Ciência do Sistema Terrestre e Desenvolvimento

Antonio Antonio MiguelMiguel V. Monteiro V. Monteiro {miguel@dpi.inpe.br }

REDE GALILEU – Petrobras , RJ – 8 de Fevereiro de 2007

Sistema Terra: A Agenda do INPE

Quem SomosQuem Somos

03/08/6103/08/61 Dec. No 51.133 Dec. No 51.133 Cria o Grupo de Organização da Comissão Nacional de Atividades Espaciais (GOCNAE).Cria o Grupo de Organização da Comissão Nacional de Atividades Espaciais (GOCNAE). 22/04/71 22/04/71 Dec. No 68.532 Dec. No 68.532 Extingue o GOCNAE e cria o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)Extingue o GOCNAE e cria o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE

Portaria Principal, Sede do INPE em São José dos Campos, SPPortaria Principal, Sede do INPE em São José dos Campos, SP

Sede do INPE, Vista Área, 2004, em São José dos Campos, SPSede do INPE, Vista Área, 2004, em São José dos Campos, SP

45 anos em 45 anos em 20062006

Quem SomosQuem Somos

Aprox. 1300 Funcionários permanentesAprox. 1300 Funcionários permanentes ~300 Doutores, ~400 MsC e Engenheiros, ~200 ~300 Doutores, ~400 MsC e Engenheiros, ~200

Técnicos, ~400 AdministrativosTécnicos, ~400 Administrativos

Aprox. 2500 Aprox. 2500 Pesquisadores, Bolsistas, ContratadosPesquisadores, Bolsistas, Contratados (Financiamentos Diversos) (Financiamentos Diversos)

[ ~600 Estudantes Doutorado/Mestrado em 6 [ ~600 Estudantes Doutorado/Mestrado em 6 Programas]Programas]

Onde Estamos: Nossas Instalações Nacionais

INPE – Cachoeira Paulista – SP Produção Imagens/CPTEC/LAS-Combustão

Onde Estamos: Onde Estamos: Nossas Instalações Nacionais

INPE - Centro Regional SulEstação de São Martinho da Serra – RS (foto)Sede em Santa Maria – RS (Campus UFSM)

INPE – Atibaia – SP Radio-Observatório de Itapetinga

INPE – São Luís – MA Observatório Espacial de São Luís

INPE – Eusébio – CERádio-Observatório Espacial do Nordeste - ROEN

INPE – São Paulo – SP – Universidade Presbiteriana Mackenzie Centro de Radioastronomia e Aplicações Espaciais - CRAAECentro de Rádio-Astronomia e Astrofísica Mackenzie – CRAAM

INPE – Natal  – RN – Centro Regional NatalCampus da Universidade Federal do RN

INPE – Cuiabá – MTUnidade Regional de Cuiabá - ETC

O Problema ou a Oportunidade ?

O recém divulgado relatório do IPCC sobre a base científica das mudanças climáticas conclui, com acima de 90% de confiança, que o aquecimento global dos últimos 50 anos é causado pelas atividades humanas

O Brasil é vulnerável às mudanças climáticas atuais e mais ainda às que se projetam para o futuro 

Fon

te:

I PC

C 2

007

WG

I A

R4

Cenários de Emissões:A2 = “Business as usual” (850 ppm em 2100)A1B = emissões crescem até 2050 depois decrescem (720 ppm em 2100)B1 = emissões crescem pouco até 2030 e decrescem para estabilização em 550 ppm

Previsões de aquecimento global até 2100 para diferentes cenários de emissões

Aumento das chuvas naBacia do Prata no verão

Diminuição das chuvas no Brasil no

inverno

Fonte: IPCC 2007 WGI AR4

Mudanças na Precipitação para 2090-2099 (% relativa a 1980-1999) para Cenário A1B

Tmin

subiuquase1 C!

Projeto Mudanças Climáticas (colaboração INPE, USP, FBDS)Relatório 2 (Obregón e Marengo, 2007)

Temperaturas médias subiram de 0,7 C nos últimos 50 anos no Brasil!

Causa do Aumento das

Chuvas:Variabilidade

Natural ouAquecimento

Global?

Aumento das chuvas no Sul do Brasil (1951-2002)

Projeto Mudanças Climáticas (colaboração INPE, USP, FBDS)Relatório 2 (Obregón e Marengo, 2007)

Anomalias de chuva anual [(2071-2100)- (1961-90)] em mm/dia

A2

A2

Anomalias da temperatura anual [(2071-2100)- (1961-90)] em oC

B2

B2

Seco

SecoSeco

Seco

QuenteQuente

Projeto do INPE de Mudanças Climáticas (colaboração INPE, USP, FBDS)

Mudanças Climáticas e a Cultura do Café Arábica em Minas Gerais

Verde: áreas mais propícias

Futuro dos Biomas Amazônicos?

fontes: Oyama and Nobre, 2003 e Salazar, Oyama and Nobre, 2007

“Savanização” da Amazônia: um estado de equilíbrio na relação bioma-clima?

floresta savana caatinga campos deserto

2000 2100

Impactos potenciais das mudanças climáticas no Brasil

Ecossistemas Naturais Zonas Costeiras Agricultura e Silvicultura Recursos Hídricos Saúde Humana Desastres Naturais Energias Renováveis

Atmospheric Physics/Dynamics

Tropospheric Chemistry

Global Moisture

Ocean Dynamics

MarineBiogeochemistry

Terrestrial Ecosystems

Terrestrial Energy/Moisture

Climate Change

Pollutants

CO2

CO2

Soil

Land Use

Physical Climate System

Biogeochemical Cycles

Human Activities

(from Earth System Science: An Overview, NASA, 1988)

Terra como um Sistema

Limites para os Modelos

source: John Barrow(after David Ruelle)

Complexity of the phenomenon

Un

cert

ain

ty o

n b

asic

eq

uati

on

s

Solar System DynamicsMeteorology

ChemicalReactions

HydrologicalModels

ParticlePhysics

Quantum Gravity

Living Systems

GlobalChange

Social and EconomicSystems

Rede Brasileira de Mudanças Climáticas (MCT)

Programa CLIMA – FAPESP

Centro de Ciência do Sistema Terrestre (INPE)

Cenário Brasil: Simulação Cenário Brasil: Simulação Sistema terrestreSistema terrestre

Rede Brasileira de Mudanças Climáticas

Cenários futuros de mudanças Cenários futuros de mudanças climáticasclimáticas

Impactos em Agricultura, Energias Impactos em Agricultura, Energias Renováveis, Desastres Naturais, Renováveis, Desastres Naturais, Gerenciamento de Ecossistemas, Gerenciamento de Ecossistemas, Recursos Hídricos, Zonas Costeiras, Recursos Hídricos, Zonas Costeiras, SaúdeSaúde

Rede Brasileira de Mudanças Climáticas

Estudos sobre Adaptação às Estudos sobre Adaptação às Mudanças ClimáticasMudanças Climáticas

Tecnologias para Mitigação de Tecnologias para Mitigação de Emissões de Gases de Efeito EstufaEmissões de Gases de Efeito Estufa

INPE: Visão de Futuro

Como o ambiente da Como o ambiente da Terra está mudando, e Terra está mudando, e quais as consequências quais as consequências para a nossa para a nossa civilização?civilização?

fonte: IGBP

Centro de excelência interdisciplinar em Ciência do Centro de excelência interdisciplinar em Ciência do Sistema TerrestreSistema Terrestre

Agenda INPE 2007-2015

Agenda CientíficaAgenda Científica Resposta brasileira às mudanças globaisResposta brasileira às mudanças globais

Agenda TecnológicaAgenda Tecnológica Programa espacial gerando inovação na indústriaPrograma espacial gerando inovação na indústria

Agenda SocialAgenda Social Benefícios sociais do programa espacialBenefícios sociais do programa espacial

Saúde, cidades, gestão pública, defesa civil, Saúde, cidades, gestão pública, defesa civil, energiaenergia

Desafio: Aproveitar a Oportunidade

Uma Janela de oportunidade se Uma Janela de oportunidade se apresenta para o estabelecimento de apresenta para o estabelecimento de uma agenda técnico-científica avançada, uma agenda técnico-científica avançada, mobilizadora e integradora. mobilizadora e integradora.

Para isso faz-se necessário planejar e Para isso faz-se necessário planejar e organizar as vocações institucionais, organizar as vocações institucionais, ampliando a agenda científica ampliando a agenda científica para para além das mudanças climáticasalém das mudanças climáticas, com , com um caráter único e inovador, um foco um caráter único e inovador, um foco temático na interface entre temático na interface entre Ciência Ciência do Sistema Terrestredo Sistema Terrestre e uma e uma agenda agenda de Desenvolvimentode Desenvolvimento para o País. para o País.

Essa temática caracteriza a Essa temática caracteriza a idéia-idéia-forçaforça do INPE:Uma agenda focada do INPE:Uma agenda focada em em

Ciência do Sistema Terrestre Ciência do Sistema Terrestre DesenvolvimentoDesenvolvimento.

O Grande Desafio ...

... ... sem respostasem resposta, de como obter , de como obter desenvolvimento econômico e socialdesenvolvimento econômico e social com base com base na equidade enquanto, ao mesmo tempo, se na equidade enquanto, ao mesmo tempo, se reduz a pressão sobre as variáveis ambientais do reduz a pressão sobre as variáveis ambientais do sistema, produz ...sistema, produz ...

... a grande oportunidade para a formulação de ... a grande oportunidade para a formulação de uma agenda para as aplicações e inovações uma agenda para as aplicações e inovações derivadas de um programa em derivadas de um programa em Ciência do Ciência do Sistema TerrestreSistema Terrestre..

PE do INPE: Dezembro de 2006Painel Internacional: Earth System Science

Estudos Encomendados:

Earth System Science in Brazil: Point of ViewEarth System Science in Brazil: Point of View Guy P. BrasseurGuy P. Brasseur

Earth and Sun System LaboratoriesNational Center for Atmospheric Earth and Sun System LaboratoriesNational Center for Atmospheric ResearchBoulder ColoradoUSAResearchBoulder ColoradoUSA

Human Dimensions of Earth System ScienceHuman Dimensions of Earth System ScienceSubsídios para o Painel Internacional sobre a Ciência do Sistema Subsídios para o Painel Internacional sobre a Ciência do Sistema

TerrestreTerrestreDaniel Joseph HoganDaniel Joseph Hogan

NEPO, Universidade Estadual de CampinasNEPO, Universidade Estadual de Campinas

A Study on Earth System ScienceA Study on Earth System ScienceJ. Shukla, J. L. Kinter III, P. R. HouserJ. Shukla, J. L. Kinter III, P. R. Houser

President, Institute of Global Environment and Society (IGES)President, Institute of Global Environment and Society (IGES)Director, Center for Ocean-Land-Atmosphere Studies (COLA)Director, Center for Ocean-Land-Atmosphere Studies (COLA)

Director, Center for Research on Environment and Water (CREW)Director, Center for Research on Environment and Water (CREW)

Painel de Especialistas: Recomendações

Uma contribuição única para um Uma contribuição única para um programa em programa em Ciência do Sistema Ciência do Sistema Terrestre, Terrestre, no caso do Brasil, seria o no caso do Brasil, seria o seu estabelecimento em torno de seu estabelecimento em torno de uma temática: uma temática: Ciência do Sistema Ciência do Sistema Terrestre e DesenvolvimentoTerrestre e Desenvolvimento, que , que não se encontra na agenda globalnão se encontra na agenda global e e estabelece uma necessidade do paísestabelece uma necessidade do país

Painel de Especialistas: Recomendações

CST no Brasil: produção regular de CST no Brasil: produção regular de cenários ambientais em décadascenários ambientais em décadas, em , em estreita colaboração com centros estreita colaboração com centros mundiais que fazem projeções na escala mundiais que fazem projeções na escala de séculosde séculos

Competências no INPE em Ciência do Sistema Terrestre

Centro para Supercomputação em Centro para Supercomputação em Modelagem: OperacionalModelagem: Operacional

Modelagem atmosférica, oceânica, da Modelagem atmosférica, oceânica, da cobertura vegetal e de usos da terra cobertura vegetal e de usos da terra e produtos de previsão de tempo e e produtos de previsão de tempo e climaclima

Competências no INPE em Ciência do Sistema Terrestre

Modelagem e interações Sol-TerraModelagem e interações Sol-Terra

Aplicações de dados de sensoriamento Aplicações de dados de sensoriamento orbitalorbital

Controle de operações de satélites e Controle de operações de satélites e estações de coleta de dadosestações de coleta de dados

Competências no INPE em Ciência do Sistema Terrestre

Um programa em Ciência do Sistema Terrestre, no INPE, que deve observar e estabelecer e/ou consolidar as colaborações necessárias com outros programas similares e/ou em áreas complementares já existentes no país e no mundo.

Foco Técnico-Científico:Interfaces para Modelos Regionais e Locais

Interface Sol-TerraInterface Sol-Terra

Interface oceano-atmosferaInterface oceano-atmosfera

Interface terra-atmosferaInterface terra-atmosfera

Interface terra-oceanoInterface terra-oceano

Interface tempo-climaInterface tempo-clima

Interface clima-sociedadeInterface clima-sociedade

Interface química-climaInterface química-clima

Interfaces entre sistemas biofísicos e Interfaces entre sistemas biofísicos e sociaissociais

x insuficiente competência nacional

X

XX

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X X

X X

X

Interfaces

Modelos Regionais/Modelos Locais

Capacidade Instalada no INPE paraSimulação do Sistema Terra

NEC SX-6

Onde Estamos: Infra-Estrutura de Supercomputação

1994 1998 2004

1PByte

2007: Cluster Massivamente Paralelo de 1.100 processadores e 5.7 TFlops

40 TFlops + armazenamento e energia

Nos próximos 5-10 anos, o desenvolvimento Nos próximos 5-10 anos, o desenvolvimento de uma nova geração de modelos e de de uma nova geração de modelos e de métodos análise de dados vai necessitar de métodos análise de dados vai necessitar de um pequeno número de centros de um pequeno número de centros de modelagem com facilidades computacionais modelagem com facilidades computacionais com a capacidade de cálculo na ordem de com a capacidade de cálculo na ordem de petafloppetaflop ( (capability machinescapability machines) e vários outros ) e vários outros centros com facilidades computacionais com centros com facilidades computacionais com a capacidade de cálculo na ordem de a capacidade de cálculo na ordem de teraflop teraflop ((capacity machinescapacity machines). ).

Onde Precisamos Estar: TFlops Center

O Brasil deve buscar estabelecer O Brasil deve buscar estabelecer facilidades computacionais da facilidades computacionais da ordem de ordem de teraflopteraflop , e deve , e deve estabelecer uma forte conecção estabelecer uma forte conecção com as facilidades globais na com as facilidades globais na escala de escala de petafloppetaflop.

Onde Precisamos Estar: TFlops Center

Ciência do Sistema TerrestreCiência do Sistema Terrestre no no Brasil deve centrar sua operação em Brasil deve centrar sua operação em produzirproduzir, em bases regulares, , em bases regulares, cenários ambientais de 1 a 10cenários ambientais de 1 a 10 anosanos, , com com modelos em escala localmodelos em escala local e e regionalregional, e trabalhar em , e trabalhar em cooperação cooperação estreitaestreita com os centros que com os centros que produzem projeções de 100 anos na produzem projeções de 100 anos na escala globalescala global

O Que Produzir

Uma Infra-Estrutura de Uma Infra-Estrutura de 20 TFlop Pico20 TFlop Pico ExclusivaExclusiva para os Modelos Integrados para os Modelos Integrados Regionais e LocaisRegionais e Locais

( Poderíamos começar com 10 TFlop Pico !! )( Poderíamos começar com 10 TFlop Pico !! )

TFlop Center para esta Agenda

Programa CLIMA - FAPESP: Estágio Atual

Programa FAPESP de Pesquisas em Programa FAPESP de Pesquisas em Mudanças Climáticas Globais: agenda Mudanças Climáticas Globais: agenda científica e recursos anuais já científica e recursos anuais já definidos (R$ 12 milhões/ano por 10 definidos (R$ 12 milhões/ano por 10 anos)anos)

Baseado em programas anteriores de Baseado em programas anteriores de sucesso: Genoma, Biotasucesso: Genoma, Biota

Organização do programa FAPESPOrganização do programa FAPESP

Chamadas periódicas de projetos de Chamadas periódicas de projetos de pesquisapesquisa

Comitê CientíficoComitê Científico

Coordenação Executiva (INPE)Coordenação Executiva (INPE)

International Advisory BoardInternational Advisory Board

Revisões bi-anuais Revisões bi-anuais

Compartilhar “International Advisory Compartilhar “International Advisory Board” entre os programas FAPESP-MCTBoard” entre os programas FAPESP-MCT

Compartilhar Coordenação Executiva da Compartilhar Coordenação Executiva da Rede Nacional MCT com o programa Rede Nacional MCT com o programa FAPESP (INPEFAPESP (INPE))

FAPESP considera co-financiar (20%) o FAPESP considera co-financiar (20%) o supercomputador do INPEsupercomputador do INPE

Programa CLIMA - FAPESP: Estágio Atual

1.1. Centro consolidado na área de previsão Centro consolidado na área de previsão de tempo e clima com extensivo uso de de tempo e clima com extensivo uso de modelos numéricos computacionais modelos numéricos computacionais apoiados em máquinas de alto apoiados em máquinas de alto desempenhodesempenho

2.2. Centro consolidado na área de aplicações Centro consolidado na área de aplicações de dados de sensoriamento orbital e com de dados de sensoriamento orbital e com o controle da operação de satélites e o controle da operação de satélites e estações de coleta, recepção e estações de coleta, recepção e distribuição de dados orbitais variadosdistribuição de dados orbitais variados

O que o INPE tem a Oferecer

3. História de competência técnico-científica, que inclui grupos de excelência com trabalhos em várias das áreas associadas a Ciência do Sistema Terrestre

4. Experiência consolidada em cooperações técnico-científicas internacionais com diversos graus de participação em grandes projetos interdisciplinares e inter-institucionais e interfaces com os centros globais de modelagem e simulação

5. O INPE tem relações estabelecidas e consolidadas com os grandes centros de modelagem climática e ambiental no mundo INPE tem uma Agenda

6. O INPE tem uma Agenda

Palavra Mágica ( Díficil !) : Cooperação !!

Obrigado!

Cortesia do Slide: Guy Brasseur, NCAR, EUA