Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul Centro Estadual De Pesquisa Em Sensoriamento Remoto E Meteorologia Programa De Pós-Graduação Em Sensoriamento Remoto
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL CENTRO ESTADUAL DE PESQUISA EM SENSORIAMENTO REMOTO E METEOROLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM SENSORIAMENTO REMOTO IDENTIFICAÇÃO DA INFLUENCIA DO EL NIÑO – OSCILAÇÃO SUL E OSCILAÇÃO DECENAL DO PACÍFICO SOBRE AS GELEIRAS ANDINAS TROPICAIS USANDO SENSORIAMENTO REMOTO E PARÂMETROS CLIMÁTICOS BIJEESH KOZHIKKODAN VEETTIL Orientador: Prof. Dr. Sergio Florêncio de Souza Coorientador: Prof. Dr. Ulisses Franz Bremer Porto Alegre (RS), Janeiro de 2017 BIJEESH KOZHIKKODAN VEETTIL IDENTIFICAÇÃO DA INFLUENCIA DO EL NIÑO – OSCILAÇÃO SUL E OSCILAÇÃO DECENAL DO PACÍFICO SOBRE AS GELEIRAS ANDINAS TROPICAIS USANDO SENSORIAMENTO REMOTO E PARÂMETROS CLIMÁTICOS Tese de Doutorado submetida ao Programa de Pós-Graduação em Sensoriamento Remoto da Universidade Federal do Rio Grande do Sul como requisito parcial para obtenção do título de Doutor em Sensoriamento Remoto. Orientador: Dr. Sergio Florêncio de Souza Coorientador: Dr. Ulisses Franz Bremer Banca Examinadora: Dr. Jefferson Cardia Simões Dr. Cláudio Wilson Mendes Junior Dr. Atilio Efrain Bica Grondona PORTO ALEGRE 2017 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL Reitor: Rui Vicente Oppermann Vice-Reitora: Jane Fraga Tutikian INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS Diretor: André Sampaio Mexias Vice-Diretor: Nelson Luiz Sambaqui Gruber Veettil, Bijeesh Kozhikkodan Identificação da influência do El Niño-Oscilação Sul e Oscilação Decenal do Pacífico sobre as geleiras Andinas Tropicais usando Sensoriamento Remoto e parâmetros climáticos. / Bijeesh Kozhikkodan Veettil. - Porto Alegre: IGEO/UFRGS, 2017. [252 f.] il. Tese (Doutorado).- Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Programa de Pós-Graduação em Sensoriamento Remoto. Instituto de Geociências. Porto Alegre, RS - BR, 2017. Orientador(es):Sergio Florêncio de Souza Coorientador(es):Ulisses Franz Bremer 1. Andes tropicais 2. El Niño - Oscilação Sul (ENOS) 3. Oscilação Decenal do Pacífico (ODP) 4. Retração da geleira I. Título. CDU 528.8CDU 528.8 ___________________________________________________________ Catalogação na Publicação Biblioteca Instituto de Geociências - UFRGS Sônia Teresinha Duarte de Oliveira CRB 10/2310 __________________________ Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Campus do Vale Av. Bento Gonçalves, 9500 - Porto Alegre - RS - Brasil CEP: 91501-970 / Caixa Postal: 15001. Fone: +55 51 3308-6329 Fax: +55 51 3308-6337 E-mail: [email protected] Aprovado pela Banca Examinadora em cumprimento ao requisito exigido para obtenção do Título de Doutor em Sensoriamento Remoto __________________________________ Dr. Sergio Florêncio de Souza (UFRGS) Orientador __________________________________ Dr. Jefferson Cardia Simões __________________________________ Dr. Cláudio Wilson Mendes Junior __________________________________ Dr. Atilio Efrain Bica Grondona Aluno: Bijeesh Kozhikkodan Veettil PORTO ALEGRE 2017 Dedico este trabalho à minha mãe Gouri e ao meu pai Balan Nair AGRADECIMENTOS Ao meu orientador, Prof. Dr. Sergio Florêncio de Souza e ao meu coorientador Prof. Dr. Ulisses Franz Bremer, meus agradecimentos pela ajuda, apoio, confiança, dedicação e paciência. À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (FAPERGS) pela bolsa de doutorado concedida. À Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e ao Centro Estadual de Pesquisa em Sensoriamento Remoto e Meteorologia (CEPSRM) pelo ensino, pela qualidade e pela estrutura disponibilizada. Ao Prof. Dr. Jefferson Cardia Simões e Centro Polar e Climático (CPC) pela estrutura disponibilizada. À Dra. Shanshan Wang, Key Laboratory of Arid Climate Change and Reducing Disaster of Gansu Province and Key Open Laboratory of Arid Climate Change and Disaster Reduction of CMA, Institute of Arid Meteorology CMA, Lanzhou, China e ao Prof. Dr. Éder Maier, Universidade Federal do Rio Grande (FURG), Rio Grande pela ajuda com os dados climáticos e colaboração. Ao Prof. Dr. Cláudio Wilson Mendes Jr pela participação na banca. Ao Prof. Dr. Atilio Grondona pelas dicas sobre o curso e a tese, e pela amizade. Aos meus queridos Nilceia e Marco Antonio pela paciência e pela compreensão. À Geana pela sua ajuda desde inicio de inscrição de seleção de doutorado e pela amizade. À Profa. Dra. Eliana Lima da Fonseca para o seu apoio no início do curso. Aos professores, colegas, verdadeiros amigos e funcionários do CPC. Aos professores, colegas, verdadeiros amigos e funcionários do CEPSRM. “Somos o que nossos pensamentos fizeram de nós; portanto tome cuidado com o que você pensa. As palavras são secundárias. Os pensamentos vivem; eles viajam longe” Swami Vivekananda (1863-1902) RESUMO Nas últimas décadas, particularmente desde a década de 1970, testemunhou-se um rápido recuo das geleiras em várias partes dos Andes tropicais. Uma tendência de aquecimento foi observada na região durante o mesmo período, com um hiato recente desde no início de 2010. No entanto, este hiato pode não ser o principal fator a influenciar as observações de aquecimento e recuo das geleiras em altitudes elevadas nos Andes tropicais. Com o surgimento de imagens de alta resolução espacial e espectral, e de modelos digitais de elevação (MDE) de alta resolução, agora é possível compreender as mudanças multitemporais das geleiras, o que era difícil de realizar utilizando as técnicas tradicionais e os dados de baixa resolução. Neste trabalho foram calculadas as variações da linha de neve das geleiras selecionadas ao longo dos Andes tropicais desde o início de 1980. A linha de neve máxima observada durante a estação seca (inverno austral) nos trópicos pode ser considerada como equivalente à linha de equilíbrio que separa a zona de acumulação da zona de ablação. A fim de reduzir o erro na estimativa da linha de neve foram consideradas somente as geleiras com declividades menores que 20o. Dependendo da região estudada e da presença de cobertura de nuvens, foram selecionadas imagens de várias fontes. As imagens da série Landsat (MSS, TM, ETM+ e OLI), EO1 OLI, ASTER e IRS LISS III foram usadas junto com MDE do ASTER GDEM-v2. Três bandas espectrais (TM5 - infravermelho médio, TM4 – infravermelho próximo e TM2 - verde) foram utilizadas para calcular a linha de neve durante a estação seca, aplicando limiares adequados para TM4 e TM2. Os conjuntos de dados meteorológicos de várias fontes também foram analisados para observar as mudanças na precipitação, na temperatura e na umidade que influenciam os parâmetros glaciológicos como: o balanço de massa e a linha de equilíbrio. Geleiras representativas nos trópicos internos e trópicos externos foram consideradas separadamente dentro de um novo quadro, que foi baseado na precipitação, umidade e condições de temperatura ao longo da América do Sul. Neste âmbito, os Andes tropicais são classificados em trópicos internos, trópicos externos úmidos do norte, trópicos externos úmidos do sul e os trópicos externos secos. O Vulcão Cotopaxi no Equador (trópicos internos), o Nevado Caullaraju-Pastoruri que é uma geleira na Cordilheira Branca no Peru (trópicos externos úmidos do norte), o Nevado Cololo na Cordilheira Apolobamba na Bolívia (trópicos externos úmidos do sul), o Nevado Coropuna na Cordilheira Ampato no Peru e o Nevado Sajama na Cordilheira Ocidental da Bolívia (trópicos externos secos) são as geleiras representativas de cada grupo consideradas neste estudo. As geleiras tropicais nos trópicos internos, especialmente as situadas perto da Zona de Convergência Intertropicais (ZCIT), são mais vulneráveis a aumentos na temperatura e menos sensíveis a variações na precipitação. Em contraste, as geleiras nos trópicos externos respondem à variabilidade de precipitação muito rapidamente em comparação com a variação de temperatura, particularmente quando se deslocam para as regiões subtropicais. A dependência do balanço de massa sobre as características de sublimação também aumenta a partir dos trópicos internos para os trópicos externos. As condições de aquecimento, com maior umidade, tendem a aumentar a perda de massa por causa do derretimento em vez da sublimação. A elevação da umidade nos trópicos externos pode alterar as geleiras dominadas pela sublimação (nos trópicos externos e subtrópicos) e para as geleiras dominadas por derretimento. Observa-se que as geleiras próximas da ZCIT (trópicos internos e trópicos externos úmidos do sul) estão recuando mais rapidamente como uma resposta ao aquecimento global, enquanto que as geleiras nos trópicos externos úmidos do norte e trópicos externos secos mostraram recuo relativamente mais lento. Possivelmente isso pode ser devido à ocorrência de fases frias do El Niño - Oscilação Sul (ENOS) conjuntamente com a Oscilação Decenal do Pacífico (ODP). As anomalias observadas nas variáveis meteorológicas seguem os padrões de ODP e as variações anuais de linha de neve seguem eventos de El Niño particularmente na fase ODP quente. No entanto, uma forte correlação entre as variações da linha de neve e dos fenômenos ENOS (e ODP) não está estabelecida. As geleiras do Equador mostram menos retração em resposta à tendência de aquecimento se comparadas às observações feitas por outros pesquisadores na Colômbia e na Venezuela, provavelmente devido à grande altitude das geleiras equatorianas. Em poucas palavras, as geleiras menores e em baixas altitudes nos trópicos internos e trópicos externos úmidos do sul estão desaparecendo mais rapidamente do que outras geleiras nos Andes tropicais. Também se observou neste estudo a existência de uma propriedade direcional no recuo das geleiras, o que não se observou em quaisquer outros estudos recentes. As