Impact of extreme rainfall events on landslide events in Portugal under climate change scenarios

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Araújo, Joana Rocha
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/48627
Resumo: Tese de mestrado em Ciências Geofísicas (Meteorologia e Oceanografia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2021
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spelling Impact of extreme rainfall events on landslide events in Portugal under climate change scenariosAlterações climáticasDeslizamentos de terraModelação climática regionalPortugalPrecipitação extremaTeses de mestrado - 2021Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências da Terra e do AmbienteTese de mestrado em Ciências Geofísicas (Meteorologia e Oceanografia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2021Prevê-se que desastres hidro-geomorfológicos, nomeadamente cheias e movimentos de massa em vertente, venham a aumentar como uma consequência direta das alterações climáticas. Estes eventos têm capacidades destrutivas que, consequentemente, levam a grandes prejuízos socioeconómicos. Logo, o estudo destes desastres tem vindo a ser cada vez mais necessário, de modo a possibilitar a antecipação destes eventos, bem como, medidas de adaptação e mitigação. Os mecanismos responsáveis pela ocorrência de movimentos de massa em vertente resumem-se a sismos e precipitação extrema. Em Portugal, os movimentos de massa em vertente ocorrem maioritariamente devido a episódios de precipitação extrema, e como tal, movimentos de massa em vertente singulares são raros. Além dos fatores naturais que possam desencadear estes desastres naturais, o aumento populacional, a crescente urbanização e o aumento da desflorestação, potencializou os impactos negativos associado a estes fenómenos. De forma a avaliar e correlacionar, o risco da exposição da população com a ocorrência destes eventos, foram construídas bases de dados de desastres naturais que realçam esta relação entre estes eventos e a vulnerabilidade da população. Para Portugal, foi desenvolvida, por investigadores do IGOT, uma base de dados bastante completa que contém informação à cerca de cheias e movimentos de massa em vertente que causaram consequências humanas, entre 1865 e 2015 – DISAS-TER database. Esta base de dados foi utilizada nesta dissertação como ferramenta para avaliar a frequência dos movimentos de massa em vertente em Portugal continental. Apesar desta informação detalhada, sobre eventos extremos passados, também foi necessário correlacionar a ocorrência destes desastres com a quantidade e duração de precipitação associada, através de métodos empíricos. Como tal, foram desenvolvidos limiares de precipitação acumulada, que quando igualados ou excedidos poderiam despoletar movimentos de massa em vertente – Rainfall Triggering Thresholds. O conceito e a metodologia desenvolvidos para a obtenção destes limiares foram utilizados, nesta dissertação, como forma de definir precipitação extrema associada à ocorrência de movimentos de massa em vertente. O expectável aumento da ocorrência de desastres hidro-geomorfológicos, como os movimentos de massa em vertente, provem dos inúmeros estudos que apontam para um aumento de precipitação extrema até ao final do século XXI. Apesar de se projetar um aumento nos extremos de precipitação, espera-se que a precipitação média anual venha a diminuir. Estes estudos climáticos baseados em projeções futuras de variáveis meteorológicas, como a precipitação, têm como base simulações de Modelos Regionais Climáticos (RCM) forçados por Modelos Globais Climáticos (GCM). Para projetar possíveis variações no regime de precipitação, tendo em conta o efeito das alterações climáticas, utilizam-se cenários de emissões RCP (Representative Concentration Pathways). Foram desenvolvidos quatro cenário RCP: RCP2.6, RCP4.5, RCP6 e RCP8.5, que consideram um aumento do forçamento radiativo em 2.6, 4.5, 6 e 8.5 W/m2 até ao ano 2100. Portanto, recorrendo às simulações de RCM forçadas por GCM, que são forçadas pelos cenários RCP, consegue-se projetar as possíveis alterações de variáveis meteorológicas, como a precipitação. Nesta dissertação foram utilizadas simulações de RCM forçadas por GCM e pelos cenários RCP4.5 e RCP8.5, provenientes do EURO-CORDEX. Soares et al. (2017) avaliou as alterações da precipitação futura utilizando modelos RCM forçados por GCM, para Portugal continental, provenientes do projeto CORDEX para o domínio europeu (EURO-CORDEX). Com base nestes modelos, Soares et al. (2017), construiu um Multimodelo (full Multimodel ensemble), com diferentes pesos de acordo com a contribuição de cada modelo, cuja metodologia também foi aplicada neste trabalho. Dado isto, esta dissertação teve como propósito a avaliação do impacto da precipitação extrema nos deslizamentos de terra futuros, tendo em conta cenários de alterações climáticas, e para três localizações específicas no domínio português. Primeiramente, foi feita uma análise à base de dados DISASTER de modo a avaliar a frequência temporal dos movimentos de massa em vertente registados, com a finalidade de definir o período mais suscetível à ocorrência destes eventos. Esta avaliação mostrou que existe maior atividade entre os meses outubro a março, que coincide com a variabilidade intra-anual de precipitação em Portugal, como era de esperar. Com base, nas informações provenientes desta base de dados, também, foram escolhidos três pontos de interesse no domínio continental português. Dois dos pontos pertencem à bacia hidrográfica Grande da Pipa, no distrito de Lisboa, e o outro ponto pertence à bacia hidrográfica do rio Douro, na região norte do país. Como tal, a fim de simplificar a definição destas localizações, os dois primeiros pontos passaram a chamar-se Lisboa1 e Lisboa2, e o último ponto passou a chamar-se Norte. Como descrito acima, foi desenvolvido um método empírico para quantificar a quantidade de precipitação acumulada, e a intensidade, necessária para causar um movimento de massa em vertente. Estes Rainfall Triggering Thresholds foram previamente obtidos, pelos colegas do IGOT, para as localizações acima referidas. Para avaliar as alterações na precipitação e nos seus extremos foram utilizados dados de precipitação observada (IB02) e simulações de clima regional, que cobrem toda a Península Ibérica. Estas simulações de precipitação foram feitas para o clima presente (1971-2000) e para o clima futuro do final do século XXI, seguindo os cenários de alterações climáticas RCP4.5 e RCP8.5. Os modelos utilizados para este estudo foram obtidos da plataforma do EURO-CORDEX com uma resolução de 0.11º, e recorrendo a estes modelos, dois Multimodelos foram construídos. Para a avaliação da precipitação média acumulada, o Multimodelo foi construído usando diferentes pesos de ponderação para cada modelo (full Multimodel ensemble), e para a avaliação da precipitação extrema, foi atribuído ao Multimodelo pesos iguais para cada modelo (Multimodel ensemble). Numa primeira análise, a precipitação média anual acumulada, dos três pontos escolhidos, foi avaliada recorrendo a uma comparação entre a precipitação simulada e a precipitação observada do conjunto de dados IB02, entre 1971 e 2000. Esta comparação mostrou a performance de cada modelo, sendo que o Multimodelo foi o que se destacou como melhor modelo para a precipitação média anual acumulada. Para avaliar a variabilidade espacial, das possíveis alterações na precipitação média anual acumulada, para a Península Ibérica, foi elaborada uma diferença relativa espacial da precipitação média anual acumulada simulada entre o período histórico e o período futuro, considerando ambos os cenários RCP. Esta análise mostrou que, de acordo com ambos os cenários RCP, é projetada uma diminuição da precipitação média anual acumulada para todo o Portugal continental. Acrescentando que, nesta análise, a maioria dos modelos representaram bem a variabilidade espacial do país, e que o Multimodelo teve a melhor performance, comparativamente aos modelos individuais. A precipitação extrema foi definida como a quantidade mínima de precipitação necessária para causar um movimento de massa em vertente ‘rainfall triggering lower-limit threshold’, tendo sido avaliada para quatro escalas de tempo de precipitação acumulada (um dia, dez dias, trinta dias e sessenta dias). Foi necessária uma primeira comparação entre os valores dos percentis (75th ,95th ,97.5th, 99th e 99.9th) das séries de precipitação das simulações históricas e das séries de precipitação observada, para as quatro escalas temporais, de modo a avaliar a performance dos modelos e o Multimodelo. Seguidamente, foram avaliadas e projetadas as alterações futuras nestes valores extremos, tendo em conta ambos os cenários RCP4.5 e RCP8.5. Esta análise consistiu em avaliar os valores dos percentis das simulações de precipitação para o período histórico versus o período futuro, seguindo ambos os cenários RCP. Complementando esta análise, também foi elaborada uma avaliação da quantidade de precipitação futura associada aos percentis dos limiares de precipitação, de modo a analisar se é projetado um aumento ou diminuição dos mesmos. Ambas as análises tiveram as mesmas observações, face às projeções da precipitação extrema dos cenários RCP4.5 e RCP8.5. O Multimodelo mostrou uma concordância boa com os valores extremos da série de precipitação observada, sendo um dos melhores cenários representativos para as três localizações. Relativamente à análise da precipitação extrema, as simulações do RCP4.5 projetaram um aumento na precipitação extrema, na maioria dos modelos e o Multimodelo, em todas as escalas temporais e nos três pontos. Contrariamente, as simulações do cenário RCP8.5 projetaram uma diminuição na precipitação extrema, na maioria dos modelos e o Multimodelo, para as escalas temporais de dez, trinta e sessenta dias, apenas para Lisboa1 e Lisboa2. Para a escala temporal de um dia este cenário projetou um aumento da precipitação extrema em todos os pontos. Neste cenário, o sinal do ponto Norte varia consoante a escala temporal, porém a magnitude é baixa em todos.Hydro-geomorphological disasters, namely floods and landslides, are expected to increase as a di-rect consequence of climate change. Portugal, which is located in the southwestern part of Europe, had several disaster events of this nature, mainly associated to extreme precipitation events. The purpose of this study is an assessment of the impact of extreme precipitation in future damaging landslide activity, taking into account climate change scenarios, and for three locations in the Portuguese domain. The empirical method used was developed by researchers at IGOT, that quantifies the accumulated precipitation, and intensity, necessary to trigger a damaging landslide event, as way to correlate precipitation with landslide activity. To evaluate the precipitation changes and extremes it was used regional climate simulations, covering the Iberian Peninsula. These simulations were made for the present climate (1971-2000) and for the future precipitation for the end of the twenty-first century, following the RCP4.5 and RCP8.5 climate change scenarios. The models’ runs used for this assessment were provided by the EURO-CORDEX platform at a 0.11º resolution, and using all these available models, two Multimodel ensembles were built. For the mean accumulated precipitation assessment, the Multimodel ensemble was built considering different weights for each model, while for the extreme precipitation assessment, the Multimodel ensemble was assigned equal weights to each model. In a first analysis, the mean accumulated precipitation was evaluated considering a comparison between the simulated precipitation and the observed precipitation from IB02 dataset, between 1971 and 2000. This first analysis showed that, following both RCP scenarios, it is projected a decreasing in the mean accumulated precipitation over mainland Portugal. Moreover, most models represent well the spatial variability of the country, and that the Multimodel ensemble has a better performance than the individual models. The extreme precipitation was defined as the minimum amount of rainfall necessary to trigger a landslide event, namely rain-fall triggering lower-limit threshold, and it was evaluated for four temporal lengths of accumulated precipitation (one day, ten days, thirty days, and sixty days). A comparison between the percentiles (75th ,95th ,97.5th, 99th and 99.9th) values of the historical simulated precipitation series and observed precipitation series, for the four temporal lengths, was necessary to evaluate the models’ performance. Then, a projection of future changes in the extreme values was evaluated regarding both RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. The Multimodel ensemble showed a good agreement with the observed extreme values, being one of the best representing models for the three locations. The main conclusions of the extreme precipitation analysis are that the models’ simulations project an increasing in the extreme precipitation ac-cording to RCP4.5 scenario, and an according to the RCP8.5 scenario, the models’ simulation project a decrease in the extreme precipitation.Ramos, Alexandre M.Trigo, Ricardo M.,1967-Repositório da Universidade de LisboaAraújo, Joana Rocha2022-04-11T00:30:29Z202120212021-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/48627TID:202933890enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:51:59Zoai:repositorio.ul.pt:10451/48627Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:00:25.069227Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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