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ISSN (Print) 0102-7786
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  • CESP Integrated Precipitation Estimation and Forecasting System for its
           Watersheds

    • Abstract: Resumo A previsão de vazão é uma das mais importantes informações na programação da geração de energia hidroelétrica e no planejamento de curto a longo prazo. A previsão de vazão é mais relevante em cenários de escassez hídrica, quando há redução da geração hidroelétrica e aumento da produção por usinas termelétricas para garantir outros usos da água nessas condições. Prever e prognosticar a precipitação por meio de modelos estocásticos e determinísticos é essencial mesmo com as limitações inerentes à complexidade fenomenológica atmosférica. Estabelecer diretriz com base em tais modelos fundamentados em variáveis hidrometeorológicas (e.g., séries de precipitação) e fenômenos climáticos podem reduzir erros e melhorar a operação de reservatórios. O Operador Nacional do Sistema (ONS) e agentes de geração podem decidir com menos riscos operacionais, otimizar os recursos energéticos, minimizar custos para o consumidor e suprir energia elétrica mesmo em períodos de escassez hídrica. Assim, este trabalho apresenta um sistema de monitoramento e previsão de precipitação nas bacias hidrográficas da CESP para melhorar as estimativas de vazão afluentes aos seus reservatórios. A previsão de chuva com até cinco dias de antecedência foi realizada com o sistema ARPS. As estimativas, medições e simulações de chuva obtidas foram utilizadas em simulações de vazão afluente nas bacias da CESP com o modelo SMAP para verificação. Os resultados sugerem melhoria de desempenho por meio da integração de dados e previsão de precipitação com o sistema ARPS.Abstract Flow forecasting is one of the most important information to scheduling hydroelectric power generation and short- to long-term planning. Flow prediction is most relevant in water scarcity scenarios, when there is a reduction in hydroelectric power generation and an increase in production by thermoelectric plants to guarantee other uses of water under such conditions. The prediction and prognostic precipitation through stochastic and deterministic models is essential even with the inherent limitations of atmospheric phenomenological complexity. Establishing guidelines upon such models based on hydrometeorological variables (e.g., precipitation time series) and climate phenomena can reduce errors and improve reservoir operations. The National System Operator (ONS) and generation agencies may decide with fewer operational risks in order to optimize energy resources, minimize consumer costs and supply electricity even in times of water scarcity. Thus, this paper describes a rain monitoring and forecasting system in the CESP watersheds to improve the streamflow estimation of CESP reservoirs. We present an objective statistical analysis scheme (ANOBES) that integrates the meteorological satellite precipitation estimation with CESP, DAEE and ANA telemetric network rainfall measurements. Rain forecasting up to five days in advance is performed with the ARPS system. The estimates, measurements and rainfall simulations obtained were used in tributary flow simulations of CESP watersheds with the SMAP model for verification. Rain forecast up to five days in advance was made with the ARPS system. The estimates, measurements and rainfall simulations obtained were used in tributary flow simulations in CESP basins with the SMAP model for verification. The results suggest performance improvement with data integration and precipitation prediction with the ARPS system.
       
  • The Scarabs and the Meteorological Conditions

    • Abstract: Resumo Estudar os fatores temporais na flutuação populacional dos escaravelhos é fundamental para compreensão de sua variação ao longo do ano. Assim, analisou-se relação entre tempo e flutuação populacional de escarabeídeos em Mata de Cocal, no município de Teresina-PI, no período de agosto de 2011 a julho de 2012. Semanalmente, coletaram-se escaravelhos em 12 armadilhas pitfall, sem atrativos. Confirmou-se correlação canônica entre o conjunto do registro da ocorrência mensal da flutuação populacional das espécies de Scarabaeidae e o conjunto dos dados mensais da insolação, da precipitação pluviométrica, da umidade relativa do ar e da temperatura média, com magnitude de 1, Qui-Quadrado igual a 390,15, com 40 graus de liberdade e o correspondente p-valor igual a < 0,0001. Significativamente (p < 0,0001), houve correlação canônica entre os dados da insolação (0,31), da precipitação pluviométrica (0,26), da umidade (0,03) e da temperatura (-0,16) ao conjunto dos registros da ocorrência mensal da flutuação populacional de escaravelhos. Desse modo, a flutuação populacional de determinadas espécies de escaravelhos, precipuamente, Coprophanaeus jasius (0,47; p < 0,0001), Deltochilum sp. (0,32; p < 0,0001) e Dichotomius nisus (0,48; p < 0,0001), é estacional e condicionada por parâmetros meteorológicos, principalmente, insolação.Abstract Study the meteorological factors is important to understand scarabs population dynamics. So this study examined the relationship between meteorological conditions and the scarabeids population fluctuation in Mata de Cocal in Teresina-PI from August 2011 to July 2012. Scarabs were collected weekly in 12 pitfall traps unattractive. It confirmed canonical correlation between the monthly occurrence record in the Scarabaeidae species in the group of monthly data of insolation, pluviometric precipitation, relative humidity and temperature, with a magnitude of 1, chi-square equal to 390.15 with 40 degrees of freedom and p-value corresponding equal to < 0.0001. Significantly (p < 0.0001), there was canonical correlation between insolation data (0.31), pluviometric precipitation (0.26), humidity (0.03) and temperature (-0.16) in the monthly occurrence record of the scarabeids. In this way the population fluctuation of certain scarabs species, mainly, Coprophanaeus jasius (0.47; p < 0.0001), Deltochilum sp. (0.32; p < 0.0001) and Dichotomius nisus (0.48; p < 0.0001) is governed predominantly by regional variables and their presence is conditioned by meteorological parameters, insolation principally.
       
  • Extreme Rainfall Events on the Coastland of Paraná State
           (Paranaguá Bay)

    • Abstract: Resumo A ocorrência de eventos extremos de precipitação (EEP) no litoral do Paraná eleva o potencial de erosividade dos rios da região, além de causar inundações. Neste contexto, o objetivo deste estudo é analisar a tendência da intensidade e frequência dos EEP diários, além de analisar o ciclo horário dos extremos para a região costeira do Paraná e o ambiente sinótico. Coletaram-se os dados de precipitação e divergência do fluxo de umidade. Consideraram-se EEP diários acima do percentil 95 (EEP95). A análise de tendência linear através do teste Mann-Kendall, análise do ciclo diário e a distribuição espacial do ambiente sinótico foram estudados. Os resultados mostram que os EEP95 não apresentaram tendência significativa. Apesar do estudo limitar-se a uma única localidade, áreas de máxima convergência de umidade destacam o padrão da Zona de Convergência de umidade. Os resultados mostram que o limiar para um EEP95 diário é de 46,40 mm.dia−1; apenas durante a madrugada e na estação chuvosa, o ciclo diário dos EEP95 apresentou taxas horárias que atingiram o percentil 95. O período de janeiro a março, concentrou cerca de 50% EEP95, com a frequência de EEP95 diminuindo em anos de La Niña e aumentando em anos de El Niño e neutros.Abstract The occurrence of extreme precipitation events (EEP) of the coast of Paraná increases the erosivity potential of the rivers in this region, causing flooding among other occurrences. In this context, the objective of this study is to analyze the trends in intensity and frequency of daily EEP, as well as to analyze the extreme hourly cycle for the coastal region of Paraná and the synoptic conditions. Thus, precipitation data and divergence of moisture flow were collected. Daily precipitation above the 95th percentile (EEP95) was considered in this study. From the EEP95, linear trend analysis using the Mann-Kendall test, daily cycle analysis and the spatial distribution of the synoptic environment were studied. Although the study is limited to one locality, areas of maximum moisture convergence highlight the pattern of the Convergence Zone of moisture. The results show that the threshold for a daily EEP95 is 46.40 mm.dia−1; only during the early morning and in the rainy season, the daily cycle of the EEP95 presented hourly rates that reached the 95th percentile. The period from January to March, concentrated around 50% EEP95, with the frequency of EEP95 decreasing in years of La Niña and increasing in years of El Niño and neutral.
       
  • Climatic Characterization and Temporal Analysis of Rainfall in the
           Municipality of Cruzeiro do Sul - AC, Brazil

    • Abstract: Abstract The Climatological Water Budget (CWB) determined by the Thornthwaite and Matter (1955) allows the temporal visualization of the variables that compose the climate, thus allowing the climatic characterization of a region. Therefore, this work aimed at identifying and quantifying the months of water surplus and deficit through CWB to characterize the climate for the municipality of Cruzeiro do Sul - AC, Brazil, and analyze the temporal distribution of rainfall for the municipality. We used daily precipitation and temperature values and procedures to fill in the database. We calculated the potential evapotranspiration (ETP) using the Hargreaves Samani method (1985). Subsequently, we determined the periods of soil water storage (SWS), water deficiency (DEF), and water surplus (SUR) on a monthly scale. The climate of Cruzeiro do Sul, located in the northern region of Brazil, was characterized according to the Thornthwaite (1955) as B1rA'a' for a AWC of 140 mm, that is, a humid climate with annual rainfall average of 2227 mm and real evapotranspiration of 1660 mm, with small water deficiency in the months from June to October, with no thermal deficiency, and summer concentrated in three months with an average air temperature of 25 °C ranging between 18 °C and 32 °C.Resumo O Balanço Hídrico Climatológico (BHC), determinado por Thornthwaite e Matter (1955), permite a visualização temporal das variáveis que compõem o clima, identificando os períodos de déficit e excedente hídrico, permitindo a caracterização climática de uma região. Portanto, este trabalho teve como objetivo identificar e quantificar os meses de excedente e déficit hídrico por meio da BHC para caracterizar o clima do município de Cruzeiro do Sul - AC, Brasil, e analisar a distribuição temporal das chuvas no município. Utilizou-se valores e diários de precipitação e temperatura para preencher o banco de dados. Calculou-se a evapotranspiração potencial (ETP) usando o método de Hargreaves Samani (1985). Posteriormente se determinou os períodos de armazenamento de água no solo (ARM), deficiência de água (DEF) e excesso de água (EXC) em uma escala mensal. O clima de Cruzeiro do Sul, localizado na região norte do Brasil, foi caracterizado pela metodologia de Thornthwaite e Matter (1955) como B1rA'a ‘para uma CAD de 140 mm, ou seja, um clima úmido com média anual de chuvas de 2227 mm e evapotranspiração real de 1660 mm, com pequena deficiência hídrica nos meses de junho a outubro, sem deficiência térmica, e o verão concentrado em três meses com temperatura média do ar de 25 °C variando entre 18 °C e 32 °C. A menor temperatura de 18,2 °C foi observada em julho e a mais alta, de 32,1 °C, em agosto.
       
  • Evaluation in the Detection of Environmental Changes in the High Ipanema
           Watershed

    • Abstract: Resumo O objetivo do trabalho foi identificar e avaliar os diferentes graus de susceptibilidade ambiental da bacia hidrográfica do Alto Ipanema, onde fazem parte os municípios de Arcoverde e Pesqueira no estado de Pernambuco, à variabilidade climática e ao processo de degradação. Foram utilizados nesta pesquisa os dados de precipitação mensal da série histórica (1962 a 2015) para a realização do cálculo do índice de anomalia de chuva (IAC), considerando as médias temporais das precipitações locais, para a determinação dos períodos secos e úmidos. Foram estimados parâmetros biofísicos para a detecção de mudanças ambientais na bacia hidrográfica, aplicando componentes do algoritmo SEBAL por meio da utilização de imagens dos satélites Landsat 5-TM e 8-OLI/TIRS. Os resultados apresentaram uma predominância de IAC negativos para a variabilidade interanual com pontos de inflexão mais extremos nos anos chuvosos, que mostra toda a bacia hidrográfica com índice de anomalia entre seco e chuvoso. Percebe-se a existência de fortes indícios da influência da ocorrência dos fenômenos de El Niño e La Niña, em conjunto ou não das fases positivas e negativas do Dipolo do Atlântico, nos eventos de secas e chuvas na bacia. Com os parâmetros biofísicos analisados, foi identificado que a porção noroeste da bacia apresenta áreas de solos expostos com um grau de susceptibilidade à degradação.Abstract The objective of this study was to identify and evaluate the different degrees of environmental susceptibility of the High Ipanema watershed, covering part of the municipalities of Arcoverde and Pesqueira in the state of Pernambuco, to climatic variability and degradation process. The data of monthly precipitation of the historical series (1962 to 2015) were used for the calculation of the rainfall anomaly index (IAC), considering the temporal means of the local precipitations, for the determination of dry and humid periods. The biophysical parameters were estimated for the detection of environmental changes in the watershed, applying components of the SEBAL algorithm using Landsat 5-TM and 8-OLI/TIRS images. The results presented a predominance of negative IACs for the interannual variability with more extreme inflection points in the rainy years, which shows the whole watershed with an anomaly index between dry and rainy. There is also strong evidence of the influence of the occurrence of El Niño and La Niña phenomena, together with or not on the positive and negative phases of the Atlantic Dipole, in the drought and rainfall events in the watershed. With the biophysical parameters analyzed it was found that the northwest part of the watershed presents a considerable area of exposed soils with a degree of susceptibility to degradation.
       
  • Parâmetros Biofísicos Aplicados no Parque Nacional da Serra das
           Confusões, Piauí-Brasil

    • Abstract: Resumo O objetivo deste trabalho é avaliar os parâmetros biofísicos, chuva e a temperatura de superfície nas condições da vegetação, no Parque Nacional da Serra das Confusões (PNSC), Piauí-NEB. Com auxílio das imagens obtidas do satélite Landsat 8 foi possível calcular o Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) e a temperatura de superfície (Ts). A chuva do PNSC apresentou sazonalidade bem definida, estações seca e chuvosa. Ambas as estações têm papel crucial nas condições da vegetação do PNSC. A classe de NDVI (>0,693) apresentou a maior redução da área de cobertura do PNSC próximo de 72,7%, enquanto que as classes (0,347-0,433) e (0,433-0,52) tiveram um aumento de 34,7% e 31,8%, respectivamente. Além disso, ficou claro que as condições da vegetação influenciam na Ts da região.Abstract The objective of this work is to evaluate the biophysical parameters, rainfall and surface temperature in the vegetation conditions, in the Serra das Confusões National Park (SCNP), Piau-NEB. With the aid of the images obtained from the satellite Landsat 8 it was possible to calculate the Normalizes Difference Vegetation Index (NDVI) and the surface temperature (Ts). The SCNP rainfall presented a well-defined seasonality, dry and rainy seasons, which play a crucial role in the vegetation conditions of the SCNP. The NDVI class (> 0.693) had the greatest reduction o the coverage area around 72.7%, while the classes (0.347-0.433) and (0.433-0.52) had an increase of 34.7% and 31, 8%, respectively. In addition, it was clear that vegetation condition influenced the Ts of the region.
       
  • South Atlantic Subtropical Anticyclone Associated with the Southern
           Annular Mode and Climate Impacts in Brazil

    • Abstract: Resumo O objetivo deste estudo é investigar a precipitação pluvial e os ventos no Brasil associados ao anticiclone subtropical do Atlântico Sul (ASAS) nas diferentes fases do Modo Anular Sul (SAM). Na fase positiva (negativa) do SAM, o ASAS está posicionado anomalamente para sul (norte), assim como a Zona de Convergência Intertropical, contribuindo com aumento (redução) da precipitação pluvial na Região Norte (Norte e Nordeste). Assim, ventos mais intensos (fracos) são observados em algumas áreas no sul da Região Nordeste, Sudeste e sul da Região Sul (grande parte da Região Nordeste e parte do Tocantins e Minas Gerais) no outono e inverno (outono). Em relação à precipitação pluvial, há redução (aumento) no centro-sul (sul da Região Sul/ centro-leste) do Brasil entre o inverno e verão (na primavera e outono/ verão). Na fase negativa do SAM existe uma redução na duração da estação chuvosa na região tropical associada a um enfraquecimento da atividade da Zona de Convergência do Atlântico Sul e da convecção tropical. O outono é a única estação em que o fortalecimento dos ventos na Região Nordeste pode ser utilizado para complementar a produção de energia elétrica por fonte hidráulica devido ao déficit de precipitação pluvial em ambas as fases do SAM.Abstract The objective of this study is to investigate the precipitation and winds in Brazil associated with the South Atlantic subtropical anticyclone (SASA) in the different phases of the Southern Annular Mode (SAM). During the positive (negative) phase of the SAM, the SASA is positioned anomalously to the south (north), as well as the Intertropical Convergence Zone, contributing to the increase (reduction) of precipitation in the North (North and Northeast) region. Thus, we observed more intense (weak) winds in some areas of the south-Northeast, Southeast, and southern South -regions (much of the Northeast region and part of Tocantins and Minas Gerais) in the fall and winter (fall). Regarding precipitation, there is a reduction (increase) in south-central (southern-South region/ central-eastern) of Brazil between winter and summer (in spring and autumn/ summer). During the negative phase of the SAM, there is a reduction in the duration of the rainy season in the tropical region associated with a weakening of activity in the South Atlantic Convergence Zone and tropical convection. Autumn is the only season in which the strengthening of winds in the Northeast region can be used to complement hydroelectric power production due to precipitation deficit in both SAM phases.
       
  • Gap Filling and Pluviometrics Spacialization Data: Challenges and
           perspectives

    • Abstract: Resumo A precipitação é uma das variáveis climáticas mais importantes para o planejamento urbano e rural, para monitorar eventos extremos que possam causar impactos na sociedade e auxiliar em projetos de drenagem urbana, a fim de reduzir os riscos inerentes a inundações e alagamentos, ou mesmo obras de engenharia, como dimensionamento de barragens. No entanto, as falhas em séries extensas prejudicam esses estudos, sendo necessário utilizar modelos para o seu preenchimento. O presente estudo tem como objetivo revisar os métodos de preenchimento de falhas e de interpolação espacial de dados de precipitação. A revisão dos métodos foi realizada a partir da pesquisa e leitura de materiais bibliográficos, de modo a conceituar as abordagens, identificar vantagens e desvantagens de cada método e apresentar como estudos recentes, nacionais e internacionais, têm inovado ao comparar o desempenho em diferentes áreas de estudo. Com base nessa revisão, os principais métodos para o preenchimento de falhas são os seguintes: i) ponderação a partir de Regressão Linear Simples ou Múltipla; ii) modelos matemáticos baseados em aprendizagem de máquinas, tais como as Redes Neurais Artificiais; iii) interpoladores espaciais para o preenchimento de falhas (Inverso da Distância, Vizinho Natural, Krigagem). Por fim, foi verificada uma evolução das técnicas de interpolação e de preenchimento de falhas nas últimas décadas, em decorrência da evolução da capacidade computacional e tecnológica.Abstract Precipitation is one of the most important climatic variables for urban and rural planning, to monitor extreme events that may have an impact on society and to assist in urban drainage projects, in order to reduce the risks of floods, or even engineering works, such as dams dimensioning. However, failures in extensive series hamper these studies, and it is necessary to use models to fill them. The present study aims to review the methods of filling in gaps and spatial interpolation of precipitation data. The review of the methods was carried out from the research and reading of bibliographic materials, in order to conceptualize the approaches, identify the advantages and disadvantages of each method and present how recent studies, national and international, have innovated when comparing the performance in different areas of study. Based on this review, the main methods for filling gaps are as follows: i) weighting from Simple or Multiple Linear Regression; ii) mathematical models based on machine learning, such as Artificial Neural Networks; iii) spatial interpolators for filling gaps (Distance Inverse, Natural Neighbor, Krigagem). Finally, there was an evolution in the interpolation and fault filling techniques in the last decades, due to the evolution of computational and technological capacity.
       
  • The Innovative Trend Analysis Applied to Annual and Seasonal Rainfall in
           the Tafna Watershed (Algeria)

    • Abstract: Abstract This study analyzes the temporal variability of seasonal and annual rainfall in the Tafna watershed (Northwest Algeria), using a homogeneous monthly rainfall database from 17 stations of 46 years of observation (1970-2015). Possible trends in seasonal and annual variations in rainfall were detected using the innovative trend analysis (ITA), which identifies trends in the low, medium and high values of a series. The results obtained indicate that seasonal rainfall showed a decreasing trend in winter and spring, while increasing trend is detected in summer and autumn. Low and high values categories are the most affected by the decrease in winter, while for spring it is the medium and high values, which are affected. In addition, spring showed the greatest decrease in arithmetic average and standard deviation. On the other hand, summer and autumn, present a growing trend affecting the low and high values, while in autumn, these are the medium and high values. Summer recorded the maximum increase in arithmetic average and standard deviation, and may present a flooding risk in future. Annually, a decreasing trend dominate. Most stations are marked by a decrease in their annual arithmetic means and standard deviation.Resumo Este estudo analisa a variabilidade temporal da precipitação sazonal e anual na bacia hidrográfica de Tafna (Noroeste da Argélia), utilizando uma base de dados homogénea de chuva mensal de 17 estações de 46 anos de observação (1970-2015). Foram detectadas possíveis tendências nas variações sazonais e anuais da precipitação utilizando a análise de tendências inovadora (ITA), que identifica tendências nos valores baixos, médios e altos de uma série. Os resultados obtidos indicam que a pluviosidade sazonal mostrou uma tendência decrescente no Inverno e na Primavera, enquanto que a tendência crescente é detectada no Verão e no Outono. As categorias de valores baixos e altos são as mais afectadas pela diminuição no Inverno, enquanto que para a Primavera são os valores médios e altos, que são afectados. Além disso, a Primavera mostrou a maior diminuição na média aritmética e no desvio padrão. Por outro lado, o Verão e o Outono, apresentam uma tendência crescente que afecta os valores baixos e altos, enquanto que no Outono, estes são os valores médios e altos. O Verão registou o aumento máximo da média aritmética e do desvio-padrão, e pode apresentar um risco de inundação no futuro. Anualmente, predomina uma tendência decrescente. A maioria das estações é marcada por uma diminuição das suas médias aritméticas anuais e do desvio padrão.
       
  • Evaluation of Methods of Estimation of Evapotranspiration of Reference
           (ETo) Daily for Regions of the States of Rio De Janeiro and Espírito
           Santo

    • Abstract: Resumo O alto consumo de água pela agricultura torna cada vez mais essencial o conhecimento da evapotranspiração de referência (ETo) para a realização do manejo da irrigação. Entretanto, definir um método adequado às diferentes localidades está associado à disponibilidade dos dados meteorológicos e a adaptação dos métodos às localidades aplicadas. Assim, o objetivo deste trabalho foi comparar e avaliar o desempenho dos métodos de ETo: Hargreaves-Samani, Jensen-Haise, Benavides & Lopez e Hamon com o método padrão Penman Monteith FAO-56, para estimar a ETo diária de seis regiões, três do estado do Rio de Janeiro e três do estado do Espírito Santo. As variáveis meteorológicas empregadas foram cedidas pelo Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (CPTEC - INPE). O desempenho dos modelos foi avaliado por diferentes técnicas estatísticas onde o modelo que melhor se adaptou às localidades estudadas nos dois estados foi o de Jensen Haise, tendo obtido os índices de correlação (r) entre 0,73 a 0,94 e a confiabilidade (C) entre 0,60 a 0,90 com o modelo de Penman Monteith.Abstract The high consumption of water by agriculture makes knowledge about reference evapotranspiration (ETo) for irrigation management more and more essential. However, define an appropriate method to the different locations is associated with the availability of meteorological data and the adaptation of the methods to the application sites. Thus, the objective of this study is to compare and evaluate the performance of the ETo methods: Hargreaves-Samani, Jensen-Haise, Benavides & Lopez and Hamon using the standard method Penman Monteith FAO-56, to estimate the daily ETo of six regions, three of the state of Rio de Janeiro and three of the state of Espírito Santo. The meteorological variables employed were provided by the Center for Weather Forecasting and Climate Studies and the National Institute of Space Research - (CPTEC - INPE). The performance of the models was evaluated by different statistical techniques where the model that best suited the studied locations in the two states was the Jensen Haise, obtaining correlation indexes (r) between 0.73 and 0.94 and reliability (C) between 0.60 and 0.90 with the Penman Monteith model.
       
  • Analysis of Measurements of Direct Normal and Global Solar Radiation for
           Maceió, Alagoas State, Northeastern Brazil

    • Abstract: Abstract Studying solar radiation is essential for human knowledge, since it is present in practically all its activities. Thus, the aim of this work was to analyze the climatic and seasonal variation of direct normal and global solar radiation in the region of Maceió, Alagoas State, Northeastern Brazil with sky conditions characterized by clearness index (Kt). The Kt was determined by the ratio between global solar irradiance and solar irradiance at the top of the atmosphere. The highest occurrences of daily direct normal solar irradiance under conditions of Kt ≥ 0.6 were recorded between 400 W m−2 and 700 W m−2 for all seasons. Under conditions of 0.4 ≤ Kt < 0.6, the daily direct normal solar irradiance occurred between 200 W m−2 and 500 W m−2 and for conditions of Kt < 0.4, its maximum value was 200 W m−2. It was observed that the levels of solar incidence in the study region depend on cloud cover conditions, with little influence of seasonality.Resumo Estudar a radiação solar é essencial para o conhecimento humano, visto que ela está presente em praticamente todas suas atividades. Assim, o objetivo desse trabalho é analisar a variação climática e sazonal da radiação solar direta normal e global na região de Maceió, estado de Alagoas, Nordeste do Brasil com condições do céu caracterizada pelo índice de claridade (Kt). O Kt foi determinado pela razão entre irradiância solar global e irradiância solar no topo da atmosfera. As maiores ocorrências de irradiância solar direta normal diária em condições de Kt ≥ 0,6 foram registradas entre 400 W m−2 e 700 W m−2 em todas as estações do ano. Sob condições de 0,4 ≤ Kt < 0,6, a irradiância solar direta normal diária ocorreu entre 200 W m−2 e 500 W m−2 e para condições de Kt < 0,4, seu valor máximo foi de 200 W m−2. Observou-se que os níveis de incidência solar na região de estudo dependem das condições de cobertura de nuvens, com pouca influência da sazonalidade.
       
  • Estimating Potential Evapotranspiration in Maranhão State Using
           Artificial Neural Networks

    • Abstract: Abstract The use of technology and planning in agricultural production is essential in Northeastern Brazil, which is the region of the country that most suffers from water shortage. For the best irrigation management, it is necessary to know the potential evapotranspiration rate for water control in order to increase productivity. There are several direct and indirect methods for estimating evapotranspiration, but the standard method recommended by the United Nations Agriculture Organization (FAO) is the Penman-Monteith (PETpm) method because it has higher accuracy than other methods. However, it is a difficult method to be used due to the need for a large number of meteorological elements. In this context, the objective of this study was to estimate potential evapotranspiration by the Penman-Monteith method in the micro-region of Baixo Parnaíba in Maranhão state using artificial neural networks. Agro-meteorological data were collected daily over 34 years, from 1984 to 2017, and these data were obtained from the NASA/POWER website. Subsequently, liquid radiation and potential evapotranspiration were calculated by the Penman-Monteith standard method (1998). To predict potential daily evapotranspiration, the Multi-Layer Perceptron (MLP) was chosen, which is a traditional Artificial Neural Network. The period that presented a higher evapotranspiration index was the same one that showed precipitation with a lower volume and higher temperatures. The artificial neural network model that best adapted to estimate PETpm was MLP 2-5-1. It is concluded that artificial neural networks estimate with accuracy and precision the Penman-Monteith daily potential evapotranspiration of the Lower Parnaiba in Maranhão, and potential evapotranspiration can be estimated by the Penman-Monteith method using neural networks with inputs of air temperatures.Resumo O uso de tecnologia e planejamento na produção agrícola é essencial, principalmente, no Nordeste do Brasil, que é a região do país que mais sofre com a escassez hídrica. Para o melhor manejo da irrigação torna-se necessário o conhecimento da taxa de evapotranspiração potencial para o controle e economia de água aumentando a produtividade. Existe vários métodos diretos e indiretos para a estimativa de evapotranspiração, mas o método padrão recomendado pela Organização das Nações Unidas para Agricultura (FAO) é o método Penman-Monteith (ETPPM) por ter uma alta precisão em relação aos demais métodos. Entretanto, é um método difícil de ser utilizado devido à necessidade de uma grande quantidade de elementos meteorológicos. Diante desse contexto, objetivou-se estimar a ETPPM na microrregião do Baixo Parnaíba maranhense utilizando redes neurais artificiais, visando facilitar a utilização deste método tão acurado. Os dados agrometeorológicos coletados foram de 34 anos, a partir do ano de 1984 até o ano de 2017 em escala diária, obtidos do site NASA/POWER. Posteriormente, foram calculadas a radiação liquida e a evapotranspiração potencial pelo método padrão Penman-Moteith (1998). Para prever a evapotranspiração potencial diária foi escolhida a Perceptron Multi-Layer (MLP), que é uma Rede Neural Artificial tradicional. O período que apresentou um maior índice de evapotranspiração foi o mesmo que apontou precipitações com um menor volume e temperaturas elevadas. O modelo de rede neural artificial que melhor se adequou para estimativa da ETPPM foi a MLP 2-5-1. Com isto, conclui-se que as redes neurais artificiais podem ser utilizadas para a estimativa da ETPPM diária do Baixo Parnaíba maranhense. é possível estimar a evapotranspiração potencial por Penman-Monteith usando redes neurais com inputs de temperaturas do ar.
       
  • Un Siglo de Sequías: ¿Por qué las Políticas de Agua no Desarrollaron
           la Región Semiárida Brasileña'

    • Abstract: Resumen El semiárido brasileño frecuentemente se ve afectado por sequías prolongadas. Durante el período 2010-2017, la región semiárida brasileña enfrentó la “sequía del siglo”, considerada la peor registrada en la historia del país. Este artículo tiene como objetivo hacer una evaluación histórica de diferentes fases de las políticas públicas implementadas en la región, con el fin de promover la convivencia con la sequía. Con base en una investigación histórica documental y el monitoreo satelital de los impactos de las sequías, se analizaron las acciones gubernamentales que contribuyeron a brindar una mayor disponibilidad de agua en la región semiárida brasileña, con énfasis en el análisis de la efectividad de la gestión del agua y los impactos de las tecnologías sociales para el almacenamiento del agua de lluvia en comunidades rurales dispersas. Los resultados de la investigación evidenciaron que las políticas implementadas a lo largo de la historia, con frecuencia en un modelo centralizado, no fueron efectivas en el desarrollo de la región. Recientemente, el acceso a las tecnologías sociales hídricas descentralizadas en las zonas rurales, están mostrando resultados positivos. Sin embargo, aún no es una realidad universal para la población que vive en la región. Por tanto, se concluye que las políticas hídricas siguen siendo insuficientes para hacer frente a los impactos de las sequías. El estudio aporta importantes lecciones históricas para la gestión del agua en la actualidad.Resumo O Semiárido brasileiro, com frequência, é afetado por secas prolongadas. No período 2010-2017, a região semiárida brasileira enfrentou a “Seca do Século”, considerada a pior já registrada na história do País. Este artigo tem o objetivo de fazer uma avaliação histórica das várias fases de políticas hídricas, implementadas na região, com o intuito de promover a convivência com a seca. Com base em investigações históricas documentais e em monitoramento por satélites dos impactos das secas, foram analisadas as ações governamentais, que contribuíram para proporcionar uma maior disponibilidade de agua na região semiárida brasileira, com foco no estudo da efetividade da governança hídrica e nos impactos das tecnologias sociais para armazenamento de agua da chuva, em comunidades rurais difusas. Os resultados da pesquisa evidenciaram que as políticas historicamente implementadas, geralmente em um modelo centralizado, não foram efetivas para desenvolver a região. Recentemente, o acesso às tecnologias sociais hídricas descentralizadas, nas áreas rurais, tem apresentado resultados positivos. Todavia, ainda não é uma realidade universal a toda a população que vive na região. Assim, conclui-se que as políticas hídricas ainda são insuficientes para fazer frente aos impactos das secas. O estudo oferece lições históricas importantes para a governança das águas nos dias atuais.
       
  • Assessments of the Impacts of Land Use and Cover Change and Emission
           Scenarios (RCP 8.5) on the Water Budget in the Madeira River Basin

    • Abstract: Resumo Nesse estudo avaliou-se os impactos do aumento dos GEE's (cenário RCP 8.5) e dos desflorestamentos no ciclo da água na bacia do rio Madeira, utilizando o Modelo Regional Eta e o Modelo Hidrológico de Grandes Bacias (MGB), forçado com o Brazilian Earth System Model Ocean-Atmosphere versão 2.5 (BESM-OA 2.5). No cenário RCP 8.5, o modelo apresentou sensibilidade sobre toda a bacia do Madeira, com aumento da ordem de 4.0 °C na temperatura. O aumento foi intensificado com os cenários de desflorestamentos de 2050 (4.8 °C) e 2100 (6.2 °C). Nos cenários de desflorestamento predominou-se o Mecanismo de Retroalimentação Negativo, pois embora haja reduções na precipitação e evapotranspiração, a convergência de umidade aumentou em todos os cenários. Observou-se aumento das descargas na maioria das estações para todos os cenários futuros RCP 8.5 e desflorestamento. O aumento da precipitação na estação seca explicou em parte o aumento das vazões e na área de inundação sobre a bacia do Madeira. O aumento na precipitação à montante da bacia e a mudança nos parâmetros do solo, associada às alterações no uso da terra, contribuíram para o aumento da vazão e área de inundação sobre a bacia do Madeira. As alterações nas descargas e na área de inundação podem ter efeitos negativos, com prejuízos e danos ao meio ambiente, nos recursos hídricos, nos principais setores da economia, afetando de forma direta as comunidades que vivem às margens dos rios, principalmente as populações vulneráveis da bacia do Madeira.Abstract In this study, we evaluated the impacts of increased GHGs (RCP 8.5 scenario) and future deforestations on the water cycle in the Madeira River basin by using the Eta Regional Model and MGB-IPH Large-scale Hydrological Model, forced by Brazilian Model of the Terrestrial System (BESM-AO 2.5). In the RCP 8.5 scenario, the model demonstrated sensitivity over the entire Madeira basin, with a temperature increase of 4.0 °C. The increase was intensified with the deforestation scenarios for 2050 (4.8 °C) and 2100 (6.2 °C). In the deforestation scenarios, the Negative Feedback Mechanism (NFM) was predominant because, although there were reductions in precipitation and evapotranspiration, the convergence of humidity presented an increase in all the scenarios. Regarding the hydrological processes, an increase in the discharges in most stations for all future scenarios for RCP8.5 and deforestation was observed. The increase in precipitation in the dry season explains in part the increase in the discharges and in the flood area in the Madeira basin. The increased upstream precipitation and the changes in soil parameters associated with the changes in land use contributed to the increase in the flood area over the Madeira basin. These changes can have negative effects on the environment, on water resources and on the main sectors of the economy, which directly affect the communities that inhabit the river banks, especially the vulnerable populations of the Madeira basin.
       
  • Simulating Weather Events with a Linked Atmosphere-Hydrology Model

    • Abstract: Abstract This study aims at assess the importance of a conceptual representation of hydrological processes when modelling atmospheric circulation. It compares results from a regional atmospheric model that interprets land surface hydrological processes based on parameterizations with results from a two-way coupled atmosphere-hydrological model that has a process-based approach to the land surface hydrological cycle. These numerical models were applied to a region covering the Rio Grande basin, Brazil. The same input data, initial and boundary conditions were used on a 31-day simulation period. Results obtained from these simulations were compared to visible satellite images and gauging rainfall stations for three case studies that included a cold front, deep convective clouds and stable atmospheric conditions. Both models could reproduce regional patterns of air circulation and rainfall influenced by the orography of the basin. However, atmospheric processes driven by spatial gradients of land surface temperature or local surface heating were spatially better represented by the atmospheric-hydrological modelling system rather than the regional atmospheric model. Since areas characterized by spatial gradients of land surface temperature and local surface heating were closely associated with convergent air flows near land surface and strong vertical motion in the mid troposphere, this finding enhanced the role of a good representation of land surface hydrological processes for a better modelling the atmospheric dynamics.Resumo Este estudo tem como objetivo avaliar a importância de uma representação conceitual dos processos hidrológicos na modelagem da circulação atmosférica. Ele compara os resultados de um modelo atmosférico regional que interpreta os processos hidrológicos da superfície terrestre por meio de parametrizações com os resultados de um modelo que tem uma interface hidrologia-atmosfera. Ambos os modelos numéricos foram aplicados a uma região que cobre a bacia do Rio Grande. Os mesmos dados de entrada e de condições inciais e contorno foram usados para um período de simulação de 31 dias. Os resultados obtidos a partir dessas simulações foram comparados com imagens de satélite visíveis e medições de estações pluviométricas para três estudos de caso que incluíram: uma frente fria, nuvens convectivas e condições atmosféricas estáveis. Ambos os modelos conseguiram reproduzir padrões regionais de circulação de ar e precipitação influenciados pela orografia da bacia. No entanto, os processos atmosféricos impulsionados por gradientes espaciais de temperatura da superfície da terra ou aquecimento local da superfície foram melhor representados espacialmente pelo modelo de interface Atmosfera-Hidrologia do que pelo modelo atmosférico regional. Como áreas caracterizadas por gradientes espaciais de temperatura da superfície terrestre e aquecimento local da superfície estão associadas a fluxos de ar convergentes perto da superfície terrestre e forte movimento vertical na troposfera média, esta descoberta reforçou o papel de uma boa representação dos processos hidrológicos da superfície terrestre para uma melhor modelagem da atmosfera.
       
  • Determination of the Cardinal Temperatures of Cashew Tree Using a
           Nonlinear Development Model

    • Abstract: Resumo O objetivo nesse estudo foi determinar as temperaturas cardinais de três clones de cajueiro anão utilizando um modelo não-linear de desenvolvimento para estimar a etapa fenológica de amadurecimento dos seus frutos. Entre agosto de 2010 e agosto de 2012, identificou-se semanalmente até dez frutos jovens por clone, acompanhando-os até amadurecerem. A taxa de desenvolvimento dos frutos foi obtida com o modelo de Wang e Engel, utilizando três aproximações da temperatura do ar de Santo Antônio de Leverger/MT (15°51’ S e 56°04’ O, 140 m). Os frutos marcados durante os meses de maio a julho requereram um tempo maior, aproximadamente 44 dias para amadurecerem devido aos menores valores de temperatura do ar ocorridos nesse período, com uma média compensada de 23,0 °C. Contudo, os frutos marcados entre agosto e outubro, período com maior média compensada do ar, de aproximadamente 26,6 °C necessitaram de um tempo menor, 37 dias. As temperaturas cardinais variaram de: 14,0 a 17 °C, 27,5 a 32,5 °C e 33,0 a 41,5 °C para a temperatura base inferior, ótima e base superior, respectivamente.Abstract The aim of this study was to determine the cardinal temperatures of three cashew tree clones using a nonlinear development model for estimate the phenological stage of ripening of their fruits. Between August 2010 and August 2012, up to ten young fruits per clone were identified weekly, accompanying them until they ripened. Fruit development rate was obtained with the Wang and Engel model, using three approximations of the air temperature of Santo Antônio de Leverger / MT (15° 51’ S and 56°04’ W, 140 m). Fruits marked from May to July required a greater time, nearly 44 days to reach maturity due to lower air temperature values during this period, with a compensated average of 23 °C. However, fruits marked between August and October, the period with the largest average compensated air, of approximately 26.6 °C required a shorter time, 37 days. Cardinal temperatures ranged from 14.0 to 17 °C, 27.5 to 32.5 °C and 33.0 to 41.5 °C for the minimum, optimal and maximum base temperatures, respectively.
       
 
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