Blog do Tucci

Caso não tenha lido a primeira parte da entrevista com o Dr. Pedro Silva Dias colocada na semana passada, acesse mais abaixo a parte I antes de ler o texto a seguir.

Tucci - 3. O aquecimento é creditado ao aumento do CO2 na atmosfera, segundo o IPCC e Al Gore. No entanto existe uma grande polêmica de pessoas contrárias a esta visão de que na realidade o CO2 está aumentando devido também ao aumento da temperatura e, portanto, o que está ocorrendo é variabilidade natural e não depende das emissões. Qual a sua visão sobre esta polêmica?

Pedro: Os dois lados tem razão. É certamente verdade que a temperatura controla a concentração de CO2. A capacidade de armazenamento de CO2 na água dos oceanos, por exemplo, é função da temperatura. Também é verdade que o vigor da biota terrestre depende da temperatura. Por outro lado, a concentração de CO2 altera a capacidade da atmosfera absorver e emitir calor.
Já ouvi comentários sobre o fato de a concentração atual de CO2 na atmosfera ser tão alta que o dobramento da atual concentração pouco efeito teria na temperatura do nosso planeta. Esse argumento não encontra suporte nos modelos de transferência radiativa que usamos hoje em dia (inclusive nos modelos mais sofisticados que, de tão complexos, não podem ser usados nos modelos climáticos). O dobramento da concentração de CO2 leva um a uma maior opacidade da atmosfera à transferência de calor, produzindo um relativo aquecimento na baixa atmosfera e resfriamento nas altas camadas. Esses modelos apontam para um efeito de resfriamento nas altas camadas da atmosfera relativamente mais intenso que o aquecimento em baixos níveis.
É exatamente essa “assinatura” do perfil do vertical da mudança de temperatura associada ao aumento da concentração dos gases de efeito estufa que nos sugere que o impacto do aumento da concentração de gases de efeito estufa já está sendo observado. As evidências observacionais apontam para um pequeno aquecimento em baixos níveis e um resfriamento mais significativo nos altos níveis. Ou seja, exatamente como previsto nos modelos.

Tucci - 4. O grande desafio do momento na engenharia é prever alguns anos e uma década no futuro para planejamento estratégico. Por que esta área tem tão poucos resultados? Não é porque os recursos estão demais concentrados sobre mudança climática?

Pedro: Prever o tempo além de alguns dias é uma tarefa difícil em função da alta dependência da previsão com relação ao estado inicial da atmosfera. Prever o clima na escala de alguns anos é um desafio particularmente difícil pela mesma razão, isto é, não sabemos o estado inicial do sistema climático com o detalhe necessário. Neste caso o problema está no oceano. O sucesso das previsões na escala de alguns anos (ou décadas) passa pelo conhecimento do estado dos oceanos em profundidade. As circulações oceânicas que controlam a variabilidade da temperatura da superfície do mar na escala de vários anos são profundas. Nosso sistema observacional atual é incompleto nos oceanos.

Um dos grandes desafios da previsão climática para os próximos anos é desenvolver um sistema observacional nos oceanos , semelhante ao que hoje existe na atmosfera. Esse futuro sistema observacional vai permitir um salto enorme na qualidade das previsões climáticas e poderemos fazer previsões confiáveis, por exemplo, da variabilidade decadal do Pacífico (PDO). Neste meio tempo, nos resta usar os modelos climáticos para entender processos e usar métodos estatísticos para fazer previsões nas escalas de tempo de vários anos. Uma boa notícia é que nestes últimos anos estamos finalmente conseguindo alguns resultados promissores com relação, por exemplo, à variabilidade decadal do Pacífico. Alguns modelos do IPCC já conseguem descrever com razoável destreza, a estrutura da PDO. O próximo passo é prevê-la em tempo real. Para isto será necessário aprimorar o sistema observacional oceânico.

O prof. Pedro Leite da Silva Dias é formado em Matemática Aplicada na USP, 1974, MSc e PhD em Ciências Atmosféricas na Colorado State University (1977 e 1979, respectivamente). É professor no Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosférias desde 1975 e foi pesquisador senior do INPE entre 1988 e 1991, onde foi Chefe do (CPTEC) Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos na fase de implementação. É membro da Academia Brasileira de Ciências e atualmente é Diretor do Laboratório Nacional de Computação Científica do MCT. Orientou mais de 50 mestres e doutores em temas relacionados com ciências atmosféricas e aplicações.

Tucci: Atualmente todos eventos fora do normal como uma seca, chuva intensa e inundação são creditados ao efeito estufa e o aquecimento global. O quanto disto é verdade ou alarmismo?
Pedro: É muito comum a atribuição da origem de anomalias climáticas ao fenômeno El Niño/La Niña ou ao aquecimento global produzido pelo aumento da concentração de gases de efeito estufa. Existem outros fenômenos que interferem significativamente na ocorrência de fenômenos extremos. Existem oscilações de baixa frequência, com período da ordem de décadas , como a Oscilação Decadal do Pacífico , usualmente conhecida como PDO pelos especialistas (ver em http://en.wikipedia.org/wiki/Pacific_decadal_oscillation). A PDO exerce forte controle sobre a variabilidade climática. No Brasil, particularmente na região da Bacia do Prata e na Bacia Amazônica encontramos sinais fortes de variabilidade climática na escala de várias décadas (por exemplo, os anos 40/50 eram bem mais secos que os anos 80/90 na Bacia do Prata). Existem outros fenômenos climáticos, associados ao acoplamento entre oceanos e atmosfera, que alteram a temperatura da superfície do mar no Oceano Atlântico tropical e que exercem importante controle sobre o regime climático no Nordeste brasileiro. Todos esses fenômenos são naturais e passam por ciclos quase-periódicos por algum tempo, eventualmente desaparecem e voltam a ter influência.
Eventos climáticos extremos são como acidentes aeronáuticos: não existe uma única causa. É uma sucessão de eventos que leva ao extremo climático. Inundações, por exemplo, geralmente ocorrem porque existem uma situação de grande escala, por exemplo, uma anomalia de temperatura da superfície do mar (pode ser um Nino/Nina ou equivalente), acoplado a um extremo da chamada variabilidade intrasazonal (oscilações quase periódicas com escala temporal da ordem de 20- 60 dias), e um evento sinótico (isto é , com escala de tempo da ordem de poucos dias).
Existem evidências observacionais de que a freqüência de ocorrência de eventos extremos esteja excedendo os limiares tipicamente associados à variabilidade natural do clima, principalmente nos últimos 10-15 anos. Portanto, procede a preocupação. O Painel Intergovernamental de Mudanças Clmáticas (IPCC) deixa bem claro que estamos começando a ver os efeitos do aquecimento global.

Tucci 2. Os modelos climáticos avançaram nos últimos anos de maneira impressionante, mas ainda são limitados para representar muitos processos, com erros importantes para pequenas antecedências como alguns dias. Como então esperar que possam ser precisos para determinar o clima do final do século?
Pedro: Um cientista recentemente colocou publicamente em dúvida a capacidade dos modelos climáticos em prever cenários para os próximos 100 anos pois a Meteorologia sequer é capaz de prever o tempo além de poucos dias. É preciso, em primeiro lugar, distinguir o que é tempo e o que é clima para esclarecer esta dúvida. Em termos matemáticos o “clima” é a integral do “tempo” (no sentido meteorológico) no tempo. Em outras palavras, o clima é media temporal do tempo (meteorológico) .
O fato de não podermos descrever o tempo em todos os detalhes nas previsões meteorológicas não implica que as propriedades médias da atmosfera não possam ser bem previstas. Em particular, é preciso lembrar que parte significativa da variabilidade climática é forçada para variações lentas da forçante solar (induzidas, por exemplo, por variações orbitais da Terra) e ou variações lentas dos oceanos (como os El Niños e La Ninas). Podemos descrever com razoável precisão, quais são os efeitos dos Ninos e Ninas no clima de várias regiões do globo. Mas ainda temos dificuldade em prever detalhes, como, por exemplo, uma chuva num determinado local no prazo de vários dias.
Por outro lado, a não linearidade do sistema climático implica em transferência de energia entre diferentes escalas temporais e espaciais. Em outras palavras: erros nas pequenas escalas podem efetivamente levar a erros nas escalas maiores. É exatamente por esta razão que continuamos a investir em pesquisas para aprimorar a descrição das menores escalas dos fenômenos atmosféricos. Não vai demorar muito para chegarmos os ponto de os modelos atmosféricos poderem descrever fenômenos na escala da nuvens convectivas (i.e., poucos km) no domínio global. Temos argumentos teóricos que nos indicam que esse é o caminho mais seguro para aperfeiçoar a modelagem climática.
Entretanto, não podemos esperar pelo aumento da capacidade de cálculo dos computadores (estima-se que vamos ter computadores com a capacidade desejável para simulações climáticas de alta resolução em 15-20 anos). Portanto, no momento temos que usar os modelos de baixa resolução e validá-los nas grandes escalas. Temos modelos com notável destreza na reprodução das características fundamentais do clima nas escalas maiores. Esses modelos podem não ter a capacidade desejada de simular as pequenas escalas. Mas ainda assim conseguem fazer um notável trabalho nas escalas maiores. Portanto, dada a incerteza dos modelos, temos que trabalhar com um grande conjunto de cenários produzidos por diferentes modelos. Isto é, temos que amostrar a incerteza nos modelos. O IPCC/2007 fez um notável trabalho nesta linha e fornece previsões probabilísticas. Portanto, reconhece-se a incerteza dos modelos. Temos que lidar com essa incerteza de forma absolutamente clara.

CONTINUA NA PRÓXIMA SEMANA

Um dos principais assuntos no noticiário recente tem sido a discussão sobre os riscos de racionamento de energia, devido à falta de água nos reservatórios. O assunto possui vários elementos desconhecidos pela sociedade que estão interligados.
O sistema de produção de energia brasileiro possui cerca de 84 % de capacidade instalada de energia hídrica e o restante de térmicas (com vários combustíveis), A gestão do sistema procura maximizar a geração hídrica, pois o combustível é muito barato e minimizar a geração térmica onde o combustível é mais caro (petróleo, carvão, gás e nuclear). Nesta gestão, é utilizada a curva de aversão ao risco, ou seja, quando os reservatórios ficam abaixo de um determinado nível é necessário economizar água (única forma de armazenar energia em grande escala) e são acionadas as térmicas. Em 2001 a disponibilidade de térmicas era menor e a seca foi mais severa. Neste ano, até agora, a disponibilidade de térmicas é maior (apesar do aumento da demanda) e as chances de falta de oferta é menor, mas o país está crescendo em taxas altas com maior demanda de energia e a questão passa para o próximo verão em 2009.
Os riscos do futuro envolvem dois fatores estratégicos de longo prazo, além da ampliação da capacidade instalada:

•A variabilidade climática das últimas décadas mostra que desde o início de 1970 houve aumento da ordem de 30% na vazão dos rios da região Sudeste e Sul do Brasil. Portanto, para a mesma capacidade instalada é possível gerar uma energia média maior. Observa-se que a vazão dos rios possui correlação com indicadores oceânicos do Pacífico e alguns do Atlântico. Estes são resultados do ainda desconhecido funcionamento climático do globo (provavelmente com pequena influência da mudança climática). Alguns destes indicadores como PDO (Pacific Decadal Oscillation) indicam que existem períodos de 20 a 30 anos acima e abaixo da média. O período de 1970 a 2000 representaria uma fase quente, com maiores vazões, e estaríamos desde o início da década, numa fase mais fria, portanto diminuindo as vazões. Se esta freqüência de vazões menores retornar a valores próximos aos que se observou antes de 70, a disponibilidade de produção média de longo prazo poderia cair de forma importante, que teria que ser compensada por térmicas ou por outras hidrelétricas. Portanto, a grande incógnita é qual a efetiva produção média considerando estes patamares de variabilidade climática?
• Numa cascata de hidrelétricas existem 1 a 3 reservatórios com volume para garantir a produção e vários que possuem altura (já que a energia depende da vazão e do desnível de água). Como os primeiros inundam áreas maiores, têm maiores conflitos sócio-ambientais a serem resolvidos e potencial de menor demanda nos leilões, o que demoram a serem construídos. Ao longo do tempo a tendência é possuir capacidade instalada, mas menor o volume, o que faz com que o período crítico diminua e os riscos de falha aumentem.
Para atuar sobre estes problemas estruturais é necessário melhorar o conhecimento sobre a variabilidade climática e aprimorar a previsão integrada climática – hidrológica, para permitir mais informações na gestão do risco do sistema, além da diversificação da matriz energética.

Nas cidades de parte do Sul e Sudeste estamos no período das inundações, quando as chuvas são freqüentes juntamente com as inundações. Na maioria das cidades brasileiras tem sido observadas inundações freqüentes devido a acelerada impermeabilização do solo e canalização do escoamento. Isto produz aumento da magnitude das inundações na drenagem, erosão do solo e piora na qualidade da água das cidades.
Para resolver isto infelizmente os decisores investem em canais que aumentam o problema com custo muito maior do que seria necessário para uma solução sustentável através de amortecimento ou infiltração. Enquanto o amortecimento custa da ordem de R$ 10 mil/ha de bacia, a canalização poderá custar da ordem de R$80 a 140 mil/ha de bacia para transferir para jusante estas inundações.
O mais absurdo disto que na maioria das vezes estes projetos nem mesmo Avaliação ambiental possuem e o próprio poder público é o causador dos impactos com as obras de canalização. Qualquer pessoa que sofra uma inundação deste tipo, tecnicamente poderia processar o município na medida que além de desenvolver projetos que aumentam os problemas, também aprova projetos que aumentam o escoamento para jusante.
Por que isto ocorre? Devido a defasagem dos engenheiros que atuam na drenagem, interesse em projetos com custo maior por tudo que cerca uma obra maior, desconhecimento dos decisores e da própria sociedade que pede sempre a construção de uma obra, sem busca de sustentabilidade.
Para evitar isto é necessário que no planejamento da cidade sejam desenvolvidas normas para o controle na fonte do aumento do escoamento e dos impactos relacionados com a erosão e a qualidade da água. Porto Alegre é uma das poucas (se não única cidade) com controle do escoamento na fonte, mas nenhuma cidade brasileira possui controle sobre os outros dois impactos (erosão e qualidade da água). O Plano Diretor de Drenagem Urbana é essencial para controlar os impactos existentes e incluir as normas mencionadas.
Portanto, se na sua cidade estiver sendo construído um canal ou ampliado um conduto e você estiver morando a jusante, procure saber mais sobre o assunto, pois é provável que a sua casa possa receber inundação depois concluída a obra. Neste caso, procure se manifestar para suspender as obras que transfiram prejuízos. Veja no site pub;icações sobre o assunto.

As metas do milênio das Nações Unidas (MDG) envolvem entre outras a redução da pobreza e como fatores principais a redução do deficit em abastecimento de água e esgoto pela metade até 2015, da mesma orma que redução da vulnerabilidade das pessoas aos riscos como inundações.
Infelizmente o Plano Nacional de Recursos de 2006 pouco aborda estes temas considerando que o déficit de tratamento de esgoto no país está em cerca de 80% to total da água coletada para abastecimento. Da mesma a vulnerabilidade as inundações de grande parte da população, na sua maioria de baixa renda é pouco considerado.
Um dos principais instrumentos para ãtuar sobre estas questões é a gestão integrada dos recursos hídricos (IWRM em Inglês de Integrated Water Resource Management). Em 2002 em Johanesburgo foram definidos pelos países que os Planos de Recursos Hídricos seriam os instrumentos de implantação do IWRM.
A gestão integrada envolve vários princípios que estão na lei brasileira, o que faltam são metas quantiativas e recursos definidos para atuar sobre as questões.
A gestão integrada envolve atuar sobre o conjunto dos aspectos numa bacia e não de forma fragmentada como se observa nas cidades onde água, saneamento, resíduos sólidos, drenagem e inundações são tratados de forma isoladas.
Para saber mais sobre o assunto entre em www.gwpforum.org e procure IWRM toolbox onde existem várias experiências internacionais sobre o assunto. Material sobre treinamento pode ser obtido www.cap-net.org onde existe um tutorial sobre o assunto em várias línguas e material de treinamento. Mantenha-se atualizado.
No caso de inundações existe um programa associado da WMO (Organização Meteorológica Mundial) e GWP (Global Water Partnership sobre inundações chamado APFM (Associate Program on Flood Management) www.apfm.info onde você encontrará em publicações uma série de documentos sobre o assunto, da mesma forma que estudos de casos. Ainda sobre este assunto existe o ICHARM (International Center for Water Hazard and Risk Management) www.icharm.pwri.go.jp criado pelo governo japonês e Unesco do qual sou vice-chairman do boarding. Ainda sobre informações sobre desastres naturais veja a entidade das Nações Unidas - International Strategy do Disaster Reduction www.unisdr.org/

Estamos inaugurando a sessão de entrevistas com o prof. Robin Clarke. Ele é formado em matemática e estatística em Oxford e Cambridge (graduação e doutorado), com mais de 35 anos de experiência em métodos quantitativos na hidrologia e recursos hídricos. Trabalhou na década de 70 e parte dos 80s no conhecido Institute of Hydrology em Wallingford, Inglaterra, e depois por seis anos como Diretor do Freshwater Biological Association (agora parte do Centre for Ecology and Hydrology, CEH, do UK Natural Environment Research Council). Publicou três livros na área de hidrologia estatística e muitos artigos em revistas científicas. Desde 1989 vem atuado como professor no IPH, intercalando períodos no exterior na NASA, IBM Yorktown Heights e a University of Plymouth, Inglaterra.

Tucci: Einstein dizia que “Deus” não jogava dados, Einstein estava errado ou “Deus” aprendeu?
Clarke: Os desenvolvimentos na física do século passado mostraram que Einstein, como o restante da humanidade, às vezes cometeu erros: um deles ocorreu quando ele disse que Deus não joga dados. Conforme a opinião do Professor Stephen Hawking, numa palestra muito divertida, (http://www.hawking.org.uk/lectures/dice.html) “toda a evidência indica que o Deus é um jogador viciado, que lança um dado sempre que seja possível.” Assim, parece que Deus não aprendeu jogar dados, mas sempre jogava!

Tucci: Na sua opinião quais as maiores contribuições da estatística em hidrologia e recursos hídricos?
Clarke: Acho que a maior contribuição de estatística em hidrologia e recursos hídricos é a quantificação da incerteza de eventos que possam ocorrer no futuro, ou que possam ocorrer em locais onde não existem dados. A teoria de decisão, que é intimamente vinculada à estatística, também apresenta métodos para a tomada de decisão no contexto do planejamento de recursos hídricos, a partir dos conceitos de utilidade e a seleção da decisão que maximiza a utilidade esperada. Um livro muito interessante sobre a quantificação de incerteza (não especialmente na área de recursos hídricos, mas também em muitas outras áreas de ciência e da vida pessoal) é “Understanding Uncertainty” (2006) por D V Lindley. Este autor foi o meu professor de estatística quando estudava na University of Cambridge, e é famoso por introduzir os métodos bayesianos que são extensivamente utilizados tanto em recursos hídricos como em outras áreas de ciência. (Ele era o único professor, na minha experiência, que recebeu uma ovação espontânea dos seus alunos, todos em pé, ao fim da última aula de uma disciplina de estatística.)

Tucci: Com a alteração do uso do solo e as mudanças climáticas o desafio moderno é projetar o futuro com séries não-homogêneas, além de revisar os projetos em funcionamento, Como fazer isto com a Estatística de hoje?
Clarke: Na hidrologia estatística clássica, as freqüências de eventos ocorridos fornecem informações sobre a freqüência dos mesmos no futuro, porque foi razoável supor que os registros hidrológicos de precipitação e de vazão eram “estacionários”, com as medições flutuando em torno de um valor médio constante, e com dispersão que também foi homogênea. Mas na presença de mudanças climáticas, a suposição básica de estacionaridade não é mais apropriada: as freqüências (por exemplo, a freqüência de enchentes e de chuvas intensas) estão mudando, e o nosso conhecimento das causas é limitado demais para prever como as características da vazão e da precipitação mudarão no futuro. Mesmo que, no passado, fosse razoável falar de uma inundação com período de retorno 100 anos, a utilidade da medida de freqüência é muito menor na presença de mudanças climáticas. Ainda é possível utilizar as (três) axiomas da teoria de probabilidade para calcular a probabilidade dos eventos que não ocorreram no passado (por exemplo, o rompimento de uma barragem de grande porte, ou a falha de um sistema de distribuição de água ou de energia). Com tais eventos, a estimativa “freqüentista” não é possível. A obtenção das suas probabilidades é um pouco mais complicada, porque estamos entrando no campo de probabilidades subjetivas. A abordagem mais útil é pela introdução de eventos adicionais que são relacionados ao evento de interesse, e pela aplicação das leis de probabilidade condicional. Isto é muito semelhante ao método utilizado para determinar as coordenadas de um ponto na preparação de um mapa regional (pelo menos antes da invenção de GPS): foi necessário conhecer outros pontos na região, e calcular os ângulos até o ponto de interesse. Assim o local do ponto foi determinado a partir de um processo de triangulação, e o calculo de probabilidades (ou “graus de crença”) é semelhante.
Algumas pessoas opinam que uma probabilidade obtida “subjetivamente” tem valor menor que a probabilidade “freqüentista” baseada no uso de dados. Mas a “objetividade” de uma probabilidade de um evento calculada a partir da sua freqüência de ocorrência no passado também é sujeita a críticas por ser subjetiva. Isto é porque uma freqüência calculada a partir de uma amostra de dados – suposta uma amostra aleatória - é usada como uma estimativa da probabilidade numa população. Mas qual população? Um exemplo da vida quotidiana ocorre quando eu quero comprar seguro de vida; o assessor de seguros pode consultar uma tabela que mostra o número esperado de anos de vida, na população, de uma pessoa da minha idade. Mas qual população? A população de brasileiros? De europeus? De europeus que moram na América do Sul? De europeus que moram no Brasil com o meu padrão de vida? Logo a população consiste de uma pessoa, eu. Assim os conceitos de uma “população” e de uma “amostra aleatória” tirada desta população são muito questionáveis.

Tucci: Com a redução do risco e da incerteza é possível chegar ao determinísmo?
Clarke: Não: veja a palestra do Hawking mencionada acima. Einstein, como o filósofo Laplace do século anterior, acreditava que, dadas as posições e velocidades de todas os partículas no universo, seria possível – teoricamente! – calcular as suas posições e velocidades em qualquer tempo do futuro. Mas agora sabemos que isto nunca é possível (mesmo se existisse um computador suficientemente grande para fazer os cálculos, antes do fim do nosso universo!).