Mudanças Climáticas Globais e o Brasil

São José dos Campos,, 06 de Abril de 2010
DAS-CEA-INPE
MUDANÇAS CLIMÁTICAS GLOBAIS
Carlos A Nobre, INPE
UM PESO INSUPORTÁVEL?
Como o ambiente da Terra está mudando, e
quais as consequências para a nossa
civilização e mesmo para a sustentabilidade
da vida no Planeta Terra?
fonte:
IGBP
Conteúdo …
reve Histórico e Base Científica
ntropoceno e os Riscos Sistêmicos
inda é Tempo de Reduzir os Riscos Futuros
Parte I
Breve Histórico e Base
Científica do Aquecimnto
Global
O efeito estufa e o risco do aquecimento
global são conhecidos desde o Século IXX
Effective Temperature of Earth
or Equivalent Blackbody* Temperature  Temperature detected from space
Balance between energy absorbed
and emitted by surface+atmosphere
 Energy emitted
1.5x108 km
Earth
 Stefan-Boltzman law: total energy radiated per unit surface area
per unit time (flux density or irradiance) of a blackbody* is given by
Fe = σ T4, where σ = 5.67 x 10-8 W m-2 K-4
 Energy emitted = σ Te4 x (4 π re2),
Te = effective temperature of Earth
 Energy absorbed
 Solar constant (flux density) at Earth's distance: 1368 W m-2
Incident solar radiation intercepted
over the area π re2 and distributed over area 4π re2
re
 Albedo (reflectivity) of Earth ~ 0.3
 Energy absorbed = (1 - 0.3) x 1368 x (π re2)
 Energy balance:
σ Te4 = (0.7 x 1368) / 4 = 239.4 W m-2

Outgoing (blackbody) terrestrial
radiation emitted over the area 4π re2
Te = 255 K = -18ºC
(cold!)
*A blackbody is an ideal body that absorbs all radiation incident on it. It
is also a perfect emitter.
Natural greenhouse effect of atmosphere on
temperature of Earth, Mars and Venus
Fe = σ T4
Decrease in temperature (ºC) with distance from the Sun (x 106 km):
Solid curve – planets with no reflection and no atmosphere
Open circles – reflection taken into account
Solid circles – actual temperatures at the surfaces
The length of each dashed line is a measure of the greenhouse effect
(from Philander, 1998)
The greenhouse effect: simple model 
multiple isothermal layers
 Assume that the incoming shortwave radiation (after removing the reflected
component) is transmitted by the atmospheric layers, and is all absorbed at the surface.
 Assume that the surface emits as blackbody with Ts.
 Assume the atmosphere absorbs all of this energy, and reemits as a blackbody with Ta
to space and back to surface.
i.
Single isothermal layer
Solar radiation
F
Ta
Energy balance at the top-of-atmosphere:
F = (0.7 x 1368) / 4 = 239.4 W m-2 = σ Ta4
(using the Stefan-Boltzman law for the atmosphere)
σ Ta4
Atmospheric layer
F
Ts
σ Ta4
σ T s4
Energy balance at the surface:
F + σ Ta4 = (239.4 x 2) W m-2 = σ Ts4
(using the Stefan-Boltzman law for the surface)
Solving the equations for Ta e TS:
Ta = 255 K
Ts = 303 K
 temperature of surface 48 K higher than in absence of the greenhouse effect
 temperature of atmosphere is 255 K as calculated for the planet before
The greenhouse effect
Solar and terrestrial radiation occupy
different ranges of the electromagnetic
spectrum (shortwave and longwave,
respectively)
(and above)
(entire atm.)
Water vapor, carbon dioxide and other
gases whose molecules have electric dipole
moments absorb more strongly in the
longwave part of the spectrum (terrestrial
radiation)
INFLUÊNCIA DOS GASES-ESTUFA NA VARIAÇÃO DA
TEMPERATURA DA TERRA E PERCENTUAL DE
CRESCIMENTO ANTROPOGÊNICO DO CO2, CH4 E N2O DESDE
O INÍCIO DA ERA INDUSTRIAL
EFEITO ESTUFA NATURAL = 33 C
Balanço de Radiação na Atmosfera
• 2009 COP15 (Copenhague) fracassa e não define
limites de emissão
• 2010 Falhas (pequenas) são apontadas no relatório do
IPCC de 2007
Charles David Keeling
20 April 1928 – 20 June 2005
Keeling’s Curve of Atmospheric CO2
from Mauna Loa, Hawaii
Curso de Introdução às Mudanças Climáticas, C Nobre e Mariane Coutinho, 2008
Parte II
O Antropoceno e os Riscos
Sistêmicos
O Sistema Terrestre encontra-se num
estado sem análogos: o grande
experimento geofísico sem precedentes
Antropoceno
“A influência da humanidade no Planeta Terra
nos últimos séculos tornou-se tão
significativa a ponto de constituir-se numa
nova era geológica”
Prof. Paul Crutzen
Prêmio Nobel de Química 1995
A “aceleração” do tempo no Antropoceno!
A cada hora,
9,000 pessoas se somam à população
mundial
A cada hora,
4 Milhões de toneladas de CO2 são emitidos
A cada hora,
1,500 hectares de florestas são derrubadas
A cada hora,
Atividades humanas adicionam 1.7 milhões de Kg nitrogênio
reativo às florestas, campos agrícolas e corpos d’água
A cada hora,
3 espécies são extintas
(1000 vezes mais rápido do que os processos naturais)
Os últimos 50 anos testemunharam uma dramática
degradação do capital natural da Terra
Aumento de CO2, N2O, CH4
Aquecimento Global
Degradação da terra
Perda de Biodiversidade
Eutrofização
Poluição
Extração de Água
…..
1900
Rockstrom
1950
2000
“Nosso pé pisa
fundo no
acelerador e nos
estamos indo na
direção de um
abismo.”
Ban Ki-Moon,
2009
“Fotografias” do Antropoceno e a “Grande Aceleração”
“
18%
148%
37%
CO2
Observações da
composição da
atmosfera mostram
que
[CO2] aumentou
de 280 ppm em
1750 para 383
ppm em 2007
Todas as
CH4 140 anos
concentrações
[CH4] aumentou
atmosféricas dos Gses
de 715 ppb em
de Efeito Estufa vêm
1750 para 1774
aumentando,
ppb em 2005
N2O 11 anos
tornando o
aquecimento futuro
[N20] aumentou
inequívoco
de 270 ppb em
1750 para 319
ppb em 2005
80 anos
IPCC 2007 WGI
Temperature
Change from present
Carbon Dioxide
Dióxido de Carbono
e Temperatura
2008
Dióxido de Carbono e
Temperatura
“Business as Usual”
(economia intensiva em
Combustível fóssil ) em 2100
Carbon Dioxide
Temperature
Change
from present
O Aquecimento é
inequívoco!
Aumento das
temperaturas
atmosféricas
Aumento do
nível do mar
Reduções da
neve no HN
e os oceanos…
e a alta
atmosfera….
1896: Arrhenius liga causa a efeito!
O aquecimento global está acelerando
Source:Intergovernm entalPanelon Clim ate C hange (IPCC )AR 4.
Tendência da Temperatura à Superfície
1901-2005 (C/século)
1979-2005 (C/década
IPCC WGI, 2007
Change in Ocean Heat Content
Figure 4
Change in ocean heat content since 1951 (observations - black line) with uncertainties (in grey
shading), relative to the ocean heat content in 19614.
Richardson, K. et al., 2009. Climate Change. Global Risks, Challenges and Decisions
Synthesis Report. Copenhagen 2009, 10-12 March. www.climatecongress.ku.dk
Baixa Estratosfera
Alta Troposfera
Baixa Troposfera
Superfície
Anomalias de Temperatura
Global (1958-2005)
Atribuição de causas do
Aquecimento Global
Forçantes Naturais +
Gases de Efeito Estufa
Forçantes naturais
+ Forçante Radiativa
Antropogência (GEE)
Forçantes Naturais:
radiação solar + vulcões
Simulações com
modelos com
forçantes naturais
Se colocarmos trilhões de dólares
(ou euros, ou reais ou pesos),
poderemos resolver o problema do
aquecimento global?
Já atingimos algum ponto de
irreversibilidade do Sistema Climático?
“Pontos Críticos” do Sistema Terrestre
Derretimento
das Geleiras da
Groelândia
Extinção de
Espécies
Desparecimento do Gelo Ártico no Verão
Colapso da
Floresta
Amazônica
Acidificação dos Oceanos
O Desaparecimento de Anfíbios das
Montanhas da América Central
Chytridthermaloptimum hypothesis for
Batrachochytrium
74 espécies do
gênero Atelopus
foram extintas
A.R. Blaustein and A. Dobson – Nature, vol.439, pp. 143-144, January, 2006
Pounds, J. A. et al. Nature. Vol. 439, pp.161-167. 2006
Com mudanças climáticas, a taxa de extinção será
10.000 vezes maior do que processos naturais.
Teremos causado a ”Sexta Grande Extinção”?
Limites Climáticos “Perigosos”
•
•
•
•
0,6 C
0,6 C
0,7 C
1,0 C
• 1,0 C
•
•
•
•
•
> 1,0 C
1,6 C
3-4 C
3-4 C
4C
–
Branqueamento de corais
Perda de gelo da Antártica Ocidental
Desaparecimento da geleira do Kilimanjaro
Desaparecimento das geleiras dos Andes
tropicais
Desaparecimento do gelo sobre o Oceano
Ártico no final do verão
Extinção de espécies da fauna e da flora
Início do derretimento da geleira da Groelândia
Colapso da floresta Amazônica
Acidificação dos oceanos
Colapso da corrente termohalina
Fonte: Exeter Conference, 2005 e IPCC, 2007
Tendência do Clima do Ártico
nos últimos 2000 anos
Kaufman et al. (2009)
Credit: Zina Deretsky, National Science Foundation
The permafrost of the East Siberian Arctic Shelf (an area of about 2 million kilometers
squared) is more porous than previously thought. The ocean on top of it and the heat
from the mantle below it warm it and make it perforated like Swiss cheese. This allows
methane gas stored under it under pressure to burst into the atmosphere. The amount
leaking from this locale is comparable to all the methane from the rest of the world's
oceans put together. Methane is a greenhouse gas more than 30 times more potent than
carbon dioxide.
Source: National Oceanography Centre, Southampton
Dramatic Changes of the Artic Ocean Ice
Imagine
the Artic
Ocean
without
ice
Arctic Sea Ice Extent
2007
2005
Mudanças Dramáticas no Gelo Marinho do Oceano Ártico
Um ponto crítico que provavelmente já cruzamos!
September 2008
Redução da extensão do Gelo Ártico
Feedback do albedo do gelo
60%
6%
Gelo Ártico desaparecendo mais
rápido do que previsões ....
Degelo superficial na
Groelândia acontecendo
muito mais rápido do que o
esperado
Redução da espessura em 70 m
em 5 anos
O recorde de degelo de verão da
era de cobertura por satélites de
2002 foi excedido em 2005
Fonte: Roger Braithwaite,
University of Manchester (UK)
Fonte: Waleed Abdalati, Goddard Space
Flight Center
9,7 bilhões de toneladas de CO2/ano
Adicionados na atmosfera…
Desse total, 6,2 bilhões de
toneladas estão sendo absorvidas
pelas plantas e oceanos…
… restando 3,5 bilhões de
toneladas de CO2 que acumulam
anualmente na atmosfera!
Acidificação dos Oceanos
(Feely et al., 2008)
•*
Acidificação dos Oceanos
pH = 7.8  aragonita não se forma
 ameaça à 40% dos organismos
marinhos de estrutura óssea
Riscos aos Biomas Brasileiros
Savanas
na Amazônia
Floresta
Caatinga
Savana
Semi-Deserto
no Nordeste
Projeção para 2100
Savanização da Amazônia e ‘Aridização’ do NE do Brasil
Fontes: Oyama and Nobre, 2003 e Salazar, Nobre and Oyama, 2007
Alguns eventos extremos inusuais durante 2004-2006:
2005:
Temporada
recorde de
furacões
Cortesia: G. Magrin, INTA, Argentina
Venezuela
1999-2005
Seca na
Amazoôia em 2005
Inundações
Furacão
Catarina
Atlântico Sul
Granizo
La Paz
Pampas Argentijnos
2000-2002
Granizo
Buenos Aires
Parte III
Ainda é Tempo de Reduzir os
Riscos Futuros
A necessária e urgente “descarbonização”
quase completa dos sistema de produção e
consumo
O que nos aguarda no futuro e o que já foi comprometido
O Aquecimento vai aumentar se of GEEs aumentarem. Se os GEEs
fossem mantidos constantes nos níveis atuais, um comprometimento de
0,6°C de aquecimento adicional aconteria até 2100.
CO2 Eq
4 oC
850
3,4 oC
600
2,4 oC
1,2 oC
400
IPCC 2007 WGI
Nível do Mar Global:
Observações e Projeções
Source:Intergovernm entalPanelon Clim ate C hange (IPCC )AR 4.
Recent emissions
0 P R O B L E M A … D E D I FÍ C I L S O L U Ç Ã O ..
1850 estão
1900além do
1950
2000
2050
2100
Emissões
cenário
de mais
altas emissões!
CO2 Emissions (GtC y-1)
10
9
8
7
Actual emissions: CDIAC
Actual emissions: EIA
450ppm stabilisation
650ppm stabilisation
A1FI (Avgs.)
A1B
A1T
A2
B1
B2
2006
2005
Emissões em 2007 41% superiores às
esmissões de 1990
6
5
1990
2007 2008
1995
2000
2005
Taxa
constantes de
crescimento por
50 anos até
2050
B1
1,1%,
A1B
1,7%,
A2
1,8%
A1FI 2,4%
2010
Trajetória das Emissões Globais de Combustíveis Fósseis
Raupach et al. 2007, PNAS; Canadell et al. 2007, PNAS
Equivale a 5 G t C /ano em m édia no S éculo
XXI
Em issão globalatual= 9,5-11,5 G tC /ano
;
Emissão
2 oC é o limite para termos
alterações climáticas ainda
suportáveis ou adaptáveis
500 Gt C
2000-2100
450 ppm
Concentração
Forçamento
Radiativo
2oC
Temperatura
Alterações
climáticas
Cortesia: Suzana Khan Ribeiro, MMA
Pico de emissões
antes de 2020
e redução para
quase zero até
2100
Limitar
Aqueciment
o global a 2
C
Trajetórias das emissões relacionasdas ao uso de energia para atingir
a estabilzação das concentrações de GEE na atmosfera e o
porcentual de probabilidade que esta determinada cncentração limite
o aquecimento global a 2 C.
Richardson, K. et al., 2009. Climate Change. Global Risks, Challenges and Decisions
Synthesis Report. Copenhagen 2009, 10-12 March. www.climatecongress.ku.dk
As dimensões éticas das Mudanças Climáticas Globais
Há uma questão de ética e justiça: as pessoas que vão sofrer as
conseqüências mais graves das Mudanças Climáticas Globais são
aquelas que menos contribuiram ao problema
Países desenvolvidos já
emitiram 350 Gt C
Reduções absolutas de
emissões
Países em desenvolvimento
só emitiram 150 Gt C
Reduzir ritmo de
crescimento de emissões
Cenário Internacional das Negociações de Clima
Para limitar o aquecimento global a 2 oC, o mundo só poderá emitir mais 500
bilhões de toneladas de C até o final do século.
Países desenvolvidos terão que
cortar emissões radicalentente
Reduções absolutas de
emissões (METAS)
Países em desenvolvimento
utilizasrão a maior parte desta
cota
Reduzir ritmo de
crescimento de emissões
Compromisso do Brasil (Lei Nº 12.187 - 29/12/2009):
Até 2020, país irá reduzir suas emissões entre 36% e 39%
em relação ao cenário de crescimento tendencial (BAU)
COP15 Copenhague
Brasil anuncia compromisso de reduções de gases de efeito estufa entre 36% e
39% em relação a cenário tendencial para 2020
(equivalente a corte de 25%em relação a emissões em 2005)
Brasil asssume protagonismo nas questões climáticas
Fonte: http://opetroleiro.files.wordpress.com/2009/12/estadao_18-12_copenhagen.jpg
Emissões Brasileiras de Gases de Efeito Estufa
Compromissos de Reduções de Emissões por Setor
Parte IV
Impactos das Mudanças
Climáticas no Brasil
“A agricultura e geração de energia no
Brasil podem ser afetadas pelas mudanças
climáticas”
Projected changes:
Cortesia do Slide: J. Marengo, 2010
A n om alas d e ch u v as ( % ) ( A n u al) [ ( 2071-2100) ( 1961-90) ]
Seco
Cenários
Climáticos
Produzido
pelo INPE
A2
B2
A n om alias de T em p er atu r a ( C ) A n u al [ ( 2071-2100) - ( 1961-90) ]
Quente
Quente
B2
A2
Aumenta o Número de Noites Quentes
Presente (1961-1990)
Futuro: Cenário A1B
Diminui o Número de Noites Frias
a ) C ons ens us R a infa ll
reduc tio n in
2071-2100 a s
c om pa red to
1961-90
A nnua l
b) C ons ens us R a infa ll inc rea s e
in 2071-2100 a s
c om pa red to
1961-90
Cortesia do Slide: J. Marengo, 2010
A nnua l
Increase in the frequency of extreme rainfall events for 2071-2100 relative to
1961-90 in western Amazonia and southern Brazil-Northern Argentina
Increase in the frequency of consecutive dry days in eastern Amazonia,
Northeast Brazil west central Brazil
Cenário A2: Dias Secos Consecutivos
A2- Dias com chuvas acima de 10 mm
+
+
+
+
Impacto possível na disponibilidade de água no
Nordeste
1961-1990
Déficit Hídrico
Menos água
Para agricultura!
2071-2100
Déficit Hídrico
Maior!
fontes: Javier Tomasella (INPE), Enéas Salati (FBDS)
MUDANÇAS CLIMÁTICAS, MIGRAÇÕES E SÁUDE: CENÁRIOS PARA O NORDESTE
BRASILEIRO, 2000-2050 (Barbieri et al. 2008)
S u d este d a A m ér ica d o S u l: A u m en to n a
in ten sid ad e e fr eqü ên cia d e d ias com ch u v a
in ten sa ( 1951-2000)
V azio d e dados n a
A m azôn ia, N or deste e
p ar tes d o C en tr o-O este.
?
Fonte: J. Marengo et al., INPE, 2007
Í n d ice R 10 - N ú m er o d e
d ias com ch u v a acim a d e
10 m m / dia
Eventos de Chuvas Intensas na Cidade de São Paulo
Número de Eventos por Décadas (1933-2009)
Eventos de chuvas Intensas por décadas (1933-2009)
140
110
120
frequência
100
80
60
25
40
20
0
9
00
122
92
82
72
125
124
116
1 2
41
29
D é cada de D é cada de D é cada de
1930
1940
1950
27
28
0 1
32
33
1 5
2
7
40
7 10
15
D é cada de D é cada de D é cada de D é cada de D é cada de
1960
1970
1980
1990
2000
>30m m /d ia
>50m m /d ia
>100m m /d ia
>100m m /2d ia s
Fonte: Estação Meteorológica do IAG-USP; análise: Julia Reid, INPE
- 76 AECO
COPPE/UFRJ
Adaptação e Vulnerabilidade da Zona Costeira às Mudanças Climáticas
Principais Efeitos do Aquecimento Global no Mar que afetam Zonas Costeiras
1. Possível mudança nas direções de propagação das ondas devido a alterações
na circulação atmosférica, semelhante ao que já acontece em eventos de El Niño:
• Tendência de realinhamento da linha de praia, criando sérios problemas em enseadas
urbanizadas, e.g. Copacabana, Ipanema-Leblon, etc.
(efeitos persistentes)
Tendência de realinhamento do
litoral devido a mudança na direção
de propagação das ondas
Fonte: P. Rosman, COPPE-UFRJ
Região Metropolitana do Rio de Janeiro
1 milhão de pessoas em risco de aumento do nível do mar e ressacas!
Áreas de Ricos
Type Of Impact
Adaptation Strategies
Tourism
Coastal Defenses
Contamination
Sanitation
Infrastructure
Warning Systems
Mangroves and Loss of Beaches
Sand Replenishment
Clima e Endemias
Esquistossomose
Isoterma de 22 C
Dengue
Cortesia: Christovam Barcellos,
FIOCRUZ, 2008
o
Leptospirose
Baixa amplitude de
temperatura
Chuvas constantes
Chuvas no verão
Baixas temperaturas
Arroz
Ocorrência
potential
no presente
Mudanças
Climáticas
ea
|Mata
Atlântica
A
Ocorrência projetada em 2050
Cenário de Baixas Emissões
- 30%
B
Ocorrência projetada em 2050
Cenário de Altas Emissões
- 65%
C
Área potencial migra para leste do Sudeste e Sul
Fonte: Colombo 2007 , Using GARP.
Café Arábica
Cenário
para 2070
Zoneamento
Atual
Irrigação Necessária
Baixo Risco Climático
Irrigação Recomendada
Risco de Geadas
Risco de Temp. Elevadas
Alto Risco Climático
Fonte: E. Assad, Embrapa
Parte V
O Brasil no Rumo ao
Desenvolvimento Sustentável
Uma oportunidade única para o Brasi para
liderar trajetória de sustentabilidade
EUA
Ecological Footprint and Human Wellbeing WWF– Gland, Switzerland and
Global Footprint Network (GFN), Oakland, California USA.ISBN 978-2-88085-290-0
Brasil
China
Índia
IDH (Índice de Desenvolvimento Humano)
1,8 ha
Quadrante da
Sustestabilidade
“Pegada” Ecológica (hectares per capita)
Poderão os países
em desenvolvimento atingir
padrões aceitáveis
de desenvolvimento humano
sem sobrecarregar o meio ambiente?
O (Ainda) Desafio Populacional
•
•
•
•
1 bilhão de pessoas em países ricos
2 bilhões de pessoas progredindo
3 bilhões de pobres que necessitam progredir
2,5 bilhões de pessoas ainda por vir.
Em 2050, 86% da população mundial estarão nos países
(hoje) em desenvolvimento, isto é, mais de 8,000,000,000 de
consumidores tentando atingir os padrões de vida do Países
Desenvolvidos.
A insustentável tendência atual dos
países desenvolvidos
e das economias emergentes!
Ecological Footprint and Human Wellbeing WWF– Gland, Switzerland and
Global Footprint Network (GFN), Oakland, California USA.ISBN 978-2-88085-290-0
Quadrante da
Sustestabilidade
IDH (Índice de Desenvolvimento Humano)
Poderão os países
desenvolvidos reduzir sua
“pegada” ecológica, mantendo
a qualidade de vida alcançada?
Ecological Footprint and Human Wellbeing WWF– Gland, Switzerland and
Global Footprint Network (GFN), Oakland, California USA.ISBN 978-2-88085-290-0
Quadrante da
Sustestabilidade
IDH (Índice de Desenvolvimento Humano)
Poderá o Brasil, no Século XXI,
tornar-se uma “potência ambiental
tropical” ou o primeiro país tropical
desenvolvido?
Brasil: Uma “Potência Ambiental Tropical”
Brasil pode ser
líder mundial em
desenvolvimento
Reduzimos o
desmatamento em 60%
desde 2004
Monitoramento
ambiental por satélites
sustentável
Melhor tecnologia em
biocombustíveis
Competência em
agricultura tropical
46% da nossa matriz
energética vem de
fontes renováveis
Brasil pode ser líder mundial em acordos
internacionais de mudanças climáticas
Redução do desmatamento +
reflorestamento (remoção de CO2)
Tecnologia de bioetanol
de cana
Potencial de mitigação dos trópicos:
redução de desmatamentos
remoção de CO2
biocombustíveis
energias renováveis
agricultura
ENERGIAS RENOVÁVEIS
Energia no Brasil: 46% de Fontes Renováveis
Mundo
Brasil
4% Outras
15% Hidro
13% Lenha
13%
Renovável
46%
17% Cana
Brito Cruz, 2009
O Desafio de uma Geração …
Inventar um novo paradigma de desenvolvimento, baseado em
em conhecimento, reconhecendo que os usos racionais dos
abundantes recursos naturais renováveis e da biodiversidade
podem ser a grande alavanca para o desenvolvimento.
Foto: cortesia de Antonio Nobre
OBRIGADO!