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The Amazon rainforest plays an important role in the global carbon and water cycles, having direct influence on Earths atmosphere and it suffers the consequences of the current climate crisis. Deforestation monitoring systems are a source of information on the forest condition for the scientific community, policy makers, and the general public. In this thesis, we identified three areas on which such systems could be improved: data processing, information extraction, and information distribution. Processing data of Earth observation satellites is subject to atmospheric noise. In particular, clouds obstruct the surveying of the Amazon rainforest. They introduce discontinuities on the the spatial and temporal patterns, which reduce the ability of analyst to extract information about features on the surface and reducing the reliability of the information obtained. Any information on Earths surface in our particular case, information on Land Use and Land Cover change increases its value through sharing, validation, and reuse in broader communities. Regarding data processing, we tested several cloud detection algorithms on Sentinel-2 imagery and we found that Fmask4 provides the best performance under frequent cloud coverage. With this knowledge, we proceed to extract deforestation information using time series of the Landsat 8 and Sentinel-2 satellites, applying machine learning techniques of Deep Learning and Random Forest, respectively. We obtained the best results by using time series of Sentinel-2 images processed with Random Forest. Finally, we demonstrated the best way to provide scientists with access to massive amounts or Earth observation data and processing tools is through collaborative analysis environments offered through Internet, such as Jupyter notebooks.

A intensificação de extremos climáticos, o aumento da demanda, e a falta de um planejamento integrado dos recursos hídricos no Brasil vêm se tornando mais evidente ano após ano. No ano de 2014, deparamo-nos com cheias nas regiões Norte e Sul, enquanto o Sudeste e Nordeste sofrem com deficiências hídricas severas. A situação mais crítica no Sudeste foi observada na região metropolitana de São Paulo. O nível dágua nos reservatórios do Sistema Cantareira que abastece a região atingiu o volume morto do reservatório em 2014. A bacia do rio Paraíba do Sul, estudada neste trabalho, também apresentou níveis muito abaixo do normal, caracterizando uma estiagem extrema. O objetivo deste trabalho foi avaliar a segurança hídrica desta bacia utilizando o modelo hidrológico distribuído do INPE. Nesta análise, foi incluída a transposição de águas da bacia do rio Paraíba do Sul para o Sistema Cantareira e suas consequências para o abastecimento do Sistema Guandu RJ e para a geração de energia nos aproveitamentos hidrelétricos na bacia. Examinou-se a disponibilidade hídrica da bacia a partir de cenários futuros de uso do solo tais como expansão urbana, agricultura e silvicultura. As análises de segurança hídrica indicaram que o reservatório de Jaguari conseguirá atender a transposição para o Sistema Cantareira e a produção de energia em todo período simulado, enquanto que a transposição quando será comprometida em pelo menos 2% do período simulado. Todos os cenários climáticos apontam para a redução da produção hidrelétrica de energia de 2016-2035 e uma tendência de melhora de 2036-2055. Finalmente, espera-se que este estudo contribua para um melhor entendimento da segurança hídrica na bacia do rio Paraíba do Sul, auxiliando as tomadas de decisões para operação dos reservatórios e da gestão dos recursos hídricos.

Esta tese de doutorado se pauta pela pesquisa empírica acerca da governança adaptativa dos recursos hídricos no Vale do Paraíba Paulista, identificando o processo adaptativo como uma questão política estabelecida pela rede social de atores envolvidos e afetados com a gestão dos recursos hídricos. O objetivo da pesquisa foi identificar e analisar os principais grupos de atores e suas relações políticas na rede de governança da água no Vale do Paraíba Paulista frente a cenários de mudança do clima, propondo caminhos para uma governança adaptativa e mais resiliente da água sob o conceito dos Sistemas Socioecológicos. A principal metodologia utilizada foi Social Network Analysis, a premissa desta tese é que a SNA se apresenta como importante ferramental para descrever o recorte da arena de ação para a governança adaptativa dos recursos hídricos, quais são os atores que compõem esta arena, a posição que eles ocupam, os resultados potenciais de suas ações, e o controle exercido sobre recursos materiais, informação e cooperação para a governança adaptativa. A metodologia se apresenta como estratégica para descrever dentro de um Sistema Socioecológico, de forma visual, a topologia de poder dos atores por meio de representações gráficas, abrindo a possibilidade de identificar acúmulos de capital social, tipos de capital social e quais atores associados a cada tipo. Como resultado da pesquisa foram identificados e avaliados como os atores se organizam espacialmente em suas redes sociais e entendem o processo de governança adaptativa. Outro resultado, foi a identificação de possíveis caminhos dentro das redes de atores que pudessem ser mais inclusivos, participativos e cooperativos para as estratégias de governança adaptativa. Desta forma, esta tese visou contribuir para a discussão teórica da questão da governança adaptativa, como também, procurou apresentar evidências empíricas que descrevem a arena de ação dos atores e as condições objetivas para a governança da água na bacia hidrográfica do Vale do Paraíba Paulista.

In the last years, forest degradation in the Brazilian Legal Amazon has shown significant values, frequently higher than deforestation. From August 2006 to July 2018, the degraded area totaled 191,632 km², representing 2.4 times the 89,501 km² deforested in the same period. The impacts of degradation include changes in the forest structure, carbon stocks, and biodiversity loss, affecting the CO2 balance and future climate changes. This thesis investigates the factors underlying the Spatio-temporal distribution of forest degradation in this region in recent years and how they impact CO2 balance in the region. Droughts and deforestation are some of the main factors linked to forest degradation. Then, we analyzed how the relationship between these factors and forest degradation evolved during this period by analyzing three indicators: water deficit anomaly indicator, historical clear cut deforestation indicator, and protected areas indicator. We also analyzed temporal trajectories of forest degradation from August 2006 to July 2016 in the Brazilian Amazon. We assessed their impact on the regional carbon balance, combining the degradation process with deforestation-related processes (clearcut deforestation and secondary vegetation dynamics), using the spatially-explicit INPEEM carbon emission model. Finally, we explored socio-economic and environmental factors that influence forest degradation spatial distribution and project scenarios of degradation and CO2 emissions for the Brazilian Amazon. Our results pointed out that 80% of the degradation events occur in areas classified as drought condition areas during the driest years. In contrast, forest degradation in these areas does not exceed 50% when considering the entire period. On the other hand, the relationship between degradation and historical deforestation were, on average, 67% during the whole period. Additionally, our results also show that, on average, 25% of the degradation occurred in Indigenous Territories and 9% in Conservation Units. The trajectory analysis showed that 13% of the degraded area ended up being cleared and converted in the period, and 61% of the total degraded area experienced only one event of degradation throughout the whole period. Net emissions added up to 5.4 Gt CO2, considering the emissions from forest degradation and deforestation, absorption from degraded forest recovery, and secondary vegetation dynamics. The results show an increase in forest degradation’s contribution to net emissions towards the end of the period, related to the decrease in clear-cut deforestation rates, decoupled from the forest degradation rates. The spatially-explicit model allowed us to explore socio-economic and environmental factors that influence forest degradation spatial distribution and project future scenarios of degradation and CO2 emissions to the Brazilian Amazon. We built sustainable and fragmentation land use scenarios and estimated their impacts on CO2 emission. At the end of the simulation, most of them presented a portion of up to 10% of forest degradation. However, in the sustainable scenario, it was still possible to observe intact forest regions, especially in eastern Amazonas. Our results also showed that while net CO2 emissions from 2019-2050 added up 0.74 Gt CO2 in a sustainable scenario, in a fragmentation scenario, this value reached 22.63 Gt CO2.

Este trabalho, iniciado em agosto de 2020, tem como principal objetivo auxiliar no planejamento e desenvolvimento da plataforma oficial do projeto Nexus (Transição para sustentabilidade e o nexo água-agricultura-energia: explorando uma abordagem integradora com casos de estudo nos biomas Cerrado e Caatinga) para disponibilização e divulgação de indicadores obtidos, além de apoiar na manutenção dos serviços online da Divisão de Impactos, Adaptações e Vulnerabilidades (DIIAV). Inicialmente para o trabalho realizado, foi proposto um plano de análise e aprendizado técnico das ferramentas que seriam utilizadas para a concretização do projeto final. A fase de planejamento (em conjunto com diversos pesquisadores) realizada por meio de um brainstorm entre as partes envolvidas no projeto para definir as primeiras características do sistema, respeitando as regras e diretrizes estabelecidas pelo INPE, além de possibilitar o levantamento dos primeiros requisitos do sistema, para que então fosse possível iniciar o desenvolvimento. Assim os conhecimentos foram aplicados no desenvolvimento da plataforma do Nexus embasadas nas ideias dos diversos pesquisadores participantes, e por fim, o lançamento oficial no servidor interno do CCST, utilizando das tecnologias e aparelhos disponibilizados pela instituição, além de conceitos importantes para o desenvolvimento web (como por exemplo: UI e UX design) tornando-a mais amigável possível. Por se tratar de um serviço online, é necessário realizar melhorias contínuas, para que possa ser entregue um sistema seguro e funcional para os usuários finais, que abrange toda a comunidade científica, além da análise contínua dos levantamentos de dados que serão realizados pelo Google Analytics e criação de gráficos com todas as informações relevantes, relacionando-as para que se possa tomar decisões estratégicas, previstas para a continuação do projeto.

Este trabalho tem como objetivo a continuidade ao projeto de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação em andamento desde agosto de 2020, visando apoiar a Divisão de Impacto, Adaptação e Vulnerabilidade (DIIAV), auxiliando no gerenciamento da estrutura de dados do projeto de pesquisas ambientado globalmente. Dentre alguns dos desafios científicos comumente encontrados atualmente, são os relacionados a diversidade e quantidade de informações espaciais e temporais geradas dentro da divisão. O gerenciamento, manipulação e análise destes dados, necessitam de um contínuo desenvolvimento e aprimoramento do sistema ao qual é realizado a organização e leitura destas informações, obtendo assim uma estruturação mais eficiente e dinâmica. Inicialmente o trabalho tratou de identificar possíveis melhorias no portal da divisão com a utilização de programação em PHP, Bootstrap e WordPress. Com o intuito de se obter uma maior eficiência nas implementações, utilizou-se dados coletados por meio do Google Analytics, que desta forma possibilitou analisar e converter estas informações em melhorias para a plataforma e alcançar o aprimoramento ao acesso às publicações realizadas pelos pesquisadores da DIIAV assim como o público em geral. Nesta nova etapa do projeto, houve a necessidade de treinamentos na utilização de ferramentas específicas para o desenvolvimento do portal, abrangendo os já mencionados: WordPress, linguagem em PHP, Bootstrap, Java Script, dentre outros. A princípio, foi realizado algumas melhorias relacionadas a configuração e manutenção de plug-ins, como exemplo o Smart Slider, afim de aprimorar a visualização de slides dentro da página home do tema padrão da DIIAV. Já em relação a estruturação e endentação do código, foram efetuadas algumas modificações para uma melhor organização e aparência dos ícones e imagens, visando um maior aproveitamento de editores de imagem e assim desenvolver novos ícones e banners para uma estrutura visual mais agradável e estruturada do portal. Dentro deste contexto e, seguindo o cronograma do projeto, um dos próximos passos serão a inclusão de menus suspensos (Drop Down) que estão acomodados nos menus laterais, possibilitando um upgrade estético e organizado para o layout do portal, além de um maior aprofundamento nos estudos do Google Analytics, permitindo assim a atualização das ferramentas disponibilizadas pelo portal, integração de novas bases de dados, acompanhamento e apoio na geração de índices de atendimento aos usuários internos e externos da DIIAV.

The activities related to the International Nitrogen Initiative (INI) Latin America Regional Centre started in the early 2000s, in association with the international actions within the nitrogen (N) field. The office in Latin America was proposed in the context of broad global and local environmental changes and the agricultural need for nutrient addition, looking into processes that would horizontally permeate between these two important elements for human survival and for the Earths system. However, the lack of information on the nitrogen cycle in Latin America is a serious impediment to evaluate properly how human activity is altering nitrogen pools and turnover at regional and global scales. Empirical measurements of N deposition and other N cycle processes are extremely scarce in Latin America, and data feeding to global and regional circulation models lack spatial distribution information in this region.

Inúmeros desafios levaram a um aumento na perda de florestas, revelando que as decisões atuais tomadas no Brasil em relação ao aumento do desmatamento na Amazônia requerem mudanças de política para que os ecossistemas e a biodiversidade globais não entrem em colapso. Na busca do desenvolvimento rural efetivo, tornou-se premente pensar em alternativas produtivas factíveis e, claro, viáveis, que evitem o êxodo dos pequenos agricultores do espaço rural, fazendo-se necessário desenvolver e viabilizar a agricultura familiar na região. Assim, em 1999, surgiram os Projetos de Desenvolvimento Sustentável (PDS), implantados pelo Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária (INCRA) com o objetivo de promover um novo modelo de reforma agrária, direcionado ao uso consciente e sustentável dos recursos da floresta, baseado no modelo cooperativista. À vista disso, este trabalho tem como objetivo analisar a implantação de Projetos de Desenvolvimento Sustentável (PDS) na Amazônia Legal, de forma a contribuir com o entendimento acerca desse modelo de reforma agrária, idealizado como estratégia para conciliar a atividade produtiva e o respeito ao meio ambiente.

A política de reforma agrária no final dos anos 80 e início dos anos 90 estimulou a criação de incentivos crescentes para o surgimento ou aumento de conflitos entre invasores e entre invasores e proprietários de terras, pois a invasão de terras era (e ainda é) uma técnica comum para obter controle e, eventualmente, um título de posse da terra. Com o objetivo de resolver os conflitos entre os diversos grupos de interesse presentes na Amazônia, o Estado procurou ordenar a regulamentação da terra como parte de sua nova política agrícola e ambiental no Brasil. Os assentamentos rurais se tornaram um dos principais instrumentos de ordenamento territorial e regularização fundiária na Amazônia brasileira, representando quase um terço das terras usadas e quase 74% dos estabelecimentos rurais. O Estado do Pará concentra o maior número de famílias assentadas do país, com mais de 30% de sua área coberta por assentamentos. Assim, este trabalho tem por objetivo realizar um levantamento dos projetos de assentamentos criados no estado do Pará, considerando as diferentes categorias e sua abrangência.

Este relatório da bolsa iniciada em agosto de 2019, teve como objetivo mostrar todos os itens aprendidos e aplicados durante 1 (um) ano de bolsa de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação (PIBITI), que foram implementados no desenvolvimento do site da Divisão de Impactos, Adaptação e Vulnerabilidade (DIIAV). Foram utilizados conhecimentos de PHP, Bootstrap e WordPress para desenvolvimento do portal, e para maior eficiência nas implementações, foram utilizados dados coletados provenientes do Google Analytics. Os dados coletados foram estudados e convertidos em melhorias para a plataforma, com a intenção de aprimorar o acesso à publicações realizadas pelos pesquisadores do DIIAV e pelo público em geral do portal. Para que isso fosse realizado, foram realizados treinamentos para compreender de maneira mais efetiva a utilizar o WordPress, além das linguagens PHP e Bootstrap. Após realização dos treinamentos, iniciou-se a etapa de desenvolvimento do sistema propriamente dito. Durante a etapa de desenvolvimento, tivemos várias reuniões com os solicitantes do sistema para decidir o que seria mudado e acrescentado no sistema, para que o sistema ficasse o mais completo possível. Também fizemos reuniões internas, para decidir como seria a melhor maneira de implementar as atualizações do portal, tanto evoluções estéticas como do próprio sistema. Na etapa do desenvolvimento de código, preferimos dar maior importância para as implementações de funções do sistema, por se tratar de uma parte mais sensível e trabalhosa do trabalho. Por se tratar de um portal em crescente evolução e diária disponibilidade de conteúdo, o projeto necessita de constante atualização, manutenção e possíveis adaptações futuras para que se possa oferecer um portal com excelência em conteúdo e informação para o público do DIIAV e a comunidade científica.

Artificial Neural Networks (ANN) are being used on several fields mostly as a mapper from input domain variables into output application area results. Several methods are being used on the automatic assessment of clouds from surface to predict solar power generation, assisted by a camera, side sensors, etc. The present Systematic Literature Review (SLR) is intended to search the related scientific articles, to find the state of the art in the area. We were able to find gaps in researches in regards to validation metrics for prediction of solar power generation as well as a small number of works in this domain area using computational intelligence (machine learning) methods, with the majority of works relying on classical statistics approaches. Results show that most works rely on images captured by Total Sky-imagers (TSI) and most works using computational intelligence rely on classical approaches like Artificial Neural Networks, Convolutional Neural Networks (CNN) and Multilayer Perceptrons (MLP) and that there still a relevant amount of works published from the last three years using classical statistics.