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Title: Análise dos efeitos do desmatamento na evapotranspiração e na microfísica das nuvens utilizando dados de sensoriamento remoto para Amazônia
Other Titles: Analyzes of effects of evaluation in evapotranspiration and micuophysics of clouds using remote sensing to Amazonia
Authors: Silva, Helder José Farias da
Keywords: MOD16;TRMM;Regressão logística;Biosfera;Rondônia
Issue Date: 28-Feb-2019
Citation: SILVA, Helder José Farias da. Análise dos efeitos do desmatamento na evapotranspiração e na microfísica das nuvens utilizando dados de sensoriamento remoto para Amazônia. 2019. 99f. Tese (Doutorado em Ciências Climáticas) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019.
Portuguese Abstract: A floresta amazônica exerce uma função importante entre o continente e a atmosfera terrestre no que concernem os fluxos de energia. Além disso, contribui em escalas regionais na gênese e manutenção da circulação atmosférica, tornando-se uma fonte importante de umidade, colaborando, desta forma, com as precipitações de outras partes da América do Sul. Estudos têm demonstrado que o desmatamento em grandes proporções pode levar a mudanças nas características termodinâmicas da baixa atmosfera do clima regional e global. Atualmente, as pesquisas se concentram em entender o potencial de incremento do desmatamento no futuro e os mecanismos de retroalimentação entre desmatamento, queimadas e secas. No entanto, uma descrição mais detalhada dos impactos do desmatamento sobre a evapotranspiração (ET) e microfísica das nuvens em escala de bacia é necessária. Necessitando, nesse aspecto, mais estudos que possam avaliar com maior profundidade essas características em regiões desmatadas na Amazônia. Esta pesquisa se propôs a analisar a microfísica das nuvens e a ET inserida no estado de Rondônia, sudoeste da Amazônia brasileira, baseado em dados espectrais extraídos de sensores orbitais a fim de gerar estatísticas comparativas desses componentes entre regiões de floresta e não floresta (desmatadas), considerando o nível atual do desmatamento. Adicionalmente, buscou-se analisar o uso de um modelo de regressão logística para criar mapas de desmatamento na Amazônia com base nos campos de ET. Foram utilizados dados orbitais de ET e de tipo de cobertura da terra oriundos do produto MOD16 e do projeto PRODES, respectivamente, considerando o período de 2000 a 2014. Os dados dos parâmetros microfísicos das nuvens foram extraídos dos sensores TMI e do radar PR dos produtos 2A-CLIM e 2A25, respectivamente. Do TMI os parâmetros considerados foram: Conteúdo integrado de água de chuva (Rain Water Path – RWP), Conteúdo integrado de gêlo (Cloud Water Path – IWP), Precipitação convectiva (Convective Precipitation – CP), Taxa de precipitação em superfície (Surface Precipitation – SP) e Precipitação Congelada em superfície (Frozen Precipitation – FP), enquanto que os parâmetros do 2A25 foram: Altura do Nível de Congelamento (Freezing Height – FH) e Tipo de Chuva (Rain Type – RT). Dados de relevo, do Shuttle Radar Topographic Mission – SRTM também foram utilizados para complementar as análises. Quanto aos impactos do desmatamento as análises indicaram que a ET de áreas desmatadas diminui em média 28% no período seco e aumentou 4% no período chuvoso. As diferenças observadas na estação chuvosa não foram significativas (valor-p >0,05). Ao contrário da estação seca, que apresentou significância estatística (valor-p <0,05). Em geral, os resultados sugerem que os dados do MOD16 podem fornecer boa representação da mudança da ET para grandes áreas da Amazônia brasileira. A análise de regressão logística mostrou que o padrão espacial do desmatamento pode ser identificado por fatores biofísicos como a ET com precisão de até 87%, desde que mantidas as condições climáticas médias do meio ambiente. Em relação às analises dos parâmetros microfísicos da nuvem os resultados indicaram que, em geral, o relevo local influencia nos parâmetros microfísicos sendo mais pronunciado a partir de 721 metros, independente do tipo de superfície. Além disso, o nível do desmatamento local produziu aumentos significativos (valor-p<0,05) nos parâmetros RWP e IWP de 11 e 13%, respectivamente, e reduções para os parâmetros CP, SP e FP que variaram entre 7,9 a 9,2% (valor-p <0,05) que foram associados às alterações nas ocorrências de chuvas convectivas das regiões desmatadas que favorecem a produção de cristais de gelo e gotas de chuvas, porém com menor quantidade de precipitação devido a redução na disponibilidade de umidade e atuação de carbon black. Enquanto que para os parâmetros FH e RT, não foram observadas alterações significativas. Porém, ligeiro aumento para FH e maior frequência de chuvas tipo convectivas em áreas desmatadas foram observadas. Esses resultados sugerem que a estrutura microfísica da nuvem bem como a ET se apresentam com características distintas quando relacionadas a áreas de florestas e desmatadas na região de estudo concordando com as mudanças observadas nos padrões de nuvens e quantitativos de precipitação devido ao desmatamento na Amazônia evidenciados por pesquisas anteriores.
Abstract: The Amazon forest plays an important role between the continent and the Earth's atmosphere as far as energy flows are concerned. In addition, it contributes to regional scales in the genesis and maintenance of atmospheric circulation, becoming an important source of humidity, thus contributing to rainfall in other parts of South America. Studies have shown that large-scale deforestation can lead to changes in the thermodynamic characteristics of the lower atmosphere of the regional and global climate. Currently, the research focuses on understanding the potential for future deforestation and the feedback mechanisms between deforestation, burning and drying. However, a more detailed description of deforestation impacts on evapotranspiration (ET) and microphysics of clouds at basin scale is required. Needing, in this aspect, more studies that can evaluate these characteristics in more depth in deforested regions in the Amazon. This research proposed to analyze the microphysics of the clouds and ET inserted in the state of Rondônia, southwest of the Brazilian Amazon, based on spectral data extracted from orbital sensors in order to generate comparative statistics of these components between forest and non-forest regions, considering the current level of deforestation. Additionally, we sought to analyze the use of a logistic regression model to create deforestation maps in Amazonia based on ET fields. Orbital ET data and land cover type data from the MOD16 product and the PRODES project were used, respectively, considering the period from 2000 to 2014. The data of the microphysical parameters of the clouds were extracted from the TMI sensors and the PR radar of the products 2ACLIM and 2A25, respectively. From the TMI the parameters considered were: Integrated Rain Water Path (RWP), Ice Water Path (IWP), Convective Precipitation (CP), Surface Precipitation (SP) and Frozen Precipitation (FP), while the parameters of 2A25 were: Freezing Height (FH) and Rain Type (RT). Relay data from the Shuttle Radar Topographic Mission were also used to complement the analyzes. Regarding the impacts of deforestation, the analyzes indicated that ET of deforested areas decreased by an average of 28% in the dry season and increased by 4% in the rainy season. The differences observed in the rainy season were not significant (p-value> 0.05). Unlike the dry season, which presented statistical significance (p-value <0.05). In general, the results suggest that the MOD16 data can provide a good representation of the ET change for large areas of the Brazilian Amazon. The logistic regression analysis showed that the spatial pattern of deforestation can be identified by biophysical factors such as ET with an accuracy of up to 87%. Regarding the analysis of the microphysical parameters of the cloud, the results indicated that, in general, the local relief influences the microphysical parameters being more pronounced from 721 meters, regardless of the surface type. In addition, the level of local deforestation produced significant increases (p-value <0.05) in the RWP and IWP parameters of 11 and 13%, respectively, and reductions for CP, SP and FP parameters ranging from 7.9 to 9.2% (p-value <0.05) which were associated with changes in the occurrence of convective rainfall in deforested regions that favor the production of ice crystals and rainfall, but with less precipitation due to lower availability of moisture and carbon black performance. While for the FH and RT parameters, no significant changes were observed. However, slight increase for FH and higher frequency of convective type rainfall in deforested areas were observed. These results suggest that the microphysical structure of the cloud as well as ET present themselves with distinct characteristics when related to forest and deforested areas in the study region, agreeing with the observed changes in cloud patterns and quantitative precipitation due to deforestation in the Amazon evidenced by research.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/27085
Appears in Collections:PPGCC - Doutorado em Ciências Climáticas

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