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Título: Evaluation of downscaled projections of present and future fire risk in the amazon basin
Autor: Silva, Josivaldo Lucas Galvão
Orientador: Capistrano, Vinicius Buscioli
Coorientador: Veiga, José Augusto Paixão
Palavras-chave: Modelagem Climática
Eta Model
KBDI
Mudanças Climáticas
Data do documento: 19-Set-2022
Editor: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA
Programa: Clima e Ambiente - CLIAMB
Abstract: Climate change and deforestation are two of the major obstacles that the Amazon Forest is facing in the 21st century. Consequently, these two factors contribute to an ideal scenario where fire occurrence becomes more frequent and more intense. Therefore, this work aimed to evaluate the effects of increasing greenhouse gases and deforestation on precipitation, temperature, and fire risk in the Amazon basin. To do this, Eta model simulations forced by three global circulation models (BESM, HADGEM-ES2 and MIROC5) were used. These simulations resulted in three different experiments, with the control experiment characterizing the current climate (1979-2005) and two experiments characterizing the future climate (2070-2100). The simulations of the future climate were based on two scenarios, the first with only increasing atmospheric CO2 concentrations (RCP8.5_DEF15) and the second with the combination of high CO2 emissions and deforestation (RCP8.5_DEFTOT). Fire risk was calculated via the simulations of precipitation and maximum temperature using the Keetch-Byram drought index (KBDI). To better understand the behavior of the simulations, validation of the control experiment was performed for the dry period (July, August and September). In general, the maximum temperature and the temperature at 2 meters were underestimated in the simulations throughout the basin, and precipitation was overestimated. For the KBDI, the use of the multi-model ensemble method showed an advantage over individual members and, despite the biases found in the previous variables, the KBDI did not show a tendency to reach extreme values. For the future climate, using greenhouse gas emissions and deforestation scenarios, precipitation was reduced and the maximum temperature increased in both the dry and rainy periods. However, the largest impacts were observed during the dry period, and especially in the RCP8.5-DEFTOT scenario. For the KBDI, in the RCP8.5-DEF15 experiment, it was found that its values increase in both periods, and are concentrated to the north in the rainy period and are generalized in the basin area in the dry period. For RCP8.5-DEFTOT, the KBDI anomaly is greater, and shows that in a scenario of climate change and deforestation, the forest loses its ability to suppress conditions that are favorable to fire. Furthermore, in the extreme years of the RCP8.5-DEF15 and RCP8.5-DEFTOT experiments, respectively, 40% and 58% of the basin area present a risk of extreme fire in the dry period. Therefore, the results of this research reaffirm the importance of reducing greenhouse gases and deforestation so that fire occurrence is not a threat to the biodiversity and ecosystem services of the world’s largest tropical forest.
Resumo: As mudanças climáticas e o desmatamento são dois grandes obstáculos que a floresta amazônica está enfrentando no século XXI. Consequentemente, estes dois fatores contribuem para um cenário ideal onde a ocorrência de fogo se torne mais frequente e intensa. Portanto, este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos do aumento dos gases de efeito estufa e do desmatamento na precipitação, temperatura e risco de fogo na bacia amazônica. Para isto, foram utilizadas simulações numéricas do modelo Eta forçado por três modelos de circulação global (BESM, HADGEM-ES2 e MIROC5). Estas simulações resultaram em três experimentos diferentes, sendo eles o experimento de controle, que caracteriza o clima presente (1979-2005) e dois experimentos de sensibilidade que caracterizam o clima futuro (2070-2100). As simulações do clima futuro tiveram como base dois cenários, o primeiro apenas com o aumento da concentração de CO2 atmosférico (RCP8.5_DEF15) e o segundo com a combinação de alta emissão de CO2 e desmatamento (RCP8.5_DEFTOT). O risco de fogo foi calculado com as simulações de precipitação e temperatura máxima através do Keetch-Byram Drought Index (KBDI). Para melhor entender os resultados das simulações, foi realizada a validação do experimento de controle para o período seco (Julho, Agosto e Setembro). De maneira geral, a temperatura máxima e a temperatura média foram subestimadas nas simulações em toda a bacia e a precipitação, por sua vez, foi superestimada. Para o KBDI, o uso do método de ensemble multi-modelos apresentou vantagem sobre os membros individuais, e apesar dos vieses encontrados nas variáveis anteriores, o KBDI tendeu a não apresentar valores extremos. Para o clima futuro, utilizando cenários de emissão de gases de efeito estufa e desmatamento, a precipitação foi reduzida e a temperatura máxima aumentou tanto no período seco quanto no período chuvoso. No entanto, os maiores impactos foram observados durante o período seco, e principalmente no cenário RCP8.5-DEFTOT. Para o KBDI, no experimento RCP8.5-DEF15, foi encontrado que seus valores aumentam nos dois períodos, se concentrando ao norte no período chuvoso e generalizado na área da bacia no período seco. Por outro lado, para o RCP8.5-DEFTOT, a anomalia do KBDI é maior, evidenciando que em um cenário de mudanças climáticas e desmatamento, a floresta perde a capacidade de suprimir condições favoráveis ao fogo. Além disto, em anos extremos dos experimentos RCP8.5-DEF15 e RCP8.5-DEFTOT, 40% e 58% da área da bacia apresenta risco de fogo extremo no período seco, respectivamente. Portanto, os resultados desta pesquisa reafirmam a importância da redução de gases efeito estufa e do desmatamento, para que a ocorrência de fogo não seja uma ameaça a biodiversidade e aos serviços ecossistêmicos da maior floresta tropical do mundo.
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