GTAP Conference 2004: Transportation

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A Experiência do MIT em Modelagem Aplicada a
Mudanças Climáticas, Biocombustíveis e Uso da
Terra
Angelo Gurgel FEA-RP Universidade de São Paulo
e MIT Joint Program on the Science and Policy of
Global Change

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Sumário

• 1. Mudanças Climáticas
• 2. Sistemas Integrados de Modelagem Climática
• 3. O Sistema do MIT Joint Program
• 4. Alguns resultados
• 5. O modelo econômico
• 6. Exemplo de desenvolvimento da modelagem
  biocombustíveis e mudanças no uso da terra
• 7. Considerações finais

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• 1. Mudanças Climáticas

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Mudanças Climáticas

• O aquecimento global é um fenômeno climático de
  aumento da temperatura média global nos últimos
  150 anos
• Evidências deste fenômeno
• Medições de temperatura aumento de cerca de 0,6o
  C (-0,2o C) durante o século XX
• Redução da cobertura de neve em montanhas e
  regiões polares (perda de 10 a 15 desde 1950)
• Aumento na frequência e intensidade de eventos
  extremos (furacões, enchentes, secas).

5
(No Transcript)
6
(No Transcript)
7
(No Transcript)
8
(No Transcript)
9
ENERGY BALANCE IN THE CLIMATE SYSTEM
ESSENCE OF THE GREEN- HOUSE EFFECT
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• 2. Sistemas Integrados de Modelagem Climática

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O estudo de mudanças climáticas sistemas
integrados de modelagem

• Govenos buscam previsões de tendências futuras
  das mudanças globais evitar ou diminuir impactos
  indesejáveis.
• IPCC relatórios com os resultados de estudos da
  comunidade científica mundial, base para debates
  políticos e científicos.

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O estudo de mudanças climáticas sistemas
integrados de modelagem

• Modelos climáticos e potenciais para o uso e
  desenvolvimento da agroinformática

Modelos Climáticos Globais
Cenários de mudaças Climáticas
Modelos de crescimento de culturas/experimentos
Modelos Climáticos Regionais
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O estudo de mudanças climáticas sistemas
integrados de modelagem

• Mudanças climáticas fenômeno complexo exige a
  interação entre cientistas e modelos de
  diferentes áreas
• Ciências sociais
• Física
• Química
• Oceanografia
• Hidrologia
• Ecossistemas

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O estudo de mudanças climáticas sistemas
integrados de modelagem

• Estudar mudanças climáticas quão difícil é isso?
• Incertezas nas propriedades do sistema climático
• Absorção de carbono pelos oceanos
• Efeitos indiretos dos aerosois
• Limitações nos dados coletados dos oceanos, terra
  e atmosfera
• Representação do processo de formação de nuvens
• Incertezas nas emissões de gases de efeito
  estufa
• Projeções populacionais e de crescimento
  econômico
• Evolução da tecnologia
• Mudanças no uso da terra
• Incertezas e desconhecimento dos feedbacks entre
  os sistemas climático e humano

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• 3. O Sistema do MIT Joint Program

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O Sistema Integrado do MIT Joint Program

• MIT Integrated Global System Model
• Construído para analisar as mudanças ambientais
  em escala global resultantes das ações
  antropogênicas, quantificando as incertezas
  associadas com as mudanças previstas e mensurando
  os custos e efetividade ambiental de políticas
  propostas para mitigar os riscos das mudanças
  climáticas

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O Sistema Integrado do MIT Joint Program
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O Sistema Integrado do MIT Joint Program
Modelo dinâmico-estatístico de média
zonal Resolve explicitamente as equações
primitivas para o estado médio zonal da
atmosfera Inclui parameterização de calor,
humidade, e transporte de momentum por remoinhos
de larga escala, baseados em teoria baroclínica
de ondas A parameterização numérica de processos
físicos inclui nuvens, convecção precipitação,
radiação, fluxos de superfície, entre outros.
19
O Sistema Integrado do MIT Joint Program
Interações e processos entre os componentes
atmosférico-terrestre e oceânico
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O Sistema Integrado do MIT Joint Program
Interações e processos entre os componentes
atmosférico-oceânico e terrestre
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• 4. Alguns resultados ilustrativos

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Concentrações de CO2, CH4 e N2O
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Mudança na temperatura média do ar e no nível
médio dos oceanos
24
Mudança na cobertura de gelo
25
Mudanças por latitude
26
Sequestro de carbono pelos oceanos
27
Chance de exceder a temperatura média global em
diferentes níveis de estabilização
ppm
ppm
ppm
ppm
28
Valor presente líquido (VPL) dos custos de
mitigação como do VPL do bem-estar mundial até
2100
Stern Review estimou menos de 1 para estabilizar
a 450 ppm, mas considrou apenas 2050 (antes do
trabalho mais árduo).
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O Desafio Tecnológico
450ppm CO2 quase livre de CO2, pouco crescimento
no uso de energia, uso de biocombustíveis,
energia fóssil com captura e sequestro de carbono
Sem controle crescimento do uso do carvão e
petróleo
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A Loteria das Mudanças Climáticas
Prever as mudanças em temperatura e suas
probabilidades em escala global, bem como as
possíveis consequências e custos econômicos de
tais mudanças e e do controle, mitigação e
adaptação
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• 5. O modelo econômico

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Emissions Prediction and Policy Analysis (EPPA)
Model

• Modelo de equilíbrio geral
• Base de dados Global Trade Analysis Project
  (GTAP)
• Dados de energia International Energy Agency
  (IEA)
• Dados de emissões U.S Environmental Protection
  Agency (EPA)
• Representação detalhada de oferta e consumo de
  energia
• 16 regiões e 21 setores, dinâmico recursivo
• Cenários de longo prazo e curto prazo
• Impactos de mudanças e políticas climáticas nos
  sistemas econômico e energético (agricultura,
  saúde humana, aumento dos oceanos, demanda de
  energia, impacto geral em bem-estar)

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Modelo EPPA Países e regiões representadas
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Modelo EPPA Setores Representados

• Sectors
• Non-Energy
• Agriculture
• Energy Intensive
• Other Industry
• Services
• Industrial Transport
• Household Transport
• Energy
• Crude oil
• Refined oil
• Liquid fuel from biomass
• Shale oil
• Coal
• Natural gas
• Electricity
• Synthetic gas (from coal)

New Technologies
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EPPA é um Modelo Computável de Equilíbrio Geral
da Economia Global
Ligação explícita entre variáveis econômicas e
valores físicos de energia
Region A
Primary Factors
Emissions CO2 CH4 N2O SF6 HFCs PFCs Urban
gases
Income
Consumer Sectors
Production Sectors
Expenditure
Goods and Services
Intermediate demand
Public Goods Taxes
International Trade
Government
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Lógica do Modelo EPPA

• Função de produção
• Crescimento do trabalho
• Mudança em produtividade
• Acumulação de capital
• Identidade contábil
• Equil. poupança-investim.
• Propenção a poupar
• Emissões de carbono

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Lógica do Modelo EPPA

• Modelo escrito em GAMS (General Algebraic
  Modeling System - http//www.gams.com/)
• GAMS é uma linguagem de programação matemática
  para resolver problemas de otimização
• O Modelo EPPA utiliza o subsistema MPSGE
  (http//www.mpsge.org/), que resolve o problema
  de equilíbrio geral como um problema de
  complementariedade mista (MCP)

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Lógica do Modelo EPPA

• Exemplo xf(x) 0, x(5 x) 0
• Solução x 0 (f(x) ? 0) ou x 5 (f(x) 0)

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Lógica do Modelo EPPA

• Três condições definem a solução de equilíbrio no
  MPSGE

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• 6. Exemplo de desenvolvimento da modelagem
  biocombustíveis e mudanças no uso da terra

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Biocombustíveis, mudanças no uso da terra e
mudança climática
CO2
Fonte Mann (1997)
FLORESTA
Mudanças no uso da terra
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EPPA-Global Land System Interactions
MIT EPPA, 16 Region, multi-sector CGE model
Downscaling Technique/ Spatial disaggregation
algorithm
DYNAMIC TERRESTRIAL ECOSYSTEMS MODEL (TEM)
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Downscaling Technique
S land use share of some category
EPPA
At Regional Level
Scrop Spasture Sforestry
Distribute S in the g grids cells
Scrop Spasture Sforestry
Statistical Work
(TEM)
(IGSM)
Sg driven by vegetation productivity,
temperature, precipitation, distance to urban
areas
(IGSM)
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Resultados Cenário Desmatamento
Areas of Different Land Uses
Net GHG Balance
Net Land Carbon Flux
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Resultados Cenário Intensificação
Areas of Different Land Uses
Net GHG Balance
Net Land Carbon Flux
45
46
Net Land Carbon Flux
Net Land Carbon Flux
Net GHG Balance
Net GHG Balance
PCCR
Net Land Carbon Flux
Net Land Carbon Flux
Net GHG Balance
Net GHG Balance
46
47
Net Land Carbon Flux
Net Land Carbon Flux
Net GHG Balance
Net GHG Balance
OLSR
Net Land Carbon Flux
Net Land Carbon Flux
Net GHG Balance
Net GHG Balance
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Intensificacao
Distribuição das mudanças no uso da terra
Desmatamento
Biomass Crops
Natural Forest
Biomass Crops
Natural Forest
Crops
Natural Grass
Crops
Natural Grass
Pasture
Crops Biomass
Pasture
Crops Biomass
Managed Forest
Agriculture
Managed Forest
Agriculture
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• 7. Considerações finais

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Considerações Finais

• Estudo de Mudanças Climáticas requer o uso e
  avanço contínuo das tecnologias computacionais
• Experiência do MIT Joint Program on the Science
  and Policy of Global Change
• Uso de linguagens e técnicas de programação
  avançadas e das mais diversas
• Necessidade de interação entre os diferentes
  campos das ciências e técnicas de modelagem
• Grande demanda por profissionais capazes de
  entender e construir esses canais de interação
• Grande oportunidade de aplicação desses
  conhecimentos em outras questões
  multidisciplinares.

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Obrigado pela atenção!
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Biomass (Intensification Scenario)
Biomass Crops
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Biomass (Intensification Scenario)
Biomass Crops
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Natural Forest (Intensification Scenario)
Natural Forest
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Natural Forest (Intensification Scenario)
Natural Forest
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Biomass (Deforestation Scenario)
Biomass Crops
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Biomass (Deforestation Scenario)
Biomass Crops
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Natural Forest (Deforestation Scenario)
Natural Forest
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Natural Forest (Deforestation Scenario)
Natural Forest