Este estudo levantou, por técnicas de sensoriamento remoto, uma área piloto (cordilheira Tres Cruces, localizada entre 67º22’–67º32’W e 16º47’–16º09’S) da cobertura de gelo boliviana. Foram examinadas as antigas posições frontais de algumas geleiras dessa cordilheira, através da análise de imagens satelitais, dados cartográficos, e pelo cálculo de mudança na espessura do gelo (diferenças de volume e elevação). O monitoramento foi efetuado entre os anos de 1975 e 2004 (29 anos) nas geleiras: Jankho Loma, San Enrique, Laramkkota, Malla Chuma, Campanani, Jacha Pacuni e c5250. No geral, a partir de 1975, as frentes das geleiras diminuíram em todas as direções, as retrações máximas e mínimas das frentes de gelo foram de 437 m (Laramkkota) e 181 m (San Enrique). O recuo médio das 7 geleiras estudadas foi de aproximadamente 12 m a-1 . Nas áreas cobertas por gelo na cordilheira, em média, ocorreu uma redução de 18% em 29 anos, ou seja, aproximadamente - 0,009 km2 a-1. Neste período a geleira c5250 foi a que teve a maior perda relativa (cerca de 50% de sua área). Por outro lado, a geleira Campanani, de maior superfície, foi a que perdeu proporcionalmente menor área (6% do total). A linha de neve foi determinada para o ano de 2004 a 5.300 m de altitude, sendo utilizada para calcular a proporção entre a superfície da área de acumulação e a área total da geleira. Todas geleiras analisadas apresentavam uma proporção da área de acumulação maior do que 60% em 2004. A análise dos modelos digitais de elevação indicou redução geral no volume de gelo durante o período, apresentando uma perda média de aproximadamente 1,55 m equivalente água a-1. A retração das massas glaciais da cordilheira Tres Cruces é consistente com o aquecimento atmosférico regional e com redução generalizada das geleiras nos Trópicos. / This study has surveyed, by remote sensing techniques, a pilot area of the Bolivian Andes ice cover, located at the Tres Cruces cordillera (67º22’–67º32’W e 16º47’–16º09’S). Analyses of satellite imagery, cartographic data and ice thickness changes estimation (differences of volume and elevation) have provided information on past front positions of some glaciers of this cordillera. Monitoring was carried out from 1975 to 2004 (29 years) for the following glaciers: Jankho Loma, San Enrique, Laramkkota, Malla Chuma, Campanani, Jacha Pacuni and c5250, including a total ice covered area of 13.7 km2. Generally, from 1975 onwards, glaciers fronts have receded, maximum and minimum ice front retreats were 437 m (Laramkkota) and 181 m (San Enrique). The mean retreat for the 7 studied glaciers was approximately 12 m a-1 . In average, these glaciers lost 18% of their total areas along 29 years (i.e., a loss of approximately of 0.009 km2 a-1). In this period, the c5250 glacier (0.48 km2 in 1975) was the one with the greatest relative loss (about 50% of its total area). On the other hand, the Campanani glacier, the largest one (4.26 km2 in 1975), was the one that lost the smallest proportional area (6% of its total area). The snow line in 2004, determined at 5,300 m of altitude, was used to calculate the proportion between the accumulation and total areas in each glacier. All studied glaciers had, in 2004, an accumulation area proportion greater than 60%. Analyses of the elevation digital models (EDMs) point to a general reduction of the ice volume during the period, in average 1.55 m water equivalent a-1. The ice masses retreat in the Tres Cruces Cordillera is concomitant to a regional atmospheric warming and with the general reduction of glaciers in the Tropics.

O presente trabalho utilizou uma série de dez imagens Landsat TM, adquiridas no período entre 1984 e 2010, e o modelo digital de elevação ASTER GDEM para catalogar as geleiras da porção Norte da Cordilheira Real, Bolívia, e analisar a variação na área dessas geleiras. O Índice de Diferença Normalizada de Neve e Gelo (NDSI) foi utilizado como principal critério, em uma abordagem por critérios múltiplos, para classificação das imagens TM e geração da posição das frentes das geleiras e os divisores de drenagem glacial foram delimitados manualmente com o auxilio de curvas de nível geradas com o ASTER GDEM. De acordo com a análise, a cordilheira mostrou uma predominância de geleiras com área entre 0,01 e 0,5 km2, porém as geleiras entre 1 e 3 km2 de área possuem um maior percentual na representatividade da área total, 38,3 % (55,75 km2) em 2010. As análises nas variações em elevação das geleiras mostraram um aumento de altitude média e nas elevações mínimas de ocorrência das geleiras na Cordilheira Real. Para o ano de 2010, a geleira de menor elevação ocorre em 4655 metros de altitude. Os resultados referentes a análise de orientação mostraram que existe uma grande influência desse fator na elevação mínima, no número total de geleiras por setor da cordilheira e no tamanho das geleiras. O setor Sul apresentou um número maior de geleiras, com 61 geleiras em 2010, e uma maior porcentagem na área total da cordilheira 21,84 %. As geleiras orientadas para o setor Sudeste apresentaram, no geral, a mais baixa elevação de ocorrência, com 4.335 metros de altitude em 1984. O setor Norte apresentou o menor número de geleiras, com 11 geleiras em 2010, e a maior altitude para as mínimas elevações analisadas, 4989 metros em 2010. Os resultados obtidos apresentaram uma redução gradativa na área das geleiras durante o período do estudo. No total, 49,12 % da área das geleiras foi perdida entre o período de 1984 a 2010. Porém essa perda não ocorreu de forma linear ao longo do período do estudo, pois todos os intervalos de tempo entre as imagens sofreram perda de área total, com exceção do período entre 1994 e 1997. Quanto a orientação, as geleiras com fluxo para o setor Sul foram as que mais sofreram perda em área. O número de massas de gelo identificadas como geleiras também foi reduzido em 39,57 % nesse mesmo período para toda a cordilheira. Os resultados mostraram-se semelhantes aos de outros estudos realizados com geleiras tropicais Andinas, confirmando as tendências de retração das geleiras situadas nessas regiões. / This study used a time series of 10 Landsat TM images, acquired between 1984 and 2010, and the ASTER GDEM to catalog the glaciers in the Northern Cordillera Real, Bolivia, and analyze the variations in area of these glaciers. The Normalized Difference Snow Index (NDSI) was used as the main criterion, in a multiple criteria approach, for the classification of TM images and extraction of glacier frontal positions. Ice divides were manually digitized with the assistance of contour lines generated with the ASTER GDEM. This cordillera showed a predominance of glaciers with area between 0.01 km2 and 0.5 km2. However, glaciers with size between 1 and 3 km2 had a higher percentage of the total area, 38,3 % (55,75 km2) in 2010. The analyses of variations in elevation showed an increase of average altitude and in the minimum elevations of glaciers occurrence in the Cordillera Real. For the year 2010, the lowest glacier elevation occurred at 4655 meters of altitude. The results for the glaciers orientation showed a great influence of this factor on the minimum elevation of glacier occurrence, in the total number of glacier in each sector, and in the glacier size. The Southern sector had the largest amount of glaciers, with 61 glaciers in 2010, and the highest percentage of the total area of Cordillera Real, 21,84 %. Glaciers oriented to the SE sector had the lowest elevation of occurrence, 4335 meters of altitude in 1984. The Northern sector had the lowest number of glaciers, 11 glaciers in 2010, and the highest altitude for glacier occurrence , 4989 meters of altitude in 2010. The results showed a gradual reduction in the area of ice during the study period. In total, 49,12 % of the glacier area was lost between the period 1984-2010. But the glacier retreat was not linear over the study period. Ice loss was detected for almost all time intervals between image acquisitions, except for the period between 1994 and 1997. Glaciers oriented to the South were the most affected by changes in area. The number of ice bodies identified as glaciers was also reduced by 39,57 % during the same period for the entire range. The results were similar to other studies of tropical Andean glaciers, confirming the trends of glacier retreat located in these regions.

Esta tese investiga o comportamento espaço-temporal do derretimento superficial e o aporte efetivo de água de derretimento ao oceano na Península Antártica durante o período 1980 – 2014, em resolução anual. Foi utilizado um modelo empírico baseado nos dias de temperatura positiva, calibrado com dados de ablação medidos em 29 estacas glaciológicas posicionadas no domo Bellingshausen (ilha Rei George), durante os verões de 2007 a 2012. O modelo foi validado na mesma área por medidas independentes de ablação, realizadas em estacas e por um sensor ultrassônico, durante os verões de 1998 e 2000. Nas ilhas Livingston e Vega, o modelo foi validado por medidas de balanço de massa superficial de verão, inverno e anual, integradas espacialmente, durante o período de 2001 – 2011 e 1999 – 2014, respectivamente para cada ilha. Dados de reanálise ERA-Interim foram regionalizados e utilizados para a alimentação do modelo. O método de regionalização foi validado utilizando dados atmosféricos medidos em 28 estações meteorológicas. Durante o período estudado, o derretimento superficial médio foi 75 Gt, com desvio padrão de 54 Gt. A descarga de derretimento média foi de 9 Gt, com desvio padrão de 8 Gt. O máximo derretimento superficial ocorreu em 1985 (129 Gt) e de descarga efetiva em 1993 (40 Gt). Ambos apresentaram valores mínimos em 2014 (26 Gt e 0,37 Gt, respectivamente). Não foram identificadas tendências temporais estatisticamente significativas para a área total investigada. Os resultados mostram que a área flutuante produziu 68% do derretimento superficial médio e 61% da descarga efetiva média, enfatizando sua importância para a hidrografia costeira. Durante os 7 anos que precederam o colapso da plataforma de gelo Larsen B, a retenção do derretimento superficial foi maior que 95% nas áreas flutuantes, acompanhada de persistentes anomalias negativas de descarga de derretimento. Excluindo as ilhas, as adjacências da plataforma de gelo Larsen B exibiram os maiores derretimento superficial e descarga de derretimento específicos, enfatizando a importância do fluxo de água de derretimento para a desestabilização e colapso de plataformas de gelo. Não foi possível estabelecer uma relação quantitativa entre os índices de Oscilação Sul e Oscilação Antártica e os padrões de derretimento superficial. Entretanto, foi observado que anomalias concomitantemente negativas nos dois índices ocorreram em 1993 e 2006, coincidindo com anomalias positivas de derretimento superficial e descarga de derretimento abrangendo a totalidade da área de estudo. Na região leste da Península Antártica foram encontradas tendências estatisticamente significativas de decréscimo do derretimento superficial, as quais podem estar associadas ao aumento da extensão do gelo marinho no mar de Weddell. A fragmentação da área de estudo resultou em tendências temporais diferentes entre si e com significâncias estatísticas mais fortes, demonstrando que a Península Antártica não se comporta como uma unidade climática e glaciológica. / This work investigates the spatio-temporal behavior of the surface melt and runoff on the Antarctic Peninsula from 1980 to 2014 in annual resolution. An empirical model based on the Positive Degree Days approach was used to estimate the surface melt and runoff. The model was calibrated using ablation data measured in 29 glaciological stakes at Bellingshausen Dome (King George Island), from 2007 to 2012. The model was validated at the same area using independent measurements carried out in 1998 and 2000, using ablation stakes and an ultrasonic ranger. In the Livingston and Vega islands, the model was validated by winter, summer and annual surface mass balance measurements, spatially integrated, from 2001 – 2011 and 1999 – 2014, respectively for each island. The model was fed by ERA-Interim downscaled reanalysis data. This downscaling method was validated using atmospheric measurements from 28 weather stations. During the studied period, the average surface melt was 75 Gt with standard deviation of 54 Gt. The average runoff was 9 Gt with 8 Gt of standard deviation. Surface melt maximum values occurred in 1985 (129 Gt), while in 1993 occurred the maximum runoff (40 Gt). Both showed minimum values in 2014 (surface melt 26 Gt, runoff 0.37 Gt). No statistical significant trends exist for the total area. The results reveal that the floating ice areas produce 68% of the mean runoff and 61% of the mean surface melt, emphasizing their importance to coastal hydrography. During the seven years preceding the Larsen B collapse, surface melt retention was higher than 95% on the floating ice areas, together with persistent negative runoff anomalies. Excluding the islands, the vicinity of this former ice shelf exhibits the highest specific surface melt and runoff. This emphasizes the importance of meltwater flow and retention for ice shelf breakup. It was not possible to establish a quantitative relation between climatic modes, such as the Southern Oscillation and the Southern Annular Mode, and the meltwater production. Nevertheless, two widespread surface melt positive anomalies occurred in 1993 and 2006, concomitantly to negative anomalies in both indexes. The east area of the Antarctic Peninsula shows statistically significant trends for surface melt and runoff decrease. These trends may be related to an increase in sea ice extent in the Weddell Sea during the same period. The fragmentation of the study area led to different temporal trends with increased statistical significance. It demonstrates that the Antarctic Peninsula does not behave as a climatological and glaciological unity.

Esta tese, baseada principalmente em técnicas de sensoriamento remoto, investigou as variações na superfície de geleiras situadas nos trópicos andinos bolivianos nas últimas décadas. Também tenta identificar qual a relação entre essas variações com controles climáticos na bacia Amazônica. Uma alternativa aos métodos tradicionais do monitoramento das geleiras é a integração dos dados de campo com dados de sensoriamento remoto. Dessa forma, foi desenvolvido um algoritmo semiautomático para a delimitação dos setores frontais de geleiras de montanha, que apresentou uma precisão de ± 73 m (Ribeiro et al., 2013a). As investigações das variações das frentes das geleiras de montanha aplicando essa metodologia devem ficar restritas às médias de retração para períodos longos (escalas decenais). Isto se deve aos erros inerentes da metodologia empregada serem maiores do que a própria retração quando aplicado a períodos curtos (escalas anuais). A história climática recente dos Andes Centrais boliviano foi estudada com dados do testemunho de gelo (taxas de acumulação anual líquida) e de sensoriamento remoto (variação na extensão de massas de gelo) do Nevado Illimani, Bolívia (67°44’W e 16°38’S). Foi identificada uma perda total de área de 9,49 km2 a partir de 1963 até 2009, isso representou uma diminuição de 35% de sua área (Ribeiro et al., 2013b). Essa redução foi menor entre 1963 e 1983 (12%). Após, essa diminuição foi constante até 2009 (26 anos), com uma perda de 26% em área. Um testemunho de gelo obtido nesse mesmo sítio apresentou uma acumulação anual líquida média de 0,76 m em equivalente d'água e uma tendência de queda para o período 1960–1999 (Ribeiro et al. 2013b). Após 1980, a diminuição da acumulação no testemunho de gelo é acompanhada pela intensificação da retração superficial da geleira. As reduções da massa de gelo e da taxa de acumulação líquida observadas nesse período provavelmente estão relacionadas com a maior frequência eintensidade dos eventos El Niño que ocorreram do final dos anos 1970 até o início dos anos 2000. Uma vez que tais eventos ocasionam aumento da temperatura do ar e diminuição das nuvens sobre os Andes Centrais. Após 1999 ocorreu aumento na taxa de acumulação na região de estudo, indiretamente demostrado por dados do testemunho de gelo de Quelccaya (16% acima da média do período anterior a 1999). Porém, isso não foi suficiente para a estabilização das dimensões das geleiras. Possivelmente, essa última fase de retração (pós 1999) esteve relacionada ao aumento da temperatura do ar e da altitude da isoterma anual de 0°C. Foi constatada que concomitantemente a um Atlântico tropical norte aquecido, o balanço de massa das geleiras bolivianas tornase mais negativo (Ribeiro et al., 2014). A variação da acumulação anual no sítio dos dois testemunhos de gelo (Illimani e Quelccaya) apresentou o seguinte padrão de variação: aumento entre 1960–1981; diminuição entre 1981–1999 e novamente aumento entre 1999–2009. Ao compararmos essas tendências gerais com as informações das estações meteorológicas da bacia amazônica, constatamos que eles são similares somente a aqueles do noroeste da região Amazônica, exemplificada pela estação meteorológica de Iauretê (00°37'S, 69°12'W) (Ribeiro et al., 2014). Essa é a região da Amazônia cuja variabilidade climática mostra a mais forte modulação pelo fenômeno ENSO, conforme Obregon e Nobre (2006) que a denominaram R1. / This thesis, based mainly on remote sensing techniques, investigates area variations over the past decades of glaciers located in the tropical Bolivian Andes. It also attempts to identify relations between glaciers variations with the Amazon basin climatic controls. Glaciers front positions monitoring by automatic analysis of satellite sensors data usually results in underestimation of glacier termini positions. Band ratios (e.g., near infrared to middle infrared) and normalized bands differences (e.g., normalized difference snow index e normalized digital vegetation index) are not able to identify debris-covered areas of glaciers. We developed a semi-automatic algorithm for delimiting frontal boundaries of Andean mountain glaciers using the China-Brazil Earth-Resources Satellite and Shuttle Radar Topography Mission data. This algorithm has a ±73 m horizontal precision for glacier surveys. Investigations on mountain glaciers front variations using our methodology should be restricted to long term (decanal) retreat averages. The recent climate history of the Bolivian Central Andes was studied using data from the ice core (net annual accumulation rates) and remote sensing (variation in the extension of ice masses) of Nevado Illimani, Bolivia (67°44'W, 16°38'S). Totally, there was 9.49-km² area loss from 1963 to 2009; this represented a 35% decrease in area (Ribeiro et al., 2013b). The reduction was smaller from 1963 to 1983 (12%). After, the glacier retreat was constant until 2009 (26 years) with a 26% area loss. An ice core obtained at the same site showed a mean annual net accumulation rate of 0.76 m a-1 in water equivalent, and a decreasing trend for the period 1960–1999 (Ribeiro et al., 2003b). When we divide the accumulation rate trend in two periods (1960–1981 and 1981–1999), the first shows a stable situation (mean 0.92 m a-1 in water equivalent), the second a decreasing trend (average 0.56 m a-1 in water equivalent). The comparison of area changes with the net accumulation rate at Nevado Illimani identified that the period of lowest glaciers shrinkage (1963–1983) coincided with the stabilization of accumulation rates in the ice core (Ribeiro et al., 2013b). After 1980, the accumulation reduction in the ice core was accompanied by glacier area shrinkage. These observed decreases are probably related to a higher frequency and intensity of El Niño events that occurred from late 1970s to early 2000s. Such events increase air temperature and decrease clouds cover over the Central Andes. After 1999 there was an increase in the accumulation rate in the study region, indirectly demonstrated by ice core data from Quelccaya (16% above the average for the period before 1999). However, this was not enough for the glaciers areas stabilization. Possibly, this latest retraction phase (post 1999) was related to air temperature and annual 0oC isotherm altitude increases. Concomitantly with a warm tropical North Atlantic, the mass balance of Bolivian Glacier becomes more negative (Ribeiro et al., 2014). The variation of the annual accumulation at the two ice cores site showed the following pattern of change: an increase from 1960 to 1981, a decrease from 1981 to 1999 and again an increase from 1999 to 2009. Comparing these general trends with information from Amazon basin weather stations, we found that they are similar only to those of the northwestern Amazon region, exemplified by the weather station Iauretê (00°37'S, 69°12'W). This is the region of the Amazon where the climatic variability shows the strongest modulation by the ENSO phenomenon, according to Obregon and Noble (2006) who called it R1.

A região da Antártica Marítima exibe as taxas mais elevadas de mudanças climáticas no planeta, estando a região das Shetland do Sul entre as mais afetadas. Solos com permafrost cobrem 24% das superfícies expostas da Terra e de forma geral possuem alto potencial de emissão de gases que contribuem para o efeito estufa. O objetivo deste estudo foi caracterizar a variabilidade térmica da camada ativa do permafrost em um transecto de 200 m na Península Fildes e relacionar esta variabilidade com fatores meteorológicos e ambientais entre 2014 e 2016. Também foram obtidas cinco cenas do satélite TerraSAR-X coletadas nos períodos de ablação durante o monitoramento para classificar as zonas superficiais da geleira Collins e das áreas livres de gelo. Ocorreram três expedições científicas à área de estudo para coleta de dados, instalação e manutenção do sítio de monitoramento contínuo. A variabilidade térmica da camada ativa no transecto não apresentou elevada disparidade ao constatado em outros sítios de monitoramento da camada ativa na Ilha Rei George. Os ciclos de variação da camada ativa estão atrelados às condições sazonais, com o descongelamento ocorrendo predominantemente nos períodos mais quentes, enquanto no restante do ano prevalece a condição de congelamento A temperatura da camada ativa no transecto não é homogênea, ocorrendo variação conforme a profundidade e a posição no transecto, com as variações mais expressivas no solo melhor drenado e com menor teor de umidade. Dentre os fatores avaliados, a temperatura do ar e da superfície do solo são os que mais influenciam no gradiente térmico da camada ativa, enquanto nas porções mais próximas da superfície também ocorre maior influência do albedo e da nebulosidade e em maior profundidade também há influência do saldo de radiação e da umidade do solo. A profundidade média da camada ativa em 2014 foi 44,3 cm e em 2015 foi 47,7 cm, com as maiores variações de expansão e retração também ocorrendo nos solos com menor teor de umidade. Os valores obtidos do índice frost number indicam que houve predomínio de permafrost contínuo no transecto durante o período de monitoramento. Os dados TerraSAR-X possibilitaram a extração de dados superficiais e a discretização dos alvos superficiais conforme o teor de umidade superficial. Os índices kappa obtidos indicam excelente coerência entre a classificação e a verdade de campo A condição predominante das zonas superficiais nas cinco datas indica predomínio de superfícies de neve úmida, englobando 85,5% da superfície da geleira e de superfície com menor umidade, englobando 49% das áreas livres de gelo. A maior variabilidade ocorreu na superfície da geleira, enquanto nas áreas livres de gelo não houve uma classe com destacada variação. A superfícies da geleira é influenciada pela altitude e a orientação das vertentes, com 75% das zonas de gelo exposto localizadas entre 0 e 50 m de altitude e 25% de suas vertentes orientadas para sudeste, enquanto 45% das zonas de neve úmida e de transição estão localizadas entre 100 m e 200 m de altitude e 49% das vertentes com essa conformação estão orientadas para noroeste. A radiação incidente é mais intensa nas superfícies direcionadas para norte, nordeste e noroeste, enquanto as menores taxas de incidência ocorrem nas superfícies direcionadas para sul. A Península Fildes possui 17,9% de sua superfície coberta por comunidades vegetais, sendo 5,7941 km² e 0,6646 km² colonizadas por liquens e musgo respectivamente. O kappa obtido através da segmentação multiresolução foi 0,73, indicando o bom resultado da classificação orientada aos objetos. A vegetação está localizada predominantemente em superfícies que recebem incidência de radiação entre a faixa do ponto de compensação à luz e do ponto de saturação. A vegetação está localizada predominantemente nos terraços marinhos devido à influência da fauna do passado e atual, com as superfícies proglaciais ainda pouco colonizadas devido à predominância de morainas. A radiação solar incidente é um fator importante na regulação fotossintética e no desenvolvimento das comunidades vegetais, sendo de fundamental relevância monitorar as áreas potenciais para colonização futura. / In the Maritime Antarctica region occur the greatest climate change of the planet and the South Shetland region is one of the most affected. Soils with permafrost occur on 24% of the Earth's exposed surfaces and generally have high potential for emissions of greenhouse gases. The aim of this study was to characterize the thermal variability of the active layer of permafrost in a surface of 200 m from Fildes Peninsula and relate this variability with weather and environmental conditions between 2014 and 2016. Five images of the TerraSAR-X satellite were obtained in the ablation periods and used to classify the surfaces of the Collins glacier and ice-free areas during monitoring. There were three scientific expeditions to the study area for installation, data collection and maintenance of the continuous monitoring system. The thermal variability of the active layer did not present a high difference to that obtained in other active layer monitoring sites in King George Island. Variations of the active layer are related to seasonal conditions, with predominance of thawing in hotter periods, and in other periods, the freezing condition prevails The temperature and the active layer thickness in the transect are not homogeneous, with strong influence of meteorological and environmental conditions. Based on the meteorological data evaluated, the temperature of the air and the soil surface are the ones that most influence the thermal gradient of the active layer. Near the surface there is a greater influence of albedo and cloudiness, and in depth there is a greater influence of the balance of radiation and soil moisture. TerraSAR-X data is suitable for extracting surface data and and classify the surface targets according to the moisture content. On the surface of the glacier occurred the greatest variation and in the ice-free areas there was not a class with high variation. The Fildes Peninsula has 17.9% of its surface covered by plant communities, and 71.66% of this area was colonized by lichens and moss. Analyzing the relationship between vegetation distribution and global radiation incident on the surface it was verified that the radiation does not determine the distribution of the vegetation, however, is an important factor due to the photosynthetic efficiency of the vegetation communities present.

A região da Antártica Marítima exibe as taxas mais elevadas de mudanças climáticas no planeta, estando a região das Shetland do Sul entre as mais afetadas. Solos com permafrost cobrem 24% das superfícies expostas da Terra e de forma geral possuem alto potencial de emissão de gases que contribuem para o efeito estufa. O objetivo deste estudo foi caracterizar a variabilidade térmica da camada ativa do permafrost em um transecto de 200 m na Península Fildes e relacionar esta variabilidade com fatores meteorológicos e ambientais entre 2014 e 2016. Também foram obtidas cinco cenas do satélite TerraSAR-X coletadas nos períodos de ablação durante o monitoramento para classificar as zonas superficiais da geleira Collins e das áreas livres de gelo. Ocorreram três expedições científicas à área de estudo para coleta de dados, instalação e manutenção do sítio de monitoramento contínuo. A variabilidade térmica da camada ativa no transecto não apresentou elevada disparidade ao constatado em outros sítios de monitoramento da camada ativa na Ilha Rei George. Os ciclos de variação da camada ativa estão atrelados às condições sazonais, com o descongelamento ocorrendo predominantemente nos períodos mais quentes, enquanto no restante do ano prevalece a condição de congelamento A temperatura da camada ativa no transecto não é homogênea, ocorrendo variação conforme a profundidade e a posição no transecto, com as variações mais expressivas no solo melhor drenado e com menor teor de umidade. Dentre os fatores avaliados, a temperatura do ar e da superfície do solo são os que mais influenciam no gradiente térmico da camada ativa, enquanto nas porções mais próximas da superfície também ocorre maior influência do albedo e da nebulosidade e em maior profundidade também há influência do saldo de radiação e da umidade do solo. A profundidade média da camada ativa em 2014 foi 44,3 cm e em 2015 foi 47,7 cm, com as maiores variações de expansão e retração também ocorrendo nos solos com menor teor de umidade. Os valores obtidos do índice frost number indicam que houve predomínio de permafrost contínuo no transecto durante o período de monitoramento. Os dados TerraSAR-X possibilitaram a extração de dados superficiais e a discretização dos alvos superficiais conforme o teor de umidade superficial. Os índices kappa obtidos indicam excelente coerência entre a classificação e a verdade de campo A condição predominante das zonas superficiais nas cinco datas indica predomínio de superfícies de neve úmida, englobando 85,5% da superfície da geleira e de superfície com menor umidade, englobando 49% das áreas livres de gelo. A maior variabilidade ocorreu na superfície da geleira, enquanto nas áreas livres de gelo não houve uma classe com destacada variação. A superfícies da geleira é influenciada pela altitude e a orientação das vertentes, com 75% das zonas de gelo exposto localizadas entre 0 e 50 m de altitude e 25% de suas vertentes orientadas para sudeste, enquanto 45% das zonas de neve úmida e de transição estão localizadas entre 100 m e 200 m de altitude e 49% das vertentes com essa conformação estão orientadas para noroeste. A radiação incidente é mais intensa nas superfícies direcionadas para norte, nordeste e noroeste, enquanto as menores taxas de incidência ocorrem nas superfícies direcionadas para sul. A Península Fildes possui 17,9% de sua superfície coberta por comunidades vegetais, sendo 5,7941 km² e 0,6646 km² colonizadas por liquens e musgo respectivamente. O kappa obtido através da segmentação multiresolução foi 0,73, indicando o bom resultado da classificação orientada aos objetos. A vegetação está localizada predominantemente em superfícies que recebem incidência de radiação entre a faixa do ponto de compensação à luz e do ponto de saturação. A vegetação está localizada predominantemente nos terraços marinhos devido à influência da fauna do passado e atual, com as superfícies proglaciais ainda pouco colonizadas devido à predominância de morainas. A radiação solar incidente é um fator importante na regulação fotossintética e no desenvolvimento das comunidades vegetais, sendo de fundamental relevância monitorar as áreas potenciais para colonização futura. / In the Maritime Antarctica region occur the greatest climate change of the planet and the South Shetland region is one of the most affected. Soils with permafrost occur on 24% of the Earth's exposed surfaces and generally have high potential for emissions of greenhouse gases. The aim of this study was to characterize the thermal variability of the active layer of permafrost in a surface of 200 m from Fildes Peninsula and relate this variability with weather and environmental conditions between 2014 and 2016. Five images of the TerraSAR-X satellite were obtained in the ablation periods and used to classify the surfaces of the Collins glacier and ice-free areas during monitoring. There were three scientific expeditions to the study area for installation, data collection and maintenance of the continuous monitoring system. The thermal variability of the active layer did not present a high difference to that obtained in other active layer monitoring sites in King George Island. Variations of the active layer are related to seasonal conditions, with predominance of thawing in hotter periods, and in other periods, the freezing condition prevails The temperature and the active layer thickness in the transect are not homogeneous, with strong influence of meteorological and environmental conditions. Based on the meteorological data evaluated, the temperature of the air and the soil surface are the ones that most influence the thermal gradient of the active layer. Near the surface there is a greater influence of albedo and cloudiness, and in depth there is a greater influence of the balance of radiation and soil moisture. TerraSAR-X data is suitable for extracting surface data and and classify the surface targets according to the moisture content. On the surface of the glacier occurred the greatest variation and in the ice-free areas there was not a class with high variation. The Fildes Peninsula has 17.9% of its surface covered by plant communities, and 71.66% of this area was colonized by lichens and moss. Analyzing the relationship between vegetation distribution and global radiation incident on the surface it was verified that the radiation does not determine the distribution of the vegetation, however, is an important factor due to the photosynthetic efficiency of the vegetation communities present.

Esta tese, baseada principalmente em técnicas de sensoriamento remoto, investigou as variações na superfície de geleiras situadas nos trópicos andinos bolivianos nas últimas décadas. Também tenta identificar qual a relação entre essas variações com controles climáticos na bacia Amazônica. Uma alternativa aos métodos tradicionais do monitoramento das geleiras é a integração dos dados de campo com dados de sensoriamento remoto. Dessa forma, foi desenvolvido um algoritmo semiautomático para a delimitação dos setores frontais de geleiras de montanha, que apresentou uma precisão de ± 73 m (Ribeiro et al., 2013a). As investigações das variações das frentes das geleiras de montanha aplicando essa metodologia devem ficar restritas às médias de retração para períodos longos (escalas decenais). Isto se deve aos erros inerentes da metodologia empregada serem maiores do que a própria retração quando aplicado a períodos curtos (escalas anuais). A história climática recente dos Andes Centrais boliviano foi estudada com dados do testemunho de gelo (taxas de acumulação anual líquida) e de sensoriamento remoto (variação na extensão de massas de gelo) do Nevado Illimani, Bolívia (67°44’W e 16°38’S). Foi identificada uma perda total de área de 9,49 km2 a partir de 1963 até 2009, isso representou uma diminuição de 35% de sua área (Ribeiro et al., 2013b). Essa redução foi menor entre 1963 e 1983 (12%). Após, essa diminuição foi constante até 2009 (26 anos), com uma perda de 26% em área. Um testemunho de gelo obtido nesse mesmo sítio apresentou uma acumulação anual líquida média de 0,76 m em equivalente d'água e uma tendência de queda para o período 1960–1999 (Ribeiro et al. 2013b). Após 1980, a diminuição da acumulação no testemunho de gelo é acompanhada pela intensificação da retração superficial da geleira. As reduções da massa de gelo e da taxa de acumulação líquida observadas nesse período provavelmente estão relacionadas com a maior frequência eintensidade dos eventos El Niño que ocorreram do final dos anos 1970 até o início dos anos 2000. Uma vez que tais eventos ocasionam aumento da temperatura do ar e diminuição das nuvens sobre os Andes Centrais. Após 1999 ocorreu aumento na taxa de acumulação na região de estudo, indiretamente demostrado por dados do testemunho de gelo de Quelccaya (16% acima da média do período anterior a 1999). Porém, isso não foi suficiente para a estabilização das dimensões das geleiras. Possivelmente, essa última fase de retração (pós 1999) esteve relacionada ao aumento da temperatura do ar e da altitude da isoterma anual de 0°C. Foi constatada que concomitantemente a um Atlântico tropical norte aquecido, o balanço de massa das geleiras bolivianas tornase mais negativo (Ribeiro et al., 2014). A variação da acumulação anual no sítio dos dois testemunhos de gelo (Illimani e Quelccaya) apresentou o seguinte padrão de variação: aumento entre 1960–1981; diminuição entre 1981–1999 e novamente aumento entre 1999–2009. Ao compararmos essas tendências gerais com as informações das estações meteorológicas da bacia amazônica, constatamos que eles são similares somente a aqueles do noroeste da região Amazônica, exemplificada pela estação meteorológica de Iauretê (00°37'S, 69°12'W) (Ribeiro et al., 2014). Essa é a região da Amazônia cuja variabilidade climática mostra a mais forte modulação pelo fenômeno ENSO, conforme Obregon e Nobre (2006) que a denominaram R1. / This thesis, based mainly on remote sensing techniques, investigates area variations over the past decades of glaciers located in the tropical Bolivian Andes. It also attempts to identify relations between glaciers variations with the Amazon basin climatic controls. Glaciers front positions monitoring by automatic analysis of satellite sensors data usually results in underestimation of glacier termini positions. Band ratios (e.g., near infrared to middle infrared) and normalized bands differences (e.g., normalized difference snow index e normalized digital vegetation index) are not able to identify debris-covered areas of glaciers. We developed a semi-automatic algorithm for delimiting frontal boundaries of Andean mountain glaciers using the China-Brazil Earth-Resources Satellite and Shuttle Radar Topography Mission data. This algorithm has a ±73 m horizontal precision for glacier surveys. Investigations on mountain glaciers front variations using our methodology should be restricted to long term (decanal) retreat averages. The recent climate history of the Bolivian Central Andes was studied using data from the ice core (net annual accumulation rates) and remote sensing (variation in the extension of ice masses) of Nevado Illimani, Bolivia (67°44'W, 16°38'S). Totally, there was 9.49-km² area loss from 1963 to 2009; this represented a 35% decrease in area (Ribeiro et al., 2013b). The reduction was smaller from 1963 to 1983 (12%). After, the glacier retreat was constant until 2009 (26 years) with a 26% area loss. An ice core obtained at the same site showed a mean annual net accumulation rate of 0.76 m a-1 in water equivalent, and a decreasing trend for the period 1960–1999 (Ribeiro et al., 2003b). When we divide the accumulation rate trend in two periods (1960–1981 and 1981–1999), the first shows a stable situation (mean 0.92 m a-1 in water equivalent), the second a decreasing trend (average 0.56 m a-1 in water equivalent). The comparison of area changes with the net accumulation rate at Nevado Illimani identified that the period of lowest glaciers shrinkage (1963–1983) coincided with the stabilization of accumulation rates in the ice core (Ribeiro et al., 2013b). After 1980, the accumulation reduction in the ice core was accompanied by glacier area shrinkage. These observed decreases are probably related to a higher frequency and intensity of El Niño events that occurred from late 1970s to early 2000s. Such events increase air temperature and decrease clouds cover over the Central Andes. After 1999 there was an increase in the accumulation rate in the study region, indirectly demonstrated by ice core data from Quelccaya (16% above the average for the period before 1999). However, this was not enough for the glaciers areas stabilization. Possibly, this latest retraction phase (post 1999) was related to air temperature and annual 0oC isotherm altitude increases. Concomitantly with a warm tropical North Atlantic, the mass balance of Bolivian Glacier becomes more negative (Ribeiro et al., 2014). The variation of the annual accumulation at the two ice cores site showed the following pattern of change: an increase from 1960 to 1981, a decrease from 1981 to 1999 and again an increase from 1999 to 2009. Comparing these general trends with information from Amazon basin weather stations, we found that they are similar only to those of the northwestern Amazon region, exemplified by the weather station Iauretê (00°37'S, 69°12'W). This is the region of the Amazon where the climatic variability shows the strongest modulation by the ENSO phenomenon, according to Obregon and Noble (2006) who called it R1.

Esta tese investiga o comportamento espaço-temporal do derretimento superficial e o aporte efetivo de água de derretimento ao oceano na Península Antártica durante o período 1980 – 2014, em resolução anual. Foi utilizado um modelo empírico baseado nos dias de temperatura positiva, calibrado com dados de ablação medidos em 29 estacas glaciológicas posicionadas no domo Bellingshausen (ilha Rei George), durante os verões de 2007 a 2012. O modelo foi validado na mesma área por medidas independentes de ablação, realizadas em estacas e por um sensor ultrassônico, durante os verões de 1998 e 2000. Nas ilhas Livingston e Vega, o modelo foi validado por medidas de balanço de massa superficial de verão, inverno e anual, integradas espacialmente, durante o período de 2001 – 2011 e 1999 – 2014, respectivamente para cada ilha. Dados de reanálise ERA-Interim foram regionalizados e utilizados para a alimentação do modelo. O método de regionalização foi validado utilizando dados atmosféricos medidos em 28 estações meteorológicas. Durante o período estudado, o derretimento superficial médio foi 75 Gt, com desvio padrão de 54 Gt. A descarga de derretimento média foi de 9 Gt, com desvio padrão de 8 Gt. O máximo derretimento superficial ocorreu em 1985 (129 Gt) e de descarga efetiva em 1993 (40 Gt). Ambos apresentaram valores mínimos em 2014 (26 Gt e 0,37 Gt, respectivamente). Não foram identificadas tendências temporais estatisticamente significativas para a área total investigada. Os resultados mostram que a área flutuante produziu 68% do derretimento superficial médio e 61% da descarga efetiva média, enfatizando sua importância para a hidrografia costeira. Durante os 7 anos que precederam o colapso da plataforma de gelo Larsen B, a retenção do derretimento superficial foi maior que 95% nas áreas flutuantes, acompanhada de persistentes anomalias negativas de descarga de derretimento. Excluindo as ilhas, as adjacências da plataforma de gelo Larsen B exibiram os maiores derretimento superficial e descarga de derretimento específicos, enfatizando a importância do fluxo de água de derretimento para a desestabilização e colapso de plataformas de gelo. Não foi possível estabelecer uma relação quantitativa entre os índices de Oscilação Sul e Oscilação Antártica e os padrões de derretimento superficial. Entretanto, foi observado que anomalias concomitantemente negativas nos dois índices ocorreram em 1993 e 2006, coincidindo com anomalias positivas de derretimento superficial e descarga de derretimento abrangendo a totalidade da área de estudo. Na região leste da Península Antártica foram encontradas tendências estatisticamente significativas de decréscimo do derretimento superficial, as quais podem estar associadas ao aumento da extensão do gelo marinho no mar de Weddell. A fragmentação da área de estudo resultou em tendências temporais diferentes entre si e com significâncias estatísticas mais fortes, demonstrando que a Península Antártica não se comporta como uma unidade climática e glaciológica. / This work investigates the spatio-temporal behavior of the surface melt and runoff on the Antarctic Peninsula from 1980 to 2014 in annual resolution. An empirical model based on the Positive Degree Days approach was used to estimate the surface melt and runoff. The model was calibrated using ablation data measured in 29 glaciological stakes at Bellingshausen Dome (King George Island), from 2007 to 2012. The model was validated at the same area using independent measurements carried out in 1998 and 2000, using ablation stakes and an ultrasonic ranger. In the Livingston and Vega islands, the model was validated by winter, summer and annual surface mass balance measurements, spatially integrated, from 2001 – 2011 and 1999 – 2014, respectively for each island. The model was fed by ERA-Interim downscaled reanalysis data. This downscaling method was validated using atmospheric measurements from 28 weather stations. During the studied period, the average surface melt was 75 Gt with standard deviation of 54 Gt. The average runoff was 9 Gt with 8 Gt of standard deviation. Surface melt maximum values occurred in 1985 (129 Gt), while in 1993 occurred the maximum runoff (40 Gt). Both showed minimum values in 2014 (surface melt 26 Gt, runoff 0.37 Gt). No statistical significant trends exist for the total area. The results reveal that the floating ice areas produce 68% of the mean runoff and 61% of the mean surface melt, emphasizing their importance to coastal hydrography. During the seven years preceding the Larsen B collapse, surface melt retention was higher than 95% on the floating ice areas, together with persistent negative runoff anomalies. Excluding the islands, the vicinity of this former ice shelf exhibits the highest specific surface melt and runoff. This emphasizes the importance of meltwater flow and retention for ice shelf breakup. It was not possible to establish a quantitative relation between climatic modes, such as the Southern Oscillation and the Southern Annular Mode, and the meltwater production. Nevertheless, two widespread surface melt positive anomalies occurred in 1993 and 2006, concomitantly to negative anomalies in both indexes. The east area of the Antarctic Peninsula shows statistically significant trends for surface melt and runoff decrease. These trends may be related to an increase in sea ice extent in the Weddell Sea during the same period. The fragmentation of the study area led to different temporal trends with increased statistical significance. It demonstrates that the Antarctic Peninsula does not behave as a climatological and glaciological unity.

O presente trabalho utilizou uma série de dez imagens Landsat TM, adquiridas no período entre 1984 e 2010, e o modelo digital de elevação ASTER GDEM para catalogar as geleiras da porção Norte da Cordilheira Real, Bolívia, e analisar a variação na área dessas geleiras. O Índice de Diferença Normalizada de Neve e Gelo (NDSI) foi utilizado como principal critério, em uma abordagem por critérios múltiplos, para classificação das imagens TM e geração da posição das frentes das geleiras e os divisores de drenagem glacial foram delimitados manualmente com o auxilio de curvas de nível geradas com o ASTER GDEM. De acordo com a análise, a cordilheira mostrou uma predominância de geleiras com área entre 0,01 e 0,5 km2, porém as geleiras entre 1 e 3 km2 de área possuem um maior percentual na representatividade da área total, 38,3 % (55,75 km2) em 2010. As análises nas variações em elevação das geleiras mostraram um aumento de altitude média e nas elevações mínimas de ocorrência das geleiras na Cordilheira Real. Para o ano de 2010, a geleira de menor elevação ocorre em 4655 metros de altitude. Os resultados referentes a análise de orientação mostraram que existe uma grande influência desse fator na elevação mínima, no número total de geleiras por setor da cordilheira e no tamanho das geleiras. O setor Sul apresentou um número maior de geleiras, com 61 geleiras em 2010, e uma maior porcentagem na área total da cordilheira 21,84 %. As geleiras orientadas para o setor Sudeste apresentaram, no geral, a mais baixa elevação de ocorrência, com 4.335 metros de altitude em 1984. O setor Norte apresentou o menor número de geleiras, com 11 geleiras em 2010, e a maior altitude para as mínimas elevações analisadas, 4989 metros em 2010. Os resultados obtidos apresentaram uma redução gradativa na área das geleiras durante o período do estudo. No total, 49,12 % da área das geleiras foi perdida entre o período de 1984 a 2010. Porém essa perda não ocorreu de forma linear ao longo do período do estudo, pois todos os intervalos de tempo entre as imagens sofreram perda de área total, com exceção do período entre 1994 e 1997. Quanto a orientação, as geleiras com fluxo para o setor Sul foram as que mais sofreram perda em área. O número de massas de gelo identificadas como geleiras também foi reduzido em 39,57 % nesse mesmo período para toda a cordilheira. Os resultados mostraram-se semelhantes aos de outros estudos realizados com geleiras tropicais Andinas, confirmando as tendências de retração das geleiras situadas nessas regiões. / This study used a time series of 10 Landsat TM images, acquired between 1984 and 2010, and the ASTER GDEM to catalog the glaciers in the Northern Cordillera Real, Bolivia, and analyze the variations in area of these glaciers. The Normalized Difference Snow Index (NDSI) was used as the main criterion, in a multiple criteria approach, for the classification of TM images and extraction of glacier frontal positions. Ice divides were manually digitized with the assistance of contour lines generated with the ASTER GDEM. This cordillera showed a predominance of glaciers with area between 0.01 km2 and 0.5 km2. However, glaciers with size between 1 and 3 km2 had a higher percentage of the total area, 38,3 % (55,75 km2) in 2010. The analyses of variations in elevation showed an increase of average altitude and in the minimum elevations of glaciers occurrence in the Cordillera Real. For the year 2010, the lowest glacier elevation occurred at 4655 meters of altitude. The results for the glaciers orientation showed a great influence of this factor on the minimum elevation of glacier occurrence, in the total number of glacier in each sector, and in the glacier size. The Southern sector had the largest amount of glaciers, with 61 glaciers in 2010, and the highest percentage of the total area of Cordillera Real, 21,84 %. Glaciers oriented to the SE sector had the lowest elevation of occurrence, 4335 meters of altitude in 1984. The Northern sector had the lowest number of glaciers, 11 glaciers in 2010, and the highest altitude for glacier occurrence , 4989 meters of altitude in 2010. The results showed a gradual reduction in the area of ice during the study period. In total, 49,12 % of the glacier area was lost between the period 1984-2010. But the glacier retreat was not linear over the study period. Ice loss was detected for almost all time intervals between image acquisitions, except for the period between 1994 and 1997. Glaciers oriented to the South were the most affected by changes in area. The number of ice bodies identified as glaciers was also reduced by 39,57 % during the same period for the entire range. The results were similar to other studies of tropical Andean glaciers, confirming the trends of glacier retreat located in these regions.

Este estudo levantou, por técnicas de sensoriamento remoto, uma área piloto (cordilheira Tres Cruces, localizada entre 67º22’–67º32’W e 16º47’–16º09’S) da cobertura de gelo boliviana. Foram examinadas as antigas posições frontais de algumas geleiras dessa cordilheira, através da análise de imagens satelitais, dados cartográficos, e pelo cálculo de mudança na espessura do gelo (diferenças de volume e elevação). O monitoramento foi efetuado entre os anos de 1975 e 2004 (29 anos) nas geleiras: Jankho Loma, San Enrique, Laramkkota, Malla Chuma, Campanani, Jacha Pacuni e c5250. No geral, a partir de 1975, as frentes das geleiras diminuíram em todas as direções, as retrações máximas e mínimas das frentes de gelo foram de 437 m (Laramkkota) e 181 m (San Enrique). O recuo médio das 7 geleiras estudadas foi de aproximadamente 12 m a-1 . Nas áreas cobertas por gelo na cordilheira, em média, ocorreu uma redução de 18% em 29 anos, ou seja, aproximadamente - 0,009 km2 a-1. Neste período a geleira c5250 foi a que teve a maior perda relativa (cerca de 50% de sua área). Por outro lado, a geleira Campanani, de maior superfície, foi a que perdeu proporcionalmente menor área (6% do total). A linha de neve foi determinada para o ano de 2004 a 5.300 m de altitude, sendo utilizada para calcular a proporção entre a superfície da área de acumulação e a área total da geleira. Todas geleiras analisadas apresentavam uma proporção da área de acumulação maior do que 60% em 2004. A análise dos modelos digitais de elevação indicou redução geral no volume de gelo durante o período, apresentando uma perda média de aproximadamente 1,55 m equivalente água a-1. A retração das massas glaciais da cordilheira Tres Cruces é consistente com o aquecimento atmosférico regional e com redução generalizada das geleiras nos Trópicos. / This study has surveyed, by remote sensing techniques, a pilot area of the Bolivian Andes ice cover, located at the Tres Cruces cordillera (67º22’–67º32’W e 16º47’–16º09’S). Analyses of satellite imagery, cartographic data and ice thickness changes estimation (differences of volume and elevation) have provided information on past front positions of some glaciers of this cordillera. Monitoring was carried out from 1975 to 2004 (29 years) for the following glaciers: Jankho Loma, San Enrique, Laramkkota, Malla Chuma, Campanani, Jacha Pacuni and c5250, including a total ice covered area of 13.7 km2. Generally, from 1975 onwards, glaciers fronts have receded, maximum and minimum ice front retreats were 437 m (Laramkkota) and 181 m (San Enrique). The mean retreat for the 7 studied glaciers was approximately 12 m a-1 . In average, these glaciers lost 18% of their total areas along 29 years (i.e., a loss of approximately of 0.009 km2 a-1). In this period, the c5250 glacier (0.48 km2 in 1975) was the one with the greatest relative loss (about 50% of its total area). On the other hand, the Campanani glacier, the largest one (4.26 km2 in 1975), was the one that lost the smallest proportional area (6% of its total area). The snow line in 2004, determined at 5,300 m of altitude, was used to calculate the proportion between the accumulation and total areas in each glacier. All studied glaciers had, in 2004, an accumulation area proportion greater than 60%. Analyses of the elevation digital models (EDMs) point to a general reduction of the ice volume during the period, in average 1.55 m water equivalent a-1. The ice masses retreat in the Tres Cruces Cordillera is concomitant to a regional atmospheric warming and with the general reduction of glaciers in the Tropics.