No panorama atual de mudanças climáticas, o Metano (CH4) é considerado o segundo principal gás de efeito estufa antrópico. Este trabalho teve como objetivo estudar o papel da Amazônia na emissão global de CH4, sendo esta a maior floresta tropical do mundo. Neste estudo foram realizados perfis verticais, utilizando aviões de pequeno porte, desde 150 m da superfície até 4,4 km, em quatro localidades da Bacia Amazônica, formando um grande quadrante abrangendo toda a Bacia. Os locais foram: próximo a Santarém (SAN; 2,8°S, 54,9°O), Alta Floresta (ALF; 8,8°S, 56,7°O), Rio Branco (RBA; 9,3°S, 67,6°O) e Tabatinga (TAB; 5,9°S, 70,0°O). Foram realizados quatro anos (2010-2013) de medidas contínuas em escala regional, quinzenalmente, totalizando 293 perfis verticais. Até o presente momento estas medidas são únicas e representam uma nova abordagem nas emissões nesta escala. Foram calculados os fluxos de CH4 nestas quatro localidades por meio do Método de Integração de Coluna e os fluxos anuais foram calculados através de média proporcional, considerando a área de influência de cada localidade. Os anos de 2010 e 2012 foram anos de seca, enquanto 2011 e 2013 foram anos com precipitação acima da média na Amazônia. Dos quatro anos de estudo apenas 2011 apresentou uma temperatura inferior a média. Os resultados obtidos mostraram que a Amazônia atua como uma importante fonte de CH4, com uma emissão de 25,4 Tg ano-1 (4% - 5% da emissão global), considerando a área da Amazônia Brasileira (4,2 milhões de km2). As emissões nesta região apresentaram variações regionais e anuais, com maiores emissões nos anos de seca. A emissão pela queima de biomassa não foi significativa nas regiões de estudo, enquanto as estimativas de emissões por fermentação entérica e manejo dos dejetos de animais foram significativas na maioria destas regiões. Os resultados obtidos ressaltam a importância da realização de estudos em escala regional para esclarecer o comportamento de toda a área da Bacia Amazônica Brasileira. / In the current scenario of climate change, Methane (CH4) is the second main anthropogenic greenhouse gas. This work aimed to study the role of Amazon in the global CH4 emission, which is the largest rainforest in the world. In this study vertical profiles were performed using small aircraft, from 150 m from the surface to 4.4 km in four sites in the Amazon Basin, forming a large quadrant covering the entire basin. The sites were: near Santarem (SAN, 2.8°S, 54.9°W), Alta Floresta (ALF, 8.8°S, 56.7°W), Rio Branco (RBA, 9.3°S, 67.6°W) and Tabatinga (TAB, 5.9°S, 70.0°W). Were made four years (2010-2013) of continuous measures on a regional scale, every two weeks, with a total of 293 vertical profiles. Until now these measures are unique and represent a new approach in emissions on this scale. The CH4 fluxes were calculated in these four locations through the Column Integration Technique and annual fluxes were calculated using proportional average, considering the area of influence of each location. The years 2010 and 2012 were years of drought, while 2011 and 2013 were years with total precipitation higher than the average in the Amazon. In these four years of study only in 2011 showed a lower average temperature. The results showed that the Amazon was a source of CH4, with an annual emission of 25.4 Tg (4% - 5% of global emission), considering the Brazilian Amazon area (4,2 millions km2). Emissions in this region presented regional and annual variations, with more emissions during drought years. Emissions from biomass burning was not significant, while emissions from enteric fermentation was significant in the study areas. The results obtained highlight the importance of make studies with regional scale and long temporal series to clarify the behavior of the entire Brazilian Amazon area.

Orientador: Juarês José Aumond. / Dissertação (Mestrado em Desenvolvimento Regional) - Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento Regional, Centro de Ciências Humanas e da Comunicação, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Orientador: Rafaela Vieira. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Orientador: Marcela Kotsuka da Silva Câmara Bastos. / Coorientador: Henry França Meier. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

As estruturas de concreto localizadas em meio ambiente marinho sofrem processos de degradação principalmente pela presença do agente agressor cloreto. Tal agente, proveniente da água do mar e transportado através do aerosol marinho, é um dos principais responsáveis por danos relacionados à corrosão das armaduras do concreto. Sabe-se que esse mecanismo de degradação está diretamente relacionado com as variáveis ambientais, porém, observa-se que o tema ainda apresenta muitos caminhos a serem explorados na literatura. Dentro deste contexto podem-se inserir as mudanças climáticas. Os conhecimentos a respeito dos efeitos ocasionados pelas mudanças climáticas nas obras civis vêm se aprofundando nas últimas décadas, mas ainda é um tema carente de informações, principalmente em se tratando da penetração dos íons cloretos no concreto. Portanto, tendo em vista o comentado, a presente tese teve como objetivo estudar a influência das mudanças climáticas na penetração de íons cloretos em estruturas de concreto localizadas em ambiente marinho. A metodologia consistiu primeiramente na caracterização da região de interesse, representada pelo município de Ubatuba, selecionando dados de temperatura e umidade relativa do ar para três distintos cenários ambientais. Também foram discutidos métodos de estimativa da umidade relativa do ar disponíveis na literatura. Em seguida, foram analisados diferentes modelos de predição da penetração de íons cloretos para os diferentes cenários ambientais estabelecidos, averiguando a influência das alterações nas variáveis ambientais na penetração dos cloretos. Dentre os resultados atingidos, verificou-se que, para a região de estudo, considerando um tempo de vida útil de projeto inicial igual a 50 anos, em um período de aproximadamente 25 anos, as mudanças climáticas foram responsáveis pela redução em 1,75 anos no tempo de vida útil de projeto. Já para um período de 100 anos, também assumindo um tempo de vida útil de projeto inicial igual a 50 anos, e considerando projeções futuras esperadas em variáveis climáticas devido às mudanças climáticas, essa redução foi em média de 13 anos. Dessa maneira, observou-se que, principalmente a longo prazo, as alterações climáticas podem contribuir significativamente para a penetração de cloretos no concreto, e consequentemente, para a degradação dessas estruturas.

A preocupação com as mudanças ambientais globais e seus impactos é um dos temas mais recorrentes na questão ambiental. As projeções realizadas no quarto relatório do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC) preveem, até 2100, um aumento da temperatura global variando entre 1,8C a 4,0C acima dos níveis pré-industriais. Embora haja controvérsias sobre estes números, assume-se que a ausência de adaptação às possíveis mudanças ambientais globais pode ter um custo maior que a sua prevenção. Os impactos gerados por possíveis alterações ambientais globais, caracterizadas por mudanças climáticas, refletem principalmente em regiões costeiras, uma vez que estão ligados às alterações da temperatura, precipitação e nível do mar, além da maior frequência de eventos extremos. Destaca-se, portanto, a necessidade de estratégias de adaptação às mudanças climáticas no gerenciamento costeiro brasileiro. Uma atenção especial deve ser dada ao litoral norte de São Paulo, pois é uma região com grande importância ambiental (ex: Parque Estadual da Serra do Mar, o qual representa a maior porção contínua preservada de Mata Atlântica do Brasil), econômica (ex: atividades ligadas ao turismo, às atividades portuárias e às recentes descobertas das reservas do pré-sal) e social (conflitos entre as atividades econômicas e a comunidade local). Desta maneira, fica evidente a peculiaridade desta região, demandando estudos sobre mudanças climáticas visando salvaguardar as condições atuais desta região. Para tanto, este trabalho gerou três cenários de uso e ocupação do solo urbano para o ano de 2030: status quo (SQ), law enforcement (LE) e novos empreendimentos (NE). A modelagem da dinâmica espacial utilizou mapas de uso do solo para os anos de 1990, 1999 e 2010, e foi realizada no software DINAMICA EGO, versão 1.8.9. Estes cenários foram comparados entre si e com um mapa de vulnerabilidade socioambiental aos efeitos das mudanças climáticas e identificaram-se áreas vulneráveis nos cenários futuros. Os resultados indicaram que a maior expansão urbana ocorreu no cenário NE, evidenciando a influência das infraestruturas e empreendimentos na ocupação da região. Para os cenários NE, SQ e LE, o aumento dos índices "moderado", "alto" e "muito alto" foi de 40,63%, 23,38% e 14,45%, respectivamente. No entanto, apesar do aumento de áreas mais vulneráveis, o aumento de áreas com índices "muito baixo" e "baixo" foi mais expressivo, tendo sido quantificado em 131,47%, 55,10% e 21,97% para os cenários NE, SQ e LE, respectivamente. Outro resultado relevante foi a incapacidade de orientação a uma ocupação urbana que evite áreas de risco ou que se adapte aos efeitos das mudanças ambientais globais percebidos no cenário LE. Sabendo-se que este cenário considerou o zoneamento ecológico-econômico da região, sugere-se a revisão do instrumento, bem como a elaboração e revisão dos zoneamentos municipais, valorizando a integração regional de tais ferramentas. Assim, de modo geral, a modelagem ambiental aplicada neste trabalho mostrou-se uma ferramenta importante para o gerenciamento costeiro, visto que a geração de cenários futuros de ocupação pode apontar áreas menos vulneráveis para eventual expansão urbana, auxiliando à tomada de decisão dos que planejam, implementam e gerenciam ações governamentais e políticas públicas no nível local.

O armazenamento e o sequestro de carbono estão associados à função ecossistêmica de regulação climática, mantenedora dos processos ecológicos essenciais de suporte à vida. No presente trabalho é apresentada uma metodologia para valoração do balanço do carbono gerado por mudanças de uso e cobertura da terra (LULC) entre cenários pretéritos (1990 e 2010) e preditivo (2030), para o Litoral Norte de São Paulo. Para tanto, foi aplicado o módulo Carbon Storage and Sequestration do modelo InVEST 2.4.5 (The Natural Capital Project) que agrega a quantidade armazenada em cada compartimento de carbono nas paisagens dos mapas de uso e cobertura do solo, de acordo com o preço de mercado do carbono para projetos de REDD e a taxa de desconto do mercado financeiro. Os resultados apontaram uma preocupante liberação de carbono para a atmosfera, intensificando os efeitos negativos das mudanças climáticas. Estima-se uma perda de aproximadamente 6,7 milhões de dólares, entre os anos de 1990 e 2010, para a redução da capacidade de armazenamento de carbono. Para a análise do período futuro, entre os anos de 2010 e 2030, apontam-se valores distintos na liberação de carbono nos três cenários confeccionados. Os valores encontrados nos cenários de enquadramento legal e status quo são semelhantes ao período anterior, sendo respectivamente 5,6 e 6,1 milhões de dólares. Entretanto, quando consideradas as forçantes relativas aos novos empreendimentos da região, associados à infraestrutura logística e de exploração de petróleo e gás, a pressão sobre os ambientes naturais é sensivelmente maior e a perda monetária ultrapassa 85 milhões de dólares. Inserindo um incremento na temperatura atmosférica, a valoração da perda do carbono ultrapassa os 150 milhões de dólares para o cenário de novos empreendimentos, demonstrando um grande impacto potencial associado ao aquecimento global. Também foram analisados os dados para os valores de crédito de carbono comercializados nos mercados voluntário e regulado, além da inserção da taxa de desconto social. O modelo utilizado e as adaptações de pré-processamento realizadas para aumentar a precisão dos dados de entrada permitiram gerar resultados passíveis de utilização para políticas públicas relacionadas à adaptação às mudanças climáticas bem como para objetivos de conservação de ambientes naturais.

A análise de possíveis impactos das mudanças climáticas em escala regional requer dados de previsão em escala compatível. A escala dos Modelos Climáticos Globais, cuja ordem de resolução horizontal é de 100 km, é inadequada para avaliar mudanças no clima em uma bacia hidrográfica de 420 km2, por exemplo, que é a área da bacia objeto desse estudo. Em tais casos, usam-se os Modelos Climáticos Regionais (MCR) que são produtos da regionalização dos Modelos Climáticos Globais e mostram, com frequência, erros sistemáticos. Esses erros podem ser reduzidos com técnicas de correção do viés. No presente trabalho, foram aplicados aos dados de previsão de precipitação do MCR Eta as técnicas de correção por transformação de potência e por ajuste à distribuição gama. Nesse último método, o número de valores nulos, referente aos dias secos, não foi tomado como um parâmetro fixo. Uma nova metodologia para tratamento dos valores nulos foi proposta e aplicada, sendo que dois casos foram considerados, no primeiro caso, os valores nulos das simulações excediam os valores nulos das observações, no segundo caso ocorria o contrário. Os resultados foram comparados com o teste de Kolmogorov-Smirnov e com a soma das diferenças entre as curvas de distribuição acumuladas. Ambos os métodos de correção foram efetivos na redução de erros e consequentemente no ganho de confiabilidade das previsões. No entanto, o método de correção por ajuste à distribuição gama obteve os melhores resultados no período de validação (1981 a 1990), particularmente na redução dos erros correspondentes à quantidade de dias secos. Aplicando os parâmetros ajustados com todo o período de controle (1961 a 1990) aos dados das previsões climáticas até 2100 pôde-se observar que as previsões mostram-se bastante conservadoras no montante de precipitação comparando-se com o período de base.

O significativo processo de desmatamento na Amazônia acarreta a emissão atmosférica de altas quantidades de aerossóis e gases. É necessário o desenvolvimento de ferramentas que melhor quantifiquem essa carga de aerossóis e conseqüentemente o impacto gerado no clima regional, incluindo alterações no balanço radiativo terrestre e nos mecanismos de formação e desenvolvimento de nuvens. Foram analisadas as propriedades ópticas dos aerossóis, por meio de medidas obtidas pelo fotômetro da rede AERONET (Aerosol Robotic Network) operada pela NASA, localizado na região de Ji-Paraná Rondônia. Dois modelos ópticos de aerossol, representativos da região, foram definidos, em função do albedo simples (0), a partir do índice de refração real e imaginário e da distribuição de tamanho dos aerossóis. No comprimento de onda de 676 nm, os modelos ópticos possuem valores de 0 entre 0,88 e 0,94. Adaptou-se a metodologia para a obtenção da profundidade óptica dos aerossóis com alta resolução espacial a partir de observações de radiância obtidas com o sensor MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer). Aumentou-se a resolução espacial de 10 km x 10 km (produto operacional da NASA para profundidade óptica de aerossóis AOD) para 1,5x1,5 km, com bons resultados. O algoritmo adaptado utiliza a propriedade de refletância crítica para determinar o modelo óptico de aerossol a ser empregado, de forma dinâmica e interativa, reduzindo a incerteza na determinação da profundidade óptica dos aerossóis com alta resolução espacial. Os resultados de validação revelaram que os resultados de AOD obtidos com alta resolução espacial e os obtidos operacionalmente pela NASA, quando comparado com as medidas de referência obtidas com radiômetro da rede AERONET apresentaram resultados satisfatórios. O método em alta resolução utilizado neste trabalho teve índice de acerto melhor em 40% dos casos, melhorando assim consideravelmente uma importante fonte de incerteza na obtenção de AOD por sensoriamento remoto, que é a escolha de um modelo óptico mais adequado ao tipo de aerossol sendo determinado. A validação realizada por meio da comparação do valor médio de AOD pelo MODIS comparado com o fotômetro mostrou uma equação de regressão y= (1,09±0,03)x+ (0,03±0,02), com R²=0,80. A contaminação das imagens por nuvens é sensivelmente melhorada em alta resolução, mas ainda é um problema que requer atenção científica no desenvolvimento de melhores algoritmos. / The significant deforestation process in Amazonia results in high levels of aerosols and trace gases emitted to the atmosphere. It is necessary the development of tool that allows a better quantification of the atmospheric aerosol loading and consequently the impact on regional climate, including changes in the regional radiation balance and the mechanisms of cloud formation and development. Aerosol optical properties were investigated through the analysis of the sun-photometer that is part of the Aerosol Robotic Network (AERONET) located in Ji-Paraná (RO, Brazil). Two aerosol optical models, representative of that specific region were defined as a function of the single scattering albedo (0), through the analysis of the real and imaginary refractive indexes and the aerosol size distribution. Taking into account the 676nm wavelength, both models returned single scattering albedo values of 0(1)=0.88 and 0(2)=0.94. A well-established methodology used for urban aerosol studies through the analysis of MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) data was adapted to Amazonia. It has obtained aerosol optical depth (AOD) for the Amazon region, improving the standard spatial resolution of 10 km x 10 km to 1.5 km x 1.5 km with good results. The adapted algorithm takes into account the critical reflectance to provide the appropriate aerosol optical model to be used, in an interactive and dynamical way, reducing the uncertainty in the aerosol optical depth determination with high spatial resolution. The results of the validation analysis showed that the AOD obtained with high spatial resolution and those obtained from the NASA operational product when compared with AERONET data shows very satisfactory results. The high-resolution method developed in this work had a very good agreement compared with the single aerosol optical model for 40% of the analyzed cases. This shows that an important source of uncertainty, the choice of a more appropriate optical model was reduced. The validation of the results done with sun-photometer measurements showed very good agreement, with a regression equation: y= (1,09±0,03)x+(0,03±0,02), with R²=0,80. The cloud contamination issue is reduced with the high-resolution method, but is still an important issue that requires further investigation.

Na bacia do alto e médio Rio Negro, na região Amazônica, os Espodossolos são solos com representação espacial significativa. Estes solos têm sua gênese ligada a dois diferentes processos: a um sistema de transformação Latossolo-Espodossolo, desenvolvido sobre rochas do embasamento cristalino e outro formado diretamente a partir de rochas sedimentares. Os Espodossolos armazenam grande quantidade de carbono em seus horizontes espódicos profundos. Os modelos climáticos preveem mudanças nos padrões de precipitação, com maior frequência de períodos secos na Amazônica, resultando em abaixamento do nível freático, que levaria a um aumento da porosidade, e assim aumento na mineralização da matéria orgânica estocada nestes horizontes. Diversos fatores podem influenciar nas taxas de mineralização do carbono, como os processos pedogenéticos, materiais de origem dos solos, a vegetação presente e a característica da matéria orgânica nos diferentes horizontes dos solos. Nesse contexto, o objetivo foi caracterizar a matéria orgânica, em seus aspectos físico-químicos e avaliar sua vulnerabilidade diante de mudanças pedoclimáticas. Para isto, foi necessário avaliar a distribuição de tamanho de partículas e a composição mineralógica dos solos, determinar as concentrações e composições isotópicas de carbono e de nitrogênio, de amostras de solo, verificar a característica da matéria orgânica e quantificar a mineralização de carbono do solo nos diferentes horizontes. Os resultados mostraram que a matéria orgânica presente nos horizontes espódicos encontra-se mais humificada, e essa recalcitrância acarreta menores taxas de emissão de CO2 para a atmosfera. A mineralogia do solo, assim como a distribuição do tamanho de partículas contribuíram para maior proteção da matéria orgânica, aumentando sua estabilidade e diminuindo a susceptibilidade a mineralização nesses horizontes. A distribuição de tamanho de partículas e quantidade das frações granulométricas diferentes nas duas áreas refletem a influência do material de origem, que associadas a vegetação influenciam nas concentrações e emissão de carbono. Nos horizontes espódicos as emissões e os fluxos de C para a atmosfera foram menores que nos horizontes superficiais em razão da maior humificação da matéria orgânica e, provavelmente, pela deficiência de nitrogênio. Os horizontes espódicos profundos, considerando as áreas de Barcelos e São Gabriel da Cachoeira, são responsáveis pela liberação para atmosfera de 8 x 1013 g C ano-1, valor que corresponde aproximadamente a 1 % do que volta para a atmosfera anualmente por meio da respiração do solo. Esta quantidade não pode ser negligenciada quando da elaboração de modelos de previsões de mudanças climáticas / In the upper and middle Rio Negro basin, in the Amazon region, Spodosols are soils with significant spatial representation. These soils have their genesis linked to two different processes: a system of Latosol-Spodosol transformation, developed on rocks of the crystalline basement and another formed directly from sedimentary rocks. Spodosols store large amounts of carbon in their deep spodic horizons. The climate models predict changes in precipitation patterns, with a higher frequency of dry periods in the Amazon, resulting in lowering the water table, which would lead to an increase in porosity, and thus increase the mineralization of the organic matter stored in these horizons. Several factors may influence carbon mineralization rates, such as pedogenetic processes, soil source materials, present vegetation and organic matter characteristics in different soil horizons. In this context, the objective was to characterize the organic matter, in its physicochemical aspects and to evaluate its vulnerability to pedoclimatic changes. For this, it was necessary to evaluate the particle size distribution and the mineralogical composition of the soils, determine the isotopic and carbon and nitrogen composition and concentrations of soil samples, verify the organic matter characteristic and quantify soil carbon mineralization in different horizons. The results showed that the organic matter presented in the spodic horizons is more humid, and this recalcitrance leads to lower rates of CO2 emission into the atmosphere. Soil mineralogy as well as particle size distribution contributed to greater protection of organic matter, increasing its stability and reducing susceptibility to mineralization in these horizons. The distribution of particle size and amount of different particle sizes in the two areas reflected the influence of the source material, which associated with vegetation influenced the concentrations and carbon emission. In the spodic horizons, the emissions and fluxes of C to the atmosphere were smaller than in the superficial horizons due to the greater humification of the organic matter and, probably, the nitrogen deficiency. The deep spodic horizons, considering the areas of Barcelos and São Gabriel da Cachoeira, are responsible for the release to atmosphere of 8 x 1013 g C year-1, a value that corresponds approximately to 1% of what returns to the atmosphere annually through the respiration of the soil. This amount cannot be neglected when developing forecast models of climate change