La iniciativa CREAS (Cenários Climáticos REgionalizados de Mudança de Clima para América do Sul) en Suramérica: primeros resultados.

Jose A. MarengoCPTEC/INPE,

São Paulo, Brazil(marengo@cptec.inpe.br)

Foreign & Commonwealth

Office

A2 High GHG Emissions Scenario

B2 Low GHG

Emissions Scenario

Anomalías de lluvia (mm/dia) de modelos de IPCC TAR A2 y B2 para 2091-2100 (en relación a 1961-90)

Nobre et al., 2004

A2 High GHG Emissions Scenario

B2 Low GHG Emissions Scenario

Nobre et al., 2004

Anomalías de temperatura ( C) de modelos de IPCC TAR A2 y B2 para2091-2100 (en relación a 1961-90)

Analisis regionalesUsando modelos de IPCC TAR

Amazonia

Nordeste

Sul-Parana

Pantanal

AMAZÔNIA:LAT: 4,5° N - 12°S

LON: 46,5° W – 74,5° W

NORDESTE:LAT: 2° N – 16,5°S

LON: 32,5° W – 45° W

PANTANAL:LAT: 13,5° N – 23°S

LON: 52° W – 60,5° W

SUL-PARANÁ:LAT: 17° N – 33,5°S

LON: 43,5° W – 54° W

Anomalias regionales de temperatura ( C) de 6 modelos de IPCC TAR

Anomalias regionales de lluvias (mm/dia) de 6 modelos de IPC TAR

0

2

4

6

8

10

12

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

CCCMA CCSR/NIESCSIRO GFDLHadCM3 CRU

0

2

4

6

8

10

12

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

CCCMA CCSR/NIESCSIRO GFDLHadCM3 CRU

Amazônia - A2Amazônia - B2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

CCCMA CCSR/NIESCSIRO GFDLHadCM3 CRU

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

CCCMA CCSR/NIESCSIRO GFDLHadCM3 CRU

Nordeste - A2Nordeste - B2

Variación estacional de lluvia em Amazonia y Nordeste, escenariosA2, B2 para 2050-2100

CRU

CRU

CRU

CRU

Tendency (1960-2000) WGCM IPCC AR4 20C3M

para prec>10mm (r10)

OBSV

Marengo et al. (2006) IPCC-AR4 AOGCMS

Tendency (1960-2000)

WGCM IPCC AR4 20C3M

Warm nights (tn90)

IPCC-AR4 AOGCMS

OBSV

Regional trends-SE SESA

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 20000

10

20

30

40

50

60

Day

s

Caixa1 Regional Mean for r10

StationsKrigedStationsMIROCGFDL0GFDLCCSMCNRMINMMIRMEDPCM

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 20004

6

8

10

12

14

16

18

20

22

%

Caixa1 Regional Mean for tn90

StationsKrigedStationsMIROCGFDL0GFDLCCSMCNRMINMMIRMEDPCM

Warm nights(TN90)

Prec>10mm (R10)

Marengo et al. (2006)

Modelos acoplados oceano-atmósfera (AOGCMs) son las herramientasmás comunmente usadas para generar proyecciones climáticas futuras

La resolución horizontal de los modelos usados aún es muy baja (~300 km), a nivel regional el clima puede ser afectado por circulacionesregionales. Entonces, los modelos globales no pueden representarexplícitamente detalles regionales que caracterizan el clima en unaregión, a una escala que sea de utilidad para estudios de impactos y evaluación de vulnerabilidad.

Downscaling estadistico, modelos Regionales de Clima (RCMs) o modelos globales de alta resolución (e.g. Earth Simulator, 20 km) son útiles generar escenarios climáticos con una resolución espacial más altapara estudios de impactos y vulnerabilidad

Util: combinación de downscaling dinámico y estadístico para llegar a resoluciones aún mayores.

Limitaciones de proyecciones climáticas usando modelosglobales

Programas existentes de downscaling de escenarios de

cambio climático para estudios de impactos

• PRUDENCE – en EuropaAhora es ENSEMBLES

• NARCCAP – en Norte America

• CREAS – Cenários REgionais de Mudança de Clima para América do Sul

(Regional Climate ChangeScenarios for South America)

CREAS - ParticipantesJose A. Marengo, CPTEC/INPE

Carlos Nobre, Igor Pisnitchenko, Maria Valverde, Lincoln Alves, Wagner Soares, CPTEC/INPE, Tercio Ambrizzi, RosmeriRocha, IAG/USP, Eneas Salati, Eneida

Salati, FBDSColaboradores: Linda Mearns, NCAR,

Richard Jones, Hadley Centre,…

Aplicaciones de CREAS a estudios de impactos de cambio climático

El proyecto CREAS (Cenários Regionalizados de Clima para America do Sul) esuna inciativa del Brasil, financiada por el Global Environmental Facility y el Ministerio de Medio Ambiente de Brazil (GEF-Ministry of Environment/PROBIO) liderado por el CPTEC y con la colaboración de varios institutos del gobiernofederal de Brasil y varios institutos y programas nacionales de cambio climáticodel continente.

Financiamento adicional viene del gobierno del Reino Unido GOF-UK CLIMATE CHANGE & ENERGY PROGRAMME: Using Regional Climate Change Scenarios for Studies on Vulnerability and Adaptation in Brazil and South America, y del Programa Nacional de Cambio Climático del Ministerio de Cienciay Tecnología de Brasil.

Este proyecto tiene como finalidad la generación de escenarios climáticosfuturos en América del Sur, en apoyo a políticas ambientales de los gobiernospara enfrentar cambio climático, estudios de impactos, evaluaciones de vulnerabilidad y diseño e implementacion de mecanismos de adaptación. Unaaplicación es para la Segunda Comunicación Nacional de Brasil a UNFCCC

CREAS – Meta principal

Ofrecer escenarios de proyecciones de clima para el futuro en América del Sur, que sea de utilidad para estudios cientificos de detección y atribución de cambio climatico, másfundamentalmente para analisis de impactos, evaluaciones de vulnerabilidad frente a cambio climático, implementación de medidas de adaptación y mitigación.

Lo que se desea es que los resultados del proyecto puedan ser de grande ayuda a los diferentes sectores de la sociedad y gobierno, para general conciencia y alertar a los tomadores de decisiones e implementadores de políticas de que cambioclimático es una realidad, y que hay que preparar a la sociedadpara estudiarlo y enfrentarlo.

Metas de CREAS1. Análisis de incertidumbre en modelos regionales y en projecciones

regionales de clima usando modelos globales.

2. Desarrollo de escenarios climáticos regionales de alta resoluciónespacial para uso en modelos de impactos.

3. Evaluación de la performance de modelos regionales para cambioclimático en America del Sur.

4. Investigar las incertidumbres en modelaje climatica regional y en la técnica de downscaling (por ejemplo, la importancia de la compatibidad de la fisica entre los modelos a ser acoplados).

5. Establecer una grande colaboración entre grupos de modelajeregional de cambio climático en USA y Canada (NAARCAP) y de Europa (PRUDENCE), y de centros de modelaje como NCAR, Hadley Centre, Max Planck Institute, y servicios meteorólogicos y centros operacionales y de investigación en América del Sur, CIIFEN, RIOCC, IRI, IAI….

6. Trabajar con los programas nacionales de cambio climatico emAmérica del Sur proporcionando escenarios climaticos para el futuroa quien solicitar

Objetivos de CREAS

•Generar escenários de cambio climático futuro con alta resolución espacial para 2071-2071-2100 (inicialmente) para America del Sur. Escenarios para 2010-2030 y 2031-2070 están en preparación•Evaluar las incertidumbres en las proyecciones climáticas del futuro en los diferentesmodelos para América del Sur•Identificar y cuantificar los riesgos asociados a cambio climático en Brasil y América del Sur•Estimar cambios en extremos climáticos para estimar las probabilidades de cambios de estos fenomenos en el futuro•Demostrar el valor agregado de las proyecciones climáticas futuras por medio de suaplicación en modelos de impactos y sus efectos en sectors productivos de la sociedad(agricultura, aprovechamienti de recursos de agua, salud, turismo, pesca…)•Proveer de información climática y ambiental para evaluaciones socio-económicas y políticas y tomas de decisiones por agencias de gobiernos central y regionales así comodel sector publico y privado (incluyendo ONGs). •Colaborar (no interferir) con los países de América del Sur ofreciendo escenariosclimaticos futuros para sus análisis de vulnerabilidad y elaboración de lascomunicaciones nacionales de cada país a UNFCC. •Ofrecer entrenamiento en las generación y análisis de escenarios de cambio climáticofuturo para los países de la región, dirigidos (pero no exclusivamemte) a los puntosfocales de cambio climático en cada país

Componentes del Proyecto

• 1 AOGCMs –HadAm3P (Hadley Centre)

Este modelo fue condicion de contorno para correr estosmodelos regionales:

• RegCM3 (USP), Eta/CPTEC (CPTEC), HadRM3P • Dos time slices del modelo global :1961-90, 2071-2100. • Dominio sobre América del Sur• Escenarios SRES A2 y B2• 30 años clima del presente (control run) 1961-90 y 30

años clima futuro (2071-2100)

Cascada de Incertidumbres

Proyectando Impactos del Cambio Climático

Emisiones Escenarios desde población, energía y modelos económicos

ConcentracionesCO2, Metano, Sulfatos, etc.

Ciclo del Carbono y Modelos Químicos

Cambio Climático GlobalTemperatura, nivel del mar, etc.

Efectos RegionalesMontañas, Islas, extremos, etc.

ImpactosInundaciones, alimentos, etc.

Modelos climáticos globales

Modelos regionales

Modelos de Impactos

MAS, PRECISUruguay

PRECISPRECISGFDLUCLA

UruguayIMFIA/INIA

PRECISPRECISParaguayLIAPA

Peru, Valle delMantaro

RegCM2RegCM2CCSM2PeruIGP-SENAMHI

Eta, RegCM3, PRECIS

(2071-2100)America del

Sur

Eta, RegCM3, PRECIS

Eta, RegCM3,PRECIS

COLA/ CPTEC,

HadAm3P

BrazilCPTEC, USP

MM5, Eta,PRECIS

Sur de 20 S

MM5, Eta, PRECIS

MM5, Eta, PRECIS

HadAm3PArgentinaCIMA

Modelo Regional

Escenarios

Modelo RegionalControl

Modelo regionalfuturo

Modelo global

PaísInstitucion

Experiencias de uso de downscaling para cambio climático en América del Sur

Dominio de CREAS

A2, B2 Emission Scenarios

ECHAM5 CCSM3* HaDAM3P HadGEM1*

MM5CIMA/Argentina

RegCM3USP/Brazil

Eta*/CPTECCPTEC/Brazil

HADRM3Hadley Centre

REMOMPI/Germany

Downscaling de escenarios de cambio climático en S. América

1960-1990 current 2071-2100 futureProvide bounding conditions

*

•Segunda fase, para todo el periodo 2000-2100 y com el Eta/CPTEC mejoradoy extendido para cubrir América central

Products: (Paper, digital and GIS)-Maps of climate change projections for time slices, A2, B2 (and uncertainties)-Reports, publications…. ..

Impacts of climate change

Users and Decision makersGovernment and policy makers

Society, NGO, Academics

Downscaling (40-50 km)RCM (Eta, RegCM3,HadRM3*)

Vulnerability Assessments

Adaptation and mitigation measures

Development and Applications/UncertainitiesDetection

and attribution

CREAS- Estrategia de la Fase I-GOF UK

IPCC global models (HadAM3P)

Capacity building

Socioeconomic development

(*PRECIS)

HadRM3P

RegCM3

Eta/CPTEC

Precipitación Temperatura

Errores (sesgos) de precipitacióny temperatura

DJF- clima del presente 1961-90

HadRM3P

RegCM3

Eta/CPTEC

Error=Modelo-Obsv (CRU)

CRU: Climate Research Unit-UK

Seco

Seco

Seco

Frío

Frío

Caliente

Precipitación Temperatura

Errores (sesgos) de precipitacióny temperatura

JJA- clima del presente 1961-90

Error=Modelo-Obsv (CRU)

CRU: Climate Research Unit-UK

HadRM3P HadRM3PSeco

Frío

RegCM3 RegCM3Seco

Frío

Eta/CPTEC Eta/CPTECSeco

Frio

Causas:

-Problemas com los modelos global y/o regional-Problemas com lasobservaciones de CRU (pocasestaciones em areas tropicales, mucha interpolación)

B2 A2HadRM3P

RegCM3

Eta

HadRM3P

RegCM3

Eta

A2

A2

B2

B2

B2

A2

Anual-Anomalia daChuva (mm/dia)

Ensemble

Ensemble

América del Sur

HadRM3P

RegCM3

Eta

HadRM3P

RegCM3

Eta

B2

B2

B2

A2

A2

A2

A2

Anual-Anomalia daTemperatura ( C)Futuro-Presente

B2Ensemble

A2Ensemble

América del Sur

B2

A2 Eta HadRM3P RegCM3

Eta HadRM3PAnomalías de lluvia (anual) [(2071-2100)-(1961-90)]

RegCM3 Ensemble

Ensemble

B2 Eta HadRM3P RegCM3Anomalias de temperatura (anual) [(2071-2100)-(1961-90)]

Eta HadRM3P RegCM3A2 Ensemble

Ensemble

Ciclo anual de lluvia y temperatura (presente y futuro A2, B2)Valle del MantaroMANTARO

0

2

4

6

8

10

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

Meses

Prec

ipita

ción

(mm

/dia

) CRU BASE B2 A2

MANTARO

0

2

4

6

8

10

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

Meses

Prec

ipita

ción

(mm

/dia

) CRU BASE B2 A2

MANTARO

0

2

4

6

8

10

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

Meses

Prec

ipita

ción

(mm

/dia

) CRU BASE B2 A2

Eta

HadRM3P

RegCM3

MANTARO

5

7

9

11

13

15

17

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

Meses

Tem

pera

tura

(°C

)

CRU BASE B2 A2

MANTARO

5

7

9

11

13

15

17

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DICMeses

Tem

pera

tura

(°C)

CRU BASE B2 A2

MANTARO

5

7

9

11

13

15

17

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DICMeses

Tem

pera

tura

(°C)

CRU BASE B2 A2

Eta

HadRM3P

RegCM3

LLuvia Temperatura

OBSV (Obs)Baseline1961-90

B2 Eta HadRM3P RegCM3

B2 Eta HadRM3P RegCM3

Anual- [(2071-2100)-(1961-90)]-Valle del Mantaro

Anomalías de lluvia (mm/dia)

Anomalías de temperatura ( C)Ensemble

Ensemble

Anual- [(2071-2100)-(1961-90)]--Valle del Mantaro

Anomalías de lluvia (mm/dia)

Anomalías de temperatura ( C)

A2 Eta HadRM3P RegCM3

A2 Eta HadRM3P RegCM3 Ensemble

Ensemble

Problemas• Proyecciones de modelos regionales son sensibles a las

condiciones de contorno de los modelos globales. Los modelos regionales puedes ser analizados forzándolos con observaciones o reanálises (aun habría problemas en los Andes)

• Las proyecciones son sensibles también a la performance del modelo en representar el clima actual (problemas con parametrizaciones, inicialización de los modelos-humedad del suelo)

• Mejores proyecciones se obtendrían en regiones donde las observaciones sean mejores en extensión y cobertura (datos climáticos e hidrológicos e de experimentos de campo).

• Usuarios e investigadores de impactos y vulnerabilidad quieren escenarios más proximos (e. 2020, 2050) en forma deterministica

• Es mejor analizar los escenarios producidos por cada modelo regional y estadísticamente el “ensemble” sería mas representativo.

• Necesidad de tener una climatología de T e P para América del Sur (extensión de CALRIS) pues CRU tiene problemas

Cambio climático e impactos enagricultura em Brasil

HadAM3P(300 km)

A2

B2

2070-2100 Modelos de cultivo

2070-2100 “Crop Models”

Without AS:

(Current practices)

With AS:

(GDD, plant date, fert/irrig)

Ceres-trigo

Ceres-Maiz

CropGro

Ceres-Wheat

Ceres-Maize

CropGro

Baseline (1961-90)

PRECIS

HadRM3P(50 km)

IMPACTS OF CLIMATE CHANGE IN THE HYDROELECTRIC SECTOR. CASE STUDY: THE SÃO FRANCISCO RIVER BASIN

• Assessment of the influence of climate in the energy demand and supply

• Analysis of climatic and hydrologic regimes in a region Present climate/

Energy demand/Energy supply/Prices

Future climate/Energy demand/Energy supplyPrices

• Future hydrologic regimes in the region (changes in time and space)

• Future demand

• Future supply

• Analysis of vulnerability of the hydroelectric sector to climate change

Supply = f (climate mean and extremes, hydrology, capacity for generation…)Demand = f (climate mean and extremes, time of the year, population, economy, ,…)

•Demand of energy by sectors (MWh)•Capacity of generation (MW)•Mean temperature (°C)•Mean precipitation (mm)•Mean streamflow (m3/s)•Mean wind speed (km/h)•Mean relative humidity (%)•Climate extremes •Population growth•Economical growth•Market and prices

Climate change: means and seasonality (temperature, rain, extremes, streamflow, evaporation)

•Future demand of energy by sectors (MWh)•Future Capacity of generation (MW)•New climate change scenarios (mean and extremes) •Future Population growth•Future Economical growth•Future Market and prices

•Reformulation of the hydroelectric matrix•Risk analyses and mapping•Future prices (especulation)?•Other options of energy generation

CPTEC, CHESF, ONS, ANA, ANEEL, Secys. Water Resources, MMA, M Energy

Models (climate, hydrologyoperations, economy)

Elementos del proyecto

• Diseño experimental y acoplamiento de modelos globales-regionales

• Análisis estadísticos e obtención de ensembles • Análisis regionales:

– Amazonia – Nordeste de Brasil– Low level jet (monzón de América del Sur) – Cuenca del Río de la Plata– Indices de extremos climáticos– Region Andina

• Salidas de los modelos (individual y ensembles) a nivel de mapas y valores para la comunidad climáticas y de impactos-vulnerabilidad

• Colaboración con programas nacionales de cambio climáticode los países de la region

• Entrenamiento con apoyo de IAI, RIOCC y gobierno de Brasil

Progresos• Fase I. – Corridas de los 3 modelos regionales (Eta, RegCM3 y HadRM3)

y ensembles

• Fase II. – Evaluación de los nuevos modelos globales (CCMS3, ECHAM5, HadGEM1)

• Preparación para downscaling usando version mejorada y extendida del modelo Eta a 40 km con variaciones en concentración de CO2 y GHG

• Coordinación de esfuerzos con NAARCAP

• Organización de reuniones con usuarios de la comunidad de impactos y tomadores de decisiones.

• Preparación de articulos y publicaciones, implementación de web site para colocar a dospisición de usuarios las proyecciones climáticas del futuro derivados de CREAS.

• Contribución para la Segunda Comunicación Nacional de Brasil a UNFCCC

Futuro

• Contribucón con en PNCC de Bolivia para estudios de impacto climaticoen la salud en el pais.

• Contribución con CONAM, IGP y SENAMHI en Perú paraintercomparaciones con los modelos que ellos ya deberán estargenerando para la Segunda Cimunicación Nacional a UNFCCC

• Colaboración con el IRI para distribuir los escenarios climático futurosgenerados por CREAS en América del Sur

• Colaboración con RIOCC para entrenamiento en la generación y uso de escenarios climáticos

• Organizar una conferencia regional sobre impactos de clima y vulenabilidad en América del Sur

Products:-Maps of climate change scenarios (regional models)-A2, B2, A1B until 2100-Information usable in GIS-Papers, books, reports

Impacts of climate change

Government and decision makers, implementation of environmental

public policies

Vulnerability studies in key sectors

Adaptation measurements and mitigation

Developments and applications to key society sectors

Sustainable development, social aspects

II National Communication of Brazil to UNFCCC 2007, 2008

2006-2007

2006

Cronograma

Invitation to other countries in South America to use this data

Actions:Model development, numerical analyses, tests, validation

2005, 2006

Science oriented

Applications

Influencegovernment

Decision making

Impacts andvulnerability