ABSTRACT Climate is a determining factor in agricultural production and climate change can affect this productivity. This, study aims to analyze the consequences of climatic change in the soil water dynamic and growth soybean in Southern Brazil. Scenarios were created for conditions of a 2 ºC temperature increase, a 20% reduction, and a 50% increase in precipitation rates, representing hot, dry and wet scenarios, respectively. The atmospheric forcing generated were used as input data for the agricultural version of the Integrated Biosphere Simulator model (Agro-IBIS) and simulations were carried out for a soybean growing season in the northwestern Rio Grande do Sul, Brazil. The following variables estimated by Agro-IBIS were analyzed: soil moisture, soybean leaf area index, evaporation, and transpiration. The results showed that the climatic changes projected by the simulations influence soybean growth in the study area. By increasing the temperature in 2 °C, the Agro-IBIS model indicated the occurrence of shorter crop growth cycles and even more impactful results on the leaf area index, with a 70% reduction in the highest values. Furthermore, a 50% increase in precipitation rate showed positive effects on agriculture, indicated by increased LAI in the reproductive period. On the other hand, a 20% reduction in precipitation has a negative effect, as it exposes the crop to water deficit conditions, impacting soil moisture and decreasing LAI. The soil evaporation is also intensified with increased temperatures due to the higher evaporative demand of the atmosphere and a significant decline in LAI. The transpiration for the hot scenario is more strongly impacted during the vegetative growth stage and leaf senescence.

RESUMO O Clima é um fator determinante na produção agrícola e as mudanças climáticas podem afetar esta produtividade. Assim, este estudo tem como objetivo analisar as consequências das mudanças climáticas na dinâmica da água no solo e do crescimento da soja no sul do Brasil. Foram criados cenários para condições de aumento de temperatura de 2 ºC, redução de 20% e aumento de 50% nas taxas de precipitação, representando cenários quentes, secos e úmidos, respectivamente. Os forçamentos atmosféricos gerados foram utilizados como dados de entrada para a versão agrícola do modelo de Simulação Integrada da Biosfera (Agro-IBIS) e simulações foram executadas para uma estação de cultivo de soja no noroeste do Rio Grande do Sul, Brasil. Analisaram-se as seguintes variáveis estimadas pelo Agro-IBIS: umidade do solo, índice de área foliar (LAI) da soja, evaporação e transpiração. Os resultados mostraram que as mudanças climáticas projetadas pelas simulações influenciam o crescimento da soja na área de estudo. Ao aumentar a temperatura em 2 °C, o modelo Agro-IBIS indicou a ocorrência de ciclos de crescimento de safra mais curtos e resultados ainda mais impactantes no LAI, com redução de 70% nos valores mais altos. Além disso, o aumento de 50% na taxa de precipitação mostrou efeitos positivos na agricultura, indicados pelo aumento do LAI no período reprodutivo. Por outro lado, a redução de 20% na precipitação tem efeito negativo, pois expõe a cultura a condições de déficit hídrico, impactando a umidade do solo e diminuindo o LAI. A evaporação do solo também é intensificada com o aumento das temperaturas devido à maior demanda evaporativa da atmosfera e um declínio significativo do LAI. A transpiração para o cenário quente é mais fortemente afetada durante o estádio de crescimento vegetativo e a senescência das folhas.

Resumo A precipitação no norte da Amazônia dos verões e outonos austral, do período de 1988 a 1999, foi simulada utilizando o modelo regional Weather Research and Forecasting (WRF), através de uma abordagem em escalas distintas, com domínios aninhados de 45 e 15 km. As condições iniciais e de contorno foram obtidas da Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) do National Centers for Environmental Prediction (NCEP). A habilidade do modelo foi testada usando diferentes bases de dados observacionais de precipitação, representativas de escalas espaciais distintas. O viés do modelo mostra dependências sazonal e espacial, com viés positivo no sudoeste da Amazônia brasileira durante o verão e, no noroeste da América do Sul, durante o outono. O refinamento de escala mostrou-se necessário para reproduzir as influências de superfície nos sistemas regionais e locais que afetam a distribuição das chuvas na região. O modelo WRF, em geral, reproduz os principais padrões espaciais observados de precipitação, sem o viés seco, típico dos modelos de circulação geral da atmosfera (MCGA). Os resultados indicam que a técnica de downscaling dinâmico melhora o desempenho do modelo WRF para a previsão climática sazonal na região Amazônica.

Abstract Precipitation over the northern Amazon during the austral summer and autumn seasons of the 1988- 1999 was simulated using the Regional Weather Research and Forecasting (WRF) model, with downscaling approach with nested domains of 45 and 15 km. The boundary and initial conditions were obtained from the Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) of the National Centers for Environmental Prediction (NCEP). The model skill was tested using different reanalyzed precipitation datasets that represent different space scales. The bias of the model shows seasonal and spatial dependences, with positive bias in southwestern Brazilian Amazon during summer and in northwestern South America during autumn. The downscaling was needed to reproduce the surface influences on the regional and local systems that affect the rainfall distribution in the region. The WRF model, in general, reproduces the main observed precipitation patterns, without the dry bias, typical of general circulation models (GCM). The results indicate that the dynamic downscaling technique improves the WRF model performance for the seasonal climate forecast in the Amazon region.

Resumo Estudos recentes têm apontado para a existência de dois tipos de eventos de El Niño (EN): EN do Pacífico oriental ou Canônico (EP, sigla em inglês) e EN do Pacífico Central ou Modoki (CP, sigla em inglês). Neste estudo, foram utilizados dados observados e de três modelos do Coupled Model Intercomparison Project phase 5 (CMIP5) para avaliar o impacto dos dois tipos de EN na precipitação da América do Sul desde o trimestre de Junho-Agosto do ano inicial do evento até Março-Maio do ano seguinte. O modelo do Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM-CM5) apresentou o melhor desempenho para reproduzir os padrões anômalos observados de TSM para os tipos de EN CP e EP. O padrão anômalo da precipitação observada associado a eventos EN foi mais marcante durante o verão austral. No caso do EN EP, tal padrão caracterizou-se por precipitação acima (abaixo) da normal no sudeste (norte/noroeste) da América do Sul. Este padrão foi reproduzido pelos modelos CNRM-CM5 e Hadley Centre Global Environmental Model (HadGEM2-ES). O Max Plank Institute Earth System model (MPI-ESM-LR) reproduziu a redução de chuva no norte, porém não reproduziu o aumento anômalo no sudeste e redução no noroeste do continente. No caso do EN CP, o impacto observado nas chuvas da América do Sul durante o verão caracterizou-se por escassez (excesso) no norte/noroeste (sudeste). Este padrão foi reproduzido pelos modelos, entretanto, os modelos HadGEM2-ES e MPI-ESM-LR mostraram índices pluviométricos no nordeste do Brasil menores do que os observados. As diferenças na representação dos padrões de teleconexões em resposta ao EN explicam as diferenças entre os padrões simulados.

Abstract Recent studies have pointed out to the existence of two El Niño (EN) types: Eastern Pacific or Canonical (EP) EN and Central Pacific or Modoki (CP) EN. In the present study, the observed and simulated data in three models of the Coupled Model Intercomparison Project phase 5 (CMIP5) were used to evaluate the impacts of two EN types on the South American precipitation from June-August of the EN onset year to March-May of the following year. The Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM-CM5) model presented a better performance in reproducing the observed SST anomaly patterns for the CP and EP EN types. The observed precipitation anomaly pattern associated with the EN events was better represented during the austral summer. In the case of the EP EN, such pattern features wetness (dryness) in southeastern (northern-northwestern) South America. The CNRM-CM5 and Hadley Centre Global Environmental Model (HadGEM2-ES) models reproduced this pattern. The Max Planck Institute Earth System Model (MPI-ESM-LR) model reproduced the dryness over northern, but not the rainfall increasing in southeastern and the rainfall reduction in northwestern of the continent. In the case of the CP EN, the observed impact on the South American rainfall during the austral summer featured rainfall scarcity (excess) in northern and northwestern (southeastern) South America. The models reproduced this pattern, however, the HadGEM2-ES and MPI-ESM-LR models showed lower rainfall over northeastern Brazil than the observed one. The EN teleconnection differences explain the differences of the simulated patterns.

Resumo O objetivo deste trabalho foi avaliar a resposta atmosférica aos padrões de variabilidade interanual da Temperatura da Superfície do Mar nas áreas dos oceanos Atlântico e Pacífico Tropicais, analisando o ciclo sazonal da Divergência de Fluxo de Umidade, sobre as regiões do Atlântico Tropical Norte e Sul e Amazônia. Os dados de Reanálise foram utilizados no estudo observacional e para o estudo numérico foi utilizado o Quasi-equilibrium Tropical Circulation Model - QTCM. Os resultados mostram que o QTCM tem habilidade na representação da distribuição espacial dos máximos de precipitação sobre o continente e suas variações sazonais. O QTCM reproduz os padrões climatológicos da precipitação e de Divergência de Fluxo de Umidade associados à ocorrência de eventos El Niño Oscilação Sul e Modo Meridional do Atlântico, sugerindo também que o comportamento médio sazonal da Divergência de Fluxo de Umidade, na área Norte do Atlântico, tem maior impacto na ocorrência de El Niño, induzindo a redução da precipitação na Amazônia. A área Norte do Atlântico além de fonte de umidade é também um importante regulador da Divergência de Fluxo de Umidade, cujas anomalias de temperatura nessa região proporcionam impactos sobre a parte Norte da América do Sul e Amazônia.

Abstract The aim of this study was to evaluate the atmospheric response to the interannual variability patterns of Sea Surface Temperature in the areas of the Atlantic and Tropical Pacific, analyzing the seasonal cycle of Moisture Flux Divergence on the regions of the North and South Atlantic Tropical and Amazon. The Reanalysis data were used in the observational study, and the numerical study used the Quasi-equilibrium Tropical Circulation Model - QTCM. The results show that QTCM has ability to represent the spatial distribution of precipitation maximum on the continent and its seasonal variations. QTCM plays the climatological patterns of precipitation and Moisture Flux Divergence associated with the occurrence of El Niño Southern Oscillation and Atlantic Meridional Mode, also suggesting that the seasonal average behavior of Moisture Flux Divergence in North Atlantic area, it has greater impact on the occurrence of El Niño, leading to reduced precipitation in the Amazon. North Atlantic area beyond the source of moisture is also an important regulator of Moisture Flux Divergence, whose temperature anomalies in this region provide impacts on the northern part of South America and Amazon.

Resumo O fenômeno da ilha de calor (IC) na cidade de Manaus foi estudado usando dados de modelagem do clima urbano com o modelo Weather Research and Forecasting (WRF) e dados de estações meteorológicas. Foram usados os dados de temperatura da superfície (TS) obtidos pelo sensor MODIS do satélite ambiental Aqua, produto MYD11A2 na resolução horizontal de 1 km por um 1 km para o período de 2002 a 2012 na cidade de Manaus para avaliar o processo de urbanização. Foi realizado um estudo de caso com as simulações de TS e de temperatura do ar (TA) nos meses de agosto e setembro de 2009 que foram comparadas, respectivamente, com os dados de satélite e de estações meteorológicas. Identificou-se a distribuição espacial da TS na cidade, e as diferenças de TS entre a área urbana e a de floresta e entre a área urbana e de rios foram quantificadas. As diferenças de TS ao longo das faixas de longitude de 60,03° O a 59,97° O e de latitude de 3,09° S a −3,03° S foram analisadas com os dados do modelo WRF e do sensor MODIS. A intensidade da IC estimada com os dados de TA do modelo e de estações meteorológicas foram, em média, respectivamente de 1,87 °C e de 1,80 °C, consistentes com resultados anteriores. Portanto, a TA simulada pode ser usada para fins de estimar a intensidade da IC em Manaus.

Abstract The heat island phenomenon (HI) in the city of Manaus was studied using the urban climate modeling with the Weather Research and Forecasting (WRF) model and meteorological weather station data. The surface temperature (ST) data from the environmental satellite MODIS Aqua, product MYD11A2 with a horizontal resolution of 1 km by 1 km for the period 2002 to 2012 were used to evaluate the urbanization process in Manaus city. A case study was conducted with the simulated ST and air temperature (AT) for the months of August and September 2009, which were compared respectively with the satellite data and meteorological weather station data. The spatial distribution of ST in the city was identified, and the ST differences between the urban and the forest areas and between the urban and river areas were quantified. The ST difference across the longitude bands 60,03° W to 59,97° W and across the latitude bands 3,09° S a −3,03° S were analyzed with WRF data and MODIS data. The intensity of the HI estimated with the AT from the model and the meteorological stations were on average respectively of 1,87 °C and 1,80 °C, consistent with previous results. Therefore, the simulated AT can be used to estimate the intensity of HI in Manaus.

Os impactos de eventos anômalos no oceano Pacífico associados ao El Niño-Oscilação Sul (ENOS) na precipitação da região norte e nordeste da América do Sul foram avaliados para o período de 1900 a 2007, fazendo-se uso de análise de composições. Os eventos El Niño (La Niña) no Pacífico que juntamente com um Modo Equatorial no Atlântico (MEA) frio (quente) formam um gradiente interbacias entre o Pacífico e Atlântico foram analisados considerando, separadamente, aqueles para os quais o gradiente se forma na fase inicial do ENOS daqueles em que o gradiente se forma na fase de decaimento do ENOS. Os resultados mostram que o padrão de precipitação na região norte e nordeste da América do Sul é reforçado mediante a configuração do gradiente interbacias durante a fase inicial do ENOS. Nesse caso, uma possível explicação é que o MEA de sinal contrário ao ENOS durante sua fase inicial cria condições favoráveis para o desenvolvimento de um gradiente inter-hemisférico no Atlântico Tropical atuando no mesmo sentido do gradiente interbacias, e colaborando para fortalecer o efeito do El Niño (La Niña) na precipitação. Por outro lado, para os eventos ENOS em que o gradiente se forma em sua fase de decaimento, o impacto na precipitação é mais significativo na região norte e centro-oeste da bacia. Uma possível explicação para essas diferenças está associada às mudanças que ocorrem na circulação atmosférica leste-oeste associada ao gradiente leste-oeste de anomalias da TSM. Os resultados deste estudo podem ser úteis, principalmente, para fins de monitoramento climático.

The impacts of anomalous events in the Pacific Ocean associated with the El Niño - Southern Oscillation (ENSO) on rainfall over northern and northeastern regions of South America were evaluated for the period from 1900 to 2007 using composite analyses. The El Niño (La Niña) events in the Pacific, that together with a cold (warm) Atlantic Equatorial Mode (AEM) form an interbasin gradient between the Pacific and Atlantic were analyzed considering separately those for which the gradient forms during the ENSO onset phase from those for which the gradient forms during the ENSO demise phase. The results show that the rainfall pattern over the northern and northeastern region of South America is reinforced under an interbasin gradient during the initial phase of the ENSO event. In this case, a possible explanation is that the AEM with opposite sign of the ENSO event in its onset stage creates favorable conditions for the development of an interhemispheric gradient in the Tropical Atlantic acting in the same direction of the interbasin gradient, and collaborating to reinforce the El Niño (La Niña) effect on the precipitation. On the other hand, for ENSO events for which the interbasin gradient forms in the demise stage, the impact on the precipitation is more significative in the northern and central-western regions of the basin. A possible explanation for these differences is linked to the alterations in the east-west atmospheric circulation associated with the east-west gradient of the SST anomalies. The result of this study might be useful mainly for climate monitoring purposes.