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IV Simpósio Brasileiro de Geomática – SBG2017II Jornadas Lusófonas - Ciências e Tecnologias de Informação Geográfica - CTIG2017

Presidente Prudente - SP, 24-26 de julho de 2017p. 352-356

B.K. Veettil; S. F. Souza; J. C. Simões ISSN 1981-6251

VARIAÇÕES DAS GELEIRAS NAS CORDILHEIRAS APOLOBAMBAE CARABAYA, ANDES TROPICAIS, ENTRE 1975 E 2015 USANDO

SENSORIAMENTO REMOTO

BIJEESH KOZHIKKODAN VEETTIL

SÉRGIO FLORÊNCIO DE SOUZA

JEFFERSON CARDIA SIMÕES

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGSInstituto de Geociências

Porto Alegre - RS{bijeesh.veettil, sergio.florencio, jefferson.simoes}@ufrgs.br

RESUMO - Quantificação decenal da área das geleiras nas cordilheiras Carabaya (Peru) e Apolobamba (Bolívia-Peru) (14o00'-14o39'S, 69o14'-70o19'O) foi feita usando imagens Landsat. A perda média de área glacial estimada entre 1975 e 2015 nas cordilheiras Apolobamba e Carabaya foi de cerca de 50% e 79%, respectivamente. As geleiras situadas abaixo de 5.000 m a.n.m. foram quase desaparecidos (nas cordilheiras Apolobamba e Carabaya 93% e 95,5%, respectivamente). Durante este período, a área as geleiras acima de 5.500 m a.n.m. foram relativamente estáveis (13,5% e 31% em Apolobamba e Carabaya, respectivamente).

Palavras chave: Andes tropicais, Cordilheira Apolobamba, Cordilheira Carabaya, monitoramento glacial.

ABSTRACT – Decadal quantification of glacier area in the cordilleras Carabaya and Apolobamba in Peru and Bolivia (14°00′–14°39′S; 69°14′–70°19′W) was done using Landsat images. The estimated glacier mean area loss between 1975 and 2015 in the Cordillera Apolobamba and the Cordillera Carabaya was about 51% and 79%, respectively. Glaciers situated below 5000 m a.s.l. nearly disappeared (93% and 95.5% in the cordilleras Apolobamba and Carabaya, respectively) during this period, but glaciers above 5500 m a.s.l. were relatively stable (13.5% and 31% in Apolobamba and Carabaya).

Key words: Tropical Andes, Cordillera Apolobamba, Cordillera Carabaya, glacier monitoring.

1 INTRODUÇÃO

As geleiras tropicais são conhecidos por sua rápida resposta às perturbações climáticas (Vuille et al., 2008), porque sua sazonalidade de balanço de massas difere daquelas geleiras fora dos trópicos (Kaser, 1999). A acumulação apenas durante a estação chuvosa (verão austral) com ablação durante todo o ano é comum nos trópicos (Kaser e Osmaston, 2002, Sagredo e Lowell, 2012, Sagredo et al., 2014). No entanto, a acumulação e a ablação ocorrem ao longo do ano nos trópicos internos devido à falta de uma estação de precipitação específica (Kaser, 1999). As geleiras Andinas tropicais, particularmente na Bolívia e no Peru, funcionam como bons indicadores de mudança climática (Kaser e Osmaston, 2002) e atuam como amortecedores críticos dos recursos hídricos durante a estação seca (Vuille et al., 2008). Os riscos relacionados com as geleiras, como as inundações provocadas pelos lagos glaciares, constituem

outro perigo associado com o derretimento das geleiras (Chevallier et al., 2011).

Neste estudo, analisamos a evolução das geleiras nas últimas décadas (1975 - 2015) em duas cadeias de montanhas, a Cordillera Carabaya e a Cordilheira Apolobamba, nos Andes orientais do Peru e Bolívia, aplicando métodos automáticos às imagens de satélite. As taxas de recuo das geleiras em diferentes zonas de elevação e aspectos foram calculadas separadamente para compreender os gradientes de recuo de geleiras.

2 ÁREA DE ESTUDO

As cordilheiras orientais do Peru e Bolívia, nos Andes tropicais, acomodam inúmeras geleiras de montanha e lagos glaciares. Calculamos as alterações da área glaciar na cordilheira Carabaya (Peru) e na Cordilheira Apolobamba (Peru-Bolívia) (Figura 1). A Cordilheira Carabaya (14o00'-14o22'S; 69o38'-70o19'O)



está localizada na Província de Carabaya, entre a Cordilheira Vilcanota, no noroeste que abriga a maior calota de gelo tropical do mundo (a Quelccaya) e a Cordilheira Apolobamba na sudeste. As montanhas glaciarizadas importantes na região de Carabaya incluem Allin Qhapaq (pico mais alto, 5.780 m a.n.m), Wayna Qhapaq (5.721 m a.n.m), Chichi Qhapaq (5.614 m a.n.m), e Wila Kunka (5.350 m a.n.m) (Figura 2). A Cordilheira Apolobamba (14o39'S; 69o14'O) está localizada perto da fronteira Peru-Bolívia e a maioria dos picos cobertos de gelo nesta cordilheira pertencem ao Peru. O pico mais alto é Chawpi Urqu ou Chawpi Orco (6.044 m a.n.m).

Figura 1 – Localização geográfica das cordilheiras Carabaya e Apolobamba no Peru e na Bolívia (geleiras demonstradas em pontos vermelhos.

Observa-se que as montanhas de altitudes elevadas

com declives muito íngremes são desprovidos de cobertura geleira e alguns picos de baixa elevação com encostas mais suaves são fortemente glaciarizadas nesta região. Uma investigação visual simples das imagens Landsat mostrou a formação de lagos glaciares nas últimas décadas nesta região. Às vezes, a observação de mudanças nos lagos glaciares fornece uma indicação de mudança de massa, embora as mudanças do lago possam ser resultado de processos meteorológicos (chuva, por exemplo), glaciológicos e topografia subglacial (Benn e Evans, 1998).

Figura 2 – Landsat subconjuntos de imagem das montanhas amplamente glaciarizadas nas cordilheiras Carabaya e Apolobamba. 3 MÉTODOS E RESULTADOS O contraste entre a refletância muito alta da superfície de gelo na porção visível (0,4-0,7 μm) e a refletância muito baixa na porção infravermelha (0,7-1,0 μm) do espectro eletromagnético é utilizado para o mapeamento automático de geleiras sem detritos (Burns e Nolin, 2014). Vários métodos automáticos que são freqüentemente usados para identificar gelo livre de detritos são relações de banda e índice de neve de diferença normalizada (NDSI), aplicando limiares adequados (Silverio e Jaquet, 2012). A seleção do limiar depende das coberturas da nuvem e a data de aquisição da imagem. Os valores do limiar aplicado podem influenciar a exatidão dos resultados (Kamp e Pan, 2015). 3.1 Dados Os dados de sensoriamento remoto utilizados neste estudo são imagens Landsat (MSS, TM e OLI) e o modelo digital de elevação (MDE) de ASTER GDEM-v2. As imagens MSS e TM têm uma resolução radiométrica de oito bits. Para aplicar o mesmo algoritmo a todas as imagens, convertemos as imagens OLI de 16 bits em dados de 8 bits antes do processamento. Essas imagens foram fornecidas com correções radiométrica e geométrica antes de serem baixadas do GloVis do United States Geological Survey (USGS) (http://glovis.usgs.gov/). A adequação de imagens de sensoriamento remoto para mapeamento das geleiras depende de muitos fatores como a cobertura de nuvens, a presença de neve sazonal e a geometria de iluminação no momento da aquisição (Burns e Nolin, 2014). Selecionamos as imagens sem nuvens adquiridas durante a estação seca (maio-setembro) para criar mosaicos de imagem para o período 1975-2015. As imagens adquiridas durante este período são mais prováveis ser desprovidas da neve sazonal também. As imagens do Landsat MSS têm uma resolução espacial de 60 m, enquanto as imagens TM e OLI têm uma resolução de 30 m.

http://glovis.usgs.gov/



3.2 Métodos Em escalas decenais, as mudanças na área das geleiras podem ser usadas como um bom indicador para a mudança do balanço de massa devido às variações climáticas (Bamber e Rivera, 2007). Para todas as imagens, exceto o Landsat MSS em 1975, calculamos o índice de neve de diferença normalizada (NDSI = [TM2-TM5] / [TM2 + TM5]) e aplicamos um limiar (entre 0,50 e 0,60 na maioria dos casos) para calcular a área das geleiras. Para imagens MSS em 1975, utilizamos MSS5xMSS6 e, em seguida, aplicamos um limiar para calcular a área (Della Ventura et al., 1983). Os números digitais de todas as imagens brutas foram convertidos para a reflectancia de superfície correspondente antes de calcular as imagens de banda ou NDSI.

Após as áreas das geleiras foram calculadas, separamos a extensão areal das geleiras em três classes de altitude usando o MDE para entender as diferenças na taxa de encolhimento de geleiras em diferentes altitudes. Estas três classes são: abaixo de 5000 m a.n.m., entre 5000 e 5500 m a.n.m., e acima de 5500 m a.n.m. Esta classificação seria útil para entender se os glaciares em altitudes mais baixas (abaixo de 5000 m a.n.m.) estavam encolhendo mais rapidamente como observado em estudos anteriores (Ramirez et al., 2001). O mesmo MDE foi utilizado para separar a área geleira por aspecto, o que ajudaria a compreender as propriedades direcionais da retração glaciar nesta região. 3.3 Resultados As alterações estimadas na área superficial das geleiras entre 1975 e 2015 e nos lagos glaciares entre 1985 e 2015 são descritas em pormenor nas subsecções seguintes. Eventos excepcionais de neve podem influenciar a precisão do limite calculados glaciar (Bolch e Kamp, 2006). Paul et al. (2009) observaram que a delimitação automatizada de esboços de geleiras pode ser mais precisa do que métodos manuais. Valores de limiar muito pequenos aplicados para a delimitação das geleiras podem exigir mais edição manual, enquanto um limiar muito alto pode causar subestimação da área de geleira (Kamp e Pan, 2015). As geleiras das cordilheiras Carabaya e Apolobamba apresentaram tendências semelhantes de retração. Cerca de 50% da superfície inicial do glaciar foi perdida entre 1975 (239,9 km2) e 2015 (117,9 km2) no Apolobamba e cerca de 80% da área glaciar do Carabaya foi perdida durante o mesmo período (de 71,9 km2 em 1975 para 15,2 km2 em 2015). Na Cordilheira Carabaya, onde os terminais de muitas geleiras estendiam-se abaixo de 5000 m a.n.m. No início dos anos 70, os glaciares sofreram maior taxa de retração (45%) durante 1975-1985 em comparação com 2005-2015 (32%). Por outro lado, na Cordilheira Apolobamba, onde os glaciares terminais estão situados em altitudes mais altas, observou-se menor taxa (51% entre 1975 e 2015, que foi de cerca de 80% na região de Carabaya). As mudanças de glaciar decenal

nestas duas cordilheiras consideradas neste estudo são sumariadas no Quadro 1.

Ano Área das geleiras

Apolobamba Carabaya Todas 1975 239,9 71,9 311,8 1985 195,3 39,6 234,9 1995 161,3 29,2 190,5 2005 152,9 22,4 175,3 2015 117,9 15,2 133,1

1975-2015 (%)

51 79 57

Quadro 1 – As mudanças de área das geleiras.

A variação decenal da área das geleiras em diferentes zonas de elevação, conforme apresentado na Figura 3, indicou a quase extinção da cobertura glaciar abaixo de 5000 m a.n.m. Nas cordilheiras Apolobamba e Carabaya entre 1975 e 2015. Observa-se que a diminuição potencial na área de geleira abaixo de 5000 m a.s.l ocorreu entre 1975 e 1985. Apenas 31% da superfície glaciarizado acima de 5500 m a.n.m. No entanto, a área abaixo de 5500 m a.n.m. mostrou um encolhimento contínuo durante todo o período de estudo e os padrões de encolhimento não foram diferentes significativamente nas duas cadeias de montanhas.

Figura 3 – As variações decenais da área das geleiras em diferentes zonas de elevação Pesquisas adicionais revelaram as propriedades direcionais do recuo de geleiras nesta região, que não foram consideradas em pesquisas anteriores (Sanches, 2013; Veettil et al., 2016). Há uma grande diferença na taxa de recuo da geleira entre os lados orientais e ocidentais na região do estudo (Figura 4). Apesar da alta precipitação induzida pela circulação de umidade amazônica, a taxa de recuo de geleiras nas encostas norte e nordeste foi maior em comparação com a taxa de recuo nas encostas ocidental e sul - oeste na região de Carabaya.



Tendências similares também foram observadas na Cordilheira Apolobamba.

Figura 4 – As variações decenais da área das geleiras por aspecto 4 CONCLUSÕES Apresentamos as mudanças na área de geleiras entre 1975 e 2015 em duas cordilheiras glaciarizadas (Apolobamba e Carabaya) nas cordilhas do leste do Peru e da Bolívia.

Ao contrário das flutuações nas áreas glaciarizadas observadas na cordilheira Branca ou cordilheiras ocidentais do sul do Peru e da Bolívia, o recuo das geleiras nas cordilheiras orientais do Peru e da Bolívia é quase contínuo. Os resultados de estudos localizados da Cordillera Vilcanota ou Cordillera Real podem não representar a totalidade dos Andes tropicais devido às diferenças nas taxas de encolhimento das geleiras nas diferentes cordilheiras. A perda de área de geleira na Cordilheira Apolobamba de 1975 a 2015 foi de 51% e a perda de área na Cordilheira Carabaya durante o mesmo período foi de 79%. A redução total na área de geleiras nestas duas áreas foi de cerca de 60%. A maior taxa de retirada na Cordilheira Carabaya é devido à perda de cobertura de geleira situada abaixo de 5000 m a.n.m., particularmente de 1975 a 1985. O período deste encolhimento melhorado de geleiras coincide com as tendências de aquecimento no Pacífico tropical desde o final dos anos 1970. A taxa de encolhimento variou em diferentes zonas de elevação; O maior encolhimento foi observado abaixo de 5000 m a.n.m. E aquelas áreas acima de 5500 m a.n.m. Sofreram um encolhimento relativamente mais lento. Além das diferenças na taxa de recuo de geleiras em várias zonas de elevação, houve diferenças na taxa de recuo em diferentes direções; Leste sofreu a maior perda de área glaciar em comparação com as contrapartes ocidentais entre 1975 e 2015.

AGRADECIMENTO O primeiro autor agradece a Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Porto Alegre, para auxilio concedido para participação em SBG-2017. REFERÊNCIAS BAMBER, J.L.; RIVERA, A. 2007. A review of remote sensing methods for glacier mass balance determination. Global and Planetary Change, v. 59, p. 138–148, 2007. BENN, D.I.; EVANS, D.J.A. Glaciers and Glaciation. First Edition. Arnold, London. 1998. 734p. BOLCH, T.; KAMP, U. Glacier mapping in high mountains using DEMs, Landsat and ASTER data. In: Kaufmann V and Sulzer W (eds) Proceedings of the 8th International Symposium on High Mountain Remote Sensing Cartography, 21-27 March 2005, Pa Paz, Bolivia. (Grazer Schriften der Geographie und Raumforschung 41), p. 37– 48, 2006. BURNS, P.; NOLIN, A. Using atmospherically-corrected Landsat imagery to measure glacier area change in the Cordillera Blanca, Peru from 1987 to 2010. Remote Sensing of Environment, v. 140, p. 165–178, 2014. CHEVALLIER, P.; POUYAUD, B. ; SUAREZ, W. ; CONDOM, T. Climate change threats to environment in the tropical Andes: glaciers and water resource. Regional Environmental Change, v. 11, p. 179–187, 2011. DELLA VENTURA, A.; RAMPINI, A.; RABAGLIATI, R.; BARBEIRO, S.R. Glacier monitoring by satellite. II Nuovo Cimento v. C-1, p. 211–221, 1983. KAMP, U.; PAN, C.G. Inventory of glaciers in Mongolia, derived from Landsat imagery from 1989 to 2011. Geografiska Annaler Series A Physical Geography, v. 97, p. 653–669, 2015. KASER. G. A review of the modern fluctuations of tropical glaciers. Global and Planetary Change, v. 22, p. 93–103, 1999. KASER G, OSMASTON H. Tropical Glaciers. Cambridge University Press and UNESCO, Cambridge, 2002. 207 p. PAUL, F.; BARRY, R.G.; COGLEY, J.G.; FREY, H.; HAEBERLI, W.; OHMURA, A.; OMMANNEY, C.S.L.; RAUP, B.; RIVERA, A.; ZEMP, M. Recommendations for the compilation of glacier inventory data from digital sources. Annals of Glaciology, v. 50, p. 119–126, 2009.



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