Land surface model output

Posted on noviembre 19, 2013 · Posted in Portuguese

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No componente de modelagem do projeto ROBIN, estamos tentando fazer algo verdadeiramente original. Estamos visando representar o papel da biodiversidade e do uso do solo de modo integrado a um modelo de superfície da terra. A partir da utilização de um modelo de superfície da terra que foi originalmente projetado para representar grandes áreas uniformes de vegetação natural composta de uma única espécie, pretende-se ajustar o modelo visando modelar de forma integrada a biodiversidade e os diferentes padrões de uso e cobertura do solo. Essa abordagem está alinhada a um novo paradigma emergente no campo científico das modelagens dos sistemas terrestres, que se fundamenta na geração de representações mais realistas das interações dos fatores biofísicos entre a superfície terrestre e a atmosfera.

Deste modo, se a modelagem, ora proposta, for capaz de representar com razoável fidedignidade as relações da superfície terrestre, ou seja, os diferentes níveis de biodiversidade e os distintos padrões de uso do solo, poderemos correlacionar com diversos serviços ecossistêmicos, notadamente, com aqueles relacionados com o armazenamento de carbono e com o balanço hídrico que são os de maior interesse dentro do Projeto ROBIN. Assim, será possível estabelecer não só as relações atuais entre a biodiversidade e os serviços ecossistêmicos na região, mas também, analisar as relações da dinâmica de uso do solo, perda ou manutenção da biodiversidade, em uma perspectiva de cenários futuros de mudança climática.

Considerando a vegetação natural em terrenos planos, os modelos de superfície da terra atuais são razoavelmente precisos em suas representações de trocas de calor, água e carbono entre a terra e a atmosfera. No entanto, esses modelos não consideram adequadamente os diferentes padrões de uso antrópico do solo, como por exemplo, os sistemas agrícolas. Na maioria desses modelos, as áreas agrícolas são representadas como se fossem pastagens naturais, excluindo aspectos particulares do manejo e do uso do solo nos diferentes sistemas agrosilvipastoris, como, por exemplo, o preparo do solo o uso de fertilizantes, etc. Além disso, os modelos foram parametrizados e calibrados considerando-se apenas alguns poucos tipos de plantas.

No entanto, dentro do projeto ROBIN, há um grupo de modeladores que trabalha com modelagem detalhada de sistemas agrícolas e florestais. Desta forma, na modelagem são incluídos detalhes de manejo cultural e uso do solo de diversos tipos de cultivo, como por exemplo, o preparo do solo, o plantio, a aplicação de fertilizantes, a colheita, e, o que é mais importante, a produção. Estes modelos são executados em escala global e incorporam estimativas de produção de matérias-primas, alimentos e biocombustíveis para atender não somente à demanda de consumo regional, como também, ao comércio internacional de commodities. Estes modelos podem ainda ser usados como entradas para os modelos de superfície da terra.

Além disso, segundo os ecologistas e especialistas em biodiversidade do projeto ROBIN, há que se considerar que as classes “florestas” e “pastagens” apreciadas nos referidos modelos de superfície da terra não são homogêneas, constituindo na verdade, comunidades complexas de plantas, com diferentes características morfológicas, fisiológicas e bioquímicas. Toda esta complexidade pode influenciar as interações recíprocas entre a vegetação e o clima. Contudo, como dito anteriormente, a maioria dos modelos de superfície da terra, em uma abordagem bastante simplista, consideram apenas, para todo o planeta, dois tipos de vegetação: florestas e pastagens.

Os modelos: LPJmL e JULES

O projeto ROBIN está trabalhando com dois modelos de superfície terrestre, LPJmL e JULES.

O modelo LPJmL foi desenvolvido a partir de um modelo mais simples de carbono-clima, desenvolvido pelas instituições, Lund, PIK e Jena. Este modelo, chamado originalmente de LPJ, por conta da instituições que o desenvolveram, evoluiu para uma nova versão, na qual considerou-se a “superfície sob manejo” (LPJmL). Sendo assim, o modelo LPJmL é o modelo que está sendo usado no projeto ROBIN para a modelagem da superfície terrestre.

No modelo há representações de balanços de carbono e água de uma variedade de culturas que podem ser especificadas. O LPJmL também pode simular a evolução natural da vegetação através do crescimento dinâmico competitivo. Este modelo, como a maioria dos modelos da superfície terrestre em grade, é executado em uma escala temporal mensal ou diária. A escala espacial para a simulação do modelo é dependente principalmente da densidade de dados meteorológicos, de solos e de vegetação, disponíveis.

O modelo JULES (Joint UK Environment Simulator- desenvolvido pelo Met Office no Reino Unido), a exemplo do modelo LPJmL, também foi projetado para representar o balanço energético. O referido modelo é executado em uma escala horária e sua importância reside no fato de ser a única condição de contorno da superfície terrestre para um modelo de previsão climática. Os princípios da Física nos quais o modelo JULES se fundamenta (congelamento da água acima e abaixo do solo, balanços de radiação de ondas curta e longa, troca de calor acima e abaixo do solo) fazem com que o JULES seja um modelo mais complexo do que LPJmL. Embora, muitos dos pré-supostos que relacionam a água ao carbono, como a fotossíntese, são comuns a ambos os modelos. Assim como o modelo LPJmL, o usuário pode especificar a cobertura do solo, ou, a partir das regras dinâmicas internas que estabelecem a concorrência entre os tipos de vegetação, pode usar o modelo para prever o tipo de uso ou cobertura do solo.

Desenvolvimento dos modelos no projeto ROBIN

 Os modelos LPJmL e o JULES são projetados para funcionar em escala global e por isso houve a necessidade de fazer algumas simplificações na descrição dos tipos de vegetação uso e cobertura do solo. No entanto, para o projeto ROBIN é possível realizar simulações regionalizadas levando em consideração somente a região que vai da América Central a América do Sul, utilizando a descrição dos parâmetros que descrevem as interações com a água, o carbono, dentre outras, com maior detalhe, de forma específica somente para a região em foco.

Através do uso da base de dados de atributos, que foi reunida no projeto “TRY” cofinanciado pelo IGBP (http://www.try-db.org/TryWeb/About.php), estamos trabalhando no projeto ROBIN para expandir a definição de “árvores latifoliadas” conforme considerada nos referidos modelos. Ambas, florestas primarias e secundarias, devem ser representadas no projeto ROBIN. Por isso, em vez de, simular somente a competição de tipos funcionais de plantas evidentemente distintas (latifoliadas e coníferas) vamos experimentar a inclusão da distribuição dos principais parâmetros do modelo, simulando o crescimento e a competição de árvores em uma determinada área com florestas de árvores com folhas largas.

Esperamos que essa nova abordagem do modelo, que integra a biodiversidade, isto é, que considera as variações das diferentes e complexas comunidades de plantas numa dada região, possa ser usada para explorar a ideia de que a biodiversidade induz a mudança de fatores, da pequena à grande escala, que respondem pela mudança climática de uma região. Visto que, as taxas de absorção de carbono e os fluxos hídricos, diretamente relacionados com a mitigação das mudanças climáticas e que constituem, portanto, dois relevantes serviços ambientais, são dependentes da biodiversidade. Contudo, cabe salientar que, ainda não sabemos se o modelo será suficientemente preciso para captar estas sutis respostas da superfície terrestre, a nível de paisagem, influenciando o clima em escala regional e/ou global.

O sucesso deste componente do Projeto ROBIN dependerá da integração das diferentes equipes do projeto que vem estudando e observando a biodiversidade na América Latina. As equipes devem discutir quais são os aspectos mais relevantes da superfície do terreno que devem ser escolhidos e podem ser capturados num modelo de grande escala. Além disso, diferentes aspectos do uso do solo e da produção de biomassa serão incorporados através de regras simples que podem ser incluídas de tal forma que seja compatível com os citados modelos de superfície da terra. Isto permitirá aplicar os cenários que estão sendo desenvolvidos no Projeto ROBIN. Diferentes cenários implicarão em diferentes tipos de uso e cobertura da terra, e estes poderão ser aplicados no modelo para quantificar o impacto subsequente sobre os serviços ambientais.