Influência das Mudanças Climáticas no Cálculo da ...

AGRADECIMENTOSPrimeiramente eu agradeço a DEUS, pelos dons que ele me concede a cada dia: a vida,a perseverança, a esperança e a fé, pois fomos criados a sua imagem e semelhança, portantonão resta dúvida que tudo de bom que o homem traz consigo provém e renova-seconstantemente por DEUS.Aos meus Pais, que nas ações e gestos, nunca deixaram faltar amor, compreensão,valores morais e incentivos.Aos professores que pelos seus ensinamentos e conhecimentos transmitidos forammuito importantes em nossa formação acadêmica.Aos meus amigos de curso que colaboraram para um aproveitamento acadêmico nosentido de conhecimento e companheirismo, essencial para um futuro engenheiro.A minha orientadora, Ana Cláudia Fernandes Medeiros Braga que aceitou colaborarnessa etapa final do curso, dando todo o suporte e material para realizar as pesquisas e obteros dados necessários ao trabalho.i

RESUMOAs mudanças climáticas interferem no ciclo hidrológico, afetando a quantidade deágua disponível nas bacias hidrográficas, pois existem modificações na temperatura, naschuvas, nas vazões e na evapotranspiração. A evapotranspiração é uma variável importante,pois é considerada no cálculo das demandas das culturas agrícolas, no balanço hídrico dosreservatórios e é dado de entrada em modelos hidrológicos que simulam a vazão. Nessesentido, este trabalho tem por objetivo avaliar o impacto das mudanças climáticas naevapotranspiração de uma região semi-árida no estado da Paraíba. Para isso, estimou-se aevapotranspiração para o clima atual (com base em dados observados), avaliou-se asanomalias de temperatura e umidade relativa do ar projetadas por três modelos globais doIPCC-AR4 (Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas) para três períodos de climasfuturos (2010-2039, 2040-2069 e 2070-2099) e avaliou-se o uso dos métodos deThornthwaite, Blaney-Criddle e Hargreaves para a estimativa das anomalias percentuais deevapotranspiração para os climas futuros. Entre os resultados, encontrou-se que o método deThornthwaite superestima a evapotranspiração já no clima atual, que os três modelos doIPCC-AR4 mostram tendências crescentes do aumento da temperatura para os climas futurose que as anomalias percentuais futuras são influenciadas pelo método de cálculo daevapotranspiração. As anomalias estimadas a partir de Thornthwaite foram bastante elevadase as estimadas por Blaney-Criddle e Hargreaves ficaram bastante semelhantes e indicamaumento médio da evapotranspiração ao longo dos períodos declimas futuros de 2,2% (2010-2039), 4,3% (2040-2069) e 6,3% (2070-2099).Palavras-chave: mudanças climáticas; evapotranspiração; semi-árido.ii

ABSTRACTClimate changes affect the hydrological cycle and the available water in river basins,as there are changes in temperature, rainfall, flow and evapotranspiration. Evapotranspirationis an important variable because it is considered in the calculation of the agricultural cropsdemands, in reservoir water balance and is input data in hydrological models. This study aimsto assess the impact of climate change on evapotranspiration in a semiarid region of Paraíbastate. For this purpose, it was estimated evapotranspiration for the current climate (based onobserved data), it was evaluated the temperature and relative humidity anomalies of threeglobal models designed by the IPCC-AR4 (Intergovernmental Panel on Climate Change) forthree future climates (2010-2039, 2040 -2069 and 2070-2099) and it was evaluated the usingThornthwaite, Blaney-Criddle and Hargreaves methods for the estimation ofevapotranspiration rates for future climates. Among the results, it was found thatThornthwaite method overestimates the evapotranspiration in the current climate, the threeIPCC-AR4 models show increasing trends of temperature for future climates, and that thepercentage of future anomalies are influenced by the method of evapotranspirationcalculation. Anomalies estimated from Thornthwaite were quite high and estimated byBlaney-Criddle and Hargreaves were very similar and indicate an average increase ofevapotranspiration over the future climates of 2.2% (2010-2039), 4.3% (2040 -2069) and6.3% (2070-2099).Key words: climate change; evapotranspiration; semiarid;iii

SUMÁRIOAGRADECIMENTOS.........................................................................................................iRESUMO..............................................................................................................................iiABSTRACT.........................................................................................................................iiiSUMÁRIO............................................................................................................................ivLISTA DE TABELAS.........................................................................................................vLISTA DE FIGURAS.........................................................................................................vi1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 12. OBJETIVOS ................................................................................................................. 32.1 Objetivo Geral ..................................................................................................... 32.2 Objetivos Específicos .......................................................................................... 33. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................... 43.1 Evapotranspiração ............................................................................................... 43.2 Estimativa da evapotranspiração ......................................................................... 83.3 Mudanças Climáticas .......................................................................................... 94. ÁREA DE ESTUDO E BASE DE DADOS .............................................................. 104.1 Área de Estudo .................................................................................................. 104.2 Base de Dados ................................................................................................... 105. METODOLOGIA ....................................................................................................... 135.1 Modelos de circulação geral da atmosfera ........................................................ 135.2 Extração dos dados ........................................................................................... 155.3 Cálculo da Evapotranspiração ........................................................................... 165.4 Cálculo da Evapotranspiração Futura ............................................................... 206. ANÁLISE DE RESULTADOS .................................................................................. 216.1 Cálculo da evapotranspiração com base nos dados observados ....................... 216.2 Análise da temperatura e umidade do ar futura ................................................ 236.3 Evapotranspiração futura .................................................................................. 267. CONCLUSÕES ........................................................................................................... 318. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 339. ANEXOS ...................................................................................................................... 35iv

LISTA DE TABELASTabela 1 - Dados climatológicos dos postos de São Gonçalo e Cajazeiras ................................... 11Tabela 2 – Série Histórica de Evapotranspiração no período de 1961 a 1978 ......................... 12Tabela 3 – Evapotranspiração média no período de 1963-1967 .............................................. 12Tabela 4 – MCGs disponibilizados pelo IPCC ......................................................................... 14Tabela 5 - Fator de correção (Fc) do Método de Thornthwaite (UNESCO, 1982) .............. 1720Tabela 6 – Valores da porcentagem mensal das horas de luz solar (p), para latitudes Norte eSul, segundo Blaney-Criddle .................................................................................................... 18Tabela 7 - Fator de evapotranspiração potencial (F), para ETP em mm/mês. (Fonte:HARGREAVES, 1974) ............................................................................................................ 19Tabela 8 – Dados de temperatura e umidade relativa do ar para o clima atual ....................... 20Tabela 9 – Evapotranspiração calculada com base nos dados observados............................... 20Tabela 10 – Correlação entre os dados calculados e observados ............................................. 21Tabela 11 – Anomalias de temperatura e umidade do ar futuras ............................................. 23Tabela 12 – Temperatura para os três climas futuros ............................................................... 24Tabela 13 – Evapotranspiração futura (em milímetros) para o período 2010-2039, modelosBCM2 ....................................................................................................................................... 25Tabela 14 – Comportamento da evapotranspiração (em milímetros) nos diferentes períodospara o modelo BCM2 ............................................................................................................... 28Tabela 15 – Anomalias percentuais da evapotranspiração nos diferentes períodos do modeloBCM2 ....................................................................................................................................... 29Tabela A.1 – Evapotranspiração Futura (em milímetros) para o período 2010-2039, modeloGIAOM ..................................................................................................................................... 36Tabela A.2 - Evapotranspiração Futura (em milímetros) para o período 2010-2039, modeloMIMR ....................................................................................................................................... 36v

1. INTRODUÇÃOAs mudanças no clima estão sendo discutidas em todo o mundo. Diversos fenômenosmeteorológicos extremos reforçam essa idéia. No Brasil, por exemplo, podem ser citadas assecas que ocorreram na Amazônia nos anos de 2005 e 2010 e as cheias que assolaram oestado de Pernambuco nos anos de 2009 e 2011. O Painel Intergovernamental de MudançasClimáticas (IPCC) associa essas mudanças no clima ao aquecimento global causado por gasesque intensificam o efeito estufa. Esses gases são conhecidos como gases de efeito estufa(metano, vapor d’água, ozônio, gás carbônico, entre outros).O impacto das mudanças climáticas se dá principalmente nas variáveis hidrológicasque sofrem interferência com o aumento da temperatura global. Um aumento na temperaturaglobal pode causar alterações nas quantidades de chuva, evapotranspiração e vazão escoadanas bacias hidrográficas. A determinação dos impactos sobre essas variáveis é importante paraa gestão de recursos hídricos, pois altera a quantidade de água disponível nas baciashidrográficas.Assim, bacias hidrográficas em diferentes regiões do mundo, sofrerão impactostambém diferentes. A estimativa dos impactos nas variáveis hidrológicas é realizada porModelos Atmosféricos Globais (MCGs) que simulam o clima em todo o globo. Esses MCGspossuem resolução que variam de 100 a 300 km e são simulados para o clima presente e parao clima futuro. Como a incerteza existente na simulação do modelo atmosférico interfere nosresultados, em geral, toma-se a anomalia como a alteração futura. A anomalia é a diferençaentre a simulação para o clima futuro e a alteração do clima. Assim, tem-se apenas o impactona variável sem interferência da simulação do modelo atmosférico e pode-se aplicar aanomalia à série histórica observada. O IPCC disponibiliza em seu site as anomaliasestimadas por 23 modelos atmosféricos globais para variáveis como temperatura, chuva eumidade relativa.Essas variáveis influenciam a evapotranspiração. A evapotranspiração é a forma pelaqual a água da superfície terrestre passa para a atmosfera no estado de vapor, tendo papelimportantíssimo no Ciclo Hidrológico em termos globais. Esse processo envolve aevaporação da água de superfícies de água livre (rios, lagos, represas, oceano, etc), dos solos eda vegetação úmida (que foi interceptada durante uma chuva) e a transpiração dos vegetais.(SENTELHAS – 2009).1

2. OBJETIVOS2.1 Objetivo GeralAvaliar as influências das mudanças climáticas no cálculo da evapotranspiração nosemi-árido da Paraíba.2.2 Objetivos EspecíficosSão objetivos específicos:- Comparar e avaliar o valor da evapotranspiração calculada a partir de diferentesmétodos com base em dados observados;- Avaliar as anomalias de temperaturas estimadas para o clima futuro;- Calcular e avaliar a evapotranspiração para o clima futuro, em especial com relaçãoaos efeitos causados pelo emprego dos diferentes métodos.3

3. REVISÃO DE LITERATURA3.1 EvapotranspiraçãoSegundo (PORTO, 2000), evapotranspiração é o conjunto evaporação da água desuperfícies livres e do solo mais a perda de água das plantas por transpiração (Figura 1). Otermo evapotranspiração foi utilizado, por Thornthwaite, no início da década de 40, paraexpressar essa ocorrência simultânea.Figura 1 - Esquema da Evapotranspiração (www.hsw.uol.com.br).Existem conceitos distintos de evapotranspiração que devem ser observados:a) Evapotranspiração Potencial (ETp): perda de água por evaporação e transpiração de umasuperfície natural tal que esta esteja totalmente coberta e o conteúdo de água no solo estejapróximo à capacidade de campo;b) Evapotranspiração de Referência (ETo): perda de água de uma extensa superfície cultivadacom grama, com altura de 0,08 a 0,15 m, em crescimento ativo, cobrindo totalmente o solo esem deficiência de água.4

c) Evapotranspiração Real (ETr): perda de água por evaporação e transpiração nas condiçõesreinantes (atmosféricas e de umidade do solo).O cálculo da evapotranspiração pode ser feito tanto na prática, através de medições emcampo, como também pode ser estimado, através de equações.A primeira equação para o cálculo da evaporação de uma superfície foi proposta porDalton (1928), segundo a Equação 1:E = C.( es - ea ) (1)em que C é um coeficiente empírico, relativo a elementos meteorológicos; es é a pressão desaturação à temperatura da superfície; e ea é a pressão de vapor do ar.Os fatores que mais afetam a evapotranspiração são: umidade do ar, temperatura do ar,velocidade do vento, radiação solar, tipo de solo, vegetação (transpiração).Umidade do arA umidade do ar é o conteúdo de água presente no ar atmosférico, ela está misturadacom o mesmo de forma homogênea no estado gasoso. Como qualquer outra substância o artem um limite de absorção, este limite se denomina saturação. Assim, ar com umidade relativade 100% está saturado de vapor, e ar com umidade relativa de 0% está completamente isentode vapor (Collischonn, 1998). A Equação 2 mostra a forma para o cálculo daevapotranspiração.wUR 100. (%) (2)w sOnde, UR é a umidade relativa; w é a massa de vapor pela massa de ar e w s é a massa devapor por massa de ar no ponto de saturação.A umidade relativa também pode ser expressa em termos de pressão parcial de vapor.De acordo com a lei de Dalton cada gás que compõe a mistura exerce uma pressão parcial,independente da pressão dos outros gases, igual à pressão que se fosse o único gás a ocupar ovolume. No ponto de saturação a pressão parcial do vapor corresponde à pressão de saturaçãodo vapor no ar, e a equação anterior pode ser reescrita (Equação 3):5

eUR 100.(%) (3)e sOnde, UR é a umidade relativa; e é a pressão parcial de vapor no ar e e s é pressão de saturaçãono ar atmosférico. Se o ar estiver mais seco, haverá mais evaporação, se o ar estiver maisúmido haverá menos evaporação.VentoO vento renova o ar em contato com a superfície que está evaporando (superfície da água,superfície do solo, superfície da folha da planta). Se os ventos estiverem fortes, a turbulênciaé maior e a transferência para regiões mais altas da atmosfera é mais rápida, e a umidadepróxima à superfície é menor, aumentando a taxa de evaporação (Figura 2). (Collischonn,1998).Figura 2 - Influência dos ventos na evapotranspiração (Fonte: Modificado de Kimmins,1987 apud Barros, 2006).Radiação SolarA quantidade de energia solar que atinge a Terra no topo da atmosfera está na faixadas ondas curtas. Na atmosfera e na superfície terrestre a radiação solar é refletida e sofretransformações. Da energia recebida na superfície da Terra, aproximadamente 20% é refletidapelas nuvens e partículas atmosféricas, enquanto outra parte é absorvida pela superfícieterrestre (solo, vegetação etc.). Da radiação líquida disponível, 40% é utilizada naevapotranspiração e somente 2% desta é usada no processo da fotossíntese que resulta nodesenvolvimento e crescimento dos vegetais.6

Parte da energia incidente é refletida pelo ar e pelas nuvens e parte é absorvida pelapoeira, pelo ar e pelas nuvens. Parte da energia que chega à superfície é refletida de volta parao espaço ainda sob a forma de ondas curtas (4% do total de energia incidente no topo daatmosfera).A energia absorvida pelas massas continentais e pelos oceanos contribui para oaquecimento destas superfícies que emitem radiação de ondas longas. Além disso, oaquecimento das superfícies contribui para o aquecimento do ar que está em contato, gerandoo fluxo de calor sensível (ar quente), e o fluxo de calor latente (evaporação).Finalmente, a energia absorvida pelo ar, pelas nuvens e a energia dos fluxos de calorlatente e sensível retornam ao espaço na forma de radiação de onda longa, fechando o balançode energia.SoloOs solos arenosos úmidos têm evaporação maior do que solos argilosos úmidos. Parte daágua retida no solo é perdida por evaporação e/ou evapotranspiração e, em função dacapacidade de infiltração e retenção de água do solo e da intensidade das chuvas, parte podeexceder e ser perdida por escoamento superficial. Dependendo do volume e da velocidadedeste escoamento, pode ocorrer o arraste de partículas de solo e dos insumos nele aplicados,sedimentando-se em baixadas, lagos e rios, o que afeta gradativamente a capacidade produtivado solo, reduzindo entre outros fatores, a sua fertilidade, a capacidade de infiltração e aretenção de água.VegetaçãoA vegetação controla a transpiração, podendo agir no fechamento dos estômatos e nabusca de umidade de camadas profundas do solo, o que altera o evapotranspiração.TemperaturaAo aumento da temperatura da água está associado o aumento da energia vibracionaldas suas moléculas e, conseqüentemente, o aumento da taxa de escape das moléculas da faselíquida para a fase vapor. Por isso, o aumento da temperatura da água correlaciona-sediretamente com o aumento da taxa de evaporação (Porto, 2000).7

A temperatura do ar está associada à radiação solar e correlaciona-se positivamentecom a evapotranspiração, isto é, quanto maior a temperatura do ar maior a evaporação. Assimocorre porque com o aumento da temperatura do ar tem-se o aumento na quantidade de vapord’água que pode estar presente num dado volume, quando for atingido o grau de saturaçãodeste.Desta forma, infere-se que, para a estimativa da evapotranspiração quanto mais fatoresum método de cálculo considerar, mais precisa será essa estimativa.3.2 Estimativa da EvapotranspiraçãoUma forma de medir a evapotranspiração é através de equipamentos específicos, comopor exemplo, os lisímetros (tanques inseridos no solo e plantados com vegetação) ou a partirde tanques Classe A.Os dados do tanque classe A podem ser usados para avaliar a evapotranspiraçãopotencial, corrigindo-os com o coeficiente do tanque Kt (Equação 4):ET P = E x K t (4)onde os valores de K t são estimados para as diferentes regiões onde os tanques estãolocalizados, para o semi-árido, esse valor é de 0,75.Outra forma para estimar a evapotranspiração seria com base nos dadosmeteorológicos disponíveis. Na literatura especializada encontra-se a descrição de algunsmétodos para estimar a evapotranspiração, baseados apenas na temperatura como os deThornthwaite e Blaney-Criddle, outros que já incorporam a umidade do ar, como o método deHargreaves, e existem outros que consideram mais variáveis em seu cálculo como o dePenman-Monteith, recomendado pela FAO (Organização das Nações Unidas para aAgricultura e Alimentação). O problema no uso de métodos que consideram mais variáveisem seu cálculo reside muitas vezes na dificuldade da obtenção dos dados.8

3.3 Mudanças ClimáticasMuito se tem escrito e falado sobre a mudança climática no planeta como resultado dasemissões de dióxido de carbono e de outros gases. Embora não haja uma certeza de como abiosfera irá responder à acumulação desses gases, grande parte da comunidade científicaacredita que deva acontecer uma elevação média dos níveis dos oceanos (CAMPOS, 2001).A despeito de todas as incertezas envolvidas, algumas tendências no ciclo hidrológicoparecem prováveis de ocorrer, como um aumento da temperatura do ar levará ao aumento daevapotranspiração e assim, como resultado, uma intensificação do ciclo hidrológico. SegundoHoff (2001), um aumento de 20°C na temperatura global, acarretará um aumento de até 40%na evapotranspiração potencial.O Nordeste Brasileiro pode ser pensado como uma região inserida entre as maisvulneráveis do mundo às adversidades climáticas. As freqüentes secas e as crises nos estoquesde águas dos reservatórios provam essa assertiva. Torna-se então, altamente relevante osestudos dos impactos dessas prospectivas mudanças climáticas.Porém, os impactos das mudanças climáticas devem ser previstos e ser baseados nasimulação de cenários. Cenários de mudanças climáticas são descrições do clima factíveis deexistir no futuro próximo. A presente inabilidade de se prever com garantia o clima cinqüentaou cem anos no futuro significa que vários cenários alternativos podem ser imaginados comoigualmente factíveis, embora eles sejam totalmente diferentes entre si (MEDEIROS, 2003).Segundo Fernandes et al. (2008), no contexto das mudanças climáticas, algumasdiferenças são observadas nos cenários climáticos produzidos pelos diferentes Modelos deCirculação Global (MCGs) utilizados pelo Painel Intergovernamental sobre MudançasClimáticas (IPCC), o que, conseqüentemente, pode gerar impactos hidrológicos distintos.Neste contexto, é importante a realização de mais estudos que estimem impactos sobrevariáveis hidrológicas, como a evapotranspiração de bacias hidrográficas, a partir dos cenáriosde mudanças climáticas.9

4. ÁREA DE ESTUDO E BASE DE DADOS4.1 – Área de estudoO semi-árido brasileiro tem 1.142.000 km² de extensão e reúne cerca de 1.500municípios de diversos Estados.O estudo foi realizado na região do Alto Piranhas, localizada no oeste do estado daParaíba. A área possui perímetros irrigados e reservatórios de água, utilizados paraabastecimento de água, irrigação e geração de energia. O reservatório Coremas-Mãe-d’água éum desses, sendo o de maior volume no estado da Paraíba, com 1,358 bilhões de m 3 de água.Outro reservatório importante é o de São Gonçalo que tem capacidade de absorver 44 milhõesde m³ de água. A região do Alto Piranhas recebe águas também do açude Engenheiro Ávidosque tem capacidade de 255 milhões de m 3 de água. Os rios Piranhas e Umari são os drenosprincipais dos açudes citados. Mais de 100.000 metros de canais distribuem a água parairrigação em 3.200 ha. Os açudes estão localizados na região do semi-árido do Estado daParaíba.Segundo Paraíba (1997), a bacia do açude de São Gonçalo apresenta alto índice dedegradação por interferência humana (agricultura e pastagens), com um nível de intervençãoantrópica de aproximadamente 80% da área total. Essa realidade acrescentada das mudançasno clima pode diminuir a vazão afluente aos açudes e, consequentemente, comprometer adisponibilidade de água nesses reservatórios restringindo os usos da água. Neste contexto, aevapotranspiração tem um papel preponderante e é fundamental analisá-la no contexto dasmudanças climáticas.4.2 Base de DadosOs dados observados de temperatura e umidade relativa do ar foram coletados noDepartamento de Ciências Atmosféricas da Universidade Federal de Campina Grande –DCA/UFCG (www.dca.ufcg.edu.br/clima/urpb.htm)Os dados de temperatura, velocidade de vento, umidade relativa do ar e evaporaçãosão do Posto meteorológico de São Gonçalo, considerado representativo da região. Já osdados de insolação global foram obtidos do posto de Cajazeiras com valor médio de 482,5cal/cm 2 /dia. Um resumo com os dados de clima da região encontra-se na Tabela 1. O clima da10

egião é do tipo Bsh da classificação de Köppen, semi-árido quente. A precipitação médiaanual registrada na região gira em torno de 870 mm (Braga, 2001), com distribuição no tempoe espaço irregular, estando concentrada em quatro meses do ano (fevereiro a maio).Tabela 1 - Dados climatológicos dos postos de São Gonçalo e CajazeirasDados Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezTemperatura (ºC) 27,5 26,5 26,2 26,0 25,8 25,3 25,3 26,3 27,2 27,8 27,8 27,9Um. Relativa* (%) 60,3 57,7 72,1 71,4 68,4 64,6 60,3 55,8 54,0 53,3 54,8 56,0Vel. vento (m/s) 1,33 1,04 1,05 1,07 1,29 1,73 1,75 2,14 2,04 2,11 1,73 1,44Irradiação Global(cal/cm -2 /dia)488 499 482 464 424 399 410 501 527 553 537 506* Média da umidade relativa nos três horáriosFonte: www.dca.ufpb.brO relevo varia de plano a suave ondulado. Predominam, na área do perímetro irrigado,as coberturas sedimentares, representadas pelos aluviões.Os solos aluvionais, dominantes na área do perímetro irrigado, são profundos, detextura média a argilosa. Aparecem, ainda, com certa representatividade, os vertissolos, comtextura argilosa, medianamente profundos e os podzólicos, com textura que vai de arenosa aargilosa, e fertilidade natural variando de boa a média (DNOCS, 2011).A taxa de evaporação potencial na região assume valor de 1554,4 mm por ano,tomando como base o posto de São Gonçalo e considerando para o cálculo da evaporaçãopotencial, um coeficiente do tanque Classe A igual a 0,75 para a região semi-árida. Os dadosdo tanque, encontram-se na Tabela 2.Os dados de evaporação obtidos foram coletados diretamente do posto localizado nabacia hidrográfica do açude de São Gonçalo, e são referentes à série histórica de 1961 a 1978(Tabela 3).11

Tabela 2 - Série histórica de evaporação no período de 1961 a 1978 do posto de SãoGonçaloAno Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez1961 127,5 74,1 94,5 87,9 103,5 153,7 188,5 230,2 230,9 269,9 245,8 204,51962 172,8 69,2 49,3 59,2 126,6 138,3 207,2 258,2 239,1 251,3 181,6 192,11963 131,7 70,3 71,3 63,1 162,0 165,0 182,5 183,4 188,8 210,6 176,9 146,01964 120,2 123,1 110,2 76,0 146,0 157,4 161,0 215,4 209,6 257,5 248,7 249,41965 211,8 205,5 186,5 127,8 176,7 143,6 199,0 234,5 222,4 186,4 214,4 202,81966 208,6 130,5 181,1 193,9 202,8 129,9 187,4 235,5 232,7 230,7 217,5 222,91967 197,4 68,4 66,0 60,1 72,9 133,5 148,1 193,9 240,4 246,7 211,7 212,51968 158,2 150,0 66,8 110,2 86,3 103,4 155,9 163,4 192,4 230,2 224,8 227,61969 185,1 101,4 71,5 73,9 104,8 120,1 155,8 162,3 169,5 150,6 151,4 153,31970 156,3 149,2 61,6 88,1 137,4 153,2 150,6 205,9 190,0 187,0 162,3 186,01971 143,4 86,2 54,8 37,0 80,9 76,7 111,4 168,2 180,3 159,7 177,3 193,61972 163,2 69,7 64,5 70,5 78,0 109,2 146,1 174,8 228,6 244,6 254,5 216,81973 151,2 133,9 82,8 66,6 90,5 110,6 166,0 212,9 245,4 223,8 247,4 213,61974 143,7 66,0 73,4 56,1 73,5 107,4 172,9 215,0 220,8 203,6 194,1 203,81975 205,8 78,0 77,6 85,3 85,6 120,3 120,5 263,1 252,0 223,6 232,9 206,71976 203,7 89,8 77,8 89,4 124,1 167,8 229,7 235,2 244,2 181,0 193,3 244,41977 122,0 72,5 69,6 62,8 81,2 91,3 124,4 204,0 277,7 385,4 363,4 268,01978 173,5 119,2 144,2 107,2 144,2 162,5 196,9 267,7 303,9 347,9 359,5 280,9Como base para os cálculos, foi escolhido o período de 1963 a 1967, em que foiobservado um comportamento variado entre os dados coletados, mesma base de dadosutilizada por Braga (2001).Tabela 3 - Evapotranspiração média no período de 1963-1967Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezMédia(63a67) 173,9 119,6 123,0 104,2 152,1 145,9 175,6 212,5 218,8 226,4 213,8 206,7ETP (63a67) 130,45 89,67 92,26 78,13 114,0 109,41 131,7 159,40 164,08 169,78 160,38 155,0412

5. METODOLOGIA5.1 Modelos de circulação geral da atmosferaModelos de Circulação Geral da Atmosfera são ferramentas que simulam os processosfísicos da atmosfera, oceano e superfície da terra (DDC/IPCC - http://www.ipcc-data.org/) emescala global e desta forma, simular as condições de tempo e clima. Estas simulaçõespermitem que se possa prever o comportamento da atmosfera e estimar as variáveisatmosféricas como temperatura, chuva e umidade relativa do ar. Esta previsão permite que seantecipem os impactos, fazendo-se alertas.Os MCGs também são utilizados para realizar projeções e obter respostas do sistemaclimático global frente ao incremento da concentração de gases de efeito estufa. Neste caso,tem-se uma projeção de longo prazo, para a previsão do clima futuro.Para facilitar o acesso aos cenários climáticos, incentivar estudos relacionados àsmudanças no clima e distribuir os resultados das projeções climáticas dos MCGs que serviramde base para a elaboração dos relatórios de avaliação de mudanças climáticas do PainelIntergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), foi fundado pelo IPCC em 1998 oData Distribution Centre – DDC (http://www.ipcc-data.org/). O DDC/IPCC disponibiliza,além de outros, o Quarto Relatório de Mudanças Climáticas (AR4) e cenários climáticos paranove variáveis, resultado das projeções de 23 modelos dos principais centros de modelagemdo clima no mundo (IPCC-TGICA, 2007).A Tabela 4 lista os modelos disponibilizados pelo IPCC e que foram utilizados paraelaboração do Quarto Relatório de Mudanças Climáticas, a documentação de cada modelopode ser encontrada em: http://www-cmdi.llnl.gov/ipcc/model_documentation/ipcc_model_documentation.php.Em geral, esses MCGs concordam com a tendência de aumento da temperatura noNordeste do Brasil (embora com valores diferentes), já que a temperatura é uma das variáveisbem simuladas por esses modelos. No entanto, no que concerne à precipitação não existe umatendência única, o que é decorrente da formulação de cada modelo (Ramos et al., 2006). Porisso, Silveira et al. (2011) apresentaram uma forma de classificação desses modelos no quetange à precipitação com a premissa de que os modelos que representassem melhor o climaatual também representariam o clima futuro. E, no presente trabalho, foram selecionados três13

modelos, a partir da classificação feita por Silveira et al. (2011): BCM2, MIMR e GIAOM(destacados na Tabela 4). Esses modelos ocupam a primeira colocação (o que melhorrepresentou), a nona e a vigésima terceira colocação (o penúltimo colocado). Não foramselecionados apenas os primeiros colocados, pois era desejado avaliar o efeito naevapotranspiração da seleção de um modelo que não representa bem o clima da região, ouseja, o efeito de se tomar o modelo não recomendado para a projeção futura.Tabela 4 - MCGs disponibilizados pelo IPCC, com indicação em vermelhos os modelosutilizados no trabalho.MODELOGRUPO DE MODELAGEMBCCM1BCC-CM1, Beijing Climate Centre, ChinaBCM2BCCR-BCM2.0, Bjerknes Centre for Climate Research, NoruegaCGMRCGCM3.1(T47), Canadian Centre for Climate Modelling & Analysis, CanadaCGHRCGCM3.1(T63), Canadian Centre for Climate Modelling & Analysis, CanadaCNCM3CNRM-CM3, Météo-France, FranceCSMK3CSIRO-Mk3.0, CSIRO Atmospheric Research, AustraliaECHOGFGOALSGFCM20GFCM21GIAOMGIEHGIERHadCM3HADGEMINCM3IPCM4MIHRMIMRMPEH5MRCGCMNCCCSMNCPCMECHO-G, Meteorological Institute of the University of Bonn, Meteorological Research Instituteof KMA, and Model and Data group, Germany/KoreaFGOALS-g1.0, LASG / Institute of Atmospheric Physics, ChinaGFDL-CM2.0, US Dept. of Commerce / NOAAA / Geophysical Fluid DynamicsLaboratory, USAGFDL-CM2.1, US Dept. of Commerce / NOAAA / Geophysical Fluid DynamicsLaboratory, Estados UnidosGISS-AOM, NASA / Goddard Institute for Space Shuttles, Estados UnidosGISS-EH, NASA / Goddard Institute for Space Shuttles, Estados UnidosGISS-ER, NASA / Goddard Institute for Space Shuttles, Estados UnidosUKMO-HadCM3, Hadley Centre for Climate Prediction and Research / Met Office, Reino UnidoUKMO-HadGEM1, Hadley Centre for Climate Prediction and Research / Met Office, ReinoUnidoINM-CM3.0, Institute for Numerical Mathematics, RússiaIPSL-CM4, Institut Pierre Simon Laplace, FrançaMIROC3.2(hires), Center for Climate System Research(The University of Tokyo),National Institute for Environmental Studies, and Frontier Research Center for GlobalChange (JAMSTEC), JapãoMIROC3.2(medres), Center for Climate System Research(The University of Tokyo),National Institute for Environmental Studies, and Frontier Research Center for GlobalChange (JAMSTEC), JapãoECHAM5/MPI-OM, Max Planck Institute for Meteorology, AlemanhaMRI-CGCM2.3.2, Meteorological Research Institute, JapãoCCSM3, National Center for Atmospheric Research, Estados UnidosPCM, National Center for Atmospheric Research, Estados Unidos14

Os modelos disponibilizados pelo IPCC são rodados com diferentes cenários, que sãodefinidos de acordo com a emissão de gases de efeito estuda na atmosfera (Figura 3). Essescenários estão descritos no Special Report on Emissions Scenarios – SRES(http://www.grida.no/climate/ipcc/emission/) e podem ser diferenciados de acordo com omaior ou menor impacto com base no desenvolvimento da sociedade (economia) e o empregode tecnologias limpas. Aqui foi utilizado um cenário intermediário, o A1B. É em cenário quedescreve um mundo convergente com a mesma população global onde ocorre a introdução detecnologias limpas. A ênfase está em soluções globais para a sustentabilidade econômica,social e ambiental.Figura 3 – Cenários do SRES (Adaptado de: IPCC-TGICA, 2007)5.2 Extração dos dadosOs MCGs são rodados em uma resolução bastante grosseira, que varia entre 200 e 300km, visto que são feitas simulações para todo o globo terrestre. Para trazer a informação paraa escala da bacia hidrográfica. Esse processo é conhecido como desagregação dos dados oudownscaling. O termo downscaling pode ser definido melhor como “uma projeção sensível dainformação de grande escala sobre a escala regional” (Zorita e Von Storch, 1999).Diversos métodos de downscalings têm sido propostos nos últimos anos e podem serdivididos em duas categorias gerais: método dinâmico, baseado em modelos, e método15

estatístico, baseado em diferentes funções estatísticas de transferência. Neste trabalho, para odownscaling foi utilizado um arcabouço computacional montado em licença GPL2(http://mudancasclimaticas.seghidro.lsd.ufcg.edu.br) pela Universidade Federal de CampinaGrande (UFCG), através do Projeto SegHidro II (CT-Info/FINEP- Financiadora de Estudos eProjetos), para facilitar e gerar cenários de impactos regionais a partir dos cenários demudanças climáticas do IPCC. Nesta aplicação, é feito um downscaling estatístico através deum script de interpolação bilinear que permite a extração de múltiplas séries sintéticas devariáveis climáticas selecionadas (por exemplo, temperatura e precipitação) para regiões deinteresse (são informadas as coordenadas geográficas). O que facilita a aplicação deste tipo dedesagregação de dados.Os dados são obtidos em forma de anomalias. O termo anomalia é usado paradescrever as diferenças entre dois períodos. Geralmente as anomalias são apresentadas paraum período futuro relativo ao cenário de referência ou baseline (ex.: 1961-1990). Assim, é adiferença entre o clima futuro e o atual. Isso permite com que a incerteza decorrente dosMCGAs na simulação sejam extraídas e fiquem nas anomalias apenas os impactos natemperatura decorrentes do aumento dos gases de efeito estufa.Essas anomalias são fornecidas para cada clima futuro em valores médios. Assim,tem-se um grupo de anomalias mensais para cada período futuro selecionado: 2010-2039,2040-2069 e 2070-2099, totalizando 9 grupos de anomalias para cada variável a ser extraída(3 períodos de tempo futuros para cada modelo). As variáveis extraídas foram temperatura eumidade relativa do ar, selecionadas de acordo com os métodos de cálculo daevapotranspiração selecionados (como será mostrado a seguir).Essa etapa permite a avaliação das anomalias de temperatura e umidade relativa do arprojetadas pelos MCGs selecionados para o clima futuro.5.3 Cálculo da evapotranspiraçãoPara o cálculo da evapotranspiração foram utilizados métodos simples, que utilizavamapenas a temperatura e a umidade relativa do ar. Métodos que utilizam mais variáveis, como ode Penman-Monteith, embora estimem mais precisamente a evapotranspiração, requerem umamaior quantidade de dados, o que dificulta seu uso.16

Dentre os métodos mais conhecidos, destacam-se os de Thornthwaite, Blaney-Criddlee Hargreaves, dos quais se faz uma breve exposição (PORTO, 2000). Como aqui será feitauma comparação dos métodos de cálculo com os dados observados, pode-se avaliar asincertezas envolvidas na estimativa das variáveis por cada método.Método de ThornthwaiteA equação de Warren Thornthwaite é uma das mais antigas expressões de estimativada evapotranspiração potencial. Constitui-se em um modelo simples baseado em dados detemperatura média do ar e do fotoperíodo (comprimento do dia) de áreas secas dos EstadosUnidos.Para a evapotranspiração potencial de cada mês o modelo escreve-se com a seguintenotação matemática (Equação 5):a T ETP Fc16 10 (5) I Onde ETP é a evapotranspiração potencial (mm/mês); F c é o fator de correção em função dalatitude e mês do ano (Tabela 5); a = 6,75 . 10 -7 . I 3 – 7,71 . 10 -5 . I 2 + 0,01791 . I + 0,492(mm/mês); I é o índice anual de calor, correspondente à soma de doze índices mensais; T é atemperatura média mensal ( o C).O índice anual de calor é calculado pela Equação (6):T i1,51412 I (6)i1 5 17

Tabela 5 - Fator de correção Fc do método de Thornthwaite (UNESCO,1982)Método de Blaney-CriddleFoi desenvolvido originalmente para estimativas de uso consultivo em regiões semiáridas,e utiliza a Equação 7:ETP = (0,457 . T + 8,13) . p (7)Onde, p é a percentagem de horas diurnas do mês sobre o total de horas diurnas do ano(Tabela 6)18

Tabela 6 - Valores da porcentagem mensal das horas de luz solar (p), para as latitudesNorte e Sul, segundo Blaney-CriddleMétodo de HargreavesO Método de Hargreaves tem sido comumente utilizado no Nordeste Brasileiro para ocálculo da evapotranspiração potencial. De fácil utilização, o método fornece a ETP emfunção da temperatura média compensada, da umidade relativa do ar e de um coeficiente decorreção que depende da latitude do local considerado, conforme Equação 8:(8)Onde, F é um fator dependente da latitude (adimensional) (Tabela 7); Tcomp é a temperaturamédia compensada em °C; U é a umidade relativa do ar (%) (Equação 9):U = (U12:00 + U18:00 + 2xU24:00)/4 (9)Onde U12:00, U18:00 e U24:00 representam os valores de umidade relativa do ar em cadaperíodo de tempo.19

Tabela 7 - Fator de evapotranspiração potencial (F), para ETP em mm/mês. (Fonte:HARGREAVES, 1974)5.4 Cálculo da evapotranspiração futuraA evapotranspiração futura foi estimada a partir das anomalias da temperatura eumidade relativa do ar extraídas dos MCGs. De posse dos grupos de dados já extraídos,estimou-se a temperatura futura para os meses de Janeiro a Dezembro (Equação 10):(10)Onde T fut é a temperatura futura e T obs é a temperatura observada.O mesmo foi realizado para a umidade relativa do ar (Equação 11):(11)Onde UR fut é a temperatura futura e UR obs é a temperatura observada.Os novos valores de temperatura e umidade relativa foram usados como dados deentrada nos métodos de evapotranspiração listados no item anterior.20

6. ANÁLISE DE RESULTADOS6.1 Cálculo da Evapotranspiração com base nos dados observados.Para o cálculo da evapotranspiração atual foram coletados dados de temperatura eumidade relativa do ar no site do Departamento de Ciências Atmosféricas da UniversidadeFederal de Campina Grande (Tabela 8)Tabela 8 – Dados de temperatura e umidade relativa do ar para o clima atual do postode São Gonçalo.Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezT(°C) 27,5 26,5 26,2 26,0 25,8 25,3 25,3 26,3 27,2 27,8 27,8 27,9U12:00 64,1 70,9 74 72,3 68,7 65,6 62,7 59,5 58,1 57,5 59,1 60,2U18:00 48,1 53,9 58,5 58,2 55,5 53,4 48,8 44 42,3 41,3 43 43,8U24:00 68,7 48,4 83,7 83,5 81,1 74,8 69,5 63,9 61,7 61,1 62,2 64Os dados observados foram utilizados para estimar a evapotranspiração potencialpelos métodos de Thornthwaite, Blaney-Criddle e Hargreaves e os resultados sãoapresentados na Tabela 9.Tabela 9 – Evapotranspiração calculada com base nos dados observados.Método* Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez1 413,0 310,7 318,3 292,3 286,5 249,7 258,1 318,1 370,0 435,8 429,2 452,82 178,8 172,4 171,2 164,4 161,2 159,3 159,3 165,5 168,9 177,4 177,4 180,43 195,3 186,5 147,9 132,5 129,7 125,5 142,2 169,5 188,4 210,8 204,2 208,0* 1 – Thornthwaite; 2 – Blaney-Criddle e 3 - HargreavesUma medida estatística bastante comum para comparação de grupos de dadoscalculados e observados é a correlação entre esses grupos, o valor máximo da correlação é 1.A Tabela 10 mostra as correlações calculadas para cada um dos métodos. Percebe-se que ométodo de Blaney-Criddle foi o que apresentou a menor correlação com os dados observados,seguido por Thornthwaite e Hargreaves. No entanto, a correlação entre esses dois últimosmétodos é praticamente a mesma.21

Evapotranspiração (mm)Tabela 10 – Correlação entre dados calculados e observados.Métodos CorrelaçãoThornthwaite 0,65Blaney-Criddle 0,40Hargreaves 0,67A Figura 4 ilustra o comportamento da evapotranspiração calculada ao longo do anopara os três métodos. O método de Hargreaves é o que melhor representa a evapotranspiraçãoem termos de grandeza de valores e na distribuição dos valores ao longo do ano. O método deThornthwaite, embora tenha apresentado uma correlação muito próxima a de Hargreaves,superestima de forma demasiada os dados. Já o método de Blaney-Criddle, embora acerte agrandeza dos valores, coloca uma variação muito pequena da evapotranspiração ao longo doano, o que não é condizente com os valores observados.5004504003503002502001501005001 3 5 7 9 11Tempo (meses)Hargreaves Thornthwaite Blaney-Criddle Evapotranspiração ObservadaFigura 4 – Comparação entre as evapotranspirações calculadas pelos diferentesmétodos.Os métodos aqui utilizados levam em consideração apenas a temperatura ou nomáximo a temperatura e a umidade relativa do ar. Percebe-se que a utilização da umidaderelativa em Hargreaves já melhora consideravelmente a evapotranspiração calculada emcomparação aos dois outros métodos apenas baseados na temperatura.22

Anomalias (°C)6.2 Análise da temperatura e umidade do ar futuraA extração dos dados foi feita com a utilização da plataforma SegHidro, com ocenário SRA1B, para três climas futuros: 2010 a 2039, 2040 a 2069 e 2070 a 2099, para osmodelos: BCM2, GIAOM e MIMR.As temperaturas foram analisadas em termos de suas anomalias (Tabela 11). AFigura 5 mostra as anomalias de temperatura para o período de 2010 a 2039. Todos osmodelos apresentam anomalias positivas de temperatura, ou seja, indicam que irá haveraumento de temperatura no período 2010-2039.2,502,001,501,000,500,00Anomalias de TemperaturaModelo BCM2Modelo GIAOMModelo MIMRMesesFigura 5 – Anomalias de temperaturas para o período 2010-2039.A Figura 6 mostra as anomalias de umidade do ar para o período de 2010 a 2039.Os modelos BCM2 e GIOM apresentam anomalias positivas de umidade do ar, o querepresenta um aumento na umidade do ar no período futuro. Já o modelo MIMR, apresentaalgumas anomalias negativas em alguns meses, o que representa uma queda na umidade doar no período futuro.23

Anomalias0,200,150,100,050,00-0,05-0,10-0,15Anomalias da Umidade Relativa do ArMesesModelo BCM2Modelo GIAOMModelo MIMRFigura 6 – Anomalias de umidade relativa do ar para o período 2010-2039.As anomalias do modelo MIMR foram superiores aos demais, embora ele tenha umaclassificação mediana quanto à sua representação da precipitação no clima atual (Silveira etal., 2011), superior ao do modelo GIAOM, por exemplo. Isso revela que o fato de o modelorepresentar melhor a chuva no clima atual não é indício de uma anomalia menor detemperatura no clima futuro.Tabela 11 - Anomalias de Temperatura e Umidade do Ar futurasANOMALIAS FUTURAS DE TEMPERATURATemperaturas (ºC) JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ2010 BCM2 0,94 0,62 0,65 0,40 0,63 1,08 0,89 1,20 1,30 1,20 1,32 0,82a GIAOM 0,64 0,64 0,67 0,70 0,73 0,69 0,72 0,66 0,82 0,79 0,70 0,642039 MIMR 1,98 1,50 1,36 1,52 1,69 1,89 1,98 2,01 2,24 2,28 1,99 2,222040a20692070a2099BCM2 2,11 1,61 1,45 1,10 1,20 1,75 1,89 2,18 2,47 2,42 2,35 1,87GIAOM 1,27 1,25 1,34 1,42 1,43 1,39 1,46 1,51 1,65 1,50 1,45 1,37MIMR 3,25 2,62 2,43 2,61 2,99 3,00 3,06 3,07 3,35 3,57 3,33 3,39BCM2 2,78 2,32 2,20 2,26 2,52 2,92 2,81 3,12 3,31 3,17 3,42 2,98GIAOM 2,04 1,98 2,01 2,06 2,14 2,10 2,08 2,15 2,36 2,24 2,12 2,07MIMR 4,40 3,70 3,38 3,49 3,85 3,95 4,09 4,01 4,12 4,40 4,27 4,40ANOMALIAS FUTURAS DE UMIDADE RELATIVA DO ARUmidade do Ar JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ2010 BCM2 0,14 0,06 0,06 0,05 0,06 0,07 0,03 0,04 0,04 0,04 0,03 0,09a GIAOM 0,06 0,06 0,06 0,07 0,06 0,06 0,06 0,05 0,06 0,01 0,07 0,062039 MIMR 0,002 0,05 0,04 -0,02 -0,07 -0,10 -0,07 -0,07 -0,01 0,04 0,03 -0,092040a20692070a2099BCM2 0,17 0,17 0,15 0,11 0,12 0,07 0,06 0,07 0,09 0,10 0,13 0,22GIAOM 0,13 0,13 0,13 0,14 0,14 0,13 0,12 0,11 0,13 0,13 0,12 0,13MIMR 0,08 0,17 0,14 0,04 -0,05 -0,06 -0,04 -0,02 0,06 0,11 0,10 0,03BCM2 0,33 0,25 0,22 0,23 0,23 0,16 0,12 0,12 0,12 0,15 0,19 0,31GIAOM 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,18 0,17 0,20 0,19 0,20 0,20MIMR 0,16 0,26 0,26 0,15 0,04 -0,01 0,04 0,06 0,13 0,19 0,21 0,1024

A Tabela 12 mostra as temperaturas futuras para cada um dos modelos e seus valoresmédios. Pode-se observar um aumento considerável na média das temperaturas futuras, emcada modelo, em relação à temperatura atual.Tabela 12 – Temperaturas para os três climas futuros.DADOS ATUAISMÉDIAT(°C) 27,5 26,5 26,2 26,0 25,8 25,3 25,3 26,3 27,2 27,8 27,8 27,9 26,4Temperaturas(ºC)2010a20392040a20692070a2099JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ MÉDIABCM2 28,4 27,1 26,9 26,4 26,4 26,4 26,2 27,5 28,5 29,0 29,1 28,7 27,3GIAOM 28,1 27,1 26,9 26,7 26,5 26,0 26,0 27,0 28,0 28,6 28,5 28,5 27,1MIMR 29,5 28,0 27,6 27,5 27,5 27,2 27,3 28,3 29,4 30,1 29,8 30,1 28,2BCM2 29,6 28,1 27,7 27,1 27,0 27,1 27,2 28,5 29,7 30,2 30,2 29,8 28,3GIAOM 28,8 27,8 27,5 27,4 27,2 26,7 26,8 27,8 28,9 29,3 29,3 29,3 27,8MIMR 30,8 29,1 28,6 28,6 28,8 28,3 28,4 29,4 30,6 31,4 31,1 31,3 29,2BCM2 30,3 28,8 28,4 28,3 28,3 28,2 28,1 29,4 30,5 31,0 31,2 30,9 29,1GIAOM 29,5 28,5 28,2 28,1 27,9 27,4 27,4 28,5 29,6 30,0 29,9 30,0 28,5MIMR 31,9 30,2 29,6 29,5 29,7 29,3 29,4 30,3 31,3 32,2 32,1 32,3 30,3Aumento da Temperatura Média Futura (%)em relação a Temperatura Média Atual16%14%12%10%8%6%4%2%0%15%11%10%7%7%8%5%3%2%2010-2039 2040-2069 2070-2099BCM2GIAOMMIMRFigura 7 – Aumento das médias das temperaturas futuras nos três modelos em relação àsmédias das temperaturas atuais25

6.3 Evapotranspiração futuraApós obter os dados de variáveis climáticas futuros, foram aplicadas em cada modelo asequações empíricas de Thornthwaite, Blaney-Criddle e Hargreaves, a fim de obter os valores deevapotranspiração futuros para cada período.A Tabela 13 demonstra os valores da evapotranspiração futura no cenário SRA1B, nomodelo BCM2 e no período 2010-2039. Como já era esperado, o método de Thornthwaitesuperestimou as evapotranspirações em relação aos dois outros métodos. Percebe-se aí que ouso dessa equação conduziria a um aumento muito maior no valor da evapotranspiração futura,visto que os dois outros métodos foram alimentados com a mesma anomalia de temperatura.Para os outros modelos (MIMR e GIAOM) detectou-se o mesmo comportamento (ANEXO A).Tabela 13 – Evapotranspiração futura (em milímetros) para o período 2010-2039,modelo BCM2.Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezThornthwaiteETP (mm) 490,8 349,8 361,0 316,1 324,3 309,5 308,3 400,0 470,3 541,5 544,7 525,4Blaney-CriddleETP (mm) 182,5 174,8 173,7 165,9 163,5 163,3 162,6 170,0 173,7 182,1 182,6 183,6HargreavesETP (mm) 199,0 189,0 149,8 133,6 131,5 128,5 145,1 174,0 193,8 216,2 210,1 211,5As Figuras 8, 9 e 10 mostram os gráficos da evapotranspiração futura para o período2010-2039, para os métodos de Thornthwaite, Blaney-Criddle e Hargreaves. Observa-se que,independente do método de cálculo da evapotranspiração, o modelo GIAOM apresentou osmenores valores de evapotranspiração futura, o modelo BCM2 valores intermediários e omodelo MIMR apresentou os maiores valores.No entanto, se avaliarmos os métodos de cálculo da evapotranspiração entre si, percebe-seque o método de Thornthwaite foi o que conduziu às maiores diferenças entre os modelosatmosféricos (Figura 8). Isso acontece, pois o método se mostra mais sensível às variações detemperatura que Blaney-Criddle e Hargreaves. Os três métodos representam bem a distribuiçãoda evapotranspiração ao longo do ano, fato que pode ser explicado pela utilização dasanomalias em conjunto com as temperaturas observadas (Equação 10). Mas o método deHargreaves foi o que melhor conduziu a uniformidade entre os modelos, o que é justificadoprincipalmente pelo fato de que Hargreaves considerar uma variável a mais do que as outras26

Evapotranspiração(mm)Evapotranspiração(mm)duas equações, que consideram apenas a temperatura, enquanto Hargreaves considera atemperatura e a umidade relativa do ar, para efeito de cálculo.8007006005004003002001000ThornthwaiteEVT AtualModelo BCM2Modelo GIAOMModelo MIMRMesesFigura 8 - Comparação entre o cálculo da evapotranspiração futura pelo Método deThornthwaite no cenário SRA1B, entre os modelos no período 2010-2039.195190185180175170165160155150145140Blaney-CriddleEVT AtualModelo BCM2Modelo GIAOMModelo MIMRMesesFigura 9 - Comparação entre o cálculo da evapotranspiração futura pelo Método deBlaney-Criddle no cenário SRA1B, entre os modelos no período 2010-2039.27

Evapotranspiração(mm)250Hargreaves200150100500EVT AtualModelo BCM2Modelo GIAOMModelo MIMRMesesFigura 10 - Comparação entre o cálculo da evapotranspiração futura pelo Método deHargreaves no cenário SRA1B, entre os modelos no período 2010-2039.A Tabela 14 mostra o comportamento da evapotranspiração para os três climasfuturos, pelos métodos para o modelo global BCM2. Confirma-se a superestimativa pelométodo Thornthwaite, já no clima atual, com um total anual de 4134 mm, podendo-severificar que os totais anuais estimados por esse método são irreais, pois indicam que aevapotranspiração pode alcançar um valor de 6962 mm entre os anos de 2070-2099. O usodessa equação só poderia ser feita mediante o uso de anomalias de evapotranspiração.Os totais anuais dos métodos de Blaney-Criddle e Hargreaves são bastantesemelhantes e indicam aumento médio da evapotranspiração ao longo dos climas futuros de2,2% (2010-2039), 4,3% (2040-2069) e 6,3% (2070-2099). A Tabela 14 mostra apenas osresultados para o modelo BCM2, ressalta-se que o modelo de Hargreaves mostra-se maisrobusto para o comportamento dos demais modelos, como foi mostrado na Figura 10.28

Tabela 14 - Comportamento da evapotranspiração (em milímetros) nos diferentesperíodos para o modelo BCM2.THORNTHWAITEMODELO BCM2Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez TotalAtual 412,96 310,65 318,34 292,26 286,53 249,69 258,1 318,09 369,98 435,8 429,18 452,77 4134,362010-2039490,79 349,85 361,05 316,1 324,34 309,5 308,27 400,04 470,27 541,48 544,69 525,43 4941,822040-2069603,22 420,3 419,83 361,59 361,92 352,07 373,71 478,89 578,25 669,16 651,18 631,87 5901,992070-2099677,29 478,12 481,72 448,48 462,49 437,63 443,39 565,83 667,43 758,97 778,96 762,62 6962,93BLANEY-CRIDDLEMODELO BCM2Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez TotalAtual 178,79 172,38 171,21 164,35 161,17 159,33 159,33 165,47 168,85 177,44 177,44 180,37 2036,142010-2039182,5 174,79 173,74 165,85 163,5 163,32 162,62 169,98 173,73 182,11 182,58 183,61 2078,342040-2069187,1 178,63 176,86 168,48 165,61 165,8 166,31 173,66 178,12 186,86 186,59 187,75 2121,772070-2099189,77 181,41 179,78 172,83 170,49 170,12 169,72 177,18 181,28 189,78 190,75 192,14 2165,24HARGREAVESMODELO BCM2Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez TotalAtual 195,3 186,54 147,85 132,48 129,72 125,52 142,2 169,51 188,42 210,81 204,25 207,97 2040,562010-2039198,98 189,03 149,84 133,56 131,46 128,52 145,07 174,04 193,77 216,25 210,08 211,46 2082,072040-2069203,92 192,94 152,26 135,52 133,01 130,48 148,32 177,74 198,57 221,76 214,46 215,91 2124,882070-2099206,38 195,77 154,56 138,69 136,67 133,7 151,24 181,25 202,01 225,1 219,08 220,72 2165,16Para mostrar o efeito do uso das diferentes equações sobre a evapotranspiração foramcalculadas as anomalias percentuais para o modelo BCM2 (Tabela 15). Podemos observar aque o uso do método de Thornthwaite conduz a grandes variações da evapotranspiraçãoenquanto que os métodos de Blaney-Criddle e Hargreaves apresentam anomalias percentuaismenores. Isso pode ser explicado pela sensibilidade de cada modelo à temperatura. Os demaisgráficos são mostrados no Anexo D.29

Tabela 15 – Anomalias percentuais da evapotranspiração nos diferentes períodos domodelo BCM2.2010-20392040-20692070-20992010-20392040-20692070-20992010-20392040-20692070-2099THORNTHWAITEMeses Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezETP(mm)18,8% 12,6% 13,4% 8,2% 13,2% 24,0% 19,4% 25,8% 27,1% 24,2% 26,9% 16,0%ETP(mm)46,1% 35,3% 31,9% 23,7% 26,3% 41,0% 44,8% 50,5% 56,3% 53,5% 51,7% 39,6%ETP(mm)64,0% 53,9% 51,3% 53,5% 61,4% 75,3% 71,8% 77,9% 80,4% 74,2% 81,5% 68,4%BLANEY-CRIDDLEMeses Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezETP(mm)2,1% 1,4% 1,5% 0,9% 1,4% 2,5% 2,1% 2,7% 2,9% 2,6% 2,9% 1,8%ETP(mm)4,6% 3,6% 3,3% 2,5% 2,8% 4,1% 4,4% 4,9% 5,5% 5,3% 5,2% 4,1%ETP(mm)6,1% 5,2% 5,0% 5,2% 5,8% 6,8% 6,5% 7,1% 7,4% 7,0% 7,5% 6,5%HARGREAVESMeses Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezETP(mm)1,9% 1,3% 1,4% 0,8% 1,3% 2,4% 2,0% 2,7% 2,8% 2,6% 2,9% 1,7%ETP(mm)4,4% 3,4% 3,0% 2,3% 2,5% 4,0% 4,3% 4,9% 5,4% 5,2% 5,0% 3,8%ETP(mm)5,7% 4,9% 4,5% 4,7% 5,4% 6,5% 6,4% 6,9% 7,2% 6,8% 7,3% 6,1%30

7. CONCLUSÕESEsta pesquisa buscou avaliar os efeitos das mudanças climáticas no cálculo daevapotranspiração no semi-árido paraibano, através da criação de um cenário climático,baseados em resultados gerados por Modelos de Circulação Global (MCGs), disponibilizadospelo IPCC (AR4), para três períodos de climas futuros: 2010-2039, 2040-2069 e 2070-2099.Foram utilizadas três equações empíricas para o cálculo da evapotranspiração: Thornthwaite,Blaney-Criddle e Hargreaves e três MCGs que representam bem (modelo BCM2), de formamediana (MIMR) e não representam bem (GIAOM), as chuvas no Nordeste do Brasilsegundo classificação apresentada por Silveira (2011).Na aplicação aos dados observados, o método de Hargreaves foi o que melhorrepresentou a evapotranspiração atual. Tal explicação é dada pelo fato de Hargreaves terconsiderado uma variável a mais em sua equação, a umidade relativa do ar. Thornthwaitesuperestimou demasiadamente a evapotranspiração e Blaney-Criddle não representou bem adistribuição inter-anual da variável.As projeções de temperatura para os três períodos de climas futuros foi crescente. Omodelo GIAOM, embora não represente bem as chuvas para o Nordeste foi o que apresentoumenores anomalias de temperatura, seguido pelo modelo BCM2. O modelo MIMR foi o queapresentou as maiores anomalias. Isso é uma indicação que o modelo que representa bem aschuvas no Nordeste não necessariamente é aquele que tem as menores anomalias detemperatura.Já a umidade relativa do ar apresentou um comportamento crescente nos modelosBCM2 e GIAOM; e uma queda no modelo MIMR. Ainda assim, a evapotranspiração teveresultados crescentes para o período futuro no Método de Hargreaves, único que utiliza aumidade relativa como parâmetro de cálculo.A evapotranspiração futura é bastante influenciada pela equação utilizada para seucálculo. As anomalias percentuais estimadas por Thornthwaite foram bastante elevadas e asestimadas por Blaney-Criddle e Hargreaves ficaram bastante semelhantes e indicam aumentomédio da evapotranspiração ao longo dos climas futuros de 2,2% (2010-2039), 4,3% (2040-2069) e 6,3% (2070-2099). No entanto, a equação de Hargreaves, mostrou-se mais uniformequando da aplicação dos diferentes modelos atmosféricos. Isso deve acontecer pelo fato de ela31

ser menos sensível à variações de temperatura e, assim, amorteceu as diferenças nasanomalias climáticas previstas pelos modelos.Recomenda-se em trabalhos futuros a aplicação de outros métodos de cálculo daevapotranspiração como o de Penman-Monteith, que utiliza mais variáveis climáticas comodados de entrada e espera-se que represente melhor a evapotranspiração da região e conduza aoutros valores de anomalias futuras. Para uma melhor estimativa dos impactos daevapotranspiração sobre o gerenciamento dos recursos hídricos da região se faça um balançohídrico dos reservatórios existentes, para os efeitos das mudanças da evapotranspiraçãoisoladamente e depois em conjunto com mudanças da precipitação e vazão.Esses trabalhos são extremamente importantes para regiões como o semi-árido que jásofre com escassez de chuvas e, desta forma, pode-se estimar impactos futuros devido àsmudanças climáticas.32

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASBARROS, T.C.P. (2000) Vento e o desmatamento da Amazônia Mato-Grossense: umaanálise preliminar. Dissertação de mestrado. Programa de Pós-Graduação em Geografia.UFMS.BRAGA, A. C. F. M. (2001). Efeitos de fatores climáticos e uso do solo sobre oescoamento em uma região semi-árida da Paraíba. Dissertação de Mestrado. Programa dePós-Graduação em Engenharia Civil. UFPB ParaíbaCAMPOS, J. N. B. ; STUDART, T. M. C. (2001). Variabilidades Climáticas e TendênciasHidrológicas em Climas Semi-Áridos. In: III Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste,2001, Santiago. Anais do III Encontro de Águas. Santiago,: Instituto Internacional deCooperação para a Agricultura.COLLISCHONN, W. (1998). Apostila de Hidrologia Aplicada. Evaporação eEvapotranspiração. Ed. UFRGS/IPH Rio Grande do SulCOSTA, J. P. R., AQUINO, C. M., MORAES, J. C. (1989). Avaliação do comportamentoda evapotranspiração em área de floresta tropical úmida da Amazônia. CongressoBrasileiro de Meteorologia. CBMET.FERNANDES, R. O., NÓBREGA, R. L. B, GALVÃO, C. O. 2008. Impacto dasmudanças climáticas globais na evaporação em um reservatório no semi-árido. In: Anaisdo IX Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste. Salvador: ABRH. Em CD-Rom.HARGREAVES, G. H. (1974). Potential Evapotransipiration and Irrigation Requirementsfor Northeast Brazil. Utah State Unversity, Logan, UT.HOFF, H. (2001). Climate Change an d Water Avaiability. IN: Lozán, J.L., Grabl H. andHupter, P. In: Climate ot the 21st Century: Changes ans Risk. WissenschaftlicheAuswertungen. Hamburg.KIMMINS, J.P. (1987) Forest Ecology. New York: Macmillan Publishing Company.531p. apud.http://www.dca.ufpb.br. Dados climatológicos do Estado da Paraíba. Disponível online.Em 31/10/201133

http://www.dnocs.gov.br/. Departamento Nacional de Obras Contra as Secas. Disponívelonline. Em 20/09/2011http://www.ipcc-data.org/ . Data Distribution Centre. Disponível online. Em 19/09/2011IPCC-TGICA (2007). “General guidelines on the use of scenario data for climate impactand adaptation assessment”. Version 2. Prepared by T.R. Carter on behalf of theIntergovernmental Panel on Climate Change, Task Group on Data and Scenario Supportfor Impact and Climate Assessment, 66.MEDEIROS, Y. D. P. (2003). Análise dos impactos das mudanças climáticas em regiãosemi-árida. Revista Brasileira de Recursos Hídricos – RBRH. Vol. 8 n.2PARAÍBA, Governo do Estado (1997). Plano Diretor de Recursos Hídricos do estado daParaíba, Diagnóstico do Estado – Estudo de Base das Bacias do Rio Piancó e do AltoPiranhas. SCIENTEC. João Pessoa/PB. Em CD-ROM.PORTO, R. L., FILHO, K. Z., SILVA, R. M., DOURADO, S. S. (2000). Apostila deHidrologia Aplicada. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento deEngenharia Hidráulica e Sanitária PHD – 307 Hidrologia AplicadaRAMOS, A. M.; AZEVEDO, J. R. G.; CABRAL, J. J. S. P. (2006). Análise preliminar dainfluência do efeito estufa na drenagem urbana da Região Metropolitana do Recife. In:VIII SIMPÓSIO DE RECURSOS HÍDRICOS DO NORDESTE, ABRH: Gravatá.SENTELHAS, P. C., ANGELOCCI, L. R. (2009). Meteorologia Agrícola –Evapotranspiração – Definições e conceitos. ESALQ/USP São PauloSILVEIRA, C.S., SOUZA FILHO, F.A., COSTA, A. A., COUTINHO, M. M., LÁZARO,Y.M.C., SALES, D.C., (2011). Avaliação da sazonalidade da evapotrasnpiração noNordeste Brasileiro simulada pelos modelos do IPCC-AR4. Anais do XIV CongressoMundial da Água. IWRA. Porto de Galinhas/PE.THORNTHWAITE, C. W. (1948)An approach toward a rational classification ofclimatate. Geogr. Rev., 38:55-94.34

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9. ANEXOSAnexo A: Tabelas de cálculos da evapotranspiração futuraAnexo B: Gráficos das anomalias futurasAnexo C: Aumento da umidade relativa do ar nos três modelos em relação ao clima atualAnexo D: Comportamento da evapotranspiração ao longo dos anos em relação ao anoatual36

Anomalias (°C)Anexo ATabela A.1 – Evapotranspiração futura (em milímetros) para o período 2010-2039,modelo GIAOM.Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezThornthwaiteETP (mm) 464,8 351,2 362,4 335,0 330,7 286,7 298,1 361,3 431,0 503,3 487,7 508,7Blaney-CriddleETP (mm) 181,3 174,9 173,8 167,0 163,9 161,9 162,0 168,0 171,9 180,5 180,2 182,9HargreavesETP (mm) 197,9 189,1 149,9 134,4 131,7 127,4 144,5 172,0 191,7 214,4 207,2 210,7Tabela A.2 – Evapotranspiração futura (em milímetros) para o período 2010-2039,modelo MIMR.Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezThornthwaiteETP (mm) 590,2 412,2 412,9 391,3 397,0 361,5 380,1 464,4 555,6 653,4 612,2 671,0Blaney-CriddleETP (mm) 186,6 178,2 176,5 170,1 167,4 166,3 166,6 173,0 177,3 186,3 185,2 189,1HargreavesETP (mm) 203,8 192,8 152,3 137,1 134,9 131,2 148,9 177,4 197,8 221,3 213,1 218,3Anexo B4,03,53,02,52,01,51,00,50,0Anomalias de Temperatura - Período 2040-2069Modelo BCM2Modelo GIAOMModelo MIMRMesesFigura B.1 – Anomalias de temperaturas para o período 2040-206937

TemperaturasTemperaturasAnomalias (°C)Anomalias de Temperatura - Período 2070-20995,04,03,02,01,00,0Modelo BCM2Modelo GIAOMModelo MIMRMesesFigura B.2 – Anomalias de temperaturas para o período 2070-20990,300,20Anomalias da Umidade Relativa do Ar0,100,00-0,10Modelo BCM2Modelo GIAOMModelo MIMRMesesFigura B.3 – Anomalias de umidade do ar para o período 2040-2069Anomalias da Umidade Relativa do Ar0,400,300,200,100,00-0,10Modelo BCM2Modelo GIAOMModelo MIMRMesesFigura B.4 – Anomalias de umidade do ar para o período 2070-209938

Anexo C0,60%0,50%0,40%0,30%0,20%0,10%0,00%-0,10%-0,20%Aumento da Umidade do Ar Média Futura (%)em relação a Umidade do Ar Atual0,19%0,10%-0,08%0,32%0,22%0,09%2010-2039 2040-2069 2070-20990,53%0,33%0,22%BCM2GIAOMMIMRFigura C – Aumento da umidade relativa do ar nos três modelos em relação ao clima atualAnexo DThornthwaite - Crescimento da Evapotranspiraçãoem relação aos dados atuais2010-2039 2040-2069 2070-209964,0%46,1%18,8%53,9%51,3% 53,5%35,3%31,9%23,7%12,6% 13,4%8,2%61,4%26,3%13,2%75,3%41,0%24,0%71,8%44,8%19,4%77,9%80,4%56,3%50,5%25,8% 27,1%81,5%74,2%53,5% 51,7%24,2%26,9%68,4%39,6%16,0%Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezFigura D.1 – Comportamento da evapotranspiração calculada pelo Método deThornthwaite nos três períodos e pelo modelo BCM2 em relação ao clima atual39

Blaney-Criddle - Crescimento daEvapotranspiração em relação aos dados atuais2010-2039 2040-2069 2070-20996,1%4,6%2,1%5,2%5,0% 5,2%3,6%3,3%2,5%1,4% 1,5%0,9%5,8%2,8%1,4%6,8%4,1%2,5%6,5%4,4%2,1%7,4%7,5%7,1%7,0%5,5% 5,3%4,9%5,2%2,7% 2,9%2,9%2,6%6,5%4,1%1,8%Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezFigura D.2 – Comportamento da evapotranspiração calculada pelo Método de Blaney-Criddle nos três períodos e pelo modelo BCM2 em relação ao clima atualHargreaves - Crescimento da Evapotranspiraçãoem relação aos dados atuais2010-2039 2040-2069 2070-20995,7%4,4%1,9%4,9%4,5% 4,7%3,4%3,0%2,3%1,3% 1,4%0,8%5,4%2,5%1,3%6,5% 6,4%4,0%4,3%2,4%2,0%7,2%6,9%5,4%4,9%2,7% 2,8%6,8%5,2%2,6%7,3%5,0%2,9%6,1%3,8%1,7%Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezFigura D.3 – Comportamento da evapotranspiração calculada pelo Método de Hargreavesnos três períodos e pelo modelo BCM2 em relação ao clima atual40