Publicação: Mudanças climáticas no Semiárido Brasileiro: impactos da intensificação da aridez no vigor da vegetação
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
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Orientador
Coorientador
Leite, Marcos Esdras
Resumo
O Semiárido Brasileiro (SAB), é uma das zonas semiáridas mais populosas, altamente
dependente dos recursos hídricos para atividades socioeconômicas e uma das regiões
mais biodiversas do mundo, com predomínio do bioma Caatinga e enclaves de Cerrado e
Mata Atlântica. As condições hídricas, por meio da aridez sob perspectiva de mudanças
climáticas, podem afetar o vigor das vegetações no SAB. Entender os efeitos das
mudanças futuras no clima nessa região é crucial para o planejamento ambiental. O
objetivo dessa tese é entender a influência das condições de aridez em perspectivas futuras
(2061 – 2080) no vigor das vegetações do SAB. Para cumprir essa proposta, I) foram
estabelecidos cenários futuros para o comportamento da ETo, e II) os níveis de aridez e
suas implicações em classes climáticas e zonas com susceptibilidade à desertificação no
SAB considerando cenários do IPCC, isto é, os Caminhos Socioeconômicos
Compartilhados (SSP). Foram usados dois SSPs, o 126, que representa um cenário
otimista sobre as mudanças no clima, e o 585, que compreende condições pessimistas
para o final do século. No mapeamento da ETo, foram aplicados cinco algoritmos de
machine learning (BRNN, Cubist, Earth, Regressão Linear e Random Forest (RF))
considerando o cenário atual e os SSPs 126 e 585. O Cubist mostrou as melhores métricas
entre os algoritmos testados (R² = 0,98 e RMSE = 0,07 mm dia-¹). Até o final do século
(2061 – 2080), projeta-se aumento nas taxas de ETo (+ 3 a + 15% nos SSPs 126 e 585).
Algumas regiões do SAB podem apresentar aumento de > 600 mm ano-¹. Esse aumento
na ETo, conduzirá à intensificação da aridez, o que tornará o SAB significativamente (p
value <0,05) mais seco, uma vez que as terras mais áridas irão expandir 46.000 km² no
SSP 126 e 125.600 km² no SSP 585 em relação ao cenário atual. Essas condições áridas
poderão alterar os tipos climáticos da região. O clima semiárido deverá expandir 56.500
a 140.400 km² sobre climas úmidos. Enquanto os climas áridos terão expansão de 4100 a
21.500 km². Essas terras secas serão mais susceptíveis a processos de desertificação. As
zonas de “alta” susceptibilidade podem avançar em 622.400 a 706.300 km², enquanto
áreas com susceptibilidade “muito alta” deve expandir entre 4400 e 21.700 km² nos SSPs
126 e 585, respectivamente. As áreas mais afetadas serão a parte Central (Bahia e
Pernambuco) e Sul (norte de Minas Gerais) do SAB. Para compreender os efeitos da
aridez no vigor da vegetação (representado pelo Normalized Difference Vegetation Index – NDVI), treinamos novamente os mesmos algoritmos previamente usados no segundo
capítulo, nesse caso, o RF obteve melhor performance (R² = 0,72). Os resultados mostraram que a aridez induzirá a mudanças significativas no vigor das vegetações do
SAB. As caatingas, florestas tropicais úmidas e secas e as zonas ecotonais devem sofrer
perdas significativas no vigor vegetativo nas próximas décadas. Enquanto as savanas são
preditas para sofrerem acentuado esverdeamento. Nossos resultados revelam que as
mudanças climáticas devem imprimir alterações severas nos domínios de vegetação do
SAB.
Abstract
The Brazilian semiarid (BSR) is one of the most populous semi-arid zones, highly
dependent on water resources for socioeconomic activities, and one of the most biodiverse
regions in the world, with a predominance of the Caatinga biome and enclaves of Cerrado
and Atlantic Forest. Water conditions, through aridity from the perspective of climate
change, can affect the vigor of vegetation in the SAB. Understanding the effects of future
climate changes in this region is crucial for environmental planning. This thesis aims to
understand the influence of arid conditions in future perspectives (2061 – 2080) on the
vigor of SAB vegetation. To fulfill this proposal, I) future scenarios were established for
the behavior of ETo, and II) the aridity levels and their implications on climatic classes
and zones with susceptibility to desertification in the SAB considering IPCC scenarios,
that is, the Shared Socioeconomic Pathways (SSP). Two SSPs were used, 126,
representing an optimistic scenario about climate change, and 585, comprising
pessimistic conditions for the end of the century. In mapping ETo, five machine learning
algorithms were applied (BRNN, Cubist, Earth, Linear Regression, and Random Forest
(RF)) considering the current scenario and SSPs 126 and 585. Cubist showed the best
metrics among the algorithms tested (R² = 0.98 and RMSE = 0.07 mm day-¹). By the end
of the century (2061 – 2080), ETo rates are projected to increase (+3 to +15% in SSPs
126 and 585). Some regions of the SAB may experience an increase of > 600 mm year-¹.
This increase in ETo will lead to the intensification of aridity, which will make the SAB
significantly (p-value <0.05) drier since the most arid lands will expand by 46,000 km²
in SSP 126 and 125,600 km² in SSP 585 concerning the current scenario. These arid
conditions could change the region’s climate types. The semi-arid climate is expected to
expand 56,500 to 140,400 km² over humid climates. While arid climates will expand from
4100 to 21,500 km². These dry lands will be more susceptible to desertification processes.
Zones of “high” susceptibility could expand by 622,400 to 706,300 km², while areas with
“very high” susceptibility should expand to between 4400 and 21,700 km² in SSPs 126
and 585, respectively. The most affected areas will be the Central (Bahia and
Pernambuco) and Southern (northern Minas Gerais) parts of the SAB. To understand the
effects of aridity on vegetation vigor (represented by the Normalized Difference
Vegetation Index – NDVI), we retrained the same algorithms previously used in the
second chapter, in this case, RF achieved better performance (R² = 0.72). The results
showed that aridity will induce significant changes in the vigor of SAB vegetation. The caatingas, humid and dry tropical forests, and ecotonal zones are expected to suffer
significant losses in vegetative vigor in the coming decades. Meanwhile, savannas are
predicted to undergo marked greening. Our results reveal that climate change is expected
to affect SAB vegetation domains severely.
Palavras-chave
Modelagem, Modeling, Predição espacial, Spatial prediction, Intensificação de aridez, Aridity intensification, Zonas semiáridas, Semi-arid zones, Evapotranspiração potencial, Potential evapotranspiration, NDVI, IPCC scenarios
Citação
SILVA, Lucas Augusto Pereira. Mudanças climáticas no Semiárido Brasileiro: impactos da
intensificação da aridez no vigor da vegetação. 2024. 103 f. Tese (Doutorado em Geografia) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.765