis do banhado do Taim foi mais evidente, ao mesmo tempo em que a faixa de incerteza dos resultados foi menor. O contrário aconteceu quando considerado o conjunto de piores modelos. 24/06/

76 Incertezas nas projeções de mudanças climáticas Comentários finais As projeções de variáveis hidro-climatológicas são feitas com longas antecedências: 25, 50, 100 anos! Nenhum modelo consegue representar o sistema perfeitamente nem gerar projeções de seu comportamento perfeitamente. Uma quantificação das incertezas é necessária na estimativas de projeções de mudanças climáticas para auxílio na tomada de decisão. Principal fonte de incertezas associada aos diferentes modelos climáticos. 24/06/

77 Muito obrigado!! Prof. Juan Martín Bravo Instituto de Pesquisas Hidráulicas Universidade Federal do Rio Grande do Sul 24/06/