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domingo, 11 de janeiro de 2015

Mudanças climáticas e sua relação com os recursos hídricos

Imagem: Paulo Whitaker

Luiz Carlos BaldiceroMolion
Professor e Pesquisador Aposentado INPE/MCTI e ICAT/UFAL

Mudança climática e seus impactos catastróficos sobre a Sociedade é um tema amplamente discutido na atualidade, na maioria das vezes com dose excessiva de emotividade, ideologia e pouco embasamento científico e evidências observacionais. Até que ponto as variações climáticas observadas fazem parte de uma mudança real ou não passam de variabilidade natural de longo prazo do clima é uma questão debatível.
Porém, é muito claro que o planejamento das atividades humanas, particularmente agricultura, gerenciamento de recursos hídricos e defesa civil, requerem uma antevisão da tendência do clima com intervalos de tempo suficientemente amplos, de 10 a 20 anos de antecedência pelo menos, para que seus resultados possam ser úteis. Os métodos existentes para se obterem essa antevisão são basicamente de duas classes. Os métodos estatísticos/estocásticos, alguns sofisticados, que identificam possíveis ciclos, ou periodicidades, nas séries temporais longas de dados observados, filtrados ou não, e os projetam para o futuro.
Esses métodos são baseados na hipótese de estacionaridade das séries de dados e, portanto, sofrem de uma limitação severa que é o fato de não levarem em conta a variabilidade natural do clima, resultante de complexas interações entre os processos físicos diretos e de realimentação (“feedback”) que o produzem. Outra classe é os modelos de simulação do clima global (MCG) que, embora baseados em equações da Dinâmica dos Fluidos e da Termodinâmica dependentes da variável tempo, são limitados, pois os processos físicos diretos e de “feedback” que controlam o clima não são representados adequadamente e esses MCG não conseguem reproduzir o clima atual.
Dentre muitos problemas apresentados pelos MCG, está a representação dos processos físicos com escala espacial inferior a da sua grade tridimensional, como formação-desenvolvimento de nuvens e precipitação, transportes verticais turbulentos de calor e de umidade dentro e para fora da camada limite planetária, transporte de calor pelas correntes marinhas, que precisam ser parametrizados, ou seja, representados por algoritmos matemáticos empíricos que, assume-se, descrevam a Física dos processos satisfatoriamente. Tais algoritmos, entretanto, são baseados no atual conhecimento científico e devem ser considerados aproximações simples ou “as melhores estimativas possíveis” desses processos. Os MCG são usados atualmente para prognosticar o clima por 3 a 6 meses de antecedência epara projetar as mudanças climáticas nos próximos 100 anos pelo Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC, sigla em Inglês).
A proposta que se faz aqui é a utilização de uma técnica combinada que consiste em utilizar a base de dados de fenômenos climáticos de baixa frequência observados, ou seja, fenômenos de duração multidecadal, e associá-la a análises regionais, elaboradas com métodos estatísticos, para os prognósticos climáticos. Um fenômeno que apresenta essas características é a Oscilação Decadal do Pacífico (ODP), descrita por Mantua et al (1997) como sendo um evento El Niño-Oscilação Sul (ENOS) de grande duração. Enquanto as fases do ENOS têm uma duração média de 6 a 18 meses por fase, totalizando cerca de 3 a 4 anos por ciclo completo, a ODP apresenta um ciclo de 50 a 60 anos, com duração de 25 a 30 anos por cada fase. A fase fria da ODP é caracterizada por uma configuração de temperaturas da superfície (TSM) com anomalias negativas (águas mais frias) no Pacífico Tropical e ao longo da costa das Américas e anomalias positivas nos extratrópicos, enquanto sua fase quente apresenta configuração oposta.A reconstrução das TSM do Pacífico no Século XX (Figura 1)mostra que a ODPapresenta pelo menos duas fases quentes distintas,uma entre aproximadamente 1925-1946 e outra entre 1976-1998, e uma fase fria bem definida entre 1946-1976.
Considerando que a atmosfera é aquecida por baixo, ou seja, ar em contato com a superfície terrestre, que o Pacífico ocupa 35% da superfície, e, ainda, o longo tempo de duração de cada fase da ODP, essas oscilações devem modificar o clima global,tal que seus impactossejam detectáveis nas análises. O objetivo deste artigo é mostrar que não estão ocorrendo mudanças climáticas, muito menos de origem antropogênica, conforme se propala, mas, sim, que existe uma variabilidade natural, de escala de décadas, imposta pela ODP e pela variabilidade da atividade solar,e que essa variabilidade causa impactos significativos nos recursos hídricos.
fig 1
 Figura 1.  Índices e fases da ODP (adaptada de Mantuaet al, 1997)
  1. Dados e Metodologia
Uma grande dificuldade para se realizarem estudos climáticos de prazo longo, é a existência de séries temporais longas de variáveis meteorológicas e hidrológicas observadas, não disponíveis ou inacessíveis em muitas partes do planeta. Assim, o conjunto de dados de Reanálises do NCEP/NCAR, no período 1948 a 2010, embora apresente limitações, torna-se uma fonte atraente para análises de variabilidade temporal e espacial do clima. Esses dados, dispostos em pontos de grade espaçados de 2,5° de latitude por 2,5° de longitude, são utilizados para análises preliminares, com intuito de identificar regiões brasileiras em que a variabilidade climática interdecadal tenha sido mais expressiva ou aparente, e incluem variáveis, como precipitação, componentes zonal e meridional do vento e TSM, disponíveis no saite do Earth System ResearchLaboratory, Physical Science Division, NationalOceanicandAtmosphericAdministration (ESRL/PSD/NOAA). Em particular, os conjuntos de dados de temperatura e de precipitação, compilados pela Universidade de Delaware (UDEL), são dados observados no período 1948-2010 e que foram dispostos em pontos de grade espaçados de 0,5° x 0,5°. Alerta-se para o fato de esse conjunto de dados ter um número não muito expressivo de estações meteorológicasem seus anos iniciais,limitando sua cobertura espacial, e que, portanto, deva ser utilizado com certa cautela.Foram utilizados, também, dados hidrológicos disponíveis na Hidroweb, Agência Nacional de Águas (ANA). Os índices climáticos utilizados do site do ESRLforam o Índice Multivariado de ENOS (IME) e os da ODP. O IME é um índice que define a ocorrência de um evento El Niño se positivo ou de um La Niña se negativo.Para maiores detalhes sobre a elaboração desses índices, consulte o site www.esrl.noaa.gov/psd. Foi gerada a série de desvios padronizados da precipitação para o período 1948-1998, que cobre as duas fases da ODP, com a finalidade de correlacioná-la com os índices climáticos. Os mapas de precipitação e de correlação temporal foram elaborados com os aplicativos existentes no próprio site. 
  1. Resultados
Com relação ao clima global, observou-se a curiosa coincidência entre as fases da ODP (Figura 1) e o gráfico das anomalias da temperatura média global dos últimos 150 anos (Figura2), elaboradocom a série de dados disponíveis na Unidade de Pesquisa do Clima, Universidade de EastAnglia (CRU/UEA), Inglaterra. Nessa Figura, veem-se dois períodos de aquecimento global, 1925-1946 e 1976-1998, que coincidem com as respectivas fases quentes da ODP, enquanto o resfriamento global do período 1946-1976, não explicado pelos defensores do aquecimento global antropogênico, correspondeu a sua fase fria.
 fig 2
Figura 2. Desvios anuais da temperatura do ar média global e as fases da ODP (adaptada deJones et al, 1999)
A análise da série dosIME indica que a frequência de eventos El Niño foi maior durante as fases quentes da ODP, enquanto a frequência de La Niñas foi maior em sua fase fria. Esse aspecto, por si só, já caracteriza uma mudança prolongada do estado atmosférico, uma vez que é aceito que eventos El Niño, de maneira geral, produzam excesso de chuvas e inundações nas regiões Sul e Sudeste e secas na Amazônia e Nordeste, enquanto ocorreria o contrário com eventos La Niña. Outro resultado que induz à reflexão é que o propalado aquecimento global antropogênico a partir de meados da década de 1970 coincide com a segunda fase quente da ODP (1946-1998) em que ocorreu uma frequência grande de eventos El Niño intensos. Já foi demostrado que o Pacífico Tropical libera enormes quantidades de calor para a atmosfera durante os eventos El Niño. Ou seja, é muito mais provável que o aquecimento global observado no período 1976-1998 tenha sido natural, provocado pelo calor liberado pelos eventos El Niño, do que causado pelos gases de feito-estufa emitidos pelas atividades humanas. Portanto, não se nega que o planeta tenha aquecido no período 1976-1998. O que se afirma é sua causa ter sido natural e não antropogênica!
Na Figura 3a, apresenta-se um mapa de diferença de precipitação média anual da fase fria menos a da fase quenteda ODP para o período mais chuvoso outubro-março. Observa-se que, com exceção de algumas áreas na Amazônia e litoral leste do Brasil, os números são negativos, indicando que, na fase fria (1948-1976), choveu menos que na fase quente (1976-1998) de maneira geral no país.Exemplificando, no Sul e Sudeste, as reduções são superiores a 200 mmacumulados no período outubro-março entre as duas fases da ODP, o que corresponde a uma redução de 15% a 25% com relação à média, dependendo da localidade. Já na região aproximadamente entre os meridianos 55°W-60°W e ao norte de 12°S, que engloba a Bacia do Rio Xingu e parte do Tapajós, as diferenças são positivas e superiores a 300 mm.O mapa de isolinhas de coeficientes de correlação temporal entre os ÍME e a média anual da precipitação (Figura 3b) mostra uma configuração bipolar, com valores negativos de coeficientes de correlação superiores a 0,8 em módulo na Amazônia e Nordeste e positivos e superiores a 0,6 nas áreas do Centro-Oeste ao Sul. Esses coeficientes são estatisticamente significativos a um nível de confiança superior a 99,5%, pois foram utilizados 51 anos de dados.
Em áreas em que oscoeficientes de correlação são negativos, como Norte e Nordeste, significa que choveu abaixo da média durante eventos El Niño e acima da média com eventos La Niña. Em áreas de coeficientes positivos, como no Sul e Sudeste, ocorre o contrário, com mais chuva durante os eventos El Niño, por exemplo. É muito provável que a resposta não seja direta e sim que a ODP, ao alterar a distribuição das TSM no Pacífico Tropical, interfira remotamente (teleconexões), tanto em intensidade como em localização, nas estruturas da circulação geral da atmosfera e seus respectivos campos de pressão atmosférica, de vento e de convergência do fluxo de umidade, relacionados a fenômenos atmosféricos causadores de precipitação sobre o território nacional, como Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) e Zona de Convergência da América do Sul (ZCAS), por exemplo.
 fig 3
Na Figura 4a, o gráfico de barras representa a variação de ano para ano da precipitação padronizada pelo desvio-padrão da Região Metropolitana de S.Paulo (RMSP). É notório que os totais pluviométricos das décadas de 1950 e 1960 foram consistentemente abaixo da média do período estudado 1948-2010 e que coincidem com a fase fria da ODP. Nesse intervalo de 63 anos, destacam-se os anos de 1963 como o mais seco e de 1968 como o terceiro mais seco. Em outras palavras, a RMSP já passou há 50-60 anos por um período de estiagem severa, mas os impactos sociais não foram tão graves porque a população era relativamente pequena, possivelmente um terço da de hoje. Na Figura 4b, retrata-se a variação das vazões padronizadas pelo desvio-padrão do rio Paraná em Corrientes, Argentina, desde 1901. É muito claro que as vazões ficaram abaixo da média de todo período durante a fase fria da ODP e que ficaram acima da média a partir de 1976 quando a ODP virou para sua fase quente (1976-1998). Destacam-se os anos de 1983 com sendo o de maior vazão, seguido pelo ano de 1998. Convém lembrar que, nesses dois anos, ocorreram os eventos de El Niño mais fortes do Séc. XX. Carlos E. M. Tucci, do IPH, em seu relatório de 2002 para a ANA, comentou que as vazões do Paraná aumentaram de 32% a partir de meados dos anos 1970 e atribuiu esse aumento em parte ao aumento da precipitação (15%) e o restante às mudanças do uso do solo no Paraná, de cultivo de café para cultivo sazonal da soja. Um fato curioso é que a série de vazões utilizada na construção de Itaipu é anterior à fase quente da ODP. Após o início de sua operação em 1984, percebeu-se que as vazões do rio Paraná eram maiores do que as de projeto. Felizmente, o projeto previa a instalação de mais duas turbinas que foram adicionadas, aumentando sua potência instalada em 1,4GW. Após 1999, a ODP parece ter entrado em uma nova fase fria que, se for mantido o mesmo ritmo dos últimos 100 anos, deve persistir até 2025-2030, período no qual as vazões possivelmente decresçam. Porém, esse decréscimo será de 15% a 20% que corresponde a redução dos totais pluviométricos apenas e não às mudanças do uso do solo.  Ou seja, é provável que Itaipu gere menos energia nesses próximos 15 anos em função da redução das chuvas na bacia do Paraná.
  
fig 4
 Um fato digno de nota é que Daniel Nordemann, do INPE, em 1998, aplicou análise espectral dinâmica à mesma série de níveis do Rio Paraguai, em Ladário, e mostrou que o regime de cotas desse rio apresentou um ciclo de 28,4 ± 0,77 anos, muito próximo ao dos períodos das fases fria e quente da ODP (25 a 30 anos). O autor aventou a possibilidade de uma nova mudança de regime em princípios do Século XXI. Concluiu-se, portanto, que a ODP parece ter uma relação estreita com os processos hidrometeorológicos de algumas das principais bacias hidrográficas brasileiras, explicando uma fração considerável de sua variabilidade. Ou seja, as precipitações e vazões aumentaram na fase quente ODP (1976-1998) e diminuíram em sua fase fria (1946-1976). Uma possível causa física para a redução de totais pluviométricos na fase fria é a redução da convergência do fluxo de umidade sobre essas regiões. A análise das componentes zonal e meridional do vento ao nível de 850 hPa sobre a região central da América do Sul (não mostrada), em torno de 15°S-20°S e 50°W-55°W, indica que ambas se enfraqueceram durante a fase fria. De outubro a maio, os ventos de leste sofreram uma redução de cerca de 1,5 m/s, enquanto os de norte de 0,5, m/s, em média.
Em adição, as TSM do Atlântico Sul estiveram 0,5°C mais baixas, em média, durante a fase fria quando comparadas com as da fase quente da ODP. Essas mudanças provocaram uma redução no transporte de umidade para a região central do continente e enfraquecimento da convergência do fluxo de umidade, com consequente redução de precipitação. A ZCAS também esteve posicionada mais ao norte de sua posição durante a fase quente.Os invernos foram mais frios e ocorreram períodos frios relativamente mais longos durante a fase fria da ODP em que predominaram os eventos La Niña ou anos neutros. As incursões de ar frio de origem polar foram mais frequentes em outubro e novembro, prolongando o período de inverno e/ou provocando geadas tardias na fase fria.
  1. Conclusão
Não há comprovação que mudanças climáticas estejam ocorrendo e que sejam causadas pela ação humana. A temperatura média global está estável nos últimos 17 anos, embora a concentração de gás carbônico (CO2) tenha aumentado em 10% nesse intervalo. A análise de dados de temperatura ao longo dos últimos 10 mil anos obtidos de testemunhos de gelo da Groenlândia sugere que as temperaturas globais já estiveram mais altas no passado com concentrações de CO2 inferiores às do presente. As séries obtidas de termômetros a partir de 1860 mostram que as temperaturas das décadas de 1930 foram mais elevadas que as atuais, com emissões humanas de CO2 inferiores a 10% dos totais emitidos hoje.  Portanto, o que se está presenciando não são mudanças climáticas e sim uma variabilidade natural do clima, porém com um período de recorrência de 50-60anos, considerado longo quando comparado ao de uma vida humana. Ou seja, os eventos extremos que estão ocorrendo agora já foram registrados no passado não muito distante e alguns com intensidade até mais severa. Observações indicam que as configurações da TSM do Pacífico estão começando a se assemelhar às da última fase fria da ODP, sugerindo que o Pacífico já esteja em uma nova fase fria como mostrado na Figura 5, elaborada com dados de TSM observados. Nela, é aparente que período mais recente 1999-2013 está semelhante ao da fase fria anterior (1948-1976). Há, porém, um possível agravante! Contrariamente ao que ocorreu naquele período, o Sol estará entrando num período de baixa atividade, um novo mínimo do Ciclo de Gleissberg, ciclo solar com cerca de 100 anos de duração.  
fig 5
A variação da atividade solar dos últimos 400 anos sugere que, nos próximos dois ciclos de manchas solares, ou seja, até cerca do ano 2030-2032, a atividade solar seja baixa, comparável às primeiras duas décadas do Século XIX. Portanto, com o Pacífico em uma nova fase fria e a atividade solar mais baixa, é muito provável que as condições climáticas globais entre 1946-1976 venham a se repetir qualitativamente, ou seja, um arrefecimento global nas próximas duas décadas, semelhante ao que ocorreu na fase fria anterior. E, ainda, que frequência de eventos La Niña venha a aumentar.
Porém,os La Niña da fase fria anterior não produziram totais pluviométricos superiores à média de longo prazo na Amazônia e Nordeste, como os que ocorreram nos respectivos eventos da fase quente da ODP.As análises do período da fase fria da ODP sugerem que, de maneira geral, as condições climáticas não foram favoráveis para o Brasil. As chuvas e vazões se reduziram em cerca de 10% a 30% em todo o País, resultando em deficiência hídrica para abastecimento de populações e geração de energia elétrica, particularmente nas Regiões Sul e Sudeste. Entretanto, a área brasileira mais afetada parece estar compreendida por partes do sudeste do Pará, norte de Tocantins (bacia do Tocantins/Araguaia), sul do Maranhão e oeste do Piauí e da Bahia, que compreende a região sudeste da Amazônia, a fronteira agrícola ou de expansão da soja ou, possivelmente, futura zona canavieira. Essa região apresentou uma redução média de até cerca de 400mm por ano (decréscimo de 25%) em seus totais pluviométricos. No caso particular do Estado de S.Paulo, o ano mais seco (1963), seguido do terceiro mais seco (1968), ocorreram durante a última fase fria da ODP e as análises sugerem que as condições climáticas presentes possam persistir pelos próximos 15 anos, dificultando a recuperação dos sistemas de abastecimento de água para a população. 

Também, nessas circunstâncias, as vazões do rio Paraná podem se reduzir de 15% a 20%, com consequente redução da geração hidrelétrica no Sudeste. Em adição, o Sul e Sudeste sofreram um aumento na frequência de massas de ar polar intensas (geadas fortes) nos invernos da fase fria anterior (1946-1976), fato que contribuiu decisivamente para a erradicação do cultivo do café no Paraná, por exemplo.  Sugere-se, portanto, que resultados de estudos diagnósticos, locais e regionais, obtidos da fase fria anterior da ODP sejam utilizados como cenários climáticos futuros, ou diretamente ou como condições iniciais nos MCG e nos modelos estocásticos, para se estimar a evolução do clima nos próximos 15 anos. Uma previsão mais confiável contribuirá para um melhor planejamento das atividades humanas, necessário para se atingir índices de desenvolvimento humano e econômico superiores aos atuais no futuro próximo.

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