Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/3354
Title: Viticultural zoning in Europe: climate scenarios and adaptation measures
Authors: Fraga, Helder José Chaves
Advisor: Santos, João Carlos Andrade dos
Malheiro, Aureliano Natálio Coelho
Pereira, José Manuel Moutinho
Keywords: Viticultura
Regiões vinícolas
Europa
Alterações climáticas
Issue Date: 23-Oct-2014
Abstract: A vitivinicultura é fortemente influenciada pelos elementos climáticos, sendo altamente vulnerável às alterações climáticas. Nas mais famosas regiões vitivinícolas da Europa, estabelecer o papel do clima no desenvolvimento da videira, atributos qualitativos e produção de vinho, adquire uma importância fundamental para a sustentabilidade económica e social do setor. Este fator é de particular interesse em algumas regiões com climas tipicamente Mediterrânicos, como é o caso Portugal, dada a variabilidade climática existente e as alterações projetadas para o futuro. No presente estudo, a atual zonagem bioclimática na Europa é analisada através do cálculo de índices vitivinícolas especializados, utilizando uma base de dados observacional. Através de um conjunto de modelos climáticos, as projeções futuras e incertezas associadas são posteriormente avaliadas à escala regional. Os índices bioclimáticos permitem sinalizar as zonas com melhor aptidão para o cultivo da vinha na Europa, e também inferir sobre a qualidade do vinho, o risco de contaminação por doenças e pragas, bem como a avaliação das necessidades hídricas da videira em cada região. De notar que muitas regiões do sul da Europa apresentam atualmente uma elevada acumulação térmica e moderados níveis de secura, com implicações na maturação e qualidade do vinho. As projeções futuras mostram um aumento da acumulação térmica um pouco por toda a Europa. No sul da Europa, as projeções apontam para um futuro muito mais quente e seco, resultando em riscos adicionais para a cultura da vinha. Por outro lado, na Europa central e do norte, climas mais quentes e húmidos podem aumentar a vulnerabilidade das videiras a determinadas doenças como por exemplo o míldio. A variabilidade inter-anual também deverá aumentar no futuro, o que resultará numa maior oscilação na produtividade e nos atributos qualitativos do vinho. Embora, as projeções obtidas sejam bastante robustas, elas apresentam um certo grau de incerteza, o qual é mais elevado em índices baseados em precipitação do que em temperatura, em especial nas regiões que apresentam climas tipicamente Mediterrânicos. O estudo prosseguiu com uma análise mais detalhada sobre as implicações das alterações climáticas na viticultura em Portugal. O estudo focou-se na avaliação de zonagem bioclimática em cenários atuais e futuros. Além disso, devido ao clima tipicamente Mediterrânico existente em Portugal, foram desenvolvidas métricas de extremos bioclimáticos. Estas métricas têm uma grande importância para a viticultura em Portugal, já de si bastante afetada pelo elevado stresse hídrico e térmico. Os resultados mostram que são esperados aumentos significativos na acumulação térmica e níveis de secura, especialmente sobre as regiões do interior sul do país. Além disso, a intensificação de eventos climáticos extremos pode resultar num aumento da variabilidade inter-anual desta cultura. Assim, é expectável que nas próximas décadas ocorra uma reformulação das regiões vitivinícolas em Portugal, enfatizando a necessidade para o desenvolvimento de medidas adequadas de adaptação às alterações climáticas, a fim de preservar a tipicidade enológica em cada região vitícola. Devido à grande variabilidade de condições em que as videiras são cultivadas em Portugal (e.g. elevação, orientação), tornou-se necessário melhorar a resolução espacial dos resultados obtidos. Para tal, foi efetuada uma zonagem bioclimática à escala regional com uma resolução espacial muito elevada (cerca de 1 km). Nesse sentido, foi desenvolvido um método de downscaling estatístico (redução de escala), aplicado a um conjunto de 13 modelos climáticos regionais nas 12 regiões vitivinícolas em Portugal Continental. De seguida foi desenvolvido um índice bioclimático categorizado tendo em conta as exigências térmicas da videira, a disponibilidade de água e as condições de maturação, em cada região. Este índice permite também a comparação direta entre cada região vitivinícola em Portugal, representando uma ferramenta de referência para a zonagem vitícola. Os resultados permitem capturar a atual distribuição espacial da cultura da vinha e mostram o contraste climático existente em todo o território. Em cenários futuros, o aumento da secura e acumulação térmica pode resultar em perda de aptidão vitícola, diminuição da diversidade bioclimática e antecipação de eventos fenológicos. Estas projeções poderão levar a mudanças na seleção de castas e porta-enxertos e, por conseguinte, nas características do vinho de cada região. Estes resultados são particularmente relevantes para o setor vitivinícola, uma vez que a elevada resolução dos resultados permite identificar alterações na viticultura Portuguesa à escala local. O estudo prosseguiu com a análise da influência do clima na produção de vinho. Esta relação é analisada utilizando uma série de produção de vinho, relativamente longa, da região vitivinícola do Minho, em Portugal. Através da análise desta série, foi possível isolar os principais fatores climáticos com influência para a produção de vinho. Vários elementos climáticos mostraram ter um grande impacto na produtividade e na produção de vinho. No geral, stresse hídrico moderado durante a época de crescimento, elevada produção há 3 anos atrás, tempo fresco em Fevereiro-Março, tempo estável em Maio, tempo quente e húmido em Junho e temperaturas baixas durante a colheita são geralmente favoráveis a uma elevada produção. A ligação entre a circulação atmosférica de larga escala e a produção de vinho também foi demonstrada. De seguida, foi desenvolvido um modelo estatístico, tendo em conta estes fatores, oferecendo uma elevada fiabilidade, podendo vir a ser de grande valor para o setor vitivinícola em Portugal. Na fase seguinte, o desenvolvimento fenológico da videira foi analisado, e a sua relação com elementos climáticos devidamente estabelecida. Para tal, foi usada uma série temporal da fenologia de quatro castas de videira, da região vitivinícola de Lisboa. Posteriormente, através de regressões lineares multivariadas, foi possível determinar quais os fatores climáticos que mais contribuíram para a evolução dos estados fenológicos. Os resultados mostraram que a temperatura do ar nos meses precedentes à ocorrência dos estados fenológicos tem uma grande influência sobre o início e a duração destes. Os modelos estatísticos desenvolvidos mostraram ainda que o forçamento climático pode explicar a maior parte da variabilidade no desenvolvimento fenológico da videira, confirmando a existência de ligações significativas entre o clima e os diferentes estados. Este estudo também permitiu compreender quais destas castas estarão melhor adaptadas ao clima futuro. Apesar do papel fundamental desempenhado pelo clima, outros fatores como o solo e a topografia também possuem um papel importante para o desenvolvimento da videira. Neste sentido, o estudo da zonagem vitícola é aperfeiçoado incluindo não só as condições climáticas, mas também as características de solo, topografia e crescimento vegetativo, nas regiões vitivinícolas da Península Ibérica. Este estudo permitiu integrar todos estes fatores para uma comparação entre as várias regiões, e também avaliar a importância relativa de cada fator. Os resultados mostram que o clima desempenha um papel fundamental para o crescimento vegetativo da videira, quando comparado a outros elementos, como tipo de solo e topografia. As relações clima-viticultura e as projeções das alterações climáticas aqui estabelecidas revelam ser de grande importância. Estas projeções permitem a implementação de estratégias para lidar com a variabilidade inter-anual, tanto da fenologia da videira como da produção de vinho. Além disso, a perceção dos impactos das alterações climáticas na viticultura pode também permitir a redução da vulnerabilidade do setor. Estes resultados são particularmente pertinentes para o setor vitivinícola na Europa e especialmente em Portugal.
Viticulture and winemaking are strongly governed by weather and climate and so are highly vulnerable to climate change. For the most renowned viticultural regions in Europe, establishing the role of climate on grapevine development, quality attributes and wine production, is of key importance for the economic stability and growth of the sector. This is of particular interest in some region presenting Mediterranean-like climatic conditions, such as Portugal, given the existing climatic variability and its projected changes in the future. In the present study, the existing bioclimatic zoning over Europe is assessed through the computation of specialized viticultural indices, using a state-of-the art observational dataset. By using an ensemble of climate models, future projection and associated uncertainties are assessed on a regional scale. The resulting bioclimatic indices allow the isolation of the most suitable zones for grapevine growth in Europe, and enable to infer on the regional potential for wine quality, risk of contamination by pests and diseases and water demands. It is clear that many countries in southern Europe currently present a high thermal accumulation and moderate to high levels of dryness, with potential implications in grapevine maturity and wine quality. Future projections, show increased thermal accumulation throughout Europe. In southern Europe, projections point to future drying and warming, resulting in additional threats to the winemaking sector. Conversely, in northern and central Europe, warm and moist climates may result in higher risks for pests and diseases. Inter-annual variability is also expected to increase in the future, resulting in a higher fluctuation in both yield and quality attributes. Although, the obtained projections are quite robust, they present a certain level of uncertainty, which is higher in precipitation-based indices than in temperature-based indices, especially in the Mediterranean-like climatic regions. The study continued with a more detailed analysis of the implications of climate change on Portuguese viticulture. The study focused on bioclimatic zoning assessment under present and future scenarios for the Portuguese mainland viticultural regions. Furthermore, due to the typical Mediterranean-like climate of the Portuguese winemaking regions, extreme bioclimatic metrics were also analysed. These metrics have a high importance for the Portuguese viticulture, already affected by high water and heat stress. Results show that significant increases in thermal accumulation and dryness levels are expected to occur in the future, particularly over the southern and innermost regions. Additionally, an intensification of extreme weather events could result in an increased inter-annual variability in yield and quality attributes. Thus, a reshaping of the Portuguese winemaking regions is likely to occur in the next decades, emphasizing the need for the development of appropriate climate change adaptation measures, in order to preserve wine styles. Due to the large array of conditions in which grapevines are grown in Portugal (e.g. elevation, orientation), it became necessary to enhance the spatial resolution of our results. Therefore, a regional assessment at a very-high spatial resolution (approximately 1 km) of the bioclimatic parameters is performed. For this purpose, a statistical downscaling method is applied to a set of 13 regional climate models on the 12 winemaking regions over mainland Portugal. A categorized bioclimatic index is then developed taking into account grapevine thermal demands, water availability and ripening conditions, in each region. This index also allows direct comparison between each winemaking region in Portugal, representing a reference tool for viticultural zoning. Results depict the current spatial distribution of the Portuguese vineyards and the Atlantic/Mediterranean climatic contrast over Portugal. Nonetheless under future scenarios, increased dryness and thermal accumulation may result in loss of viticultural suitability, lower bioclimatic diversity and earlier phenological events. These projections may lead to changes in varietal selection and wine characteristics of each region. These outcomes are particularly relevant for the winemaking sector, as this very-high resolution highlights the small scale changes in the spatial variability of each winemaking region. The study progressed with the analysis of the influence of climate on wine production. These relationships are analysed using a relatively long wine production series in the Minho wine region, in Portugal. Through the analysis of this series it is possible to isolate the main atmospheric components that influence wine production. Several climatic elements have shown have great impact on yield and wine production. Overall, a moderate water stress during the growing season, high production 3-yrs before, cool weather in February-March, settled-warm weather in May, warm moist weather in June and relatively cool conditions preceding harvest are generally favourable to a high wine production. The linkage between large scale atmospheric circulation/patterns and wine production was also demonstrated. Additionally, a modelling approach is undertaken taking into account these factors, providing a high skill, which could prove to be of great value for the winemaking sector. In the next stage, the grapevine phenological development is studied, and its relationship with atmospheric parameters is established. For this purpose, a phenological time series of four grapevine varieties in the Lisbon winemaking region is used. Subsequently, through multivariate linear regressions, it is possible to determine which climatic factors have contributed the most for these development stages. Results show that air temperatures preceding grapevine phenological stages have great influence on the onset and duration of these stages. The developed statistical models show that this climatic forcing can explain most of the variability in phenological development, confirming the existence of significant links between climate and grapevine development stages. This study also allows a better understanding of which of these varieties will be more adapted to future climates. Despite the key role played by climate, other factors such as soil and topography also acquire an important role for grapevine development and growth. Therefore, the viticultural zoning study is extended by analysing not only the climatic conditions but also the characteristics of soil, topography and vegetative growth, of the winemaking regions in the Iberian Peninsula. This study allowed us to integrate all these factors towards a comparison between various regions, while assessing the relative importance of each factor. Results show climate plays a leading role for grapevine vegetative growth, when compared to other grapevine-influencing elements such as soil type and topography. The established climate-grapevine relationships and climate change projections can prove to be of major importance to the regional viticultural sector. These projections may enable the implementation of strategies to cope with the inter-annual variability in both grapevine phenology and wine production. Furthermore, the awareness to the climate change impacts in viticulture may also allow reducing the sector vulnerability. These results are particularly important for the winemaking sector in Europe and especially in Portugal.
Description: Tese de Doutoramento em Ciências Agronómicas e Florestais
URI: http://hdl.handle.net/10348/3354
Document Type: Doctoral Thesis
Appears in Collections:OLD - Teses de Doutoramento

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