Abstract in Portuguese:

Resumo O estudo do comportamento das precipitações intensas é de extrema importância no gerenciamento dos desastres deflagrados por estes eventos que culminam em danos ambientais, sociais e econômicos por todo o Brasil. O objetivo principal deste trabalho foi identificar as tendências e o comportamento dos eventos de precipitação intensa no Estado de Minas Gerais. Foram analisados dados diários de precipitação de 309 postos pluviométricos gerenciados pela Agência Nacional de águas e Saneamento Básico (ANA), correspondentes ao período entre 1978 e 2017. A técnica dos quantis foi utilizada como intervalo de confiança (95%) na análise da tendência. O Teste de Mann-Kendall e o Estimador de Sen estimaram as tendências e suas magnitudes, respectivamente. Dos 309 postos analisados, 20 postos apresentaram tendência estatisticamente significativa (ao nível de 95%) na intensidade dos eventos, sendo 8 postos com tendência de aumento e 12 postos com tendência de diminuição, no Estados de Minas Gerais. O verão registrou a maior taxa de ocorrência de precipitações intensas (≥ 50%) em todo Estado. Observou-se um aumento de eventos extremos de chuva em alguns pontos no norte de Minas (aumento de 0,20 mm/dia/ano) e uma redução na região do Triângulo Mineiro e faixa central de Minas Gerais (redução de 0,1 mm/dia/ano).

Abstract in English:

Abstract The study of the behavior of intense precipitation is extremely important in the management of disasters triggered by these events that culminate in environmental, social and economic damage throughout Brazil. The main objective of this work was to identify the trends and behavior of intense precipitation events in the State of Minas Gerais. Daily precipitation data from 309 rainfall stations managed by the National Water and Basic Sanitation Agency (ANA) were analyzed, corresponding to the period between 1978 and 2017. The quantile technique was used as a confidence interval (95%) in the trend analysis. The Mann-Kendall Test and the Sen Estimator estimated the trends and their magnitudes, respectively. Of the 309 stations analyzed, 20 stations showed a statistically significant trend (at the 95% level) in the intensity of events, with 8 stations showing an increasing trend and 12 stations showing a decreasing trend, in the States of Minas Gerais. Summer recorded the highest rate of intense rainfall (≥ 50%) throughout the State. An increase in extreme rain events was observed in some points in the north of Minas (increase of 0.20 mm/day/year) and a reduction in the Triângulo Mineiro region and central strip of Minas Gerais (reduction of 0.1 mm /day/year).

Abstract in Portuguese:

Resumo A Bacia Hidrográfica do Rio São Francisco (SFRB) é de extrema importância tanto para a população rural quanto urbana local, percorrendo diversos estados e municípios do Brasil. O estudo da distribuição espacial das chuvas na SFRB, apoiado na aplicação da geoestatística, oferece insights valiosos para a gestão e planejamento hídrico. Nesse estudo foram utilizados dados de 341 estações pluviométricas, correspondentes ao período entre 1989 e 2018, e analisadas as chuvas acumuladas mensais. Sobre a tendência, estimativas positivas para a latitude, com exceção de abril, ressaltam que a precipitação acumulada em cada mês diminui de sul para norte. No mês de dezembro, 85,10% da variabilidade espacial das chuvas foi explicada pela tendência das chuvas em relação às coordenadas geográficas. Na dependência espacial, os dados analisados mostram predomínio do modelo de variograma exponencial. As análises realizadas proporcionaram uma visão holística das chuvas na região, permitindo a compreensão dos padrões espaciais e lançando luz sobre os desafios apresentados em um cenário de mudanças climáticas. Essa pesquisa limitou-se à modelagem espacial das chuvas na SFRB, e uma modelagem dos impactos socioeconômicos e ambientais na região em relação à irregularidade espacial das chuvas é essencial para trabalhos futuros.

Abstract in English:

Abstract The São Francisco River Basin (SFRB) is extremely important for both the local rural and urban population, running through several states and municipalities in Brazil. Thus, the study of the spatial distribution of rainfall in the SFRB, supported by the application of geostatistics, offers valuable insights for water management and planning. In this study, data from 341 rainfall stations were used, corresponding to the period between 1989 and 2018, and monthly accumulated rainfall analyzed. About the trends, positive estimates for latitude, except for April, highlight that the accumulated precipitation decreases from south to north each month. In December, 85.10% of the spatial variability of rainfall was explained by the trend of rainfall concerning geographical coordinates. Concerning spatial dependence, the analyzed data predominantly exhibited the exponential variogram model. The conducted analyses offered a holistic view of rainfall in the region, facilitating the understanding of spatial patterns and shedding light on challenges in the face of climate change. Our research limited on the spatial modeling of rainfall in the SFRB, and future work should include modeling socio-economic and environmental impacts in the region concerning the spatial irregularity of rainfall.

Abstract in Portuguese:

Resumo O albedo de uma superfície de água e a energia disponível para evaporação estão fortemente correlacionados e estudar tais processos é de suma importância para a segurança hídrica nível local e regional. Neste artigo, o albedo da água (αw) e a radiação líquida (Rn) foram analisados após serem medidos acima da superfície de água artificialmente limpa e de baixa turbidez usada para irrigação de cultivo de fumo. Observou-se que αw diminuiu com o aumento da elevação do sol (θ), especialmente para céu limpo e quase limpo. Os resultados mostraram que αw pode ser razoavelmente previsto com um modelo potencial em termos de θ ou Sg (radiação solar incidente) em diferentes condições de cobertura de nuvens. A partir deste estudo, um albedo médio diário de 0,05 é recomendado. Três abordagens foram consideradas para estimativa diária de Rn. Na primeira, um modelo de regressão linear ajustou-se fortemente aos dados de Rn em função de Sg, apenas. A segunda opção com base na definição de Rn foi [0,95Sg - Lnet(56)], onde Lnet(56) é a radiação líquida de onda longa do modelo FAO56 para estimativa da evapotranspiração de referência, e a terceira abordagem foi [0,95Sg - Lnet(MLR)], onde MLR significa regressão linear múltipla. As desvantagens das abordagens (1) e (3), baseadas em regressões, é que elas são restritas ao tipo de água armazenada na fazenda e às condições climáticas da região. O desempenho da abordagem (2), onde Lnet(56) é um modelo amplamente utilizado, foi comparável às outras e pode ser potencialmente melhorada com calibração local. Todas as três abordagens para estimar o Rn diário propostas neste estudo podem ser estendidas para águas claras que não passaram por nenhum processo de filtragem.

Abstract in English:

Abstract The albedo of a water surface and the energy available for evaporation are strongly correlated and studying such processes is of paramount importance for water security at farm and regional levels. In this paper, water albedo (αw) and net all-wave radiation (Rn) were analyzed after being measured above the surface of an artificially cleaned and low-turbidity water used for tobacco irrigation. It was observed that αw decreased as the sun elevation (θ) increased, especially for clear and near clear skies. The results showed that αw can be reasonably predicted with a power law model either in terms of θ or Sg (incoming solar radiation) across different cloud cover conditions. From this study, a mean daily albedo of 0.05 is recommended. Three approaches were considered for estimation of daily Rn. In the first, a linear regression model strongly fitted Rn data in terms of Sg solely. The second option based on the definition of Rn was [0.95Sg - Lnet(56)], where Lnet(56) is net longwave (LW) radiation as used in the FAO56 model for reference evapotranspiration estimation, and the third was [0.95Sg - Lnet(MLR)], where MLR stands for multiple linear regression. The disadvantages of approaches (1) and (3), based on regressions, is that they are constrained to the type of water stored in the farm and the climatic conditions of the region. The performance of approach (2), where Lnet(56) is a widely used model, was comparable to the others can potentially be improved with a site-specific calibration. All three approaches for estimating daily Rn proposed in this study can possibily be extended to clear water that did not go through any filtration process.

Abstract in Portuguese:

Resumo A seca é um fenômeno natural, que causa impactos severos em diferentes setores da sociedade. Para avaliar a seca, são utilizados índices que permitem comparar eventos em diferentes regiões e escalas temporais. O SPEIbase é uma base de dados em grade que fornece estimativas do SPEI em escala global, com ampla abrangência temporal (1901 a 2022), resolução espacial de 0,5° x 0,5° e segue em processo de atualização. O objetivo deste estudo foi avaliar o SPEIbase v2.9 na representação dos padrões espaço-temporal da seca na Região Sudeste Brasileira. Para isso, foram comparados os valores da SPEIbase via dados de oito estações meteorológicas convencionais (EMC), para o período de 1961 a 2010. A SPEIbase apresentou resultados satisfatórios para a Região Sudeste Brasileira. Os dados em grade apresentaram tendência linear positiva para todas as oito EMC, com correlação forte (0,70 < r < 0,90) para mais de 50% das estações. Além disso, a SPEIbase apresentou desempenho satisfatório na identificação da frequência e intensidade das secas. O SPEIbase é um importante produto que pode ser usado para a análise de secas na Região Sudeste Brasileira.

Abstract in English:

Abstract Drought is a natural phenomenon that cause severely impacts on different sectors of society. To assess drought, indices are used that allow comparing events in different regions and time scales. SPEIbase is a gridded database that provides global-scale SPEI estimates with an extensive temporal coverage (1901 to 2022), 0.5° x 0.5° spatial resolution, and is currently being updated. This study aimed to evaluate SPEIbase v2.9 in representing the spatio-temporal patterns of drought in the Southeastern Brazil Region. For this, SPEIbase values were compared to values calculated from data from eight conventional meteorological stations (CMS), for the period from 1961 to 2010. SPEIbase showed satisfactory results for the Southeastern Brazil Region. The gridded data presented a positive linear trend for all eight CMS in the study, with a strong correlation (0.70 < r < 0.90) for more than 50% of the stations. Additionally, SPEIbase performed satisfactorily in identifying the frequency and intensity of droughts. SPEIbase is an important tool for drought analysis in the Southeastern Brazil Region.

Abstract in Portuguese:

Resumo As previsões sazonais de precipitação são essenciais para a gestão dos recursos hídricos, a atividade agrícola e o planejamento operacional de sistemas hidroelétricos. Avanços metodológicos capazes de aprimorar a acurácia das previsões de precipitação geram benefícios significativos para a sociedade. Diante desse contexto, este estudo propõe e avalia duas abordagens para o refinamento das previsões sazonais de precipitação no Brasil, utilizando modelos matemáticos simples e baseados em dados, como a regressão linear múltipla (MLR) e a máquina de vetores de suporte não linear (SVM). Nas abordagens propostas, os modelos MLR e SVM são alimentados com índices climáticos relacionados a diferentes padrões de teleconexão que afetam a precipitação sazonal no Brasil, dados da análise de precipitação diária global do Climate Prediction Center (CPC) e previsões de precipitação do Seasonal Forecast System 5 (SEAS5). Ambos os modelos MLR e SVM foram validados de janeiro de 2017 a dezembro de 2020, usando a precipitação do CPC como referência. Os resultados sugerem que, em comparação com o SEAS5, os modelos MLR e SVM melhoram a precisão e reduzem o viés nas previsões de precipitação para as regiões Sudeste, Centro-Oeste e Norte do Brasil durante o verão austral. No entanto, o desempenho dos modelos em consideração foi equivalente ao do SEAS5 nas regiões Nordeste e Sul, setores do Brasil onde o clima é significativamente influenciado pelo El Niño-Oscilação Sul.

Abstract in English:

Abstract Seasonal precipitation forecasts are essential for water resource management, agricultural activities, and the operational planning of hydropower systems. Any methodological advancement that enhances the accuracy of precipitation predictions will yield considerable societal benefits. In this context, this study proposes and evaluates two approaches for refining seasonal precipitation forecasts in Brazil, using simple data-based models, such as multiple linear regression (MLR) and nonlinear support vector machine (SVM). These models employ climate indices related to different teleconnection patterns that affect seasonal precipitation in Brazil, the unified gauge-based analysis of global daily precipitation from the Climate Prediction Center (CPC), and the precipitation forecasts from the Seasonal Forecast System 5 (SEAS5) as input variables. Both MLR and SVM models were validated from Jan-2017 to Dec-2020 using precipitation from the CPC as ground truth. The results suggest that, compared to SEAS5, MLR and SVM models enhance predictive accuracy and reduce bias in precipitation forecasts for the Southeast, Midwest, and North regions of Brazil during the austral summer. However, the performance of the models was found to be on par with the original predictions of SEAS5 in the Northeast and South regions, sectors of Brazil where the climate is significantly influenced by the El Niño-Southern Oscillation.

Abstract in Portuguese:

Resumo No leste subúmido da Bahia, Brasil, água de superfície armazenada em reservatórios revestidos é usada para irrigar por gotejamento plantas de fumo tipo Sumatra cultivadas sob sombreamento parcial. Este trabalho, no âmbito de um estudo maior sobre evaporação, teve como objetivo monitorar, durante duas estações de cultivo (2015 e 2016), a turbidez da água, o balanço de radiação (componentes de onda curta - OC e onda longa - OL) e a temperatura superficial da água (Tw), com sensores instalados numa plataforma flutuante. A turbidez da água era muito baixa (cerca de 2,6 NTU em média) devido à filtragem e tratamento osmose reversa antes do armazenamento. Com base nos dados de ambas as estações, a radiação líquida de OC Snet correspondeu a cerca de 96% da radiação de OC incidente Sg. O saldo diário de OL Lnet foi consistentemente negativo (média de -55,1 W/m2). A radiação líquida total Rn correspondeu a 77% de Snet. Quatro dias foram selecionados (dois de cada ano) para avaliar os efeitos da nebulosidade nos componentes de OC e OL. Enquanto Snet diminuiu com a nebulosidade devido ao bloqueio da radiação solar, Lnet também diminuiu, mas devido ao aumento da radiação OL incidente Latm com a nebulosidade. Rn também diminuiu com a cobertura de nuvens. Com base nos dados de 2015, em média, a Tw diária (26,1 °C) foi maior que a temperatura do ar Ta (21,8 °C) devido à absorção da radiação solar pela superfície, Ta mostrando uma amplitude diária muito maior.

Abstract in English:

Abstract In eastern sub-humid Bahia, Brazil, surface water stored in lined ponds is used to drip irrigate Sumatra tobacco plants grown under partial shading. This work, as part of a large evaporation study, aimed at monitoring, over two irrigation seasons (2015 and 2016), the water turbidity, the radiation balance (shortwave - SW and longwave - LW components), and the skin water temperature (Tw) with sensors deployed in a raft. The water turbidity was very low (around 2.6 NTU on average) due to filtration and reverse osmosis treatment of water prior to storage. Considering data from both seasons, the net SW radiation Snet was about 96% of incoming SW flux Sg. The daily net LW flux Lnet was consistently negative (-55.1 W/m2 average). The net all-wave radiation Rn corresponded to 77% of Snet. Four days were selected from both seasons to evaluate the effects of cloudiness on the SW and LW components. While Snet decreased with cloudiness due to solar radiation blockage, Lnet also decreased but due to increasing of downward LW radiation Latm with cloudiness. Rn also decreased with cloud cover. Based on the 2015 data, on average, daily Tw (26.1 °C) was higher than air temperature Ta (21.8 °C) due to near-surface absorption of solar radiation with Ta showing a much higher daily amplitude.

Abstract in Portuguese:

Resumo A evapotranspiração (ET) é um dos mais importantes processos do ciclo hidrológico, constituindo-se o principal responsável pelas perdas de água na superfície. Vários modelos de evapotranspiração utilizam informações da temperatura da superfície e índices de vegetação captadas por sensores remotos tais como o MODIS e a série LANDSAT para estimar o valor de ETc. O objetivo deste estudo aplicar o modelo SSEBop para estimativa da ETc da soja (Glicine max. L) em um campo experimental submetida a quatro regimes hídricos, utilizando imagens multiespectrais e termais de alta resolução coletadas com uso de aeronave remotamente pilotada. Mapas de temperatura da superfície e NDVI foram gerados como fontes para a estimativa da evapotranspiração. A partir de um script em Python, mapas de variabilidade espacial da ETc foram gerados para diferentes estádios fenológicos da cultura. A qualidade do modelo de estimativas de ETc foi realizada comparando-se os resultados da modelagem com os dados transpiração foliar medida no campo através de um analisador de gases por infravermelho, cujos resultados mostraram boa correlação (R2 = 0,76). Estes resultados demostraram a possibilidade de transferência de um modelo originalmente desenvolvido para processamento de imagens de satélite de baixa a média resolução para imagens de alta resolução espaço temporal adquiridos por RPA a partir de pequenas adaptações no algoritmo original, gerando um grande potencial para novos estudos em escala experimental e de campo.

Abstract in English:

Abstract Evapotranspiration (ET) is one of the most important processes in the hydrologic cycle, constituting the main responsible for water losses at the surface. Several evapotranspiration models use information from surface temperature and vegetation indices captured by remote sensors such as MODIS and LANDSAT to estimate the ETc value. The objective of this study is to apply SSEBop model to estimate ETc of soybean in a field experiment under four water regimes, using high-resolution multispectral and thermal images collected from remotely piloted aircraft (RPA). Surface temperature and NDVI maps were generated as sources for evapotranspiration estimation. From a Python script, spatial variability maps of ETc were generated at different phenological stages of the crop. The quality of the model for ETc estimates was performed by comparing the modeling results with leaf transpiration data measured in the field using an infrared gas analyzer, whose results showed a good correlation (R2 = 0.76). These results demonstrated the possibility of transferring a model originally developed for processing low to medium-resolution satellite images to high-resolution spatial-temporal images acquired by RPA with small adaptations in the original algorithm, generating great potential for new studies on an experimental and field scale.

Abstract in Portuguese:

Resumo O efeito da Ilha de Calor Urbano (ICU), onde regiões urbanas experimentam temperaturas mais altas do que suas contrapartes rurais, é um fenômeno bem observado com consequências como problemas de saúde e aumento do consumo de energia. Na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), uma zona urbana densa com mais de 20 milhões de habitantes, o efeito ICU é intensificado devido à urbanização rápida e desordenada. Esta pesquisa utilizou dados meteorológicos das estações meteorológicas da RMSP e empregou o algoritmo de agrupamento k-means para identificar regiões com intensidade pronunciada de ICU. O estudo revelou quatro agrupamentos distintos, com o Grupo A exibindo o efeito ICU mais significativo. Esse efeito está associado com padrões de uso do solo, particularmente a predominância de áreas residenciais e comerciais e a falta de espaços verdes. Variações sazonais no efeito ICU também foram observadas. As descobertas destacam o impacto do desenvolvimento urbano nas mudanças climáticas localizadas e fornecem insights valiosos para o planejamento urbano e a formulação de políticas na RMSP. Estudos futuros poderiam expandir essas descobertas, incluindo mais variáveis e examinando outras regiões urbanas globais.

Abstract in English:

Abstract The Urban Heat Island (UHI) effect, where urban regions experience higher temperatures than their rural counterparts, is a well-observed phenomenon with consequences such as health issues and increased energy consumption. In the Metropolitan Area of São Paulo (MASP), a dense urban zone with over 20 million inhabitants, the UHI effect is intensified due to rapid and unplanned urbanization. This research utilized meteorological data from MASP's weather stations and employed the k-means clustering algorithm to identify regions with pronounced UHI intensity. The study revealed four distinct clusters, with Cluster A exhibiting the most significant UHI effect. This effect was related with land use patterns, particularly the dominance of residential and commercial areas and a lack of green spaces. Seasonal variations in the UHI effect were also observed. The findings highlight the impact of urban development on localized climate change and provide valuable insights for urban planning and policy-making in MASP. Future studies could expand on these findings by including more variables and examining other global urban regions.

Abstract in Portuguese:

Resumo Este estudo analisou a influência das mudanças no uso e cobertura da terra (LULC) e do aumento dos gases de efeito estufa (GEEs) nas variáveis de superfície do clima da região metropolitana de Manaus (RMM). Os experimentos numéricos foram realizados utilizando o modelo regional BRAMS, para o período chuvoso da RMM, e divididos em quatro categorias, a saber: experimento de cobertura do solo atual, experimento de sensibilidade às expansões de desmatamento e urbanização, experimento de sensibilidade ao aumento dos GEEs e experimento com efeitos combinados impulsionados por um cenário extremo. Mudanças no LULC produziram alterações locais nos balanços de radiação e energia e na temperatura da superfície. Além disso, o ciclo diurno da precipitação mostrou um aumento após os horários de pico na área urbana. No cenário de aumento dos GEE, alterações significativas nos componentes dos balanços de radiação e energia resultaram em uma anomalia positiva de temperatura superficial (∼10 °C) e uma anomalia negativa de precipitação (∼50%). Essas mudanças foram levemente intensificadas no experimento combinado. O clima da RMM foi considerado mais sensível ao aumento dos GEE do que à uma mudança local do LULC. Nossos resultados reforçam a necessidade urgente de tomar medidas para conter o aumento global de GEEs porque, diante de tal cenário, a manutenção da floresta, de seus processos ecológicos e de seus serviços ambientais seria impossível.

Abstract in English:

Abstract This study analyzed the impact of land use and land cover (LULC) changes and increased in greenhouse gases (GHGs) on surface variables in the climate of the metropolitan region of Manaus (MRM). The numerical experiments were carried out using the BRAMS regional model for the MRM rainy season period and divided into four categories, namely: actual land cover, sensitivity to deforestation and urbanization expansions, sensitivity to increased GHGs, and a combined experiment driven by an extreme scenario. Changes in LULC produced local alterations in the energy and radiation balances and in surface temperature. In addition, the diurnal cycle of the precipitation showed an increase after peak hours over the urban area. In the scenario of increasing GHGs, significant changes in the components of the radiation and energy balances resulted in a positive surface temperature anomaly (∼10 °C) and a negative precipitation anomaly (∼50%). These changes were slightly intensified in the combined experiment. It was found that MRM's climate is more sensitive to an increase in GHGs than to a local change in LULC. Our results reinforce the urgent need to take measures to contain the global increase in GHGs because, in the face of such a scenario, the maintenance of the forest, its ecological processes, and its environmental services would be impossible.

Abstract in Portuguese:

Resumo Crajubar é a região formada pelos municípios Crato, Juazeiro do Norte e Barbalha situados ao sul do estado do Ceará. A expansão urbana desordenada com a retirada de parte significativa da vegetação, mudança da topografia local e aterro de corpos hídricos tem contribuído para a formação de ilhas de calor e consequentemente afetando negativamente a qualidade de vida da população local. Desta forma, o objetivo deste trabalho, foi realizar uma análise temporal da temperatura de superfície em função do uso e ocupação do solo, relacionando com a cobertura do solo por meio do índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI). Foi considerada uma série histórica dos anos de 2000, 2010 e 2020, utilizando imagens do Landsat 5, sensor TM nas bandas 3, 4 e 6 e Landsat 8, sensor OLI, nas bandas 4, 5 e 10 adquiridas da United States Geological Survey (USGS). Os resultados evidenciaram a formação de ilhas de calor nos bairros intensamente edificados e com classes de solos expostos, enquanto as ilhas de frescor compõem os corpos hídricos e a vegetação que os margeiam. A arborização da cidade com plantas perenifólias pode favorecer a redução da temperatura local principalmente nos meses de estiagem.

Abstract in English:

Abstract Crajubar is a region formed by the counties of Crato, Juazeiro do Norte and Barbalha located in the south of the state of Ceará. Disorderly and acellerated urban expansion causes the removal of a significant part of the vegetation, alter the local topography and landfilling of rivers, lakes, dams contribute to the formation of heat islands and consequently affecting the quality of life of the local population. Therefore, the objective of this study was to carry out a temporal analysis of surface temperature as a function of land use and occupation, relating it to soil cover using the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). A historical series from the years 2000, 2010 and 2020 was considered, using images from Landsat 5, TM sensor in bands 3, 4 and 6 and Landsat 8, OLI sensor, in bands 4, 5 and 10 acquired from the United States Geological Survey (USGS). The city's afforestation with evergreen plants can help reduce local temperatures, especially during the dry months.

Abstract in Portuguese:

Resumo Estudos indicam a intensificação das mudanças climáticas, com aumento da temperatura do ar, alterações no padrão das chuvas e maior variabilidade para outros elementos climáticos. O setor energético renovável pode contribuir com a redução dos impactos na atmosfera. Todavia, as fontes renováveis dependem do clima e o aumento da demanda por energia exige um planejamento coerente com as novas condições. Este estudo teve como objetivo apresentar os resultados relacionados à radiação solar incidente na superfície e à nebulosidade para o Nordeste brasileiro. Utilizou-se um conjunto de modelos climáticos globais (BESM, HadGEM2-ES e CanESM2) associados ao regional Eta, para projetar dados futuros para os períodos de 2041-2069 e 2070-2099, comparando-os ao período histórico de 1961-1990, considerando os cenários RCP4.5 e RCP8.5 aplicados pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas. Os resultados evidenciaram o aumento predominante da radiação solar incidente (média de 1,7% pelo HadGEM2-ES e 2,5% pelo CanESM2), exceto para o BESM (-3,5%) e redução para a nebulosidade, com valores médios entre -1,1% (BESM) e -53,4% (CanESM2). Esses resultados podem favorecer a produção de energia solar fotovoltaica nesta região, sendo assim, tem-se elevada expectativa quanto à diversificação da matriz energética brasileira, redução da dependência de combustíveis fósseis e aumento da segurança energética.

Abstract in English:

Abstract Studies indicate the intensification of climate change, with an increase in air temperature, changes in rainfall patterns, and greater variability in other climatic elements. The renewable energy sector can contribute to reducing atmospheric impacts. However, renewable sources depend on the climate, and the increasing demand for energy requires planning that is coherent with new conditions. This study aimed to present results related to incident solar radiation on the surface and cloudiness for the Northeast of Brazil. A set of global climate models (BESM, HadGEM2-ES, and CanESM2) associated with the regional Eta model was used to project future data for the periods 2041-2069 and 2070-2099, comparing them to the historical period of 1961-1990, considering the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios applied by the Intergovernmental Panel on Climate Change. The results showed a predominant increase in incident solar radiation (an average of 1.7% by HadGEM2-ES and 2.5% by CanESM2), except for BESM (-3.5%), and a reduction in cloudiness, with average values between -1.1% (BESM) and -53.4% (CanESM2). These results may favor the production of photovoltaic solar energy in this region, raising high expectations for the diversification of the Brazilian energy matrix, reducing dependence on fossil fuels, and increasing energy security.

Abstract in Portuguese:

Resumo Este estudo teve como objetivo avaliar o desempenho de métodos para estimativa da evapotranspiração de referência (ETo) nas escalas diária e decendial em sete municípios do Rio Grande do Sul. Foram utilizados dados meteorológicos diários de janeiro de 2015 a dezembro de 2020, para estimar a ETo por Penman-Monteith como padrão e para 32 métodos a serem avaliados com o uso de seis indicadores (índices de confiança e de concordância, coeficientes de correlação e de determinação, erro quadrático médio e erro médio). Os métodos baseados na radiação de Ritchie, Stephens-Stew, Souza-Silva, Valiantzas-3 e Hargreaves são indicados em todos os municípios para estimar a ETo diária e decendial. Baseado no índice de confiança, todos tiveram um ‘ótimo’ desempenho e apresentaram uma variação na estimativa inferior a 1 mm e tendência em subestimar a ETo. Na ausência de dados de radiação, há possibilidade de estimar a ETo diária usando alguns métodos baseados na temperatura do ar, como o de Romanenko, apenas para o município de Bagé. Na escala decendial, pode-se recorrer ao método aerodinâmico de Brockamp, nos municípios de Bagé e do Rio Grande e nos métodos fundamentados na temperatura de Hargreaves-Samani 1 e 2 e de Baier-Rob em todos os municípios, exceto de Santa Rosa.

Abstract in English:

Abstract This study aimed to evaluate the performance of methods for estimating reference evapotranspiration (ETo) on daily and ten-day period in seven cities in Rio Grande do Sul. Daily meteorological data from January 2015 to December 2020 were used to estimate ETo by Penman-Monteith as standard and for 32 methods to be evaluated using six indicators (confidence and concordance indexes, correlation and determination coefficients, mean squared error and mean error). The radiation-based methods of Ritchie, Stephens-Stew, Souza-Silva, Valiantzas-3 and Hargreaves are recommended in all cities to estimate daily and ten-day ETo. Based on the confidence index, all had an ‘excellent’ performance and presented a variation in the estimate of less than 1 mm and a tendency to underestimate the ETo. In the absence of radiation data, it is possible to estimate daily ETo using some methods based on air temperature, such as Romanenko, only for the city of Bagé. On the ten-day period, one can use the Brockamp aerodynamic method in the cities of Bagé and Rio Grande and the temperature-based methods of Hargreaves-Samani 1 and 2 and Baier-Rob in all cities, except Santa Rosa.

Abstract in Portuguese:

Resumo O objetivo deste trabalho foi analisar a variabilidade do fluxo evapotranspirativo (LE) no Estado do Rio Grande do Sul (RS) associado a eventos ENOS (El Niño Oscilação Sul). Para alcançar o objetivo pretendido, obteve-se LE como termo residual dos componentes do balanço de energia (BE), o qual foi calculado usando o modelo METRIC com inputs provenientes de produtos do sensor MODIS e dados meteorológicos de reanálise do projeto ERA5, no período de 2002 a 2019. Os eventos ENOS usados para confrontar com a dinâmica de LE, foram definidos usando o Índice Niño Oceânico (ONI), a partir do qual se definiu que dentro do período deste estudo, os anos de maior intensidade de anomalia negativa e positiva foram, respectivamente, 2010/2011 e 2015/2016. Os resultados apontaram que as análises, usando imagens de satélite e dados de reanálise, permitem, além de auxiliar na compreensão e dimensionamento de LE, também delimitar áreas em que os efeitos associados ao ENOS se tornam relevantes, gerando uma contribuição importante e original ao entendimento do fenômeno, especialmente no contexto agropecuário.

Abstract in English:

Abstract This study aimed to analyze the evapotranspiration (LE) flux variability in the state of Rio Grande do Sul - RS (Brazil) associated with ENSO (El Niño Southern Oscillation) events. In pursuit of this objective, LE was considered the residual term of energy balance (EB) components and calculated using the METRIC model, with inputs from MODIS sensor products and ERA5 reanalysis meteorological data from 2002 to 2019. The ENSO events used to confront LE dynamics were defined using the Oceanic Niño Index (ONI). Based on this, within the study period, the periods 2010/2011 and 2015/2016 were defined as years of higher negative and positive anomalies, respectively. Our findings showed that analyses using satellite images and reanalysis data, in addition to helping to understand and dimension LE, also allow delimiting areas where ENSO-associated effects are relevant, providing a significant and original contribution to the understanding of ENSO, especially in a farming context.

Abstract in Portuguese:

Resumo A população da Amazônia está aumentando e consequentemente, as cidades. Com a urbanização, nem sempre questões como a atenuação do efeito térmico nas áreas construídas são consideradas. O efeito térmico das cidades somado ao clima natural tem sido avaliado por vários estudos na Amazônia como indicativo de desconforto térmico da população em cidades de diferentes tamanhos. Assim, este estudo teve como objetivo identificar e avaliar a ocorrência de ilha de calor urbano em Ji-Paraná no ano de 2017, bem como a sua relação com o índice de conforto térmico utilizando dados observacionais da estação mantida pelo Programa de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia (LBA). Os resultados evidenciam a formação de ilha de calor muito forte em Ji-Paraná concentrada no núcleo urbano e que, embora a maioria do ano seja confortável, durante as horas de sol predomina o desconforto e estresse por calor. De uma forma geral, em cidades pequenas, como a avaliada aqui, existe a formação de ilha de calor que se acentua ao longo do ano e influência no desconforto nas horas de sol, o que prejudica a população em suas atividades cotidianas.

Abstract in English:

Abstract The population of the Amazon is increasing and consequently the cities. The urbanization, not account issues of attenuation of the thermal effect in the built-up areas. The thermal effect of cities added to the natural climate has been evaluated by several studies in the Amazon as an indication of thermal discomfort of the population in cities of different sizes. Thus, this study aims to characterize the microclimate of Ji-Paraná and identify the heat island and its relationship with thermal comfort. The results indicate the formation of a very strong heat island in Ji-Paraná concentrated in the urban area and that although most of the year it is comfortable, during the sunny hours discomfort and heat stress are predominating. In general, in small towns, as evaluated here, there is the formation of a heat island that is accentuated throughout the year and influences the discomfort in the hours of sunlight, which harms the population in their daily activities.

Abstract in Portuguese:

Resumo As secas podem acarretar crise hídrica, que pode afetar a produção de alimento e causar impactos socioambientais. Esta pesquisa objetiva analisar o comportamento das secas meteorológica e hidrológica por meio do emprego de índices de seca padronizados, calculados a partir de projeções climáticas dos cenários RCP4.5 e RCP8.5. Foram utilizados os índices SPI e SPEI para secas meteorológica e o SSFI para secas hidrológica, a partir de vazões simuladas pelos modelos hidrológicos SWAT e VIC. Para o clima presente (1961a 2005) os índices SPEI e SPI apresentaram resultados semelhantes com relação a eventos extremos de seca. Para o clima futuro (2005 a 2099) o SPI apresentou resultados semelhantes de seca quando considerado os cenários RCP4.5 e RCP8.5. O SPEI apresentou resultados mais divergentes quando considerado cada cenário. No clima futuro o SSFI simulou secas extremas para os cenários, RCP4.5 e RCP8.5. Levando em consideração o comportamento dos índices de seca para uma mesma escala de tempo, a seca meteorológica pode ter influenciado a seca hidrológica, gerando redução das vazões do rio quase simultaneamente devido à pequena área da bacia considerada. Estes resultados podem ser utilizados no planejamento de políticas e estratégias que visem minimizar os impactos das secas na região.

Abstract in English:

Abstract Droughts can lead to a water crisis, which can affect food production and cause socio-environmental impacts. This research aims to analyze the behavior of meteorological and hydrological droughts through the use of standardized drought indices, calculated from climate projections of the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. The SPI and SPEI indices were used for meteorological droughts and the SSFI for hydrological droughts, based on discharge simulated by the SWAT and VIC hydrological models. For the current climate (1961 to 2005) the SPEI and SPI indices showed similar results regarding extreme drought events. For the future climate (2005 to 2099), the SPI presented similar drought results when considering the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. The SPEI presented more divergent results when considering each scenario. In the future climate, the SSFI simulated extreme droughts for the scenarios, RCP4.5 and RCP8.5. Taking into account the behavior of drought indices for the same time scale, meteorological drought may have influenced hydrological drought, generating a reduction in river discharges almost simultaneously due to the small area of the basin considered. These results can be used in planning policies and strategies that aim to minimize the impacts of droughts in the region.

Abstract in Portuguese:

Resumo O estudo examina a conexão entre a altura geopotencial (Z850 hPa) e a temperatura (°C) e precipitação (mm) no Iraque. São utilizados os dados de observação dos parâmetros climatológicos atualmente disponíveis na organização meteorológica iraquiana. A análise temporal da precipitação apresentou dados homogêneos com uma única média para o período, mas as temperaturas ao longo do período de pesquisa apresentam uma tendência flutuante, com a maioria das estações mostrando uma tendência crescente após 1993. A área montanhosa do norte do Iraque tem as maiores quantidades de precipitação, enquanto a porção sul do país regista os valores mais baixos. A distribuição de temperatura apresentou padrão de precipitação inverso. Um mapa de correlação foi usado para investigar a ligação entre Z850 hPa e fatores climatológicos iraquianos. O ar frio que desce das regiões polares é o principal mecanismo responsável por trazer massa de ar frio sobre a região iraquiana durante as precipitações de inverno. O Iraque recebe precipitação na primavera devido à advecção de ar úmido do Mar Mediterrâneo e do Norte da áfrica. Além disso, durante o verão e o outono, a advecção de ar quente da índia e da áfrica Oriental através da Península Arábica está associada aos padrões de temperatura do Iraque.

Abstract in English:

Abstract The study examines the connection between the geopotential height (Z850 hPa) and the temperature (°C) and precipitation (mm) in Iraq. The observation data for climatological parameters that are currently available from the Iraqi meteorological organization are used. The temporal analysis of precipitation had a homogeneous data with a single mean for the period but temperatures throughout the research period exhibit a fluctuating tendency, with most stations showing a rising trend after 1993. The northern mountain area of Iraq has the highest amounts of precipitation, while the southern portion of the country records the lowest amounts. The distribution of temperature is characterized in reverse by the precipitation pattern. A correlation map is used for investigating the link between Z850 hPa and the two Iraqi climatological factors. According to the research, cold air descending from the Polar Regions is the primary mechanism responsible for bringing cold air mass over the Iraqi region during winter precipitation. Iraq receives precipitation in the springtime mostly due to the advection of moist air from the Mediterranean Sea and North Africa. Additionally, during summer and autumn, the hot air advection from India and eastern Africa through the Arabian Peninsula is associated with Iraqi temperature patterns.

Abstract in Portuguese:

Resumo Gálvez e Davison criaram o índice de instabilidade Gálvez-Davison (GDI) desenvolvido para regiões tropicais, uma vez que os índices tradicionais apresentam baixo desempenho nessas áreas. O GDI foi avaliado utilizando o Método de Análise de Contingencia (MAC) com dados de radiossondagens obtidos em Belém-PA, Brasil, de 2009 a 2018, e foi comparado com outros índices de instabilidade clássicos como o índice K, Showalter, SWEAT, Lifted, Total Totals e CAPE. Foi observado que o índice K obteve o melhor desempenho no geral, o GDI foi o segundo melhor índice. O pior desempenho foi do índice SWEAT. Para o horário de 00 UTC, o GDI apresentou desempenho superior aos demais índices de instabilidade avaliados. Em geral, o desempenho desses índices foi considerado mediano de acordo com o método MAC, o que torna necessário serem feitas adequações nos índices, tais como a incorporação ou ajuste de parâmetros atmosféricos utilizados nas equações e/ou alterações nos limiares, visando obter um melhor desempenho dessas ferramentas operacionais na previsibilidade de precipitação em Belém.

Abstract in English:

Abstract Gálvez and Davison developed the Gálvez-Davison Instability Index (GDI) specifically for tropical regions, as traditional indices often perform poorly in these areas. The GDI was evaluated using the Contingency Analysis Method (MAC) with radiosonde data collected in Belém-PA, Brazil, from 2009 to 2018, and it was compared with other classic instability indices such as the K Index, Showalter, SWEAT, Lifted, Total Totals, and CAPE. The K Index showed the best overall performance, with the GDI being the second-best. The worst performance was observed with the SWEAT Index. At 00 UTC, the GDI outperformed the other evaluated instability indices. Overall, the performance of these indices was considered moderate according to the MAC method, highlighting the need for adjustments, such as incorporating or fine-tuning atmospheric parameters used in the equations and/or modifying thresholds, to improve the effectiveness of these operational tools for precipitation predictability in Belém.

Abstract in Portuguese:

Resumo Durante a estação chuvosa, é comum que a Zona Metropolitana do Vale do México seja afetada por eventos climáticos extremos. O objetivo deste trabalho foi analisar a sensibilidade de diferentes tipos de processos físicos no modelo WRF e encontrar o melhor esquema para prever o período de chuvas em alta resolução espacial em uma área densamente urbanizada. Para este propósito, as chuvas durante quatro meses em 2019 (jun-sep), foram simuladas com 40 combinações diferentes de parâmetros físicos. O desempenho do modelo foi avaliado através do índice de Eficiência Multiparamétrica, considerando as métricas estatísticas complementares Viés Percentual, Erro Absoluto Médio, Erro Quadrático Médio, índice Nash-Sutcliffe, e Correlação de Pearson. Os resultados do modelo foram comparados com os valores observados, considerando cinco limiares de precipitação. A análise de sensibilidade sugere que existem configurações específicas do modelo WRF que podem prever a maioria das características de chuva na área de estudo, como utilizar a microfísica de Milbrandt Yau Double Moment, a camada limite planetária MYNN Level 2.5 e Betts Miller Janjic como parametrização cumulus, isto para limiares de precipitação superiores a 20 mm. Finalmente, a metodologia aplicada permitiu identificar o experimento com melhor desempenho e consistência nos diferentes limiares de análise para toda a zona metropolitana.

Abstract in English:

Abstract Every rainy season, it is common for the Metropolitan Zone of the Valley of Mexico to be affected by extreme weather. The objective of this work was to carry out a sensitivity analysis combining the different schemes of physical processes incorporated in the WRF and find the optimal scheme to carry out the weather forecasting of rainfall at high spatial resolution in a densely urbanized zone. For this purpose, rainfall during four months in 2019 (jun-sep), were simulated with 40 different combinations of physical parameters. The performance of the model was evaluated through the Efficiency Multiparametric Index, considering as complementary statistical metrics Bias Percentage, Mean Absolute Error, Mean Square Error, Nash-Sutcliffe Index, and Pearson's Correlation. The results of the model were compared with the observation records, considering five thresholds of rainfall. The sensitivity analysis suggests that there are specific WRF configurations that can predict most rainfall features in the study area, such as the use of Milbrandt Yau Double Moment microphysics, MYNN Level 2.5 planetary boundary layer, and Betts Miller Janjic as cumulus parameterization, this for precipitation thresholds greater than 20 mm. Finally, the applied methodology made it possible to identify the experiment with the best performance and consistency in the different analysis thresholds for the metropolitan zone.

Abstract in Portuguese:

Resumo A sensibilidade ao fotoperíodo influencia o ciclo de desenvolvimento do arroz, afetando o florescimento. Modelos de simulação de culturas, como o ORYZA (v3), utilizam equações que dependem de dois parâmetros principais, calibrados pelo usuário: sensibilidade ao fotoperíodo e fotoperíodo mínimo ideal. O comprimento do dia, determinado pela latitude e dia do ano, também influencia o desenvolvimento da cultura. Este estudo explora a interação desses parâmetros no modelo fenológico do ORYZA (v3). Quando o fotoperíodo mínimo ideal é menor que o comprimento do dia, a sensibilidade ao fotoperíodo pode atrasar ou inibir o florescimento. Para garantir a simulação correta, esses parâmetros precisam ser ajustados para evitar um prolongamento excessivo da fase vegetativa. Se calibrados incorretamente, ou em condições constantes de baixo fotoperíodo, a planta pode permanecer em estado vegetativo. O modelo apresenta dificuldades com cultivares altamente sensíveis ao fotoperíodo em condições onde o comprimento do dia é constantemente superior ao fotoperíodo mínimo ideal, o que pode gerar resultados não interpretáveis e complicar a calibração dos parâmetros via algoritmos de otimização. Portanto, é crucial ajustar adequadamente o fotoperíodo mínimo ideal com base na latitude e limitar a sensibilidade ao fotoperíodo para garantir simulações precisas e acuradas do florescimento.

Abstract in English:

Abstract Photoperiod sensitivity affects the rice development cycle and its flowering. Crop simulation models, such as ORYZA (v3), use equations that depend on two main parameters calibrated by the user: sensitivity to photoperiod and minimum optimal photoperiod. Day length, determined by latitude and day of the year, also affects crop development. This study explores the interaction of these parameters in the ORYZA (v3) phenological model. When the optimum minimum photoperiod is shorter than the day length, photoperiod sensitivity delay or inhibit flowering. To ensure a proper simulation, these parameters need to be adjusted to avoid excessive prolongation of the vegetative phase. If calibrated incorrectly, or if let in constant low photoperiod conditions, the plant may remain in the vegetative state. The model presents challenges with cultivars that are highly sensitive to photoperiod in conditions where day length is constantly longer than the ideal minimum photoperiod. This situation may generate uninterpretable results and complicate the calibration of parameters via optimization algorithms. Therefore, it is crucial to properly adjust the optimal minimum photoperiod based on latitude and limit photoperiod sensitivity to ensure accurate and precise simulations of flowering.

Abstract in Portuguese:

Resumo O presente trabalho objetivou obter um modelo para as séries temporais de vazão e precipitação, do grupo SARIMA, de dados observados em cinco estações pluviométricas e em uma estação fluviométrica, presentes na Bacia Hidrográfica do Rio Preto (BHRP), a fim de selecionar o melhor modelo que represente seu caráter preditivo. O modelo selecionado para os dados de precipitação total mensal (PTM), considerando os critérios de seleção de Akaike, Schwarz e Hannan e Quinn, foi o SARIMA (0,0,0)x(0,1,1), e o modelo selecionado para os dados de vazão mensal foi o SARIMA (1,0,0)x(0,1,1). Os modelos do tipo SARIMA demonstram boa capacidade em modelar e prever os dados de precipitação e vazão de uma bacia hidrográfica com relevo e sistemas atmosféricos heterogêneos. Esses modelos foram capazes de incorporar as características, como a sazonalidade e a correlação serial, e demonstraram bons ajustes aos dados, qualificando-os para a realização de previsões de longo termo, que foram feitas em um horizonte de 84 meses.

Abstract in English:

Abstract The present work aimed to obtain a model for the time series of flow and precipitation, of the SARIMA group, from data observed in 5 pluviometric stations and a fluviometric station, present in the Rio Preto Hydrographic Basin (BHRP), to select the best model that represent its predictive character. The model selected for the monthly total precipitation (PTM) data, considering the selection criteria of Akaike, Schwarz and Hannan and Quinn, was SARIMA (0,0,0)x(0,1,1), and the selected model for monthly flow data it was SARIMA (1,0,0)x(0,1,1). SARIMA models demonstrate good capacity to model and predict precipitation and flow data from a river basin with heterogeneous relief and atmospheric systems. The models were able to incorporate characteristics such as seasonality and serial correlation, and demonstrated good adjustments to the data, qualifying them for long-term forecasts, which were made over a horizon of 84 months.