Um Nordeste mais árido: outro provável legado das mudanças climáticas

O artigo “Projeções de Mudanças Climáticas sobre o Nordeste Brasileiro dos Modelos do CMIP5 e do CORDEX” de autoria de Guimarães et al. (o primeiro autor, Sullyandro Guimarães, foi meu orientando de mestrado e eu, junto com outros colegas e ex-alunos, sou um dos co-autores) foi recém-publicado na Revista Brasileira de Meteorologia. Até onde sei é a primeira análise de fôlego usando conjuntamente os dados disponíveis do CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project, 5th Phase), isto é, modelos globais e do CORDEX(Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment), isto é, modelos regionais, voltada para a região. O conjunto de simulações inclui as “rodadas” feitas por nosso grupo de pesquisa aqui mesmo na Universidade Estadual do Ceará e aproveito o espaço não apenas para divulgar o trabalho e aproveitar para falar um pouco da modelagem climática feita para e por estas bandas, como também para agradecer a todos que o compõem. Devo dizer, porém, que, entrando no que realmente interessa, o “clima” de comemoração encerra aí, afinal o resumo do artigo encerra falando de uma “tendência de aumento de aridez sobre o NEB durante este século”. Antes porém, de falar de porque devemos considerar seriamente os resultados do “Sullas” (como carinhosamente o chamamos) para o fim do século, vamos falar do contexto atual, de uma seca provavelmente inédita.

Uma seca recorde que deve servir de alerta

Informações da Agência Nacional de Águas (ANA), através do seu monitor de secas, não deixam dúvidas quanto à gravidade da seca em curso sobre o Nordeste. Predomina um cenário de “seca extrema”, com uma área bastante significativa no sul do Ceará e parte do sertão e agreste pernambucanos de “seca excepcional”, que é a grosso modo aquela entre inédita e sem paralelo numa escala de 50 anos (ou tecnicamente no percentil de 2%), com impactos tanto de curto como de longo prazo (vide figura).

O caráter de ineditismo dessa estiagem que prevalece em alguns estados desde 2012 é confirmado por dados da Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos (Funceme). O levantamento dos técnicos da instituição mostra que se trata da seca mais intensa em mais de um século. De 1910 a 2016, somente em duas outras ocasiões o Ceará experimentou estiagens de cinco anos consecutivos, mas nesses dois casos a precipitação total foi maior do que no caso presente. De 1951 a 1955, a precipitação anual foi de 608 mm e de 1979 a 1983, de 566mm. Entre 2012 e 2016, a média de chuvas foi de apenas 516 mm anuais.

Índice de secas da ANA para Agosto de 2016

Nesse período, por exemplo, houve estiagem até em anos de La Niña, sendo que o único ano que recebeu influência de um evento de El Niño forte foi precisamente 2016. Ainda não dispomos de um estudo de atribuição que possa vincular de maneira mais definitiva esse quadro às mudanças climáticas globais, mas não deixa de ser essa conexão uma hipótese absolutamente razoável, que precisa ser investigada. Uma das características de um clima aquecido que é consistente nas projeções climáticas, como já mostramos no nosso blog neste artigo sobre a crise hídrica, é que regiões já secas tendem a ficar ainda mais secas e muitas regiões chuvosas tendem a receber mais precipitação, como se o aquecimento global funcionasse, para a água, como um Robin Hood às avessas. Mas para estudos de atribuições, ferramentas como modelos climáticos são essenciais.

Série de precipitação média sobre o Ceará de 1910 a 2016. Fonte: Funceme

Devemos levar os modelos climáticos a sério

Tenho trabalhado com modelagem atmosférica (inicialmente) e climática (que implica em acoplamento da atmosfera com outras componentes do Sistema Terra como oceanos, biosfera etc. posteriormente) há mais de 20 anos. E sou testemunha da evolução da capacidade desses modelos em representar processos físicos e biogeoquímicos e dos computadores em nos possibilitarem simulações cada vez mais detalhadas espacialmente e/ou por escalas de tempo cada vez mais longas. Os modelos climáticos não são um “coelho tirado da cartola”, mas produto de desenvolvimento e pesquisa por parte de milhares de especialistas (dentre os quais tenho orgulho de me incluir). Importante dizer também que eles são sempre testados (ou “validados”, como usamos no nosso jargão). Sua capacidade de reproduzir condições observadas (não apenas no que diz respeito ao tempo e ao clima presentes, mas também para condições que incluem as mudanças climáticas do passado) é condição básica para que continuemos a utilizá-lo com confiança, seja para previsões de tempo, previsões climáticas sazonais ou projeções climáticas de mais longo prazo. E não, não desconsideramos as incertezas. Pelo contrário, as levamos muito a sério e geralmente não nos limitamos aos resultados de uma única simulação e nem mesmo de um único modelo em nossas pesquisas. É comum olharmos para o que dizem vários modelos (no nosso jargão, o “ensemble“), exatamente para termos uma ideia dessas incertezas e do “espalhamento” das previsões ou projeções. Para quem é familiar com gráficos mostrados na apresentação de resultados de pesquisas e projeções em clima, já deve ter se familiarizado com os “espaguetes” (múltiplas linhas, cada uma representando um modelo ou simulação individual) ou com faixas em que a média (ou mediana) é acompanhada do espalhamento (seja mostrando-se o desvio-padrão entre as simulações ou o “range”, isto é, o intervalo entre menor e maior valor).

Evolução da resolução espacial dos modelos climáticos desde o primeiro relatório do IPCC (FAR, First Assessment Report) até o quarto, o AR4, do lado esquerdo e comparação da resolução horizontal e vertical dos modelos atmosféricos e oceânicos tipicamente usados nos anos 1990 e recentemente, quando da elaboração do AR5.

Sim, esses modelos funcionam no Nordeste!

Dentre as experiências que tive trabalhando com modelos atmosféricos e climáticos em nada menos que metade da minha vida, uma das mais agradáveis e bem-sucedidas foi sem dúvida alguma o processo que levou à implantação da previsão de clima usando modelos dinâmicos de escala regional na Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos (a Funceme). Sem entrar em detalhes técnicos, o que posso garantir é que tanto os modelos regionais inicialmente adotados como os modelos globais que hoje a instituição adota têm produzido resultados satisfatórios há mais de uma década, ajudando bastante a cada ano nos prognósticos para a estação chuvosa. Essa confiança que ganhamos nos modelos regionais quando de seu uso para previsão sazonal nos deixou animados com a possibilidade de repetir o êxito com projeções de mudanças climáticas e embora o processo, neste caso, envolvesse necessidade (bem maior diga-se de passagem) de poder de processamento e armazenamento de dados, nós aceitamos o desafio.

Ciclo anual de precipitação no período 1985-2005 sobre o Nordeste: observações em vermelho, média dos modelos em preto, em azul e verde as duas simulações realizadas por nosso grupo de pesquisa. O restante do “espaguete” representa os demais modelos dos conjuntos do CMIP5 e CORDEX

A validação dos modelos do CMIP5 e do CORDEX para nossa região ao final confirmou o que esperávamos, isto é, que tanto os modelos climáticos globais quanto os regionais representam corretamente aspectos do clima do Nordeste como as variações anuais de temperatura e principalmente de precipitação e que principalmente na representação dos padrões espaciais dessas variáveis os modelos regionais e especialmente o “ensemble” trazem ganhos importantes. Ter confiança na representação dessas e outras variáveis é importante para estimar corretamente o índice de aridez (razão entre precipitação e evapotranspiração potencial) e, portanto, para examinar os resultados das projeções relativas a esse índice (e outras variáveis) em cenários de mudanças climáticas.

Precipitação anual média no período 1985-2005: observações à esquerda e resultados de duas simulações com modelo regional realizadas na UECE. Fonte: Guimarães, 2015 (dissertação de mestrado)

Num clima mais quente, extremos de secas e chuvas se intensificarão

Já discutimos em outras oportunidades em nosso blog qual o mecanismo por traz do esperado (e em larga medida já observado) aumento dos eventos extremos. Existe uma lei física, a equação de Clausius-Clapeyron, que de forma simplificada nos diz que quanto mais quente estiver o ar, mais vapor d’água ele será capaz de armazenar. Isso transforma a atmosfera num maior reservatório de água (na fase de vapor), o que faz, de um lado, com que a evaporação tenda a aumentar (o que agrava condições de seca) e, do outro, que haja mais vapor disponível para condensação e formação de nuvens de chuva (o que intensifica as tempestades e chuvas extremas).

As projeções de temperatura não deixam dúvida: mesmo em cenários em que as mudanças climáticas são em parte mitigadas e mesmo que se consiga limitar o aquecimento global em 2°C ou mesmo, devemos assistir a uma elevação de alguns graus no Nordeste e em outras regiões do Brasil. A razão para isso é que os continentes se aquecem mais do que os oceanos e se a média de aquecimento for de 2°C, é provável que a maior parte dos oceanos aqueça menos que isso, ao passo que os continentes aqueçam acima desse valor. Daí, no Nordeste, essa alteração na temperatura deve impor mudanças no ciclo hidrológico e a tendência é ficarmos sujeitos à dualidade, de condições ambas extremas, mas opostas.

No trabalho que publicamos, o Nordeste deve ficar 2,1°C mais quente no final do século XXI do que no início em um cenário com mitigação. No cenário sem mitigação, esse aquecimento salta para 4,0°C, e devemos lembrar que, uma vez que a referência aqui é o início do século XXI, a mudança de temperatura em relação ao clima pré-industrial é ainda maior, possivelmente beirando os 6°C. Como há também variabilidade espacial, as regiões mais no interior tendem a ser mais afetadas do que as porções litorâneas, como mostra a figura abaixo.

No pior cenário, as mudanças de temperatura projetadas pelo conjunto de modelos (considerando a média de todos eles) devem ultrapassar os 3°C em todas as porções do Nordeste, chegando a quase 5°C em algumas delas. Os modelos regionais utilizados na UECE projetam um aquecimento ainda maior. A referência é o período 1985-2005, então é certo que o aquecimento em relação ao clima pré-industrial será ainda maior.

De um lado, é bastante claro que as perdas por evaporação e evapotranspiração devem se agravar com o quase certo aumento de temperatura. Do outro, especialmente na porção norte da região, umaZona de Convergência Intertropical (ZCIT) mais ativa pode trazer eventos de chuva extrema. A pergunta que fica é: quem prevalece entre esses dois fatores no balanço hídrico final?

Água: chuva variável e evaporação maior

No artigo, mostra-se que a projeção média dos modelos apresenta um contraste, com maiores chances de aumento da precipitação na porção norte do Nordeste (justamente em função de uma projeção de chuvas mais intensas produzidas pela ZCIT e uma redução bastante significativa das chuvas nos estados da Paraíba, Pernambuco, Alagoas, Sergipe e Bahia, nos quais a precipitação depende de outros sistemas. A figura abaixo mostra as variações percentuais projetadas pela média dos modelos. Em termos absolutos, as mudanças no campo de precipitação são de aumento de até 200 mm/ano na costa norte do NEB, e diminuição mais elevada em maior parte da região centro-leste, de até -100 mm/ano. Considerando a região Nordeste como um todo, a média dos modelos nos dois cenários simulados apresenta projeção de pequena redução no total de precipitação, de -11,3 mm/a e -21 mm/a respectivamente para os cenários com e sem mitigação.

Campos de diferença percentual na média anual de precipitação entre o
pior cenário e o presente.

Mas especialmente para quem possa ficar otimista com a projeção da média dos modelos de um certo aumento da precipitação especialmente no norte do Ceará e Piauí, é fundamental que, além de lembrar das incertezas nessa variável, existem outra questões. Primeiro, outra grandeza que é crucial para o balanço hídrico é a evapotranspiração potencial e esta é uma função crescente com a temperatura. Segundo, que é preciso checar indicações de como essa chuva tende a se distribuir.

No que diz respeito à evapotranspiração potencial, a figura abaixo revela tanto na média dos modelos globais como principalmente nas simulações com o modelo regional da UECE, uma tendência a um aumento significativo da mesma. No cenário sem mitigação, a média dos modelos do CMIP5 projeta uma elevação de 200 a 300 mm anuais na maior parte da região, implicando em aumentos percentuais de 10% na zona litorânea a 18% nas regiões mais internas ao continente. O caso fica ainda mais preocupante se olharmos para os modelos regionais, que em uma das simulações aponta a possibilidade de em uma ampla porção do Nordeste com aumentos projetados de mais de 400 mm (ou até mais de 500 mm) na taxa anual média de evapotranspiração potencial, podendo representar aumentos percentuais impressionantes, acima de 30%.

Diferença (absoluta, acima e percentual, abaixo) na média anual da evapotranspiração potencial entre o pior cenário, no final do século XXI, e o presente.

Na média da região, todos os modelos indicam aumento dessa variável, especialmente no cenário RCP8.5 (sem mitigação): de +7,4% a 24,1%, a depender do modelo, sendo que as duas configurações do modelo regional utilizado na UECE indicaram aumentos de +17,7% e +19,9%. Essa combinação de chuva incerta e/ou heterogênea com aumento generalizado da evapotranspiração tende a impor uma pressão ainda maior sobre os recursos hídricos e a agricultura.

Mesmo com heterogeneidade espacial, a tendência é de maior aridez

Com efeito, quando sobrepomos as mudanças projetadas nas duas variáveis, precipitação e evapotranspiração potencial, o que resulta é um quadro mais desfavorável no balanço hídrico. Usando-se a definição simples do índice de aridez (IA), que é a razão entre precipitação e evapotranspiração potencial (IA = Pr/ET0), percebe-se que quanto menor for esse índice, mais árida é a região, de tal modo que um IA inferior a 0,20 caracteriza uma região árida, um IA entre 0,20 e 0,50 nos dá um clima semi-árido, um IA entre 0,50 e 0,65 caracteriza a região como de clima subúmido seco e para um IA entre entre 0,65 e 1, tem-se um clima subúmido úmido e finalmente, acima de 1,0, ou seja, locais com precipitação maior que a evapotranspiração potencial, o clima é considerado úmido.

Distribuição acumulada das diferenças percentuais das médias do índice de aridez do NEB entre os cenários com e sem mitigação e o clima recente.

No caso das projeções de clima futuro do Nordeste, quando se juntam as informações dessas duas variáveis, o quadro que emerge é o de uma tendência ao aumento da aridez, como esperado. No cenário sem mitigação, metade dos modelos projeta uma redução de 18% ou mais nesse índice. Apenas 3 deles (8,3% dos modelos) sugerem que a aridez diminuiria sobre a região (aumento do IA) e 9 (25% dos modelos) sugerem alterações modestas (variações de aumento ou diminuição do IA inferiores a 5%). A grande maioria (2/3 dos modelos) indica redução do IA entre valores que vão de 5% a mais de 40% como no caso de 3 modelos com projeções mais extremas.

Projeções do índice de aridez pelos vários modelos individuais (globais e regionais). A maioria

Essa variação entre os índices projetados pelos diferentes modelos também se expressa em projeções diferentes do comportamento da “mancha” de clima semi-árido. Atualmente, essa mancha ocupa 982.566 Km² (63%) dos 1.558.000 km² do Nordeste Brasileiro, mas a maior parte dos modelos indica uma tendência à sua expansão com as mudanças climáticas. 36% deles projeta um aumento dessa área em mais de 5%. Quase a metade dos modelos (16 deles) sugere inclusive uma tendência ao aparecimento de áreas de clima árido maiores do que 100.000 km², uma alteração climática que certamente favorece a desertificação, especialmente se esta vier acompanhada de desmatamento, degradação e perda de solo, etc. 30 dos 36 modelos projetam um recuo na área considerada como de subúmido úmido, dos quais 19 indicam redução nessas áreas em mais de 40% do território.

Muito se tem debatido, inclusive em meio aos movimentos sociais do campo atuantes no Nordeste, sobre a convivência com o semi-árido. Com efeito, alguns avanços são visíveis, no que tange à segurança hídrica, com as cisternas e nas possibilidades, na produção de alimentos, incluindo tecnologias de baixo custo (como as cisternas de enxurrada e barragens subterrâneas), técnicas de agrofloresta, plantio consorciado e outras técnicas de manejo que preservam o solo e, embora ainda sejam muito restristas, em ações gerais de recuperação ambiental, incluindo iniciativas de reflorestamento e de recuperação de áreas degradadas.

Mas devo dizer que tais medidas, embora representem ensaios importantes de adaptação (e também de mitigação, pois implicam em sequestro de carbono fixado pela vegetação e solo), estão longe de ser suficientes e tampouco podem servir de base para um otimismo injustificado. O que as projeções de modelos climáticos nos fornecem são indicativos para cenários em que não há intervenção humana local, apenas a ação antrópica global via modificação do clima planetário. E tal alteração já é suficiente para introduzir pressões extras no sistema sócio-geoambiental do semiárido nordestino.

Daí, mais do que urge que o debate de convivência com o semi-árido não apenas incorpore a luta por adaptação, redução de vulnerabilidades, prevenção de riscos e também de mitigação das mudanças climáticas. E evidentemente isso passa de tirar esse debate dos nichos restritos das comunidades rurais e dos movimentos sociais do campo. Se a pressão é de grande escala, global, as ações locais são insuficientes. Precisam entrar na pauta as cidades, principais fontes de desequilíbrio metabólico, bem como o modelo de desenvolvimento em seu conjunto, incluindo geração de eletricidade, produção agrícola irrigada e outras atividades econômicas. Por exemplo, no estado do Ceará, se de um lado a construção de reservatórios contribuiu para garantir maior segurança hídrica, a vulnerabilidade do sistema como um todo foi ampliada, virtualmente cancelando seus benefícios, com a adoção de um modelo econômico de base hidrointensiva: termelétricas, fruticultura irrigada, siderúrgica, mineração (o que inclui a proposta abjeta de exploração de urânio no município cearense de Santa Quitéria, namina de Itataia).

 Adaptação a um semiárido sob pressão das mudanças climáticas globais não será possível somente com ações descentralizadas e voltadas para o campo. Reduzir a vulnerabilidade da região especialmente no quesito hídrico implica em uma profunda revisão das escolhas de modelo de desenvolvimento, especialmente o uso intensivo de água como empreendimentos como termelétricas, agricultura irrigada de grande
porte, mineração, etc.