Relatório de Atividades 2013-2014 INCT

2009 . 2014 | RELATÓRIO FINAL DE ATIVIDADES INCT para Mudanças Climáticas

Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia para Mudanças Climáticas Relatório de Atividades

2013.2014

INCT PARA MUDANÇAS CLIMÁTICAS RELATÓRIO FINAL DE ATIVIDADES 2013 . 2014

Organização, elaboração, revisão e edição de textos Ana Paula Soares

Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia para Mudanças Climáticas http://inct.ccst.inpe.br

Revisão Técnica Coordenadores dos subprojetos, Carlos Nobre e José Marengo

Sede Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE Avenida dos Astronautas, 1758 Jardim da Granja 12227-010 – São José dos Campos – SP www.inpe.br

Design Gráfico Magno Studio Comitê Executivo Carlos A. Nobre, Cemaden Carlos Garcia, FURG José A. Marengo, Cemaden Luiz Pinguelli Rosa, UFRJ Mercedes Bustamante, UnB Paulo Artaxo, USP Os textos referentes aos subprojetos de pesquisa foram submetidos por seus coordenadores

Apoio

Parcerias

Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia para Mudanças Climáticas

2013.2014 Relatório de Atividades

APRESENTAÇÃO Temos o prazer de apresentar o 4º Relatório de Atividades do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia para Mudanças Climáticas (INCT para MC), que resume os destaques científicos de seus 26 subprojetos de pesquisa, no período de abril de 2013 a agosto de 2014. O documento traz ainda uma descrição resumida dos objetivos, da organização, da infraestrutura e do processo de formação de recursos humanos desta que constitui a maior e mais abrangente rede interdisciplinar de instituições de pesquisa em meio ambiente no Brasil.

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Envolvendo mais de 90 grupos de pesquisa de 108 instituições e universidades brasileiras e estrangeiras, com cerca de 400 participantes, é um ambicioso empreendimento científico criado para prover informações de alta qualidade relevantes para ajudar o Brasil a cumprir os objetivos do seu Plano Nacional sobre Mudança do Clima.

A fim de informar os cientistas, os responsáveis pelas políticas públicas, os meios de comunicação e o público em geral, o INCT para Mudanças Climáticas publica relatórios periódicos.

Informações detalhadas deste Instituto podem ser encontradas em http://inct.ccst.inpe.br . Os Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia foram instituídos em 2008 pelo então Ministério da Ciência e Tecnologia, hoje Ministério da Ciência,

Tecnologia e Inovação (MCTI). São financiados pelo Conselho de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), do MCTI, pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), do Ministério da Educação (MEC), e por agências estaduais de fomento. Os INCTs do Estado de São Paulo recebem financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). São 122 INCTs em 17 estados brasileiros, cobrindo a maior parte das áreas da Ciência e da Tecnologia. É muito importante para nós conhecer os seus comentários, sugestões, perguntas e críticas relacionadas a quaisquer partes deste relatório. Suas contribuições certamente nos ajudarão a cumprir nossos objetivos científicos e de difusão de conhecimento, garantindo que os produtos gerados pelo INCT para Mudanças Climáticas não apenas satisfaçam os mais altos padrões de qualidade, mas sejam de fácil compreensão para o público e para os responsáveis pelas políticas públicas.

Com os meus sinceros cumprimentos, Carlos A. Nobre Coordenador Científico do INCT para Mudanças Climáticas

SUMÁRIO 08 6

08 Introdução e Objetivos 16 Distribuição Espacial das Instituições Científicas

17 Grupos de Pesquisa de Instituições no Exterior e Rede de INCT’s

18 Destaques Científicos 28 Infraestrutura e Formação de Recursos Humanos

30 O INCT para Mudanças Climáticas em Números

34

50

34 Detecção, Atribuição e

50 Cenários de Mudanças

36 Amazônia 38 Mudanças dos Usos da

52 Agricultura 54 Recursos Hídricos 58 Energias Renováveis 60 Biodiversidade 64 Saúde 66 Zonas Costeiras 70 Urbanização e

A Base Científica

Variabilidade Natural do Clima

Terra

40 Ciclos Biogeoquímicos Globais

42 Oceanos 44 Gases de Efeito Estufa 46 Interações Biosfera-

Estudos de Impactos, Adaptação e Vulnerabilidade Climáticas para o Século XXI

Atmosfera

Megacidades

48 Cenários Climáticos Futuros e Redução de Incertezas

72 Economia das Mudanças Climáticas

74 Estudos de Ciência,

Tecnologia e Políticas Públicas

INCT para Mudanças Climáticas Relatório de Atividades

2013 . 2014

76

84

95

76 Emissões de Lagos e

84 Modelo Brasileiro do

95 Comitê Científico e

80 Processos de Combustão 82 Redução de Emissões por

86 Modelo de Circulação

96 Publicações Selecionadas

Mitigação

Reservatórios

Desmatamento e Degradação Florestal (REDD)

Produtos Tecnológicos

Sistema Terrestre (BESM) Global da Atmosfera do CPTEC

88 Modelagem de Múltiplas Escalas: Desafios para o Futuro

92 Tecnologias

Observacionais para Mudanças Climáticas

94 Sistema de Informações

para a Redução de Riscos de Desastres Naturais

Secretaria Executiva

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INTRODUÇÃO E OBJETIVOS

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O INCT para Mudanças Climáticas foi criado visando à implantação e desenvolvimento de uma abrangente rede de pesquisas interdisciplinares em mudanças climáticas. Inicialmente, embasou-se na cooperação de 90 grupos de pesquisa nacionais de todas as regiões e 16 grupos de pesquisa internacionais. Após cinco anos de atuação, chegou a 108 instituições, sendo 18 delas internacionais, da África do Sul, Argentina, Chile, EUA, Japão, Holanda, Índia, Reino Unido e Uruguai, envolvendo na sua totalidade cerca de 400 pesquisadores, estudantes e técnicos e constituindo-se na maior rede de pesquisas ambientais já desenvolvida no Brasil.

Mais de 1.500 publicações, entre livros, capítulos de livro e artigos em revistas nacionais e internacionais foram geradas.

Espelhando-se na estrutura do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas IPCC, o Programa se organiza em três eixos científicos principais (base científica das mudanças ambientais globais; impactosadaptação-vulnerabilidade; mitigação) e contém também esforços de inovação tecnológica em modelos do sistema climático, geo sensores e sistema de

prevenção de desastres naturais. Esta temática científica foi organizada em 26 subprojetos de pesquisa.

O INCT para Mudanças Climáticas vincula-se estreitamente a pelo menos duas outras redes de pesquisa em mudanças climáticas. Em primeiro lugar, está diretamente associado à Rede Brasileira de Pesquisas sobre Mudanças Climáticas Globais (Rede CLIMA), do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação, e sua estrutura cobre todos os aspectos científicos e tecnológicos de interesse à Rede.

Adicionalmente, fornece articulação, integração e coesividade científica. Em contrapartida, mecanismos financeiros existentes para a Rede CLIMA fornecem financiamento suplementar para a implementação bem sucedida deste INCT. Ele igualmente está associado ao Programa FAPESP de Pesquisas sobre Mudanças Climáticas Globais.

O Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais abriga as Secretarias Executivas do INCT para Mudanças Climáticas e da Rede CLIMA e recursos físicos e computacionais que apoiam as pesquisas do INCT e da Rede CLIMA. O INCT para Mudanças Climáticas se propôs ainda a promover a formação de

algumas dezenas de mestres e doutores em suas linhas temáticas, no intervalo de 5 anos. Atualmente, há 141 mestrados em andamento, 191 mestrados concluídos, 160 doutorados em andamento, 70 doutorados concluídos, 58 pós-doutorados em andamento e 46 pós-doutorados concluídos. Espera-se que a geração de novos conhecimentos e a capacitação de recursos humanos permita reforçar o papel do Brasil na definição da agenda ambiental em âmbito global. Outrossim, espera-se gerar conhecimentos e informações cada vez mais qualificadas, para que as ações de desenvolvimento social e econômico do país se deem de forma ambientalmente sustentáveis.

No importante quesito das políticas públicas, o INCT para Mudanças Climáticas, em parceria com a Rede CLIMA e com programas estaduais e internacionais de pesquisas em mudanças climáticas, contribui como pilar de pesquisa e desenvolvimento do Plano Nacional de Mudanças Climáticas.

Também apoia os trabalhos científicos relevantes para a elaboração do Plano Nacional de Adaptação as Mudanças Climáticas. Forneceu subsídios científicos úteis para a preparação do Quinto Relatório Cientifico do IPCC (IPCC AR5)

e do Painel Brasileiro de Mudanças Climáticas PBMC - ambos publicados em 2014 - e para os estudos de impactos das mudanças climáticas e análise de vulnerabilidade setorial para a preparação da Terceira Comunicação Nacional (TCN) do Brasil na Convenção Quadro das Nações Unidas para Mudanças Climáticas (UNFCC), apresentados na Conferência das Partes (COP-20) em Lima em 2014.

Em resumo, o desenvolvimento da agenda científica proposta forneceu condições ótimas ao país para o desenvolvimento de excelência científica nas várias áreas das mudanças ambientais globais e sobre suas implicações para o desenvolvimento sustentável, principalmente quando se leva em consideração que a economia de nações em desenvolvimento é fortemente ligada a recursos naturais renováveis, como é marcantemente o caso do Brasil.

Os objetivos iniciais do INCT para Mudanças Climáticas dividiram-se em cinco pontos a saber: (i) detectar mudanças ambientais no Brasil e América do Sul, especialmente as mudanças climáticas, atribuir causas às mudanças observadas (aquecimento global, mudanças dos usos da terra, urbanização, etc.)

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Instituições participantes O INCT para Mudanças Climáticas é uma das maiores redes de pesquisa ambiental da América Latina, com 108 instituições nacionais participantes.

REGIÃO SUDESTE São Paulo, SP EACH/USP FEA/USP IAG/USP IB/USP IF/USP IO/USP

16

Juiz de Fora, MG UFJF Viçosa, MG UFV Vitória, ES UFES Belo Horizonte, MG

São Vicente, SP

CEDEPLAR/UFMG

UNESP

Itajubá, MG

Santos, SP

UNIFEI

Instituto de Pesca

Taubaté, SP

Ubatuba, SP

UNITAU

Inst. Costa Brasilis

S. J. dos Campos, SP

Guaratinguetá, SP

CCST/INPE IAE/DCTA

FEG/UNESP Seropédica, RJ UFRRF Rio de Janeiro, RJ ANA COPPE/UFRJ FIOCRUZ IBGE IME IPEA Jardim Botânico UERJ UGF Niterói, RJ UFF DHN C. dos Goytacazes, RJ UENF Petrópolis, RJ LNCC Lavras, MG UFLA

Guarulhos, SP UNIFESP Campinas, SP EMBRAPA IB/UNICAMP IFICH/UNICAMP PUC

REGIÃO NORDESTE Fortaleza, CE UECE UFC FUNCEME

REGIÃO CENTRO-OESTE Alta Floresta, MT

REGIÃO SUL

UNEMAT

Curitiba, PR

Recife, PE

Tangará da Serra, MT

UFPR

UNEMAT

CENA / USP

ITEP - LAMEPE UFFE UFRPE

ESALQ/USP

Salvador, BA

Pres. Prudente, SP

UFBA

UNESP

São Cristóvão, SE

São Carlos, SP

UFS

CGVAM/SVS/MS ICB/UNB IREL/UNB OPAS SEAP SIPAM

UFSCAR

João Pessoa, PB

Goiânia, GO

Ribeirão Preto, SP

UFPB

UFG

FEA-RP/USP

Natal, RN

Corumbá, MS

Piracicaba, SP

Cachoeira Paulista, SP CEMADEN/MCTI CPTEC/INPE LCP/INPE CCST/INPE

Brasília, DF

Itajaí, SC UNIVALI Pontal do Sul, PR CEM - UFPR

REGIÃO NORTE

Rio Grande, RS

Manaus, AM

FURG Florianópolis, SC

INPA UEA

UFSC

Ji-Paraná, RO

Pelotas, RS

UNIR

UFPEL

Cruzeiro do Sul, AC

UFRN

EMBRAPA

Campina Grande, PB

Cuiabá, MT

Porto Alegre, RS

UFAC

UFCG

UFMT

UFRGS

Belém, PA

Maceió, AL

Campo Grande, MS

Santa Maria, RS

UFAL

UEMS

UFSM

IPAM NAFA/UFPA

Grupos de Pesquisa de instituições estrangeiras

Argentina,Chile, Uruguai, EUA, Alemanha, Holanda, África do Sul, Índia e Japão Além das colaborações com instituições brasileiras o INCT para Mudanças Climáticas colabora com 18 instituições de 10 outros países.

Santa Barbara University of California Santa Barbara/Institute for Computational Earth System Science

Toledo University of Maryland/ Earth System Science Interdisciplinary

Cambrige Harvard University/ Department of Earth and Planetary Sciences Harvard Kennedy School Bloomington Indiana University/ Office of Research Administration

Boulder University of Colorado at Boulder/Center for Science and Technology Policy Research

United Kingdom - Exeter University of Exeter Met Office/Hadley Centre

Holland – Amsterdam Vrije Universiteit/Faculty of Earth and Life Sciences

Japan - Tsukuba Meteorological Research Institute (MRI)

Holland – Wageningen Wageningen University and Research Center Germany - Mainz Max Planck Institute for Chemisrty/Biogeochemistry Department

India - Pune Indian Institute for Tropical Meteorology

Argentina – Buenos Aires University of Buenos Aires/ Research Center for the Sea and the Atmosphere Uruguay- Montevideo Ministerio de Defesa / Hidrografia Naval

South Africa- Pretoria Council for Scientific and Industrial Research (CSIR)

Universidad de la República/ Faculdad de Ciencias/Unidad de Ciencias de la Atmósfera Chile - Santiago Universidad de Chile / Departamento de Geofísica

Rede de INCTs

INCTs com os quais o INCT para Mudanças Climáticas tem mantido colaborações científicas

Pará

Ceará

INCT em Biodiversidade e Uso da Terra na Amazônia-Museu Paraense Emilio Goeldi (Belém, Pará)

INCT de Transferência de Materiais Continente-Oceano - Universidade Federal do Ceará – UFC (Fortaleza, CE)

São Paulo INCT para Mudanças Climáticas - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE (São José dos Campos, SP)

Rio Grande do Sul

Rio de Janeiro

INCT da Criosfera - Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS (Porto Alegre, RS)

INCT de Matemática – Instituto Nacional de Matemática Pura e Aplicada - IMPA (Rio de Janeiro, RJ)

INCT do Mar – Centro de Oceanografia Integrada - Universidade Federal do Rio Grande – FURG (Rio Grande, RS)

INCT Antártico de Pesquisas Ambientais – Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ (Rio de Janeiro, RJ)

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DESTAQUES CIENTÍFICOS

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Após cinco anos de funcionamento, o INCT para Mudanças Climáticas apresenta contribuições significativas em termos de produção científica em nível nacional e internacional, permitindo uma maior compreensão das mudanças climáticas e seus impactos, especialmente sobre biodiversidade, megacidades, desastres naturais, segurança alimentar, energética e hídrica, economia e qualidade de vida.

Isso tem permitido um maior conhecimento acerca das vulnerabilidades dos diferentes setores das mudanças de clima e ajudado a gerar mecanismos de adaptação e mitigação. A produção científica do INCT para Mudanças Climáticas pode se resumir em aproximadamente 1.500 publicações, entre livros e capítulos de livros, artigos em revistas nacionais e internacionais e notas de imprensa.

Um sumário dos principais resultados produzidos durante os cinco anos do projeto é apresentado a seguir.

Detecção, atribuição e variabilidade natural do clima Foram desenvolvidas análises da alteração no regime (ocorrência) de bloqueios atmosféricos e sistemas frontais em cenários de mudanças climáticas, assim como a associação dos bloqueios com anomalias de TSM no Oceano Pacífico. Os bloqueios, marcados pela sua estacionariedade no tempo e no espaço, possuem uma frequência mais reduzida, sendo um fenômeno mais incomum de ser observado quando comparado aos sistemas frontais. As frentes frias são fenômenos frequentes e grandes moduladores do regime de chuvas e temperatura nas regiões analisadas.

De maneira geral, foi observada corretamente a variação sazonal do número de bloqueios, sendo mais frequentes na estação de inverno e primavera. No entanto há uma

superestimativa do HadGEM2-ES ao detectar os bloqueios considerando uma duração mínima de 3 dias e abrangência de, no mínimo, 10◦ de longitude. Em relação às projeções futuras, é observado que sobre o Pacífico Central há uma queda no número de casos nos cenários R4.5 e R8.5 (com uma redução mais acentuada em R4.5), nas outras duas regiões há uma ligeira tendência de aumento no número de eventos de bloqueio. Para a região do Pacífico Central a tendência é de diminuição, sugerindo um deslocamento da atividade de bloqueios mais a leste da linha internacional de data.

Para as frentes frias na região sudeste foi utilizada a função frontogenética (FF), e esta também mostra corretamente o ciclo anual de sistemas frontais com um número mais expressivo durante o inverno e a primavera no período de referência.

Em relação aos cenários futuros há indicativo de um pequeno aumento, na maioria dos meses, do número de frentes frias atuando sobre as regiões Sul e Sudeste do Brasil. Uma possível explicação estaria no fato de que a maioria dos modelos de mudança climática indica um fortalecimento do jato de baixos níveis, aumentando o escoamento de umidade proveniente da região da Bacia Amazônica em direção ao sul da América do Sul. Em relação à seca no sudeste do Brasil de 2014, as características sinóticas e dinâmicas de Períodos Extremos Secos sobre o Sudeste do Brasil e sua Relação com a TSM do Atlântico Sul foram avaliadas. A seca que vem ocorrendo sobre o sudeste do Brasil desde o início do verão de 2014 tem fomentado uma grande discussão tanto em termos acadêmicos quanto por parte da sociedade devido ao seu impacto socioeconômico. Resultados apresentados nos últimos relatórios do IPCC (2007, 2013) já indicavam que uma das consequências do

aumento da temperatura média global é o aumento da variabilidade climática, particularmente o aumento da frequência de extremos, seja em termos de calor ou frio quanto em relação a inundações ou secas. O estudo de eventos extremos secos no sudeste do Brasil que ocorrem nas estações de outono, inverno e primavera e sua relação com anomalias de Temperatura da Superfície do Mar (TSM) no Oceano Atlântico Sul (OAS) ainda não é bem entendida.

Desta forma, realizou-se um trabalho de detecção onde datas de eventos extremos secos para cinco regiões homogêneas em relação à precipitação no sudeste do Brasil foram determinadas para o período de 1982 a 2009 nas estações de inverno e de transição e as características sinóticas e dinâmicas destes períodos foram investigadas através da análise de anomalias de TSM, regiões fontes de umidade para o sudeste do Brasil, comportamento das frentes frias na América do Sul e posicionamento da Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS). O inverno foi a estação que registrou maior número de eventos secos, seguido do outono e da primavera. As regiões localizadas na porção norte do sudeste foram as que apresentaram o maior número de eventos, sendo estes também os mais longos (chegando a 117 dias). As regiões na porção sul do sudeste foram caracterizadas por menos eventos, sendo estes também mais curtos (máximo de 30 dias).

A região localizada no centro da região sudeste se caracterizou por ser uma região de transição. Para o período de ocorrência destes eventos foi construído um modelo conceitual dos padrões sinóticos e dinâmicos. Quando ocorrem estes eventos um padrão tipo tripolo (negativo/positivo/negativo) é visto para as anomalias de TSM no OAS, aumento das fontes de umidade próximo da anomalia positiva de

TSM e uma diminuição nas regiões de anomalias negativas de TSM. A ASAS se apresenta posicionada próxima do continente, o que impede a progressão normal dos sistemas frontais para latitudes mais ao norte, sendo estes sistemas registrados em menor número sobre o sudeste do Brasil. As frentes frias tendem a ficar concentradas no sul da América do Sul. Para as duas regiões homogêneas do sudeste localizadas mais ao norte, a característica do modelo conceitual se apresenta deslocado para norte e a ASAS parece não influenciar estes eventos.

O padrão de TSM encontrado observacionalmente foi testado em simulações numéricas com o modelo climático regional RegCM4.3, em que a mudança na TSM representando o padrão de tripolo no OAS foi utilizado para investigar as mudanças na precipitação, padrões de circulação e no comportamento dos eventos secos e frentes frias na América do Sul. Os resultados do modelo confirmaram o estudo observacional.

Amazônia Desde o inicio do projeto, importantes avanços foram obtidos na compreensão do papel que a Amazônia desempenha no sistema climático, incluindo as emissões e a influência do clima, da atividade do fogo e do desmatamento no equilíbrio dos ecossistemas da floresta tropical.

A agenda de pesquisa e os resultados deste subprojeto apresentam também interações importantes com o desenvolvimento do Modelo BESM, a Rede CLIMA e o Programa FAPESP em Mudanças Climáticas Globais As mudanças no clima e no uso do solo pode ter impactos importantes na Amazônia, com alterações na precipitação total e no comprimento da estação seca, e modificações nos valores de biomassa de florestas e gramíneas. Porém, isoladamente, a maior concentração de CO2 associado aos cenários climáticos

futuros pode causar um aumento da biomassa de árvores. De fato estudos observacionais mostram que a duração da estação seca no sul da Amazônia tem aumentado em pelo menos um mês desde a década dos anos 1960, e isso pode ter graves impactos nos ecossistemas e no inicio da estação chuvosa. A geração de cenários de uso da terra para a Amazônia até 2100 para integração com modelos do sistema terrestre foram estimadas, utilizando o INPE-EM, as emissões de CO2 em decorrência das mudanças de uso da terra para estes cenários.

O INCT para Mudanças Climáticas, que está intimamente ligado ao Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia (Projeto LBA), tem contribuído para melhorar nossa compreensão do funcionamento dos ecossistemas amazônicos - em particular com relação aos ciclos de água, energia, carbono, liberação de gases de efeito estufa por queimadas, assim como as mudanças de uso da terra e sua influência no clima regional.

Tem-se mostrado que a fumaça da queima florestal pode reduzir em até 60% as taxas fotossintéticas em algumas regiões da Amazônia. Por sua vez, a expansão do plantio da soja tem aumentado a insolação sobre a superfície. Além dos efeitos dessa maior variação sobre a dinâmica da atmosfera próxima à superfície, a substituição de árvores por soja tem também levado a diminuições na evapotranspiração, nas taxas fotossintéticas e na assimilação de carbono na região.

Foram também realizadas medidas intensivas com balão cativo e radiossondagem, além de medidas contínuas de propriedades físicoquímicas de aerossóis e medidas de gases de efeito estufa no sítio ATTO, próximo a Manaus.

O aumento da concentração de aerossóis, tanto de origem natural como antrópica na região próxima a

Manaus, produz um resfriamento da superfície, bem como o aumento da cobertura de nuvens. Entretanto, é difícil quantificar estes efeitos pois eles são complexos e interagem entre si. Para aumentar este conhecimento da associação atmosfera-aerossóisnuvens, são necessárias medidas observacionais e conhecimentos oriundos de modelagem numérica e ensaios em laboratórios. O experimento GoAmazon 2014 (acrônimo de Green Ocean Amazon) busca investigar o estado natural de uma área na Amazônia central e contribuir para este avanço científico. Duas operações intensivas de coleta de dados realizadas em Manaus – a primeira entre fevereiro e março de 2014 e a segunda entre setembro e outubro do mesmo ano, no âmbito do GoAmazon e contou com dois aviões voando em diferentes alturas para acompanhar a pluma de poluição emitida pela região metropolitana de Manaus.

O objetivo era avaliar a interação entre os poluentes e os compostos emitidos pela floresta, bem como seu impacto nas propriedades de nuvem.

Em condições livres de poluição, as nuvens da Amazônia apresentam altura máxima entre 3 e 4 km. Mas, quando há partículas de aerossóis em grandes quantidades, elas adquirem uma força incomum de crescimento, o que altera todo o balanço de radiação, o ciclo hidrológico e as propriedades termodinâmicas da atmosfera. A componente Amazônia do INCT Mudanças Climáticas está participando ativamente deste esforço, através da inserção dos pesquisadores envolvidos, bem como do apoio financeiro nas atividades de campo e reuniões preparatórias, em como do apoio financeiro nas campanhas de campo e de organização do experimento.

O projeto CHUVA (Cloud processes of tHe main precipitation systems

19

INCT para Mudanças Climáticas em números FORMAÇÃO DE RECURSOS HUMANOS

141

70

152

em andamento

Concluídos

Concluídas

Mestrados

Iniciações Científicas

191

58

299

concluídos

Em andamento

Concedidas

160

46

32

Mestrados

30

Doutorados

Doutorados

em andamento

Pós-Doutorados

Pós-Doutorados Concluídos

Bolsas de nível técnico

Programas de pós-graduação relacionados aos temas do INCT para Mudanças Climáticas

PUBLICAÇÕES

521

215

Artigos

Artigos

em periódicos internacionais

em periódicos brasileiros

37 Livros

112 Capítulos de livros

TRANSFERÊNCIA DE CONHECIMENTO E TECNOLOGIA

01

02

com a indústria

computacionais livres

Projetos

Aplicativos

ATIVIDADES DE EXTENSÃO

06 Cursos

02

Cursos

08

de curta duração

de longa duração

(natureza diversa)

01

20

(livros paradidáticos, filmes, sistemas interativos etc.)

e entrevistas para meios de comunicação

Materiais educionais

Reportagens

Eventos

31

32

Estudos de Impactos, Adaptação e Vulnerabilidade

A Base Científica

Ciência Inovadora

34 50

76 84

Produtos Tecnológicos

Mitigação

33

Detecção, Atribuição e Variabilidade Natural do Clima PALAVRAS-CHAVE mineração de dados meteorológicos, secas, dados de descargas de relâmpagos, extremos de precipitação, bloqueios atmosféricos, Célula de Hadley

PRINCIPAIS PERGUNTAS DE PESQUISA • Existe alguma tendência na frequência ou intensidade de bloqueios atmosféricos e sistemas frontais em cenários de mudanças climáticas?

• É possível monitorar de maneira eficiente a atividade convectiva a partir de dados de descargas elétricas atmosféricas?

• É possível prever a ocorrência de atividade convectiva nas previsões de modelos numéricos?

DESTAQUES

34

Desenvolvimento do software EDDACHUVA para estimação de acumulados de chuva convectiva usando dados de descargas nuvem-solo; Análise da alteração no regime (ocorrência) de bloqueios atmosféricos e sistemas frontais em cenários de mudanças climáticas, assim como a associação dos bloqueios com anomalias de TSM no oceano Pacífico.

INSTITUIÇÕES PARTICIPANTES LAC/INPE, CPTEC/INPE, USP, UFSM

O grande desafio da modelagem do clima, tanto para os modelos estatísticos quanto para os dinâmicos, reside em representar da melhor forma possível a distribuição e comportamento de sistemas climáticos. Com o advento da supercomputação, dos satélites ambientais e de uma rede integrada de observação meteorológica, foi possível melhorar a representação do sistema oceânico e atmosférico como um todo.

Esta confiabilidade é quantificada pela validação, por meio da comparação com observações, da capacidade dos modelos em representar diversos sistemas atmosféricos como feito em inúmeros estudos. Ao longo deste trabalho serão investigados dois sistemas meteorológicos, a saber: bloqueios atmosféricos e sistemas frontais, através de índices objetivos de detecção, utilizando um modelo climático na replicação da climatologia observada e implicação para cenários futuros.

Além disso, objetiva-se desenvolver, implementar e testar técnicas de mineração de dados para monitoramento e previsão e de eventos convectivos severos, de forma a disponibilizar ferramentas computacionais semiautomáticas que possam servir como auxílio ao meteorologista na própria previsão do tempo.

DESTAQUES CIENTÍFICOS

O software EDDA-CHUVA demonstra a viabilidade de se estimar acumulados

de chuva convectiva a partir de dados de descargas nuvem-solo.

Este software começou a ser avaliado pelo CEMADEN no início de 2014 e inclui as funcionalidades do software EDDA que gera campos de densidade de ocorrência de descargas para monitoramento em tempo quase-real da atividade convectiva (Veja Fig.2).

Também foi demonstrado que podem ser encontrados padrões associados à ocorrência de atividade convectiva nas previsões de modelos numéricos de mesoescala sendo estes padrões compostos por variáveis meteorológicas e/ou índices de instabilidade definidos a partir de dados post-mortem de eventos convectivos.

A análise da alteração no regime de bloqueios atmosféricos, utilizando dados provenientes do modelo Hadgem2 – ES, mostra que sobre o Pacífico Central se observa uma queda no número de casos nos cenários R45 e R85 (com uma redução mais acentuada em R45 – ver Fig.1).

Para as frentes frias, em relação aos cenários futuros, o modelo indica um pequeno aumento, na maioria dos meses, no número de frentes frias atuando sobre as regiões Sul e Sudeste do Brasil.

COORDENADORES TÉRCIO AMBRIZZI (1) ambrizzi@model.iag.usp.br SIMONE T. FERRAZ (2) simonetfe@ufsm.br (1) Universidade de São Paulo (USP) Rua do Matão, 1226 05508-090, São Paulo, SP, Brasil +5511 30914762.

(2) Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) Roraima, 1000, Cidade Universitária 97105-900, Santa Maria, RS, Brasil +55 32208021 R 1040

Figura 1: Total de dias bloqueados/mês nos oceanos Pacífico e Atlântico, para o período de 2020-2049 (cenário R85), utilizando dados do HadGEM-ES. Adaptado de Pedroso (2014).

Figura 2: Distribuição espacial da precipitação acumulada total estimada em 24 horas no dia 01 de janeiro de 2013 para o Sudeste Brasileiro: software EDDA-chuva (T) e MERGE (estimação a partir de pluviômetros e dados do satélite TRMM).

FORMAÇÃO DE RECURSOS HUMANOS - João Victor Cal Garcia. Doutorado em Computação Aplicada -INPE, 2014 - Cesar Strauss. Doutorado em Computação Aplicada -INPE, 2013 - Diego Pedroso: Mestrado em Meteorologia -UFSM, 2014 - Nadiara Pereira: Mestrado em Meteorologia – IAG, 2013 - Thiago Souza Dias Degola: Mestrado em Meteorologia – IAG, 2013 - Maria de Souza Custódio: Doutorado em Meteorologia – IAG, 2013 - José Leandro Pereira Silveira Campos. Inter-relação da Temperatura da Superfície do Mar no Oceano Atlântico Sul e Eventos de Bloqueios Atmosféricos. 2014.

Mestrado em Meteorologia – IAG CNPq. - Cristiano Prestrelo de Oliveira. Interação da Oscilação Madden-Julian com os Distúrbios Ondulatórios de Leste e sua relação com a Intensificação dos Alísios de Norte da América do Sul. 2014. Doutorado em Meteorologia - IAG CAPES. - Thaize Segura Baroni. Iniciação

Científica. (Graduando em Bacharelado em Meteorologia) - IAG CNPq.

FINANCIAMENTOS Projeto FINEP - Tempestades: desenvolvimento de um sistema dinamicamente adaptativo para produção de alertas para a região Sul/Sudeste (ADAPT) Projeto do Edital Universal (CNPq): CB-MINING: Mineração de dados associados a sistemas convectivos

PUBLICAÇÕES SELECIONADAS Lima GRT, Stephany S. A new classification approach for detecting severe weather patterns. Computers & Geosciences, v. 57, p. 158-165, 2013.

Garcia JVC, Stephany S. D’Oliveira AB. Estimation of convective precipitation mass from lightning data using a temporal sliding-window for a series of thunderstorms in Southeastern Brazil. Atmospheric Science Letters, v. 14, p. 281-286, 2013.

Strauss C, Rosa MB, Stephany S. Spatio-temporal clustering and density estimation of lightning data for the tracking of convective events. Atmospheric Research (Print), v.

134, p. 87-99, 2013.

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Cenários Climáticos Futuros e Redução de Incertezas PALAVRAS-CHAVE projeções de mudanças climáticas, análise de incertezas, campanha de campo, modelos climáticos regionais, modelos climáticos globais, microfísica de nuvens.

PRINCIPAIS PERGUNTAS DE PESQUISA • Quais são as principais incertezas nas projeções climáticas geradas pelos modelos regionais e globais no Brasil e na América do Sul? • Como elas se distribuem geograficamente?

• Como os experimentos de campo podem ajudar melhorar representações de processos físicos no modelo regional Eta CPTEC?

Esta componente considera avaliações de incertezas nas projevoes de clima e também a companha de campo CHUVA, que tel fornecido dados que tem sido assimilados nos modelos do CPTEC INPE e que tem gerado melhoras nas previsões de tempo.

Neste relatórios vamos a considerar as incertezas nas projeções dos modelos do IPCC AR5, já disponíveis no site www.ipcc.ch, e apesentamos a Figura 1, onde se discute os vieses dos modelos do IPCC AR5 comparados com os de AR4. Esta componente também considera a campanha de campo do

projeto CHUVA, que tem sido financiado pelo INCT-MC durante os 3 primeiros anos do projeto. O projeto CHIUVA tem sido importante pois tem ajudado a estabelecer o projeto internacional Go Amazon, que esta acontecendo na Amazônia, próximo a cidade de Manaus. A Figura 2 mostra o ciclo anual de chuva observada pelo satélite TRMM na região do estudo do CHUVA-Go Amazon, e permite detectar que a maior intensidade de chuva nas estação seca e chuvosa acontece perto das 14 horas hora local.

• Como isso se traduz em cenários climáticos mais confiáveis?

DESTAQUE

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Os modelos do IPCC AR5 tem melhorado o skill e reduzido os vieses nas simulações de chuva em algumas áreas da América do Sul, o que ter permitido avaliar com melhor confiança as projeções de clima ate 2100.

Em relação ao projeto CHUVA, ainda que o INCT-MCV não financiou atividade alguma de este projeto no Ano 4 do projeto, os resultados estão ajudando muito a entender melhor como funciona o ciclo de chuvas na região, e como a presença da área urbana de Manaus afeta o clima local.

Isso também esta ajudando a grandes projetos como Go Amazon, financiados pela FAPESP, e também a melhorar o skill dos modelos do CPTEC devido a que os dados gerados pelo experimento estão sendo assimilados nos modelos do CPTEC.

Figura 1: Viés dos modelos do IPCC AR5 (CMIP5) comparado com os modelos do IPCC AR4 9CMIP3). Viés é definido como a diferença entre modelo e observação (Torres et al 2014)

INSTITUIÇÕES PARTICIPANTES

DESTAQUES CIENTÍFICOS

INSTITUIÇÕES PARTICIPANTES: CCST INPE, CPTEC INPE, UNIFEI, UFABC, UK Met Office Hadley Centre, UFPA, UFSM, FUNCEME, UFPEL, UECE, NASAGPM, Cemaden.

O projeto CHUVA realizará experimentos de campo em sete sítios com diferentes padrões climáticos, para estudar os regimes de precipitação no Brasil. Este projeto tem o objetivo de reduzir as incertezas na estimativa da precipitação e progredir no conhecimento dos processos das nuvens, principalmente das nuvens quentes. A pesquisa a ser realizada abrangerá estudos de clima e os processos físicos por meio de observações convencionais e especiais para criar um banco de dados escrevendo os processos de nuvens dos principais sistemas de precipitação no Brasil.

COORDENADORES JOSÉ MARENGO (1) (2) jose.marengo@cemaden.gov.br LUIZ A. T. MACHADO (2) luiz.machado@cptec.inpe.br (1) Centro Nacional de Monitoramento e Alerta de Desastres Naturais (Cemaden) Rodovia Presidente Dutra, km 39 12630-000, Cachoeira Paulista, SP, Brasil (2) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Rodovia Presidente Dutra, km 39 12630-000, Cachoeira Paulista, SP, Brasil +5512 31868464

No caso das incertezas nos modelos do IPCC AR5, a

componente detalha as melhoras dos modelos usados neste relatório do IPCC, os que estão sendo usados no downscaling com modelos regionais para estudos de impactos.

FINANCIAMENTOS Financiado unicamente pelo INCT para Mudanças Climáticas.

INTERFACE CIÊNCIAPOLÍTICAS PÚBLICAS Podemos dizer que o INCT contribuiu com resultados científicos que foram incluídos no Relatório do GT2 do IPCC AR5, particularmente no Sumário de Tomadores de Decisões do GT2 e do Capítulo 27-América

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Figura 2: Distribuição espacial da precipitação acumulada, em mm, na tarde e noite nas proximidades dos rios Solimões, Negro e Amazonas, com dados do TRMM (Machado et al 2014)

Central e do Sul do GT2, onde o coordenador deste subprojeto foi um dos autores. O sucesso do experimento CHUVA levou à programação do GO AMAZON, financiado pela FAPESP, DOE, NSF e NERC. Este projeto conta com a participação de mais de 200 cientistas do Brasil e do exterior.

PUBLICAÇÕES SELECIONADAS Boers N, Bookhagen B, Marwan N, Kurths J, Marengo J. Complex networks identify spatial patterns of extreme rainfall events of the South American Monsoon System.

Geophysical Research Letters , v.40, p.n/a - n/a, 2013.

Calheiros A, Machado LA. Cloud and Rain Liquid Water Statistics in the CHUVA Campaign. Atmospheric Research (Print), v.143, p.313, 2014.

Drumond A, Marengo J, Ambrizzi T, Nieto R, Moreira L, Gimeno L. The role of the Amazon Basin moisture in the atmospheric branch of the hydrological cycle: a Lagrangian analysis. Hydrology and Earth System Sciences , v.18, p.2577 - 2598, 2014.

Tanaka L., Satiamurty P, Machado LA. Diurnal variation of precipitation in central Amazon Basin. International Journal of Climatology, v.34, p.n/a - n/a, 2014.

Cenários de Mudanças Climáticas Para o Século XXI PALAVRAS-CHAVE modelagem climática, cenários de mudanças climáticas, avaliações de incerteza, aumento da resolução espacial.

PRINCIPAIS PERGUNTAS DE PESQUISA • Quais serão as mudanças nos padrões regionais de precipitação, temperatura do ar e ventos, bem como extremos de precipitação e temperatura na América do Sul, durante o século XXI? • Quais seriam as áreas mais afetadas (hot spots) pelos extremos climáticos no futuro na América do Sul ate finais do Século XXI?

DESTAQUE Avaliação das projeções dos modelos do IPCC AR5 para o Brasil, e também estudos de impactos ja observados das mudanças de clima nos sistema naturais e humanos, indicando o aru de confiança na detecção e atribuição.

INSTITUIÇÕES PARTICIPANTES CCST INPE, USP, Univei, Unicamp, Cemaden

O trabalho desta componente é baseado em análise de dados observacionais e com projeções de modelos climáticos para avaliações de impactos das mudanças de clima no futuro no meio e longo prazo.

Estes cenários estão sendo atualizados, usando os cenários SRES do IPCC AR4, e atualizando com os cenários RCPs do IPCC AR5. Estas novas projeções estão sendo usados em estudos de avaliação de impactos das mudanças de clima de outras componentes do INCT, por outros INCTs, por vários projetos FAPESP e também em estudos de impactos-vulnerabilidade-adaptação desenvolvidos pelo MMA e MCTI, SAE e para a preparação da Terceira Comunicação do Brasil a UNFCCC.

DESTAQUES CIENTÍFICOS O Brasil é um país vulnerável aos extremos da variabilidade climática observada no presente, e também àquela projetada para o futuro pelos modelos climáticos. Alguns setores como agricultura, água, saúde, energia e cidades já sentem os impactos de mudanças no clima.

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Outros impactos devem estar ocorrendo em setores ainda não muito bem conhecidos, porém o fato de não existir informação de impactos não significa que de fato eles não existam. Em relação aos resultados mostrados pelo IPCC AR5 WG2 para América do Sul (Magrin et al, 2014), a Figura 1 mostra alguns impactos setoriais atribuídos às mudanças de clima, indicando o grau de confiança de que estes impactos estejam associados a mudanças devido a uma ação natural ou antrópica, para a América Central e Sul.

INTERFACE CIÊNCIAPOLÍTICAS PÚBLICAS Podemos dizer que o INCT contribuiu com resultados científicos que foram incluídos no Relatório do GT2 do IPCC AR5, particularmente no Sumario de Tomadores de Decisões do GT2 e do Capitulo 27-América Central e do Sul do GT2, onde eu fui um dos autores. Estes documentos tiveram grandes impactos na comunidade cientifica e no debate sobre mudanças de clima e impactos no Brasil e na região.

COORDENADOR JOSÉ MARENGO jose.marengo@cemaden.gov.br Centro Nacional de Monitoramento e Alerta de Desastres Naturais (Cemaden) Rodovia Presidente Dutra, km 39 12630-000, Cachoeira Paulista, SP, Brasil Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Rodovia Presidente Dutra, km 39 12630-000, Cachoeira Paulista, SP, Brasil +5512 31868464

Figura 1: Impactos observados da mudança de clima nos sistemas humanos e naturais e atribuição de causas na América Central e do Sul (Magrin et al 2014) O conteúdo da tabela da Figura 1 foi elaborado considerando estudos já publicados de impactos observados, existindo áreas onde não se tem um conhecimento mais profundo. Nesse caso, alguns dos resultados são baseados em monitoramento de curto período, e outros, em estudos de longo prazo. Ainda resta conhecer os impactos observados em grandes áreas no longo prazo e nos setores chaves relevantes a sistemas naturais e atividades humanas. Muitas das mudanças nos sistemas físicos são consequência de mudanças nas condições de clima, médio e ou extremos, particularmente nos extremos de secas e enchentes.

51 Figura 2: Projeções de mudanças de temperatura (esquerda) e precipitação anual (direita) gerado por um conjunto de 23 modelos globais do CMIP5 para América Central e do Sul, em meados e finais do Século 21. Os cenários usados são RCP2.6 (baixas emissões) e RCP 8.5 (altas emissões) (Magrin et al 2014).

A Figura 2 mostra as projeções de clima geradas pelo conjunto de modelos do IPCC AR5 (CMIP5) para América Central e do Sul. Se consideram as projeções para os cenários RCP2.6 (baixas emissões) e RCP8.5 (altas emissões), para meados e finais do Século 21th, para temperatura e precipitação. Observa-se que os aumentos na temperatura do ar são mais intensos na parte continental da região tropical da América do Sul até 2100. Em termos de mudança de chuva, talvez as sinais mais fortes apontam para aumentos da precipitação no extremo oeste da Amazônia e no sudeste da América do Sul, e os reduções de chuva seriam mais intensas no leste da Amazônia e no Nordeste do Brasil, assim como no sul do Chile.

FINANCIAMENTOS Para as atividades dos dois eventos principais, tivemos uma contribuição significativa do INCT e da FAPESP PFPMCG para financiar participantes do INCT nesta conferência (CONCLIMA). Na conferência de adaptação, o INCT ajudou significativamente na organização e para financiar a participação de participantes nacionais e internacionais da conferencia. Além do INCT, tivemos recursos do PROVIA, PNUD, Fundação Konrad Adenauer, IICA, Bando do Nordeste, fundo Clima, Rede Clima, PNUD.

PRINCIPAIS EVENTOS CONCLIMA 2013, Setembro 2013, São Paulo, Brasil-Apresentação dos resultados científicos dos projetos FAPESP PFPMCG, Rede Clima e INCT

MC, até 2013 (conferência nacional).

Troca de experiências e resultados dos projetos, mais de 400 participantes, muitos estudantes e jovens cientistas.

III International Conference on Climate Change and Adaptation, Maio 2014, Fortaleza, CE. Conferência internacional sobre mudanças de clima e adaptação, com a participa-

ção de quase 400 participantes de 46 países. Foram apresentados estudos, avaliações e experiências sobre adaptação aos extremos de clima e mudanças de clima, por pesquisadores nacionais e internacionais.

PUBLICAÇÕES SELECIONADAS Mendes D, Marengo J, Rodrigues S, Oliveira M. Downscaling Statistical Model Techniques for Climate Change Analysis Applied to the Amazon Region. Advances in Artificial Neural Systems. , v.2014, p.1 - 10, 2014.

Drumond A, Marengo J, Ambrizzi T, Nieto R, Moreira L, Gimeno L. The role of the Amazon Basin moisture in the atmospheric branch of the hydrological cycle: a Lagrangian analysis. Hydrology and Earth System Sciences. , v.18, p.2577 - 2598, 2014.

Boers N, Bookhagen B, Marwan N, Kurths J, Marengo J. Complex networks identify spatial patterns of extreme rainfall events of the South American Monsoon System.

Geophysical Research Letters. , v.40, p.n/a - n/a, 2013.

Agricultura PALAVRAS-CHAVE câmaras de topo aberto, mudanças climáticas, temperatura do ar, enriquecimento com CO2 e O3, rendimento de plantas C3 e C4

PRINCIPAIS PERGUNTAS DE PESQUISA • Como os componentes de produção são afetados na determinação da produção de soja sob alta [CO2]?

• Quais serão as respostas fisiológicas e de produção aos efeitos do O3, e efeitos conjugados do CO2 e O3 na produção das culturas?

DESTAQUE O destaque principal para esse período foram os dados experimentais obtidos através dos experimentos com as culturas de soja (CO2), trigo (O3) e pasto (modelagem). Os dados estão sendo analisados e serão utilizados para produção de artigos e modelos de estimativa de crescimento das culturas para situações futuras.

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INSTITUIÇÕES PARTICIPANTES Universidade Federal de Viçosa

COORDENADOR LUIZ CLÁUDIO COSTA l.costa@ufv.br FLÁVIO JUSTINO fjustino@ufv.br Universidade Federal de Viçosa (UFV) Av. Peter Henry Rolfs, s/n 36570-000, Viçosa, MG, Brasil +5531 38991903 / 3466 / 1890

O efeito estufa é um dos fenômenos naturais responsáveis pela manutenção da vida no planeta. Este fenômeno é promovido pela presença de gases como o dióxido de carbono (CO2), porém, as [CO2] nas últimas décadas vêm crescendo rapidamente. Este aumento da [CO2] apresenta estímulos na taxa fotossintética e, consequentemente, na produção agrícola. Em geral, a alta [CO2] produz estímulos nas plantas do tipo C3, mas em C4. Nas plantas C3, observam-se incrementos de 30% na fotossíntese e 15% na produção.

Já em plantas C4, este incremento fica em torno de 10%.

Os efeitos conjugados de elevadas concentrações de CO2 e O3, e maiores temperaturas sobre o crescimento e produção das plantas precisam ser estudadas mais amplamente para desenvolver conhecimento e estratégias de mitigação a condições de futuro.

Para o período atual incorporou-se estudos com ação somente de elevadas [O3] à maneira de ajustar o método para estudos posteriores de interação com elevadas [CO2] e elevadas temperaturas nas culturas de soja, trigo e pastagens, devido ao importante papel econômico destas culturas na agricultura brasileira e a relevância ambiental dos estudos com CO2 e O3. Estudos sobre a interação CO2 x O3 nas culturas agrícolas em ambiente de aquecimento global ainda são escassos no Brasil.

Resultados de 2013-2014 encontram-se em fase de submissão de artigos sobre “Resposta dos componentes de rendimento e produção em soja sob elevada concentração de CO2 num cenário de mudanças climáticas”, em finalização “Fotossíntese, partição de fotoassimilados e produção de dois cultivares de trigo sob elevada concentração de CO2” e outro artigo em fase de elaboração “Ação da elevada concentração de O3 sobre redução da área foliar e partição de assimilados em trigo”, este último decorrente dos testes de calibração do sistema de injeção de O3.

Na metade do segundo semestre de 2014, foi adquirido um monitor de ozônio para realizar avaliações acuradas sobre as concentrações de O3 a serem aplicadas nos experimentos, visto que as unidades de medida das concentrações a serem estudadas são em partes por bilhão (ppb). O monitor de O3 (TELEDYNE API Model M465L) foi instalado e testado em outubro com relação aos parâmetros de funcionamento.

Tendo em vista que as [O3] aplicadas às plantas cultivadas como soja e trigo, podem resultar na morte das plantas por variações não controladas no sistema de aplicação de O3, tem-se optado por realizar a calibração do sistema de injeção de O3 com uma cultura de pasto (Brachiaria brizantha), de modo a poder contar com o brotamento rápido da cultura a cada experimento de calibração reduzindo o tempo de ajuste de método.

Para o mês de dezembro está previsto o plantio de mudas de pasto e a mudança de distribuição da mistura ar+O3 no interior das câmaras.

Quanto à parte de modelagem, encontra-se em fase introdução de dados aos modelos DSSAT para validação dos modelos de crescimento de culturas de soja e trigo, onde os dados experimentais serão utilizados para a calibração dos modelos e verificação dos resultados gerados pelos modelos.

DESTAQUES CIENTÍFICOS Com relação ao trabalho com soja - O aumento da [CO2] mais elevadas temperaturas podem não afetar a produção devido à alteração da relação fonte-dreno, a redução do número de ramos e vagens produtivas, o aumento da altura de plantas. Foi encontrada também resposta na produtiva de ramos por posição na planta sendo que 80% das vagens produtivas foram alocadas nos quatro primeiros ramos basais e racemos caulinares basais.

A magnitude destas respostas é genótipo-dependente.

Com relação aos efeitos do O3 e CO2xO3 mais temperatura - Os ex-

perimentos se encontram no estado de ajuste de métodos, esperando-se a montagem do experimento para primeiro semestre de 2015.

FORMAÇÃO DE RECURSOS HUMANOS Até o momento, o projeto envolve: três estudantes de graduação em

Engenharia Agrícola, que auxiliam nos trabalhos de campo e da modelagem em DSSAT; um estudante de mestrado em Meteorologia Agrícola, que participa do desenvolvimento de modelo de dinâmica de fluidos das câmaras de topos aberto, e dois pós-doutorandos Meteorologia Agrícola, que coordenam o grupo, planejam e conduzem os experimentos

de campo, analisam os resultados e auxiliam em aulas para a formação de estudantes do curso de Engenharia Agrícola e pós-graduacão em Meteorologia Agrícola.

FINANCIAMENTOS Financiado unicamente pelo INCT para Mudanças Climáticas. Bolsas de Pós-doutorado (CAPES-PNPD; e CAPES-EMBRAPA), Bolsas PIBIC, PIBITI.

PRINCIPAIS EVENTOS Congresso Brasileiro de Meteorologia 2014, de 3 a 6 de novembro de 2014 em Recife. Simpósio de Integração Acadêmica SAI-UFV 2014, outubro de 2014, Viçosa.

A

B 53

PUBLICAÇÕES SELECIONADAS

C

Leite JGB, Silva JV, Justino FB, Ittersum MKV. A crop model-based approach for sunflower yields. Scientia Agricola (USP. Impresso), v. 71, p.

345-355, 2014.

Grossi MC, Justino F, Andrade CLT, Santos EA, Rodrigues RA, Costa LC. Modeling the impact of global warming on the sorghum sowing window in distinct climates in Brazil.

European Journal of Agronomy, v.

51, p. 53-64, 2013.

D

E

F

Figura 1: Gerador de Ozônio (A), Controlador do sistema de injeção de O3 nas câmaras (B), cultivares de trigo avaliados sob efeitos do O3 (C), danos de plantas de trigo por exposição a 100 ppb O3 por 2 horas (D,E), planta de trigo sem tratamento com O3 (F) na etapa de calibração dos procedimentos para tratamento com O3.

Justino F, Oliveira EC, Rodrigues RA, Gonçalves PHL, Souza PJOP, Stordal F, Orsini JAM, Silva TGF, Delgado RC, Lindemann DS, Costa LC. Mean and Interannual Variability of Maize and Soybean in Brazil under Global Warming Conditions. American Journal of Climate Change, v. 02, p. 237-253, 2013.

Emissões de Lagos e Reservatórios PALAVRAS-CHAVE gases de efeito estufa, séries temporais, modelagem numérica, frentes frias, recursos hídricos

PRINCIPAIS PERGUNTAS DE PESQUISA • Quais os principais efeitos da passagem sucessiva de frentes frias sobre os processos de estratificação e mistura no reservatório de Itumbiara (GO)?

• Como as propriedades ópticas inerentes e aparentes modificam a cor da água durante o ciclo hidrológico no reservatório de Funil (RJ)?

DESTAQUE

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Com a aquisição do modelo ELCOMCAEDYM, iniciou-se experimentos numéricos com o objetivo de simular a dinâmica e as emissões de carbono por estes ambientes, e avaliar os impactos das mudanças climáticas sobre as emissões de carbono. Atualmente, os reservatórios Hidrelétricos Itumbiara, no bioma Cerrado, e Tucuruí, no bioma Amazônia estão sendo estudados.

INSTITUIÇÕES PARTICIPANTES

A questão da geração hidrelétrica e do meio ambiente sempre esteve repleta de discussões em torno da viabilidade destes projetos e dos impactos ambientais negativos impostos onde se instalavam. No tocante à emissão de gases precursores do efeito estufa (dióxido de carbono - CO2; metano - CH4; óxido nitroso - N20), a hidroeletricidade sempre esteve cogitada como uma fonte de energia limpa e renovável, quando comparada principalmente com as alternativas termelétricas, que empregam a queima de combustíveis fósseis na geração de energia elétrica.

Durante a década de 90, as hidrelétricas passaram a ser investigadas e conclusões da época afirmavam que seus reservatórios poderiam estar também contribuindo para a intensificação do efeito estufa, através da emissão de gases biogênicos, produto da decomposição de material orgânico em sua bacia de acumulação. Porem, os reserva-

tórios hidrelétricos tem um papel estratégico no desenvolvimento do Brasil. A maior parte das atividades brasileiras esta baseada na energia hidrelétrica. Assim, pesquisas tem que ser desenvolvidas para assegurar a segurança energética e hídrica.

DESTAQUES CIENTÍFICOS A ocorrência de frentes frias sobre o reservatório de Itumbiara impacta a circulação e mistura vertical da coluna d’água significativamente, e é responsável por intensificar o processo de resfriamento diferencial, gerando correntes de densidade que exportam água da região litoral (oxigenada e rica em nutrientes) para a zona pelágica.

Estes podem ser processos chave que controlam a evasão de carbono em reservatórios sujeitos a passagem de frentes firas.

Adicionalmente, os resultados obtidos neste estudo indicam que as mudanças potenciais na

INPE, UFRJ.

COORDENADORES MARCO AURÉLIO DOS SANTOS (1) aurelio@ppe.ufrj.br JOSÉ LUIZ STECH (2) stech@dsr.inpe.br (1) Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) Centro de Tecnologia, Bloco C, sala 211 Cidade Universitária – CP 68565 21941-972, Rio de Janeiro RJ, Brasil +5521 25628763 (2) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Av. dos Astronautas, 1758 12227-010, São José dos Campos, SP, Brasil +5512 32086473

Figura 1: Resultados da simulação para o reservatório da UHI: (a-l) evolução da temperatura da superfície da água (WST) ao longo do outono e inverno de 2010.

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Emissões de Lagos e Reservatórios

Figura 3: Resultados preliminares da simulação do balanço de carbono no reservatório da UHE Tucuruí utilizando o modelo acoplado ELCOM-CAEDYM.

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Figura 4: Condição de bloom de algas em Funil (RJ)

Figura 4: Condição de bloom de algas em Funil (RJ)

atividade de frentes frias sobre a América do Sul, devido a variabilidade do clima, podem levar a uma significante alteração das emissões de carbono por estes sistemas aquáticos.

No reservatório de Funil foram desenvolvidos estudos, na área de bio-óptica, e tiveram como objetivo: quantificar a concentração de Clorofila-a no reservatório através de algoritmos e modelagem

bio-optica; e identificar a floração de algas, principalmente cianobactérias (Ficocianina) utilizando modelagem bio-óptica e dados de sensoriamento remoto.

Os resultados são importantes, pois

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Figura 5: Radiômetros da TriOS em operação no reservatório de Funil (RJ).

se sabe que o crescimento dessas algas tem um impacto na saúde das pessoas e animais que vivem nas margens desses corpos d´água, podendo ser fatal. A floração de algas e as alterações no índice trófico nos reservatórios são de grande importância para a dinâmica do carbono nestes ambientes.

FORMAÇÃO DE RECURSOS HUMANOS 1) Caracterização e avaliação da dinâmica sazonal das propriedades

bio-ópticas do reservatório de funil com apoio de sensoriamento remoto, dados in situ e modelos ópticos.

2) Re-parametrização de um algoritmo quasi analítico e estimação de ficocianina para um reservatório tropical

FINANCIAMENTOS Houve recursos complementares de dois projetos financiados pela FAPESP, no valor aproximado de R$ 600.000,00. Os recursos foram utilizados no desenvolvimento de três dissertações de mestrado e uma tese de doutorado.

3) Impactos das mudanças climáticas sobre a emissão de carbono em reservatórios hidrelétricos Amazônicos: o caso da UHE Tucuruí, Pará, Brasil.

PUBLICAÇÕES SELECIONADAS Curtarelli MP, Alcântara E, Rennó C, Stech J. Effects of cold fronts on MODIS-derived sensible and latent heat fluxes in Itumbiara Reservoir (Central Brazil). Advances in Space Research, v. 52, p. 1668-1677, 2013.

Ogashawara I, Curtarelli M, Souza A, Augusto-Silva P, Alcântara E, Stech J. Interactive Correlation Environment (ICE) - A Statistical Web Tool for Data Collinearity Analysis. Remote Sensing, v. 6, p. 3059-3074, 2014.

Modelagem de Mudanças Climáticas Globais: Modelo Brasileiro do Sistema Terrestre (BESM) PALAVRAS-CHAVE modelagem do sistema climático global, modelos numéricos, modelo brasileiro do sistema terrestre (BESM)

PRINCIPAIS PERGUNTAS DE PESQUISA • Como projetar as mudanças climáticas em escala global e regional decorrentes de ações antrópicas e naturais utilizando-se de modelos numéricos que consideram as interações entre os componentes físicos do sistema terrestre; o oceano, a atmosfera, a criosfera e a biosfera?

DESTAQUE Geração de cenários de mudanças climáticas globais com o modelo BESM, utilizadas para geração de cenários regionais sobre o Brasil com o modelo Eta. Artigo de validação do modelo BESM publicado no Journal of Climate (Nobre et al. 2013), participação do Brasil no projeto CMIP5.

INSTITUIÇÕES PARTICIPANTES

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CPTEC e CCST/INPE, UFPE, UFV, USP, UNESP, UFRGS, UNICAMP, UFLA, UFSM, UNIFEI, UNB, UFMG, INPA, UEA, UERJ, FURG/IO, FUNCEME, LAMEPE, EMBRAPA, INPA

O subprojeto de construção do Modelo Brasileiro do Sistema Climático – BESM tem como objetivo gerar a capacidade de modelagem do sistema terrestre no Brasil, visando a construção de cenários de mudanças climáticas globais com especial ênfase nos processos que causam variações climáticas sobre o Brasil. Fruto do trabalho coordenado entre o INPE e diversas Universidades no Brasil e no exterior, o BESM constitui-se, de fato, um modelo de desenvolvimento comunitário nacional com suporte internacional. Por sua natureza transversal aos demais projetos de pesquisa relativos às mudanças climáticas, a construção do BESM constitui elemento fundamental para os projetos voltados desde a detecção, atribuição, até os impactos das mudanças climáticas globais e suas medidas de mitigação e adaptação. Dentre suas mais relevantes conquistas estão a participação pioneira do Brasil como nação contribuinte para os cenários globais de mudanças climáticas do projeto CMIP-5, base para a elaboração do quinto relatório do IPCC. Além deste, contribuiu com cenários de mudanças climáticas para a 3a Comunicação Nacional de Mudanças Climáticas do Brasil à Convenção Quadro para Mudanças Climáticas da ONU.

COORDENADORES PAULO NOBRE(1) paulo.nobre@cptec.inpe.br MARCOS HEIL COSTA(2) mhcosta@ufv.br (1) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Rodovia Presidente Dutra, km 39 12630-000, Cachoeira Paulista, SP, Brasil +5512 31868425 (2) Universidade Federal de Viçosa (UFV) Av. P H. Rolfs, s/n 36570-000, Viçosa, MG, Brasil +5531 38991899

DESTAQUES CIENTÍFICOS Foi gerada a segunda versão do BESM, baseada no acoplamento da versão 4.0 do modelo atmosférico global do CPTEC com microfísica de nuvens e modelo de vegetação dinâmica IBIS, ao modelo oceânico global do GFDL (MOM4 verão p1).

Foram gerados novos cenários de mudanças climáticas para os perfiz de forçante radiativa RCP 8.5 e 6.5 do programa CMIP5.

FORMAÇÃO DE RECURSOS HUMANOS Três alunos de pós-graduação (doutoramento) no INPE, atuando nas áreas de transferência turbulenta de momento e calor na interface ar-mar; nos processos de retroalimentação na interface gelo marinho-atmosfera; efeito da maré oceânica na topografia de fundo para a variabilidade climática de longo período.

FINANCIAMENTOS Pesquisa financiada pelos projetos INCT-MC, Rede CLIMA, FINEP e Programa FAPESP de Pesquisa em Mudanças Climáticas Globais – PFMPCG.

INFRAESTRUTURA O projeto utiliza a infraestrutura de supercomputação da Rede CLIMA e PFPMCG instalada no INPE para os desenvolvimentos, testes e integrações longas, com mais de dez mil anos de integrações do BESM já realizadas.

PRINCIPAIS EVENTOS Foram realizados dois cursos de especialização na modelagem da camada limite planetária atmosférica e sobre microfísica de nuvens, no CPTEC/INPE, com professores do NCAR e participação da equipe de desenvolvimento do BESM além de alunos de pós-graduação do INPE e Universidades Brasileiras.

85 Figura 1: Variação da temperatura do ar a 2m (esquerda) e da precipitação pluviométrica (direita) computadas pelo modelo BESM2.4-Ssib para concentração de CO2 atmosférico de 1200 ppmv, representativo do cenário RCP 8.5 no ano 2100. Fonte: Vinicius Capistrano, comunicação pessoal (2014), artigo em preparação.

PUBLICAÇÕES SELECIONADAS Nobre P, Siqueira LSP, De Almeida RAF, Malagutti M, Giarolla E, Castelão GP, Bottino MJ, Kubota P, Figueroa SN, Costa MC, Baptista Jr M, Irber Jr L, Marcondes GG. Climate simulation and change in the Brazilian Climate Model. J. Climate, 26, 6716-6732. doi: 10.1175/ JCLI-D-12-00580.1, 2013.

Modelo de Circulação Global do CPTEC PALAVRAS-CHAVE Modelo de Circulação Global Atmosférico (MCGA), desenvolvimento, validação, esquemas de parametrização, simulações climáticas

PRINCIPAIS PERGUNTAS DE PESQUISA • Qual a habilidade do MCGA CPTEC/INPE em reproduzir teleconexões atmosféricas, extremos de precipitação e temperatura, e os padrões de variabilidade climática?

• Quais são os desenvolvimentos que necessitam ser realizados no MCGA para melhorar os resultados quando comparados com observação, e como devem ser aplicados?

DESTAQUE Realização de testes com as novas implementações e de integrações climáticas de 30 anos e 5 membros, com a versão mais recente. Os resultados foram analisados em relação à climatologia de variáveis atmosféricas e à variabilidade climática, os quais serão apresentados em artigo científico.

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INSTITUIÇÕES PARTICIPANTES Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Universidade de São Paulo, Universidade Federal do Ceará, Laboratório Nacional de Computação.

O MCGA CPTEC/INPE, o qual tem um núcleo dinâmico e esquemas de parametrização física tem sido melhorado ao longo dos anos, através de novas implementações no seu código, e sua versão mais recente apresenta uma evolução em relação à versão inicial. Essas implementações foram realizadas nos últimos anos, durante o período do projeto INCT. Os principais objetivos desse projeto são desenvolver e implementar parametrizações e introduzir modificações no código do modelo com o fim de melhorar a representação das variáveis meteorológicas. Este subprojeto tem relação principalmente com os subprojetos Modelo Brasileiro do Sistema Terrestre e Interação Biosfera-Atmosfera. Neste período foram realizados testes com diferentes esquemas de microfísica, com aplicação de parâmetros de propriedades ópticas, com a implementação do esquema semi-lagrangeano para umidade e com a inclusão da parametrização de fluxos sobre o oceano e sobre o gelo. Os principais testes no modo climático foram a verificação da sensibilidade à climatologia de precipitação sobre a América do Sul e à variabilidade climática.

DESTAQUES CIENTÍFICOS Foram realizadas 5 integrações de 30 anos com as novas implementações para análise das condições climatológicas e de variabilidade climática.

Além da climatologia de diversas variáveis atmosféricas, o modelo representou bem algumas características do sistema de monção da

América do Sul, como a diferença de precipitação entre verão e inverno (Figura 1), a variação sazonal no fluxo de umidade integrado na vertical (Figura 2) e o padrão típico de dipolo de precipitação de verão associado à Zona de Convergência do Atlântico Sul. Entretanto índices de extremos diários mostram uma subestimativa em representar a intensidade de precipitação em grande parte da América do Sul (Figura 3 a,b) e uma superestimativa dos dias consecutivos secos (Figura 3c,d). Assim, embora o modelo represente bem algumas configurações climatológicas, as deficiências notadas na quantidade de precipitação diária requerem uma atenção especial nos esquemas relacionados com precipitação, como convecção e microfísica de nuvens.

Novas implementações e desenvolvimentos estão sendo realizados para melhorar esses aspectos.

FORMAÇÃO DE RECURSOS HUMANOS Conclusão de trabalho de tese de doutorado da aluna Renata G. Tedeschi no tema: As influências de tipos diferentes de ENOS na precipitação e nos seus eventos extremos sobre a América do Sul- Observações, simulações e projeções. No estudo foi usado o MCGA CPTEC/INPE para analisar a representação dos fenômenos El Nino e La Nina e a influência destes na precipitação e extremos sobre a América do Sul. Em andamento tese de doutorado da aluna Kelen M. Andrade no tema “A influência de telecone-

COORDENADOR IRACEMA F. A. CAVALCANTI iracema@cptec.inpe.br Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Rodovia Presidente Dutra, km 39 12630-000, Cachoeira Paulista, SP, Brasil +5512 32086027 / 32868478

Figura 1: Southern Annular Mode (SAM) obtido do primeiro modo de Funções Ortogonais Empíricas (a) Dados de reanálise ERA, (b) MCGA CPTEC/INPE. Apenas a configuração deve ser comparada. Os sinais dependem da série temporal das amplitudes.

xões em sistemas frontais sobre o Brasil”. A relação com os objetivos do sub-projeto é o uso do MCGA CPTEC/INPE para analisar a habilidade do modelo em representar essas influências.

INTERFACE CIÊNCIAPOLÍTICAS PÚBLICAS As melhorias que estão sendo realizadas no MCGA CPTEC/INPE podem servir de referência para mostrar a confiabilidade que os órgãos relacionados com políticas públicas podem ter nos resultados do modelo em representar a variabilidade climática, a frequência e intensidade de eventos extremos de precipitação e as condições atmosféricas associadas.

C

A

B

D

FINANCIAMENTOS Auxílio à pesquisa pelo CNPq.

Figura 2: Fluxo de umidade integrado verticalmente e convergência de umidade (a), (b) MCGA CPTEC/INPE, (c), (d) reanálise ERA Interim. Painel superior: DJF e painel inferior: JJA.

INFRAESTRUTURA Está sendo criado um Laboratório de Modelagem Atmosférica - virtual (INCT) e físico (INCT e CPTEC) no CPTEC, para treinamento e realização de experimentos com o MCGA CPTEC/INPE.

A

C

B

D

PUBLICAÇÕES SELECIONADAS Tedeschi, R.G. , 2013. As influências de tipos diferentes de ENOS na precipitação e nos seus eventos extremos sobre a América do SulObservações, simulações e projeções.

Tese de doutorado no INPE.

Figura 2: Fluxo de umidade integrado verticalmente e convergência de umidade (a), (b) MCGA CPTEC/INPE, (c), (d) reanálise ERA Interim. Painel superior: DJF e painel inferior: JJA.

87

Comitê Científico C. A. Nobre, INPE (Coordenador) J. Marengo, INPE (Vice-Coordenador) A. Cirilo, UFPE (Recursos Hídricos) A. P. Aguiar, INPE (Mudanças dos Usos da Terra) C. Barcellos, FIOCRUZ (Saúde – Clima Global e Mudanças Ambientais e seus Impactos na Saúde Humana)

M. Forti, INPE (Tecnologias Observacionais para Mudanças Climáticas)

J. A. Rodrigues, INPE (Processos de Combustão)

M. Lahsen, INPE (Estudos de Ciência, Tecnologia e Políticas Públicas)

J. L. Stech, INPE (Emissões de Lagos e Reservatórios) J. Marcovitch, USP (Economia das Mudanças Climáticas) J. Marengo, INPE (Cenários; Detecção e Atribuição; Redução de Incertezas)

C. Garcia, FURG (Zonas Costeiras)

J. Muelbert, FURG (Zonas Costeiras)

C. Joly, UNICAMP (Biodiversidade, Estrutura e Funcionamento de Ecossistemas)

J. Ometto, INPE (Ciclos Biogeoquímicos Globais)

E. Campos, USP (Oceanos)

96

I. Cavalcanti, INPE (CPTEC - Modelo de Circulação Geral da Atmosfera)

E. Haddad, USP (Economia das Mudanças Climáticas) E. Pereira, INPE (Energias Renováveis) F. Fachini Filho, INPE (Procesos de Combustão) F. Scarano, UFRJ (Biodiversidade, Estrutura e Funcionamento de Ecossistemas) G. Câmara, INPE (Mudanças dos Usos da Terra)

J. Tomasella, INPE (Recursos Hídricos) J. Trotte, DHN (Oceanos) L. C. Costa, UFV (Agricultura) L. Machado, INPE (Redução de Incertezas em Modelos e Cenários Climáticos) L. Martinelli, USP (Ciclos Biogeoquímicos Globais) M. A. Santos, UFRJ (Emissões de Lagos e Reservatórios)

G. Fisch, DCTA (Amazônia)

M. Bustamante, UnB (Biodiversidade; Ciclos Biogeoquímicos Globais)

H. Rocha, USP (Ciclos Biogeoquímicos Globais)

M. Cardoso, INPE (Interações BiosferaAtmosfera)

H. S. de Moura Costa, UNICAMP (Urbanização e Megacidades)

M. Copertino, FURG (Zonas Costeiras) M. Costa, UFV (Modelo Brasileiro do Sistema Climático Global)

P. Alvalá, INPE (Gases de Efeito Estufa) P. Artaxo, USP (Amazônia) P. Moutinho, IPAM (Redução de Emissões por Desflorestamento e Degradação Florestal REDD) P. Nobre, INPE (Modelo Brasileiro do Sistema Climático Global; Oceanos) P. Silva Dias, LNCC (Modelagem Multiescala) R. Alvalá, INPE (Redução de Riscos de Desastres Naturais) R. L. do Carmo, UNICAMP (Urbanização e Megacidades) S. Hacon, FIOCRUZ (Saúde – Clima Global e Mudanças Ambientais e seus Impactos na Saúde Humana) S. T. Ferraz, UFSM (Detecção, Atribuição e Variabilidade Natural do Clima) T. Ambrizzi, USP (Detecção, Atribuição e Variabilidade Natural do Clima) T. G. Soares Neto,INPE (Processos de Combustão)

Secretaria Executiva INCT para Mudanças Climáticas Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE Centro de Ciência do Sistema Terrestre – CCST Av. dos Astronautas, 1758 12227-010 – São José dos Campos, São Paulo, Brasil Gestora Executiva Erica Menero erica.menero@inpe.br (12) 3208-7945

PUBLICAÇÕES SELECIONADAS

A Base Científica Artigos publicados em periódicos internacionais indexados Amazônia ALLAN, J. D.; MORGAN, W. T.; DARBYSHIRE, E.; FLYNN, M. J.; WILLIAMS, P. I.; ORAM, D. E.; ARTAXO, P.; BRITO, J.; LEE, J. D.; COE, H. Airborne observations of IEPOX-derived isoprene SOA in the Amazon during SAMBBA. Atmospheric Chemistry and Physics Discussion, v. 14, p. 12635-12671, 2014.

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2009 . 2014 | RELATÓRIO FINAL DE ATIVIDADES INCT para Mudanças Climáticas

Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia para Mudanças Climáticas Relatório de Atividades

2013.2014