Esta dissertação visa estimar o potencial de energia elétrica do biogás, conhecido também como gás de aterro, gerado por resíduos sólidos urbanos (RSU) no Brasil. A estimativa foi aplicada para todos os 5.565 municípios do Brasil. O método utilizado para estimar a geração de biogás foi o IPCC 2000 (First Order Decay - FOD), pois leva em consideração inúmeros parâmetros, como a composição da matéria orgânica no aterro, teor de umidade do lixo, grau de compactação, temperatura no interior do aterro. Adicionalmente, este método é o mais difundido mundialmente e é o mesmo método utilizado para inventários de Gases de Efeito Estufa no Brasil, permitindo, dessa forma, comparações entre os estudos. No método, foram empregados os dados dos censos do IBGE 1970, 1980, 1991, 2000, 2010 de forma a representar fielmente o crescimento populacional e possibilita estimar a quantidade de resíduos sólidos gerados para todos os anos estudados. No estudo, foram analisados três cenários distintos representando diferentes tendências na gestão de resíduos no Brasil (cenários de referência, otimista e pessimista). O potencial elétrico do biogás no Brasil de acordo com o Cenário de referência para 2013 é de 983 MW, representando 1,6 % da potência elétrica instalada atual e para o ano de 2020, o potencial é de 1.602 MW. Concluindo o estudo, foram realizadas análises financeira e de sensibilidade em três diferentes projetos para avaliação da viabilidade de cada projeto. / This dissertation aims to estimate the potential for energy recovery from landfill gas through municipal solid waste (MSW) in Brazil. The survey was carried out in all 5,565 municipalities in Brazil. The used method to estimate the generation of landfill gas was the IPCC 2000 (First Order Decay - FOD) because it takes into account several parameters, such as: the type of organic matter, the waste moisture content, degree of compaction and temperature inside the landfill. Additionally, this method is the most widespread in the world and it is the same method used in greenhouse gases inventories in Brazil, thus allowing comparisons between these studies. In the method, data from national census of 1970, 1980, 1991, 2000, 2010 was used in order to accurately represent the population growth and allows estimating the amount of solid waste generated in every year. The study analyzed three different scenarios representing different trends in the solid waste management in Brazil (reference, optimistic and pessimistic scenarios). The electrical potential of landfill gas in Brazil (in the reference scenario) in 2013 is 983 MW, representing 1.6% of the current installed capacity and for 2020, the electrical potential is 1,602 MW. Concluding this study, a financial and sensitivity analysis as carried out on three different projects to evaluate the feasibility of each project.

Northeastern Brazil is hydrologically characterized by recurrent droughts leading to a highly vulnerable natural water resource system. The region contains the Caatinga biome, a sparsely studied ecosystem, covering an area of approximately 800,000 km2. Reduced wateravailability is projected to take place in large regions of the globe, including Northeastern Brazil. Given the strong interactions between climate and vegetation, research has addressed climate change effects on natural and agricultural ecosystems. In this context, soil hydraulic properties are essential to assess soil water flow, and thus the ability of soil to supply water to plants at potential rates under different ranges of pressure head. Based on that, the aims of this thesis are: to increase insight in water balance components for the Caatinga biome, under current and future climate scenarios; and to assess the ability of soils in supplying water to plants by the further development of an existing matric flux potential approach, followed by its application to a group of soils from two Brazilian climatic zones (semi-arid and subhumid). Both for current and future climate scenarios, hydrological simulations were performed with SWAP model parameterized for a preserved Caatinga basin of 12 km2. The validation of the simulations was performed using a dataset of daily soil-water content measurements taken at 0.2 m depth in the period from 2004 to 2012. The soil water supplying capacity was evaluated through a multilayer matric flux potential approach, coupling the soil hydraulic properties, root length density and plant transpiration. Regarding the current climate conditions, the Caatinga biome returns 75% of the annual precipitation to the atmosphere, whereas the partitioning of total evapotranspiration into its components (transpiration, evaporation and interception) on annual basis accounts for 41%, 40% and 19%, respectively. Evapotranspiration and air temperature are most sensitive to soil moisture during the periods June-September and December-January. Concerning the future climate, transpiration was enhanced by 36%, soil evaporation and interception losses reduced by 16% and 34%, respectively. The amount of precipitation returned to the atmosphere was on average 98%. For both climate scenarios, the soil-plant-atmosphere fluxes seem to be controlled by the surface soil layer (0-0.2 m) which provides, on average, 80% of the total transpiration, suggesting that the Caatinga biome may become completely soil-water pulse dominated under scenarios of reduced water availability. The matric flux potential analysis revealed that soils from the semiarid zone were able to deliver water to plants at potential rates under a wider range of bulk soil pressure head (-36 to -148 m), whereas the soils from the wetter zone showed more hydraulic restriction with limiting soil water potential above -1.5 m. For the analyzed soils, only a negligible increase in available water results from decreasing the root water potential below -150 m, therefore, in order to adapt to water-limited conditions, plant species may invest in other adaptive strategies, rather than spending energy in structures that allow a reduction of the lower suction limit in their tissues. / O Nordeste do Brasil é hidrologicamente caracterizado por secas recorrentes, tornando os recursos hídricos naturais altamente vulneráveis. Nesta região está o bioma Caatinga, ocupando uma área de aproximadamente 800.000 km2. Cenários de déficit hídrico são projetados para grandes regiões do globo, incluindo o Nordeste brasileiro. Devido às interações entre clima e vegetação, várias pesquisas têm abordado os efeitos das mudanças climáticas sobre os ecossistemas naturais e agrícolas. Neste contexto, as propriedades hidráulicas do solo são essenciais para avaliar o movimento de água, e assim a capacidade de fornecimento de água às plantas. Com base nesta contextualização, os objetivos desta tese são: simular os componentes do balanço hídrico do bioma Caatinga para cenários climáticos atuais e futuros; e avaliar a capacidade de alguns solos em fornecer água às plantas a partir de uma abordagem de potencial de fluxo matricial. Para os cenários climáticos atuais e futuros, simulações hidrológicas foram realizadas com o modelo SWAP, parametrizado para uma microbacia de 12 km2, inserida em área de Caatinga preservada. A validação das simulações foi processada a partir de medidas diárias do conteúdo de água do solo na profundidade de 0,2 m no período de 2004 a 2012. A capacidade do solo em fornecer água às plantas foi avaliada através da atualização de uma função de potencial de fluxo matricial, que acopla as propriedades hidráulicas do solo, densidade de comprimento radicular e transpiração das plantas, aplicada a um grupo de solos da zona climática semiárida e sub-úmida. Como resultados principais destacam-se: nas condições climáticas atuais, o bioma Caatinga retorna 75% da precipitação anual para a atmosfera como evapotranspiração, particionada entre seus componentes (transpiração, evaporação e intercepção) em 41%, 40% e 19%, respectivamente. Evapotranspiração e temperatura do ar foram sensíveis à umidade do solo durante os períodos de junho-setembro e dezembro-janeiro. Em relação ao cenário climático futuro, a taxa de transpiração foi acrescida em 36%. A evaporação do solo e a interceptação foram reduzidas em 16% e 34%, respectivamente. A quantidade de precipitação devolvida para a atmosfera foi em média 98%. Para ambos os cenários climáticos, é sugerido que os fluxos de água no sistema solo-planta-atmosfera são controlados pela camada superior do solo (0-0,2 m), fornecendo, em média, 80% do total transpirado, indicando que, caso os cenários de disponibilidade hídrica reduzida se confirmem, o bioma Caatinga pode se tornar completamente dependente dos pulsos de água no solo. A partir do potencial de fluxo matricial limitante revelou-se que os solos da região semiárida são capazes de manter o fluxo de água às plantas em taxas potenciais em condições de solo seco (potencial matricial limitante variando de -36 a -148 m), enquanto que, os solos da região mais úmida indicaram severa restrição hidráulica, com potencial matricial limitante maior do que -1,5 m. Ainda para os solos analisados, a atribuição de potencial na superfície da raiz inferior a -150 m não ocasionou aumento de disponibilidade hídrica, indicando que valores menores que -150 m não implicam em uma estratégia viável para suportar baixa disponibilidade hídrica.

Given the importance of climate conditions in the agricultural environment, more specifically in the transport of water in the soil, there is a need to understand the effects of climate change on the water dynamics in the soil. This influence of climate conditions in the agricultural environment seems to be important in evapotranspiration, water availability for plants and roots, and for other processes. Many theoretical models have been developed to characterize the physical processes involved in water and transport. Climate prediction models such as the suite of models in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) make it possible generate climate data that can be used to characterize physical and biological processes. This research focuses on two main aspects: 1) the effects of climate change on the occurrence of extreme events that may affect agricultural processes in the region of Urbana-Champaign, in Illinois (USA) and 2) the effects of climate change on the dynamic of soil water in a corn crop (two fields, ANW and ASW) in the studied area. To explore the impacts of climate change on the occurrence of extreme events, the errors of some climate models from CMIP5 were evaluated and the models were subsequently used to develop indices to represent the occurrence of extreme events. These indices were calculated from observed data, and historical and future simulations, considering pessimistic and optimistic scenarios of climate change. The model that best represents the climate in the region was used to provide input data for Hydrus simulation of the soil water dynamics in two fields with different drainage system layout. These simulations with the Hydrus model were made for current conditions and for near term, midcentury, and end of century time periods (2011-2040, 2041-2070, 2071-2100, respectively). The results indicate that the variation of precipitation in the future may result in increased in one (RX1DAY) and five days (RX5DAY) maximum precipitation, and in the number of consecutive dry days (CDD) and consecutive wet days (CWD). Changes in temperature will be reflected as an increase of the indices of maximum and minimum values of temperatures and summer days (TNn, TNx, TXn, TXx and SU); and decreasing of the index of icing and frost days (ID, FD). This increasing of temperatures will represent a risk for agriculture, due to increased evapotranspiration, which will increase crop water demand and can create a hydric stress. Results of Hydrus simulations of surface flux, cumulative surface flux, runoff, cumulative runoff, soil water storage and cumulative infiltration, with input data from the IPSL model, are presented. These variables are critical in a corn crop, and are dependent on climate variables, soil conditions, parameters of the study region, drainage system, crop characteristics, inter alia. The ANW field had lower values of surface flux and cumulative surface flux comparing to the ASW field. This results is indicative that the risk associated with the ASW drainage system layout is higher than that of the ANW drainage system layout, related to the wider spacing between drains and the difficulty in removing water at the required rate. In general, the maximum and average values of surface flux and cumulative surface flux, will increase over time. In addition, it is noticeable that all Hydrus simulation indicates increasing maximum surface runoff and cumulative surface runoff over time. Percentile changes in average runoff and cumulative runoff are dependent on the period simulated. Increases range from 5.61 to 24.4% in the short term (2011-2040), 16.45 to 39.32% in the medium term (2041-2070) and 3.32 to 19.98% in the long term (2071-2100) compared to historical simulation. The maximum values of infiltration tend to be higher in all simulations when compared to the reference period in both fields. Changes in cumulative infiltration are indicative that infiltration will increase in the future. With respect to the correlation between runoff and extreme events, all simulations showed that the correlation between runoff and extreme precipitation events (RX1DAY ranges between 0.76 and 0.78, and RX5DAY ranges between 0.5 and 0.66), are higher than the correlation between runoff and precipitation (ranges between 0.31 and 0.43). This approach can improve the understanding of climate changes impacts on sustainable groundwater management based on adaptive management. Information gained in this work can be used to design monitoring systems to manage a sustainable groundwater in future climate regimes and create mitigation measures to prevent any risk for food security. An implication of the study is that the impact of climate change on water resources is a function of the projection scenario. The study was limited by the use of daily time step, necessitated by the large data sets. / Dada a importância das condições climáticas no ambiente agrícola, mais especificamente no transporte de água, é necessário compreender o efeito da mudança climática dinâmica da água no solo. Muitos modelos teóricos foram desenvolvidos para caracterizar os processos físicos envolvidos no transporte da água. Os modelos de previsão climática, como o conjunto de modelos do CMIP5, permitem gerar dados climáticos que podem ser usados para caracterizar processos físicos e biológicos. Esta pesquisa foca em dois aspectos principais: 1) efeito das mudanças climáticas na ocorrência de eventos extremos que podem afetar os processos agrícolas na região e 2) efeitos das mudanças climáticas na dinâmica da água no solo sob uma cultura de milho (dois campos experimentais, ANW e ASW) em uma região de Illinois (EUA). Os resultados encontrados indicam que a variação da precipitação no futuro pode causar o aumento de RX1DAY, RX5DAY, CDD e CWD. Considerando os eventos extremos de temperatura, percebemos que o aumento da temperatura média, máxima e mínima será refletido no aumento dos indices TNn, TNx, TXn, TXx e SU; e na diminuição dos indices ID e FD. Este aumento de temperaturas representará um risco para a agricultura considerando a evapotranspiração, que aumentará a necessidade de água das plantas e poderá criar um estresse hídrico. Os resultados apresentam as simulações do modelo IPSL aplicado no modelo Hydrus para simular, fluxo superficial, fluxo superficial acumulado, escoamento superficial, escoamento superficial acumulado, armazenamento de água do solo e infiltração acumulada. Essas variáveis são importantes na produção de milho e são função das variáveis climáticas, condições do solo e também alguns parâmetros da região de estudo, como o sistema de drenagem, as características da cultura e outros. O campo ANW apresentou valores mais baixos de fluxo superficial em comparação ao campo ASW. Isso indica que o risco associado ao sistema de drenagem ASW é maior que o ANW, que está relacionado ao maior espaçamento entre os drenos e a dificuldade em drenar a quantidade necessária de água. A tendência do fluxo superficial e do fluxo cumulativo de superfície, em geral, é de aumento em cenários de mudanças climáticas (em valores máximos e médios). Também é notável que toda a simulação indica o aumento do escoamento superficial em termos de valores máximos. O percentil de mudanças nos valores médios de escoamento mostra que a projeção climática tende a aumentar o escoamento superficial em diferentes cenários de simulação. Esta faixa crescente é de 5,61 a 24,4% em curto prazo (2011-2040), 16,45 a 39,32% em médio prazo (2041-2070) e 3,32 a 19,98% em longo prazo (2071-2100) em relação à simulação histórica (1976-2005). Os valores máximos de infiltração tendem a ser maiores em todas as simulações quando comparados ao período de referência (em ambos os campos). Além disso, mudanças na infiltração acumulada indicam que a infiltração média tende a aumentar no futuro. Considerando a correlação entre o escoamento superficial e os eventos de extremos climáticos, todas as simulações indicaram que a correlação entre o escoamento e os eventos extremos de precipitação RX1DAY (varia entre 0,76 e 0,78) e RX5DAY (varia entre 0,5 e 0,66), sendo estas maiores do que a correlação entre o escoamento superficial e a precipitação (intervalos entre 0,31 e 0,43). Conclui-se, portanto, que a ocorrência de eventos de extremos climáticos está mais associada as variáveis estudadas do que a condição climática em si, tendo impactos diretos na agricultura. O estudo mostra diferentes indicações do impacto das mudanças climáticas no recurso hídrico usando diferentes projeções. Uma dificuldade da pesquisa é sobre a grande quantidade de dados ea necessidade de tempo de passagem diário para a integração de variáveis. Esta abordagem pode melhorar a compreensão dos impactos das mudanças climáticas na gestão sustentável das águas subterrâneas com base no gerenciamento adaptativo. As informações obtidas neste trabalho podem ser usadas para projetar sistemas de monitoramento para gerenciar águas subterrâneas de maneira sustentável em regimes climáticos futuros e criar medidas de mitigação para garantir a segurança alimentar.

O impacto ambiental gerado pelas atividades pecuárias sobre o meio ambiente desperta cada vez mais atenção para estudos de avaliação do potencial poluidor das atividades. Essas atividades contribuem significativamente para as emissões de amônia e gases de efeito estufa. A amônia por sua vez contribui para a eutrofização e acidificação dos ecossistemas. Gases de efeito estufa (GEE), incluindo o dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O) e vapor de H2O são considerados os principais gases responsáveis pelo mecanismo de aquecimento global e as alterações climáticas. Atualmente, a carne suína é a mais consumida no mundo, estima-se que seu consumo aumentará nos próximos anos e, para atender esta demanda, os sistemas produtivos de suínos deverão ampliar sua capacidade produtiva para abastecer o mercado consumidor crescente. A avaliação ambiental dos sistemas de produção de suínos torna-se essencial para garantir a sustentabilidade do setor. Assim, pelo exposto, essa pesquisa tem como objetivo caracterizar as emissões de amônia e gases de efeito estufa em uma unidade de produção de suínos na fase fisiológica de crescimento e terminação utilizando duas metodologias: a contínua e a simplificada. Além disso, pretendemos verificar os resultados obtidos pelas duas metodologias por meio do balanço de nutrientes: este permite avaliar a coerência dos dados obtidos pelas duas metodologias. E por fim, correlacionar as emissões gasosas à variável climática temperatura. O estudo foi desenvolvido em uma granja comercial, no município de Concórdia - SC. A mensuração dos gases foi realizada segundo as recomendações das metodologias: contínua e simplificada. As concentrações dos gases no ar foram mensuradas pelo analisador de gás (INNOVA 1412). As emissões gasosas médias foram calculadas considerando a taxa de ventilação e as diferenças de concentração de gases entre o ar interior e exterior da instalação. O fluxo de emissão obtido pela metodologia simplificada em [g. suíno-1. hora-1] foram 2,689 para o CO2, 0,30 para o N2O, 4,39 para o CH4, 13,55 para o NH3 e 3,273 para água. O fluxo obtido para a metodologia contínua em [g. suíno-1. hora-1] foi de 574 para CO2, 0,67 para o N2O, 19,50 para o CH4, 5,84 para o NH3 e 7,239 para vapor de água. Em comparação ao balanço de massa, a metodologia simplificada apresentou maior coerência em relação aos dados obtidos. / The environmental impact caused by the livestock activities is increasing the number of researches about it, taking into consideration the pollution effects in the environment. The agricultural activities have a great contribution to ammonia\'s and greenhouse gases\' emissions. Ammonia contributes to eutrophication and acidification of ecosystems. Greenhouse gases (GEE), including CO2, CH4, N2O and vapour of H2O are considered the main responsible gases for the global warming and the climate changes. Nowadays, the pig flash is the most consumed one worldwide and this consume tends to continue increasing in the next years. In order to attend this request, the swine production systems must extend their productive capacity to supply the consumer market. The environmental evaluation of swine production systems has been considered essential to guarantee the sustainability of this sector. Taking into consideration this situation, this research aims at characterizing the ammonia\'s and greenhouse gases\' emissions in one swine production installation in the growth physiological stage and in the terminating stage, basing ourselves in two methodologies: the continuous and the simplified ones. Furthermore, we aim at verifying the obtained results by these two methodologies, through nutrient balance: this one enables to evaluate the data\'s consistency using both methodologies. And finally, we objective to correlate the gas emissions to the temperature (climatic variable). This research was developed in commercial farm in Concórdia - SC. The gas mensuration was accomplished by the two cited methodologies: the continuous and the simplified. The concentrations of gases in the air were measured by the gas analyzer (INNOVA 1412). The average gas emissions were estimated, taking into consideration the ventilation rate and the concentration differences of gases between the interior and exterior part of the installation. The emission flow obtained by the simplified methodology in [g. swine-1. hour-1] was 2,689 to CO2, 0,30 to N2O, 4,39 to CH4, 13,55 to NH3 and 3,273 to water. The emission flow obtained by the continuous methodology in [g. swine-1. hour-1] was 574 to CO2, 0,67 to N2O, 19,50 to CH4, 5,84 to NH3 and 7,239 to water vapor. Comparing theses values to the mass balance, the simplified methodology presented a greater consistency in relation to the obtained data.

Uma das maiores questões que a humanidade vem enfrentando nas ultimas décadas é de como suprir a demanda energética. Em meio à exploração do petróleo, várias alternativas surgiram, e uma delas é a exploração de biomassa vegetal para produção de combustíveis. Diante dessa situação, duas culturas vêm se sobressaindo nessa exploração: cana-de-açúcar e milho. Tais culturas são altamente rentáveis no que se refere à produção de carboidratos que são facilmente transformados em etanol, pela fermentação alcoólica. Portanto, a fim de aumentar seus rendimentos, a prática correta da irrigação provê a quantidade ideal de água que a planta necessita para alcançar todo o seu potencial produtivo. O manejo racional da irrigação é considerado uma prática extremamente importante nos dias atuais por estar relacionado com a economia de água, que se trata de um bem natural não renovável e que tem sua disponibilidade futura muito especulada. Juntamente a isso, em termos mais específicos, as culturas da cana-de-açúcar e do milho no estado de São Paulo têm grande importância econômica. Estas culturas vêm, a cada dia, utilizando cada vez mais a irrigação como prática comum. Diante disso, a pesquisa teve como objetivo, com olhos aos cenários futuros, tanto em função da busca por um aumento de produtividade e disponibilidade de água, avaliar lâminas de irrigação para as culturas da cana-de-açúcar e do milho, cultivadas na região de Piracicaba, SP. Para alcançar essa meta, foram aplicados os modelos DSSAT/CANEGRO e CERES-MAIZE e o modelo MarkSim, utilizado para a estimativa dos dados para cenários futuros, para alimentar os modelos de suporte à decisão. Para tal, Foram utilizadas informações do relatório do IPCC (Intergovernmental Panel of Climate Changes) tanto para o cenário atual, quanto para os cenários futuros definidos como: A1B, A2 e B1. Foi utilizada uma série de 31 anos de dados climáticos (Temperatura Máxima e Mínima, Radiação Solar e Chuva), período de 1982 a 2012, para a região de Piracicaba, SP, obtida pela Estação Meteorológica pertence ao Departamento de Engenharia de Biossistemas da ESALQ/USP. Uma série também de 31 anos, representou os dados climáticos, de cenários futuros, simulados pelo modelo MarkSim e corresponderam ao período de 2062 a 2092, para a região de Piracicaba,SP. As análises estatísticas das lâminas de irrigação foram comparadas pelo método de Tukey ao nível de 5% de probabilidade. Diante dos resultados obtidos, para os cenários futuros, a cana-de-açúcar terá uma redução de produtividade da ordem de 40% em relação ao cenário atual e não será o suprimento hídrico que conseguirá evitar tal redução. As lâminas de irrigação nos cenários futuros também apresentaram reduções da ordem de 40%. Em relação à cultura do milho, para se manter os mesmos níveis de produtividade, será necessário um incremento de 81% nas lâminas de irrigação, diante dos cenários futuros. Conclui-se que diante de cenários futuros, a cana-de-açúcar, para a manutenção de sua produtividade, sugere-se um envolvimento com outros campos de pesquisa, dentre eles a área de genética, buscando desenvolver novas variedades tolerantes a essas variações climáticas e no caso do cultivo do milho o manejo racional da água em dias atuais, passa a ser fundamental. / Over the last several decades, there have been concerns worldwide about coping with increasing energy demand. Several alternatives to oil have emerged, among them the use of plant biomass for fuel. Sugarcane and maize have exhibited excellent potential in this regard. These crops are highly efficient in producing carbohydrates which can easily be fermented to produce ethanol. Proper irrigation practices, providing the ideal amount of water that the plant needs to reach its full potential yield, are needed to maximize income from these crops. Rational irrigation management is considered an important practice because it promotes sustainable water use. Sugarcane and maize are of great economic importance to the state of São Paulo, where it is common to irrigate these crops. This research aims to determine conditions for increased productivity and water availability for these crops in the region of Piracicaba, SP, under future climate scenarios. To achieve this goal, the DSSAT/CANEGRO and CERES-MAIZE crop growth models were coupled with the MarkSim model for estimating data for future climate scenarios. Information from the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) was used to generate data for current conditions, as well as for the A1B, A2 and B1 future scenarios. Current climate data (Minimum Temperature and Solar Radiation and Rain) for the period 1982 to 2012 for Piracicaba, SP, were obtained by meteorological station operated by the Department of Biosystems Engineering at ESALQ / USP. MarkSim was used to generate data for the same region for 2062 to 2092. The Tukey method, at a 5% level of significance was used to compare irrigation levels for current and future scenarios. Based on these results, for future scenarios, sugar cane productivity will be reduced by approximately 40%, and there will not be enough water to mitigate such an effect. The water depth in future scenarios was also reduced by approximately 40%. To maintain the same levels of productivity in corn, will be necessary to increase irrigation water by 81%. In conclusion, it is recommended that research be conducted in other areas if sugarcane productivity is to be maintained. Examples include genetic research to develop new varieties tolerant to climate variations. For maize cultivation, it is crucial the rational water management be introduced as soon as possible.

As mudanças climáticas globais, sem dúvida, vêm impactanto muitas culturas de plantas agrícolas e pastagens, afetando potencialmente o crescimento e a produtividade das plantas. Os efeitos significativos podem ser causados pelo aumento das concentrações de CO2 e temperatura no quadro da mudança global. As plantas C3 em termos de fotossíntese e produção de biomassa geralmente respondem positivamente em elevado CO2 atmosférico do que as plantas C4. No entanto, os efeitos do elevado CO2 e do aquecimento podem ser mais complexos do que previsto anteriormente, devido às interações desses fatores. O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos do elevado CO2 (600 ppm) e aquecimento (2 °C de aumento sobre a temperatura ambiente) sobre a fisiologia e bioquímica da forrageira tropical C4 Panicum maximum Jacq. cultivada em um Trop-T-Face (Tropical-Temperature free-air controlled enhancement and free-air carbon dioxide enrichment) sem limitação de água e nutrientes. Foi estimado que o elevado CO2 quando combinado com o aquecimento (eC+eT) aumentou a massa seca do colmo (93%), a biomassa seca total (52%), a área foliar específica (AFE) (12%) e reduziu a razão folha/colmo (30%). Aos 30 dias de experimento, os açúcares solúveis totais das folhas aumentaram com o elevado CO2 (eC) e aquecimento (eT) e depois de 80 dias os açúcares redutores e amido reduziram em eC+eT. Em relação aos carboidratos estruturais, o teor de celulose nas folhas não sofreu variação significativa entre os tratamentos, no entanto, o teor de lignina aumentou em 100% sob eC. Além do incremento em biomassa as plantas foram capazes de evitar fotoinibição do aparato fotossintético e peroxidação lipídica. No tratamento eT os níveis de clorofila aumentaram em 12% e os níveis de -tocoferol reduziram em média de 55%. Os níveis de zeaxantina e luteína, o ciclo de xantofila (VAZ) e o estado de-epoxidação (DPS) do ciclo da xantofila foram alterados pelo elevado CO2 e aquecimento somente depois de 60 dias. Conclui-se que o elevado CO2 e o aquecimento apesar de promoverem uma redução no mecanismo de fotoproteção, a eficiência fotoquímica do fotossistema (PSII) não é danificada se as plantas são cultivadas em condições de disponibilidade hídrica e sem limitação nutricional. No entanto, apesar do aumento em biomassa com elevado CO2 combinado com aquecimento, o elevado CO2 parece resultar em diminuição da qualidade da forragem. / Global climate change undoubtedly impact many agricultural plant crops and grasslands, potentially affecting plant growth and yield. Significant effects may be caused by increased temperature and CO2 concentrations in the frame of global change. It is generally thought that C3 plants may respond positively to atmospheric CO2 enrichment than C4 plants in terms of photosynthesis and biomass accumulation. However, the effects of elevated CO2 and warming may be more complex than previously anticipated due to interactions between these factors. The aim of this study was to evaluate the effects of elevated CO2 (600 ppm) and warming (2 °C increase above ambient temperature) over physiology and biochemistry of the tropical C4 forage Panicum maximum Jacq. grown in a Trop-T-FACE (Tropical-Temperature free-air controlled enhancement and free-air carbon dioxide enrichment) facility under well-watered conditions without nutrient limitation. The combination of elevated CO2 and warming (eC+eT) increased stem dry weight (93%), total dry biomass (52%), specific leaf area (SLA) and decreased the ratio leaves/stem (30%). After 30 days of experiment, total soluble sugar of leaves increased under elevated CO2 (eC) and warming (eT) and carbohydrate sugars and starch decreased in elevated CO2 combined with warming, after 80 days. Regarding structural carbohydrates, cellulose content in leaves had no significant variation between treatments, however, lignin content increased 100% under eC. Furthermore, beyond increase in biomass, plants were able to avoid photoinhibition of the photosynthetic apparatus and lipid peroxidation in response to elevated CO2 and warming. In treatment eT chlorophyll levels increased by 12% and -tocopherol levels decreased by 55%. The de-epoxidation state (DPS) of the xanthophyll cycle, an indicator of excess energy dissipation as heat, xanthophyll cycle pool (VAZ) and both zeaxanthin and lutein levels were changed by elevated CO2 and warming only after 60 days. We conclude that the elevated CO2 and warming while promoting a reduction in photoprotection mechanism, the photochemical efficiency of photosystem (PSII) is not damaged if plants are grown under well-watered and adequate nutritional conditions. However, despite growth increase with elevated CO2 combined warming, elevated CO2 appears to result in decreased quality of forage.

Neste trabalho avaliou-se o impacto de possíveis cenários de mudanças climáticas sobre os recursos hídricos na bacia do Rio Ibicuí (35,158.43 Km².) afluente da margem esquerda do rio Uruguai em território brasileiro. Os impactos de mudanças climáticas na bacia do Rio Ibicuí foram avaliados através do uso de um modelo hidrológico, analises de sensibilidade de vazão e cenários de mudanças climáticas. As analises de sensibilidade mostraram que as vazões mínimas são menos sensíveis a mudanças de precipitação do às médias e máximas. Cenários de mudanças climáticas para o ano de 2050 (janela de 30 anos centrada em 2050) foram obtidos através do gerador de cenários MAGICC/SCENGEN, que considera resultados de vinte modelos climáticos globais (GCM’s) e três cenários de emissão de gases de efeito estufa. A totalidade dos resultados indicaram aumento da temperatura, porém divergências quanto aos resultados de referentes a precipitação. Alguns dos GCM’s indicaram diminuição da precipitação média anual enquanto outros indicaram o aumento desta variável. Os resultados mensais de modificação na temperatura e precipitação média previstos para 2050 na região da bacia do Ibicuí, obtidos pelos vinte GCMs para cada um dos três cenários, foram utilizados para perturbar as séries observadas e simular o impacto sobre o regime hidrológico através do modelo MGB-IPH. As incertezas relacionadas às projeções de anomalias de precipitação e temperatura, previstas pelo conjunto de 20 GCM’s, foram amplificadas ao avaliar o impacto de mudanças climáticas no regime de vazões. / The impact of possible climate change scenarios on water resources in the Ibicui River basin was assessment in this work. The Ibicui River (35,158.43 Km²) is tributary of Uruguay River and it is located on border of southern of Brazil. The impacts of climate change on the Ibicui River basin were evaluated using a large scale distribuited hydrological model, sensitivity analyses and climate change scenarios. Sensitivity analyses showed that minimum discharges in the Ibicui River are less sensitive to change in mean precipitation when compared to maximum and mean discharge. Climate change scenarios for 2050 (30-years time interval centered in 2050) was obtained through a climate scenario generator, MAGICC/SCENGEN, considering the results from twenty general circulation models (GCM’s) and three emission scenarios of greenhouse gas emissions. Results indicate an increase in the annual mean temperature, but divergences about precipitation. Some GCM’s indicated increase in the annual mean precipitation while others indicated decrease. The hydrological impact of all projections of climate change for 2050 was simulated using the MGB-IPH model, by perturbing the observed times series of temperature and precipitation according to relative changes projected by GMC’s. The uncertainties in projected climate changes are amplified in the hydrological results.

A pesquisa desenvolvida nesta tese foi aplicada ao Banhado do Taim e teve quatro enfoques: a análise de possíveis correlações entre índices climáticos e a precipitação no Banhado do Taim; a verificação da qualidade da previsão de precipitação proveniente de modelos atmosféricos; a previsão hidroclimática de níveis com antecedência de até 6 meses; e por fim o estabelecimento de um conjunto de regras de retirada de água da Lagoa Mangueira, de forma a contribuir com o planejamento da utilização dos recursos hídricos com múltiplos usos. Os resultados das análises mostram uma relação entre os índices climáticos e a precipitação, que as relações dos períodos secos e úmidos não estão unicamente e diretamente ligadas aos fenômenos El Niño e La Niña e que a Oscilação Decadal do Pacífico (ODP) influencia na precipitação no Sistema hidrológico do Taim, variando proporcionalmente em relação ao sinal. Na verificação da qualidade da previsão de precipitação, os modelos apresentaram boa correlação com a precipitação observada, e aqueles que apresentaram melhores desempenhos foram: o modelo global com a Média dos Membros, o MRERS e o Modelo de regressão, embora os dois primeiros tenham subestimado a precipitação observada na grande maioria do tempo. A previsão de nível com base na previsão de precipitação apresentou bons resultados, com coeficiente de correlação ficando em média 0,95, e o coeficiente de Nash mostrou que o modelo é adequado. Na verificação dos erros em relação ao nível o modelo de Regressão linear mostrou-se melhor em relação aos demais modelos, embora o horizonte de previsão seja de apenas 3 meses. Na análise do último item, para a definição de preceitos para o uso da água foi estabelecida uma metodologia que permite a integração da previsão hidroclimática com as necessidades hídricas da fauna e flora representativas do Banhado do Taim através dos Índices de Qualidade Ambiental ou Curvas guias e a estimativa do real consumo de água para o arroz irrigado, permitindo definir com um horizonte de até 6 meses, critérios para o gerenciamento dos recursos hídricos, alocando água para a irrigação e conservação do ecossistema do SHT, proporcionando benefícios mútuos. / The research conduced on this thesis Project were applied for the Taim Wetland and had four main points: the analysis of possible correlations between climatic indexes and precipitation of the Taim Wetland; the verification of the quality of forecasts developed for precipitation obtained from atmospheric models; the “hydroclimatic” forecast of levels considering six months upfront; and finally the establishment of a set of rules of water removal from Mangueira Lagoon, in order to contribute with the management and utilization of water resources for multiple purposes. The results of analysis performed show a correlation between the climatic indexes and precipitation. Relation between dry and humid seasons are not solely and directly related to El Niño and La Niña events. The results indicate an influence of the “Ocilação Decadal do Pacífico (ODP)” on the precipitation of the hydrologic system of Taim, proportionally varying in relation to the signal. On the verification of the quality of the precipitation forecast, the models presented a good correlation with the observed precipitation. The models that had the best performance were the following: the global model with the average of the members, the MRERS and the backcast. The two first mentioned underestimated the observed precipitation most of the time. The level forecast based on the precipitation forecast presented good results, with an average coefficient of correlation of 0.95. The Nash coefficient indicated the model is suitable on the error verification in relation to the “Linear backcast” even though the forecast horizon is just three months. On the analysis of the last aspect of the study, the definition of the rule for water use, a methodology that allows the integration of hydroclimatic forecast was defined, with representative hydrologic needs of fauna and flora of the Taim Wetland by the quality indexes or “guide curves” and the estimation of the real water use for irrigated rice, allowing the definition of a six months horizon, water resources management criteria, allocating water for irrigation and conservation of the SHT’s ecosystem, providing mutual benefits.

A preocupação com a qualidade do ar é crescente. Nos últimos anos, as emissões industriais e veiculares acarretam em muitos casos, especialmente em áreas urbanas, condições inadequadas para a saúde da população. Diversos estudos relacionam aumento em internações hospitalares, especialmente por problemas respiratórios, durante episódios de altas concentrações de material particulado. O objetivo deste estudo foi coletar dados diários de concentração de MP10 e compará-los com uma série de dados de quase 10 anos de coleta disponíveis para a cidade de São Carlos-SP. Além disso, ambas as séries de dados foram utilizadas para criar modelos de previsão da concentração de material particulado utilizando como ferramenta as redes neurais artificiais. O local escolhido para aquisição dos dados foi a Praça Voluntários da Pátria, no centro de São Carlos, em função da grande circulação de pessoas e veículos. As duas séries de dados foram coletadas com um equipamento amostrador de grande volume (AGV-MP10). A série 1 (1997-2006) foi obtida para caracterizar o MP de São Carlos. As coletas eram realizadas alternando-se os dias na semana. Para a série 2 (2014-2015) foram realizadas coletas diárias, com o mesmo equipamento e no mesmo local de amostragem da série 1. Para a criação dos modelos de previsão foram utilizados dados do Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa (BDMEP) do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), de temperatura (°C), umidade relativa (%), velocidade do vento (m/s) e o acumulado de precipitação (mm). Os modelos foram desenvolvidos no softwareMatLab, utilizando duas arquiteturas de redes neurais, uma do tipo MLP (Multilayer Percetron) e outra do tipo NARX (nonlinear autoregressive network with exogenous inputs). Comparando os dados de MP10 da série 1 e da série 2, foi observado que houve uma redução nos índices de concentração de MP10 ao longo do tempo. Isto se deve à implantação de leis mais rigorosas e o desenvolvimento de tecnologias menos poluentes. Em relação aos modelos de previsão, para os dados da série 1, a utilização do modelo para previsão de médias mensais de concentração de MP10 foi mais eficiente do que o modelo para previsão de médias diárias, ambos tiveram como neurônios de entrada apenas variáveis climáticas, compostas de médias diárias e médias mensais, respectivamente. Para a previsão da série 2, o modelo utilizando a rede neural NARX, que utilizou como neurônios de entrada as variáveis climáticas e o MP10 do dia anterior, apresentou o maior erro absoluto médio (7,13), no entanto, o modelo NARX apresentou a convergência mais rápida. O menor erro absoluto (6,00) foi obtido pelo modelo em que foi utilizada a rede do tipo MLP, que apresentava como neurônios de entrada as médias diárias das variáveis climáticas e da concentração de MP10 do dia anterior. A rede MLP também foi utilizada para criação de um modelo em que apenas as variáveis climáticas eram utilizadas, para este modelo foi encontrado o valor de 6,52 como erro absoluto. A apresentação do dado de concentração de MP10 do dia anterior torna o desempenho dos modelos de previsão mais eficiente. / Concern about air quality is growing. In recent years, industrial and vehicular emissions have in many cases, especially in urban areas, resulted in inadequate conditions for the health of the population. Several studies have reported an increase in hospital admissions, especially due to respiratory problems, during episodes of high concentrations of particulate matter. The objective of this study was to collect daily PM10 concentration data and compare them with a series of data of almost 10 years of collection available for the city of São Carlos-SP. In addition, both sets of data were used to create forecasting models of the concentration of particulate material using artificial neural networks as a tool. The place chosen for data collect was Praça Voluntários da Pátria, in the center of São Carlos, due to the great circulation of people and vehicles. The two data series were collected with a high volume air sampler. The series 1 (1997-2006) was obtained to characterize the PM of São Carlos. The collections were carried out alternating the days in the week. For the series 2 (2014-2015) daily collections were carried out with the same equipment and in the same sampling site of the series 1. For the creation of the forecast models we used data from the Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa (BDMEP) do do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), de temperature (°C), relative humidity (%), wind speed (m/s) and precipitation (mm). The models were developed in the MatLab software, using two neural network architectures, one of the MLP (Multilayer Percetron) type and another of the NARX (nonlinear autoregressive network with exogenous inputs) type. Comparing PM10 data from series 1 and series 2, it was observed that there was a reduction in PM10 concentration indices over time. This is due to the implementation of stricter laws and the development of cleaner technologies. In relation to the prediction models, for the data of the series 1, the use of the model to predict monthly means of concentration of PM10 was more efficient than the model for prediction of daily means, both had as input neurons only climatic variables, daily averages and monthly averages, respectively. For the prediction of series 2, the model using the NARX neural network, which used as input neurons the climatic variables and PM10 of the previous day, presented the highest mean absolute error (7,13), however, the NARX model presented the better convergence. The lowest absolute error (6.00) was obtained by the model in which the MLP type network was used, which presented as input neurons the daily averages of the climatic variables and PM10 concentration of the previous day. The MLP network was also used to create a model in which only the climatic variables were used, for this model was found the value of 6.52 as absolute error. Presenting an PM10 concentration data from the previous day improves the performance of forecast models.

Submitted by Amanda Silva (amanda.osilva2@ufpe.br) on 2015-04-15T13:02:27Z No. of bitstreams: 2 TESE Cyinthia Carneiro Suassuna.pdf: 5179880 bytes, checksum: 4b27bae2477b05e6e10801a84da5b676 (MD5) license_rdf: 9 bytes, checksum: 42dd12a06de379d3ffa39b67dc9c7aff (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-15T13:02:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TESE Cyinthia Carneiro Suassuna.pdf: 5179880 bytes, checksum: 4b27bae2477b05e6e10801a84da5b676 (MD5) license_rdf: 9 bytes, checksum: 42dd12a06de379d3ffa39b67dc9c7aff (MD5) Previous issue date: 2014 / A ideia de que o Brasil é um país abençoado por Deus e livre de desastres não corresponde à realidade. Dados do Anuário Brasileiro de Desastres Naturais apontaram a ocorrência de 795 desastres em 2011, distribuídos em 2370 municípios. Esses eventos afetaram 12.535.401 pessoas, com 1.094 óbitos. A maioria desses desastres (64,44%) tem natureza hidrológica, mas envolvem também eventos geológicos, como os deslizamentos, com gravíssimas consequências, principalmente quando ocorrem em cidades. Esses fatos levaram o país a dar nova ênfase às questões relativas à redução de desastres e à elevação da capacidade de resiliência de suas cidades. Tal ênfase se faz ainda mais necessária diante da perspectiva de aumento da intensidade e da frequência de eventos extremos decorrente das mudanças climáticas. Nesse contexto, a redução de riscos de desastres foi institucionalizada em documentos internacionais que vinculam os países signatários a compromissos assumidos no âmbito das Nações Unidas. Complementarmente foi criada a Plataforma Global para a Redução dos Riscos de Desastres, que incluiu no debate internacional a necessidade de se reforçar a resiliência das comunidades através da campanha “Cidades Resilientes” (2011), centrada na governança local e nos riscos urbanos. O Brasil internalizou esses compromissos no ordenamento jurídico através das políticas nacionais de mudanças climáticas e de Proteção e Defesa Civil, atribuindo várias obrigações aos municípios. Verifica-se, porém, a escassez de instrumentos de gestão municipal que viabilizem o cumprimento dessas obrigações legais pelos governos locais. A presente pesquisa objetivou desenvolver um índice de resiliência de cidades: aspectos institucionais (IRCi). O problema teórico da pesquisa, portanto, foi entender como se avaliam os aspectos institucionais da cidade resiliente frente a desastres decorrentes de eventos hidrológicos extremos, e quais os indicadores adequados para a mensuração desses aspectos. Nesse esforço, além de uma vasta revisão da literatura, também lançou-se mão de uma pesquisa empírica, na cidade de Barreiros, em Pernambuco, no nordeste brasileiro, que sofreu um desastre em 2010 decorrente de um evento hidrológico extremo. Como resultado, foi possível construir um sistema de 52 indicadores que permitem avaliar os aspectos institucionais da cidade resiliente, frente a desastres decorrentes de eventos hidrológicos extremos, em particular as enchentes e as inundações (enxurradas) e seus consequentes deslizamentos, no Brasil. Indicadores são instrumentos largamente utilizados para avaliar situações, planejar intervenções e apoiar a tomada de decisões, assim a criação deste sistema encaixa-se no contexto das ações de redução dos riscos de desastres e de adaptação às mudanças climáticas. O quadro metodológico utilizado foi o paradigma da complexidade, com abordagem interdisciplinar, utilizando-se a teoria e a realidade para construir os indicadores. O IRCi, resultado da pesquisa, foi validado por especialistas e pessoas em posições-chave e aplicado no município do Recife, capital de Pernambuco.