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NEXUS – Nodes of Excellence in (SEA) Universities through Spatial data

DASE – Desafios de Ambiente e Sustentabilidade em Engenharia

Alterações climáticas: O fenómeno, os impactes e a resposta: mitigação e adaptação

Rodrigo Proença de Oliveira

[email protected]

1DASE (Environmental and Sustainability Challenges of Engineering) 2019/20 @Rodrigo Proença de Oliveira


Tópicos

• As causas das alterações climáticas

• Os impactos das alterações climáticas

• A resposta às alterações climáticas: mitigação

• A resposta às alterações climáticas: adaptação

• Como planear o futuro? A necessidade de uma nova atitude.


As causas das alterações climáticas

3


O efeito de estufa


Quais são os gases com efeito de estufa (GEE)?

Gas nameChemicalformula

Concentration in the atmosphere

(ppm)

Lifetime(years)

Global warming potential (GWP) for given time horizon

20-yr 100-yr 500-yr

Water vapout H20 10 - 50 000

Carbon dioxide CO2 400 30–95 1 1 1

Methane CH4 1.8 12 72 25 7.6

Nitrous oxide N2O 0.3 114 289 298 153

CFC-12 CCl2F2 0,0005 100 11 000 10 900 5 200

HCFC-22 CHClF2 00002 12 5 160 1 810 549

Tetrafluoromethane CF4 -- 50 000 5 210 7 390 11 200

Hexafluoroethane C2F6 -- 10 000 8 630 12 200 18 200

Sulfur hexafluoride SF6 -- 3 200 16 300 22 800 32 600

Nitrogen trifluoride NF3 -- 740 12 300 17 200 20 700

Atmospheric lifetime and GWP relative to CO2 at different time horizon for various greenhouse gases.

The global warming potential (GWP) depends on both the efficiency of the molecule as a greenhouse gas and its atmospheric lifetime


Evolução da concentração de CO2

280 ppm

~400 ppm

IPCC (2013) – Intergovernmental Pannel on Climate Change Fifth Assessment Report (AR5)


Concentração de CO2 vs Temperatura


Evolução da concentração dos principais GEE


Principais países emissores de GEE

DASE (Environmental and Sustainability Challenges of Engineering) 2019/20 @Rodrigo Proença de Oliveira 9


Os impactos das alterações climáticas

10


Quadro de análise

Cenários socio-económicos

Modelos climáticos- Global (~400 km x 400 km)

- Regional (~25 km x 25 km)

Modelos setoriais(e.g.):- Modelos hidrológicos- Modelos de produção de alimentos- Modelos ecológicos- Modelos de comportamento estrutural- etc.

Estimulo climático

Gases com efeito de

estufa

Zonas

Costeiras

Agricultura

Saúde

Energia Florestas

Bio

diversidade

Pescas

Turismo

Recursos hídricos

Outros

sectores


Cenários de emissão de GEE



Cenários de emissões e seus impactos na média global da temperatura do ar

Source: Knutti & Sedlacek (2012).



Temperatura média do ar



Precipitação anual média



Intensidade de precipitação

Source: IPCC Fourth Assessment Report


Nível médio do mar



Principais impactos na Europa

DASE 2019


Principais impactos na Europa

• Aumento da temperatura em toda a Europa;

• Aumento da precipitação no norte da Europa;

• Diminuição da precipitação e aumento da sazonalidade e variabilidade da precipitação no sul da Europa;

• Diminuição da cobertura de neve e de gelo em regiões montanhosas;

• Aumento do nível do mar afetando as áreas costeiras;

• Aumento da frequência e gravidade de eventos climáticos extremos.

• As alterações climáticas estão a afectargrandemente toda a Europa.

DASE 2019

Atenas, Grécia, Novembro 2017

Portugal, Novembro 2017


Alterações climáticas e recursos hídricos

DASE 2019 20

Área Impactos

Disponibilidade de água

Redução do escoamento anual e da recarga anual dos aquíferos, sobretudo no sul;

Aumento da variabilidade do escoamento e da assimetria regional da disponibilidade da água;

Aumento do risco de secas.

Procura de água

Possível aumento da procura de água para a agricultura;

Aumento da procura de água para produção de energia para reduzir a dependência de combustíveis fósseis.

Qualidade da água

Diminuição da qualidade da água devido à redução do escoamento, ao aumento da temperatura da água e ao possível aumento da erosão do solo e da contaminação difusa;

Salinização dos aquíferos costeiros devido ao aumento do nível médio do mar e à diminuição da recarga dos aquíferos;

Degradação da saúde dos ecossistemas.

Risco de cheias e inundações

Aumento do risco de cheias, sobretudo no norte do país e nas zonas costeiras.

Saúde

Concentração

de GEE

Temperatura

do ar

PrecipitaçãoNível médio

do mar

Necessidades

de água

Quantidade

de água

Emissões de

GEE

Balanço hídrico

Fenómenos

extremos

Cheias e Secas

Biodiversidade

Qualidade

da água

Energia

Industria

Turismo

Agricultura

Sócio-

economia

Disponibilidades

de água


As alterações climáticas não sãoo único desafio

• Europa também é vulnerável aos impactos das mudanças climáticas fora da Europa:

• Migração humana;

• Comércio de produtos agrícolas;

• Infraestruturas de transporte global;

• Sistema financeiro.

• A mudança climática não é o único fator que afeta a sociedade futura

DASE 2019

A


RESPOSTA ÀS ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS

22


Resposta às alterações climáticas: Uma abordagem em paralelo

DASE 2019

Mitigação

Adaptação

Redução de emissões Preparação da

sociedade


Retorno do investimento

Scenario 550 ppm(Prob DT> 4ºC ~ 0.24)

Scenario 500 ppm(Prob DT> 4ºC ~ 0.11)

1000 mil milhões de USD(2% do PIB)

500 mil milhões de USD(1% do PIB)

Inaction scenario(Conc > 700 ppm)

Mitigation AdaptationResidual costs

Mitigation Adaptation

Residual costs

2,500 a 10,000 mil milhões de USD(5% a 20% do PNB)

Annual costs during 50 years(thousands of millions of USD)

Fonte: Stern (2007, 2009), IPCCC(2007), PNUD (2007).

? ?Curto prazo: 26 a 86 mil

milhões de USD

?

?? Curto prazo 26 a 86 mil

milhões de USD

?


A resposta às alterações climáticas: Mitigaçao

25


Mitigação

Objetivo: Reduzir emissões GEE para controlar a alteração climática e os seus impactos• Principais acordos internacionais:• UNCCC (UN Framework Convention of Climate Change) (1992)• Protocolo de Quioto (Assinatura: 1997; em vigor: 2005)

– Compromisso de controlo de emissões apenas para os países desenvolvidos– Crédito de emissões para projetos noutros países signatários; – Mercado de direitos de emissão e de créditos de emissão.

• Acordo de Paris (Assinatura: 2015; em vigor: 2016)– Envolve todas as partes e tem um carater voluntário (INDC – Intended National Determined

Contributions);– Objetivos:

• Manter o aumento da temperatura media global abaixo de 2ºC e procurar manter esse aumento abaixo de 1,5 ºC;• Atingir o pico das emissões o mais rapidamente possível e atingir neutralidade carbónica na 1ª metade do século XXI.

– Kigali (Rwanda) 2016)• Reduzir usos de CFC a partir de 2019.

DASE 2019 26


Emissões por GEE

• Dióxido de carbono (CO2):– Fossil fuel use

– Land use: deforestation, land clearing for agriculture, and degradation of soils.

• Metano (CH4): – Agricultural activities,

– Waste management

– Energy use

– Biomass burning

• Óxido nitroso (N2O): – Agricultural activities, such as fertilizer use

– Biomass burning

• Gases de fluorados: – Industrial processes, refrigeration, and the

– Use of a variety of consumer products


Emissões por sector económico

DASE 2019 28


Emissões de GEE por sector económico na EU28, em 2008

DASE 2019


Emissões de CO2 por região do mundo

DASE 2019


Instrumentos

DASE 2019

Comércio Europeu de Licenças de Emissão(produção de energia,

industria, aviação)

Compromissos nacionais e effort sharing decision

(transportes terrestres, agricultura, edifícios)


Compromissos de redução das emissões da União Europeia

DASE 2019

Ano de referência 1990

2008-2012Protocolo de Quioto PC1

2020-2030Acordo de

Paris

2012-2020Protocolo de Quioto PC2

Ob

jeti

vos

-8%

-20%

-40%

EU15: -12%

EU28: ???

EU28 (2016): -23%


Evolução das emissões europeias (EU28) de gases com efeito de estufa

DASE 2019


Distribuição por setores económicos

DASE 2019

Produção de energia

Industria

Transportes

AgriculturaBiomassa

Edifícios

Florestas e alterações de uso do solo

Resíduos

Aviação Navegação


Produção de eletricidade por origem

DASE 2019


Produção de eletricidade por origens renováveis

DASE 2019


Produção de eletricidade em 2016 na OCDE

DASE 2019

Canadá, Chile, EUA


A resposta às alterações climáticas: Adaptação

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Adaptação

Objetivo: preparar a sociedade para as alterações climáticas; reduzir a vulnerabilidade da sociedade às alterações climáticas• É principalmente uma questão local;• Acordos internacionais: focam-se

sobretudo no financiamento aos países em desenvolvimento para seus esforços de adaptação– Nairobi (2007)– Bali (2008)– Paris (2015)

• Principais setores que requerem adaptação– Recursos hídricos– Ordenamento do território


Como podemos reduzir a nossa vulnerabilidade?

ExemplosReduzir a exposição:

• Reduzir factores de risco

• Remover pessoas e bens em zonas emrisco

Aumentar a robustez, i.e. da capacidade de resistir

• Rever dos regulamentos e códigos

• Melhorar dos sistemas de protecção

• Promover a redundancia dos sistemas

Aumentar a resiliência, i.e. da capacidade de recuperar de situações adversas

• Melhorar dos sistemas de monitorização e alerta

• Melhorar sistemas de apoio a emergências

• Melhorar sistemas de seguro

Sensitivity /

RobustnessExposure

Potential

impact

Recovering

capacity

Vulnerability

Reduce sensivity /

Increase system

robustnessReduce

exposure

Improve

resilience


Os esforços de adaptação estão em curso

• A maior parte dos países Europeus tem uma estratégia de adaptação e está a trabalhar para os pormenorizar em planos de adaptação.

• A União Europeia tem uma estratégia de adaptação desde 2013, que está atualmente em avaliação.

• A maior parte dos instrumentos políticos de água têm as alterações climáticas no seu escopo.

• O conhecimento da ciência das alterações climáticas e ameaças emergentes aumentou substancialmente em anos recentes.

• As estratégias atuais de adaptação enfatizam a recolha de informação e sua disseminação.

• Permanecem muitos desafios.

DASE 2019

Estados Membros com Planos de Acção

Estados Membros com Estratégias de Adaptação


É assim tão simples?

• Quanto devemos investir em adaptação?

• Quando é que devemos implementar as medidas adaptação?

• Como integramos todas as ameaças para evitar más decisões (maladaptation)?

• Quando é que abandonamos um processo de adaptação incremental e assumimos escolhas estratégicas?

• Quem paga a adaptação?

DASE 2019 42

Risco

TempoDecisão

Não

adaptar

Adaptação

progressiva

Adaptação por

precaução

Nível de

risco

aceitável

Medidas de adaptação

Custos

Custos

residuais

Benefícios:

Custos evitados

Custos de

adaptação


Gerir a incerteza

• As alterações climáticas reforçam a variabilidade dos recursos naturais de água.

• Os gestores de água sempre lidaram com a incerteza, mas a tomada de decisão ao nível local está a tornar-se mais difícil.

• Uma abordagem baseada no risco e uma análise de custo benefício podem contribuir para o processo de decisão –mas não é fácil.

DASE 2019

Atenas, Grécia, novembro 2017

Portugal, novembro 2017


Ultrapassar barreiras entre setores de atuação e níveis de governo

• A adaptação abrange várias áreas de atuação.

• Os esforços de adaptação devem ser distribuídos por diferentes níveis de governo:– Os níveis locais têm um conhecimento mais aprofundado e detalhado dos

impactos e das medidas apropriadas;

– Os níveis superiores (nacional e transnacional) devem:• Promover um ambiente adequado para potenciar a adaptação (Quadro administrativo, regulatório e

legal, pesquisa, financiamento);

• Assegurar coordenação e coerência entre esforços locais;

• Liderar quando o escopo espacial extravasa a escala local (e.g, redes de energia e transporte).

• A adaptação deve endereçar as agendas internacionais:– Agenda para o desenvolvimento sustentável de 2030 (objetivos de

desenvolvimento sustentável (ODS);

– Quadro de Sendai para a redução do risco de catástrofes.

DASE 2019


Ultrapassar fronteiras nacionais• Os desafios de adaptação são amplificados

em bacias hidrográficas transnacionais:– O número e diversidade de partes interessadas

aumenta;

– Há frequentemente a ausência de um quadro comum de planeamento.

• É necessária uma cooperação forte para:– Melhorar e partilhar conhecimento comum;

– Evitar a transferência de vulnerabilidades;

– Aumentar o conjunto de opções de adaptação.

• Instrumentos de apoio:– Convenções internacionais;

– Diretiva-Quadro da Água e outras diretivas da UE;

– Organizações comuns de bacias hidrográficas.

DASE 2019


Gerir o risco e a incerteza para a resiliência e a preparação de catástrofes

• Os eventos extremos relacionados com o clima são a maior preocupação na Europa.

• Estão em curso esforços para desenvolver abordagens integradas de risco e gestão:– Instrumentos de proteção civil para

– redução do risco de catástrofes;

– Adaptação às alterações climáticas.

• A nível da UE:– Mecanismo de proteção civil;

– Plano de ação do quadro de Sendai para

– a redução do risco de desastres;

– Estratégia de adaptação.

DASE 2019

Redução da vulnerabilidade

Aumento daresiliência


Internalizar a adaptação

• A adaptação às alterações climáticas precisa de práticas eficazes de gestão, suportadas por um quadro de governança.

• A utilização do quadro institucional e dos instrumentos de gestão existentes contribui para ultrapassar desafios de adaptação.

• A adaptação exige um grau elevado de coordenação e pode evidenciar problemas de governança existentes.

• É uma oportunidade para rever o quadro de governança e os instrumentos de gestão.

• A estratégia de adaptação da UE reforça a importância da internalização da adaptação:– Diretiva-Quadro da Água – Planos de Gestão de

Região Hidrográfica;– Diretiva de inundações – Planos de Gestão de Risco

de Inundações;– Diretiva de avaliação de impactos ambientais.

DASE 2019

Monitorização

Identificação e caraterização dos

problemas

Propostas de medidas

Execução das medidas

Planos de gestão de recursos

hídricos

Acompanhamento das medidas

Conselho de Região

HidrográficaPlanos de gestão do risco de inundações

Planos de gestão do risco de secas


Promover a flexibilidade

• Não podemos restringir as nossas opções de futuro.

• As respostas devem incluir diferentes conjunto de medidas:– Soft (não estruturais)

– Green (verdes)

– Grey (estruturais)

• Medidas não estruturais (quadro de governança e processos de gestão) são frequentemente as que melhor reduzem a vulnerabilidade e aumentam a resiliência.

• A adaptação verde está a ser progressivamente adotada na Europa.

• São necessárias medidas estruturais mas multiobjectivo e flexíveis.

DASE 2019

Roterdão


Princípios de uma estratégia de adaptação

DASE 2019 49


Medidas para lidar com o aumento da temperatura (1)

DASE 2019 50

Source: Shaw, R., Colley, M., and Connell, R. (2007) Climate change adaptation by design: a guide for sustainable communities. TCPA, London

At the neighbourhood level


Medidas para lidar com o aumento da temperatura (2)

DASE 2019 51

At the building level


Medidas para lidar com o risco de cheias (1)


At the catchment level


Medidas para lidar com o risco de cheias (2)

At the neighbourhood level At the building level


Soluções de adaptação



Barreiras portáveis


An example of an

AquaFence, a deployable

flood barrier. Panels can

be from four to seven

feet tall. Credit

AquaFence

Under ordinary circumstances,

deployable flood walls are

evident only through slots in a

building facade or anchors in

the sidewalk (Frame 1). With

enough warning, vertical posts

and horizontal slats can be

erected (Frame 2). These hold

the water back during a flood

(Frame 3). CreditSamantha

Yost/Enterprise Community

Partners


Elevação de edificios, áreas inundáveis e casas flutuantes


The Netherlands, waterfront at Maasbommel A floadable area (sports park) in Rotterdamhttp://worldoceanreview.com/en/wor-1/coasts/living-in-coastal-areas/

Elevated buildings

Hydrometropole


Soluções de adaptação

Con Ed has installed curtains made of Kevlar around the power plant that can be deployed to prevent flooding.

Credit Todd Heisler/The New York Timeso


Medidas para lidar com os impactos nos recursos hídricos e com riscos associados à qualidade da água (1)



Medidas para lidar com os impactos nos recursos hídricos e com riscos associados à qualidade da água (2)

Source: Shaw, R., Colley, M., and Connell, R. (2007) Climate change adaptation by design: a

guide for sustainable communities. TCPA, London



Medidas para lidar com os impactos nos recursos hídricos e com riscos associados à qualidade da água(3)


At the neighbourhood level At the building level


Medidas para lidar com as condições do solo (1)

Source: Shaw, R., Colley, M., and Connell, R. (2007) Climate change adaptation by design: a guide for

sustainable communities. TCPA, London

At a larger scale


Medidas para lidar com as condições do solo (2)

At the building scaleAt the neighbourhood scale

Source: Shaw, R., Colley, M., and Connell, R. (2007) Climate change adaptation by design: a guide for sustainable

communities. TCPA, London


Impactos nos sistemas de abastecimento de água

DASE 2019 63

Redução da disponbilidade de

água

Aumento do risco de secas prolongadas

Alteração das condições de

operação das infra-estruturas

Alterações dos padrões de consumo

de água

Aumento de conflictos com

outros usos

Aumento da temperatura da água

Diminuição da qualidade da água

Redução do escoamento fluvial

Redução da recarga de aquíferos

Aumento da variabilidade

climática

Alterações sócio-económicas

Aumento do nível médio do mar


Impactos nos sistemas de drenagem e tratamento de águas residuais

DASE 2019 64

Diminuição das possibilidade de

descargas de efluentes em massas de água

Aumento das necessidades de

drenagem de caudais elevados

Alteração das condições de operação

das infra-estruturas

Aumento do risco de inundação

Aumento da temperatura da água

Diminuição da capacidade de assimiliação de contaminantes

Redução do escoamento fluvial

Aumento da variabilidade

climática

Alterações sócio-económicas

Aumento do nível médio do mar

Redução da capacidade de drenagem


Como planear o futuro? A necessidade de uma nova atitude.

65


Key messages

• As alterações climáticas afetam toda a Europa.

• Os recursos hídricos e os serviços de água são particularmente afetados.

• As alterações climáticas exacerbam as pressões e desafios existentes.

• Todos nós devemos contribuir para a mitigação.

• A Europa está na vanguarda dos esforços de mitigação do mundo - mais é necessário.

• A Europa está a começar a adaptar-se a um novo regime climático.

• O sector da água desempenha um papel essencial nos esforços de adaptação da sociedade.

• Muitos desafios permanecem para aumentar a dinâmica de adaptação.

DASE 2019

Mensagens principais:


Um novo desafio:um futuro desconhecido

• Os engenheiros têm uma longa história de lidar com a variabilidade climática e outras fontes de incerteza;

• Novos desafios:

– Maior variabilidade, incerteza e risco;

– Mudança de variações de curto e médio prazo para mudanças de longo prazo;

– Possíveis riscos cataclísmicos desconhecidos (pontos sem retorno);

– Problemas interconectados - problemas graves.

DASE 2019 67


Adaptação é também uma oportunidade

DASE 2019 68


[email protected]

Obrigado

69DASE (Environmental and Sustainability Challenges of Engineering) 2019/20 @Rodrigo Proença de Oliveira

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