Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/34191
Title: Development and validation of models for analysing the effects of sea-level rise: application in southern Brazil
Other Titles: Desenvolvimento e validação de modelos para avaliar o impacto do aumento do nível do mar: aplicação à região sul do Brasil
Author: Lima, Lucas Terres de
Advisor: Bernardes, Cristina Maria de Almeida
Keywords: GIS
Remote sensing
Coastal management
Open source software
Defense Date: 16-Dec-2021
Abstract: Nowadays, the effects of sea-level rise can be observed in several countries of the world. The continuous rise of the mean sea-level in this century, reported by altimetry sensors and tide gauge data, and the constant increase of gas emissions, which implies the increase of global warming, will lead to global warming and more threatened areas in the future. In Brazil, the main cities are located on the coast site, which means studies that apply mapping and new projections are crucial to identify hazardous areas and prevent the worst scenario in the future. The present work consists in carrying out an analysis of the impact of sea-level rise for the end of this century in Rio Grande do Sul Coastal Plain (Southern Brazil), using three different Geographic Information Systems tools (GIS) created for this study. The tools are a product of an extensive study about sea-level models and coastal barriers that include a topographic and bathymetric survey with Unmanned Aerial Vehicle (UAV), a systematic literature review and the digitization of cross-sections of the stratigraphic coastal barriers of Rio Grande do Sul. The study highlights the scientific production of the region, having collected all the stratigraphic surveys carried out until 2021 and discussed the rise in sea-level related to the formation of coastal barriers. The first tool, named End Point Rate for QGIS (EPR4Q), performs trend analysis of the shoreline, and was validated using the well-known Digital Software Analysis System (DSAS) and Analysing Moving Boundaries Using R (AMBUR) software. The obtained results disclosed a high statistical correlation coefficient of 0.98 and 1.00 on linear, extensive and non-extensive shorelines, respectively. The second tool, called Uncertainty Bathtub Model (uBTM), calculates the probability of sea- level flooding by uncertainties in the projections and showed high correlation values of 0.75 to 1.00 with similar tools (Terrset Sea-level Impact, and Bathub Model). The third tool, Bruun Rule for GEE model (BRGM), applies the Bruun Rule in the GIS environment. Its validation showed a value of 0.97 of statistical correlation. The EPR4Q, uBTM and BRGM tools are open to the scientific community for improvement and to adapt the code for in-house applications and scientific research. The results using EPR4Q in the coastal plain Rio Grande do Sul showed that about 28.60% of the coastline may retreat in 2100, being more severe in the southern areas. In addition, the uBTM pointed to that 38.11 Km² to 44.57 Km² of urban area may be lost due to sea-level flood in 2100. The BRGM model showed a shoreline retreat ranging from -298.45 m to -1.7 Km that reflects the morphodynamical differences between coastal sectors. The results underscore the importance of being warned about the impacts of sea-level rise in Rio Grande do Sul Coastal Plain to provide more evidence for politics and coastal managers so they can act in advance. Therefore, the study carried out confirmed the hypothesis that it is possible to perform initial assessments of sea-level rise with the three tools created, since the study drives similar results (i.e. identification of erosive hotspots) as previously reported from other authors.
Actualmente, os efeitos do aumento do nível do mar podem ser observados em vários países do mundo que têm contacto com a zona costeira. O aumento contínuo do nível médio do mar neste século, relatado por sensores de altimetria e dados de marégrafos, bem como o aumento constante das emissões de gases estufa, implicarão o aumento do aquecimento global e das áreas ameaçadas no futuro. O Brasil é um país continental cujas principais cidades encontram-se no litoral, o que torna os estudos com mapeamento para realizar novas projeções, fundamentais para identificar áreas de risco e prevenir o pior cenário. Por conseguinte, o presente trabalho consiste em realizar uma análise do impacto da subida do nível do mar para o final do século XXI na Planície Costeira do Rio Grande do Sul (Sul do Brasil), através de três diferentes ferramentas de Sistemas de Informações Geográficas (SIG) criadas para este estudo. As ferramentas criadas são resultado de um extenso estudo sobre modelos de previsão de subida do nível do mar e formação de barreiras costeiras, que inclui um levantamento topográfico e batimétrico com Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT), revisão sistemática da literatura e digitalização de cortes transversais das barreiras costeiras estratigráficas da Planície Costeira do Rio Grande do Sul. O estudo destaca a produção científica da região, tendo recolhido todos os levantamentos estratigráficos realizados até 2021 e discutido a subida do nível do mar em relação à formação de barreiras costeiras. A primeira ferramenta, denominada End Point Rate for QGIS (EPR4Q), realiza uma análise de tendência da linha da costa e foi validada com os softwares DSAS e AMBUR, obtendo altos coeficientes de correlação estatística de 0.98 e 1.00, respectivamente, em linhas costeiras lineares, extensas e não extensas. A segunda ferramenta, denominada Uncertainty Batthub Model (uBTM), calcula a probabilidade de inundação com a subida do nível do mar por incertezas nas projeções, tendo apresentado altos valores de correlação de 0.75 a 1.00 com ferramentas semelhantes (Terrset Sea-level Impact, and Bathub Model). O terceiro modelo, a Regra de Bruun para Google Earth Engine (BRGM), aplica a Regra de Bruun no ambiente GIS e foi validado com 0.97 de correlação estatística. As ferramentas EPR4Q, uBTM e BRGM estão disponíveis a toda a comunidade científica para que possam melhorar e adequar o código a aplicações internas e pesquisas científicas. Os resultados encontrados com o EPR4Q na planície costeira do Rio Grande do Sul mostraram que cerca de 28.60% do litoral RS poderá apresentar erosão costeira em 2100, sendo mais severa na parte sul. Além disso, o uBTM identifica que de 38.11 Km² a 44.57 Km² de área urbana pode ser perdida por inundação do nível do mar em 2100. O BRGM demonstrou um recuo da linha costeira de -298.45 m para -1.7 km no final do século. Esses resultados ressaltam a importância de alertar sobre os impactos da subida do nível do mar na Planície Costeira do Rio Grande do Sul e fornecer mais evidências para que os políticos e gestores costeiros ajam com antecedência. Por conseguinte, o estudo realizado na planície costeira do Rio Grande do Sul serve para confirmar a hipótese estabelecida de que é possível realizar avaliações precoces da subida do nível do mar com os três modelos elaborados, corroborado por resultados semelhantes de diversos autores. já identificados como pontos críticos erosivos.
URI: http://hdl.handle.net/10773/34191
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DGeo - Teses de doutoramento

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