Resumo Mudanças na precipitação e na temperatura do ar podem produzir diferentes impactos no regime hidrológico, causando colapso no abastecimento de água. Este estudo focaliza nos impactos das mudanças climáticas na bacia do Rio Verde (VRB), uma bacia hidrográfica de cabeceira no sudeste do Brasil, localizada em Minas Gerais. O modelo hidrológico Variable Infiltration Capacity (VIC) foi calibrado e validado na bacia do Rio Verde. O downscaling (Modelo de Clima Regional Eta, com resolução de 20 km) de três Modelos de Circulação Global (CanESM2, HadGEM2-ES e MIROC5) foram usados no VIC com dados históricos (1961-2005) e em três intervalos de tempo (2011- 2040, 2041-2070 e 2071-2099), nos cenários RCPs 4.5 e 8.5. Os cenários foram usados como entrada no modelo hidrológico após a correção do viés. O modelo hidrológico (VIC) apresentou desempenho estatístico satisfatório na calibração e validação, com CNS variando de 0,77 a 0,85 para as vazões diárias e mensais; no entanto, superestimou alguns fluxos de pico e subestimou os de recessão. A média do conjunto de modelos prevê aumentos da temperatura média mensal mínima e máxima no final do século. O Eta-CanESM2 indicou maiores temperaturas, principalmente para RCP8.5 no final do século, enquanto Eta-HadGEM2-ES apresentou a maior redução na precipitação para RCP4.5 no início do século e para RCP8.5 no final do século, impactando negativamente na evapotranspiração e vazão. Entre os Modelos Climáticos Regionais (MCRs), o Eta-MIROC5 apresentou pequenas alterações nos componentes do ciclo hidrológico. Este estudo sugere que Modelos de Circulação Global representam incertezas adicionais, que devem ser consideradas na avaliação do impacto das mudanças climáticas.

Abstract Changes in precipitation and air temperature may produce different impacts on the hydrological regime, compromising water supply. This study focuses on climate change impacts in the Verde River Basin (VRB), a tropical headwater basin in southeast Brazil, located in the state of Minas Gerais. The Variable Infiltration Capacity model (VIC) was calibrated and validated in the Verde River Basin. The downscaling (Eta Regional Climate Model, at 20-km resolution) of three Global Circulation Models (CanESM2, HadGEM2-ES and MIROC5) were used to drive the VIC for a historical baseline (1961-2005) and three time-slices (2011-2040, 2041-2070 and 2071-2099), under RCPs 4.5 and 8.5 scenarios. The scenarios were used as input in the hydrological model after bias correction. The hydrological model (VIC) showed satisfactory statistical performance in calibration and validation, with CNS varying from 0.77 to 0.85 for daily and monthly discharges; however, it overestimated some peak flows and underestimated the recession flows. Multi-model ensemble means predict increases of the minimum and maximum monthly average temperature for the investigated area at the end of the century. The Eta-CanESM2 indicated greater warming, mainly for RCP8.5 at the end the century, whereas Eta-HadGEM2-ES showed higher reduction in the precipitation for RCP4.5 at the beginning of the century and for RCP8.5 at the end the century, negatively impacting the evapotranspiration and discharge. Among the Regional Climate Models (RCMs), the Eta-MIROC5 showed minor changes in the components of the hydrological cycle. This study suggests that Global Circulation Models represent an additional uncertainty, which should be accounted for in the climate change impact assessment.

Resumo O objetivo deste estudo foi avaliar os impactos das mudanças climáticas nas vazões mensais da bacia hidrográfica do rio Verde, localizada na bacia hidrográfica de cabeceira do rio Grande. Para este propósito, os modelos hidrológicos SWAT e VIC foram usados para simular a vazão mensal sob os cenários RCP4.5 e RCP8.5, obtidos pelos Modelos Climáticos Regionais Eta-HadGEM2-ES, Eta-CanESM2 e Eta-MIROC5 no clima presente (1961- 2005) e em três intervalos de clima (2011-2040, 2041-2070 e 2071-2099). No final do século, o Eta-HadGEM2-ES apresentou maior redução da precipitação em ambos os cenários radiativos, com uma redução anual de 17,4% (RCP4.5) e 32.3% (RCP8.5), enquanto o Eta-CanESM2 indicou maior aquecimento, com um aumento anual de 4,7 °C e 10,2°C para RCP4.5 e RCP8.5, respectivamente. Assim como as mudanças de precipitação, o Eta-HadGEM2-ES também mostrou maiores impactos na vazão sob o RCP4.5 no primeiro intervalo de clima (2011-2040), com redução anual de 58,0% para ambos os modelos hidrológicos, e para o cenário RCP8.5 no final do século (2071-2099), com redução anual de 54,0 (modelo VIC) e 56,8% (modelo SWAT). Na vazão mensal, as entradas do Eta-HadGEM2-ES e o Eta-CanESM2 indicaram queda no cenário RCP8.5 até o final do século, variando de 7,2 a 66,3% (modelo VIC) e 37,0 a 64,7% (modelo SWAT). Em geral, o Eta-MIROC5 apresentou o contrário em termos de direção nas simulações com os dois modelos hidrológicos no final do século. Efeitos combinados de modelos climáticos, estruturas de modelos hidrológicos e cenários de mudanças climáticas devem ser considerados nas avaliações de incertezas dos impactos das mudanças climáticas.

Abstract This study assessed the impact of climate change on monthly streamflow in the Verde River Basin, located in the Grande River Basin headwater. For this purpose, the SWAT and VIC hydrological models were used to simulate the monthly streamflow under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios, obtained by Regional Climate Models Eta-HadGEM2-ES, Eta-CanESM2 and Eta-MIROC5 in the baseline period (1961-2005) and three time-slice (2011-2040, 2041-2070, and 2071-2099) inputs. At the end of the century, the Eta-HadGEM2-ES showed larger decrease of precipitation in both radiative scenarios, with an annual reduction of 17.4 (RCP4.5) and 32.3% (RCP8.5), while the Eta-CanESM2 indicated major warming, with an annual increase of 4.7 and 10.2°C under RCP4.5 and RCP8.5, respectively. As well as precipitation changes, the Eta-HadGEM2-ES also showed greater impacts on streamflow under RCP4.5 for the first time-slice (2011-2040), with an annual decrease of 58.0% for both hydrological models, and for the RCP8.5 scenario by the end the century (2071-2099), with an annual reduction of 54.0 (VIC model) and 56.8% (SWAT model). Regarding monthly streamflow, the Eta-HadGEM2-ES and Eta-CanESM2 inputs indicated decrease under the RCP8.5 scenario by the end the century, varying from 7.2 to 66.3 % (VIC model) and 37.0 to 64.7% (SWAT model). In general, Eta-MIROC5 presented the opposite in terms of direction in the simulations with both hydrological models at the end of the century. Combined effects of climate models, hydrological model structures and scenarios of climate change should be considered in assessments of uncertainties of climate change impacts.

Resumo Previsões de vazão bem-sucedidas dependem de uma adequada avaliação de desempenho do modelo hidrológico. Neste estudo, as respostas hidrológicas foram comparadas usando dois modelos hidrológicos, físico-baseados e semi-distribuidos, Water Assessment Tool (SWAT) e Variable Infiltration Capacity (VIC), utilizando dados de entrada da bacia hidrográfica do rio Verde, localizada ao sul do estado de Minas Gerais, Brasil. Este é um estudo de uma das mais importantes regiões hidrográficas de cabeceiras do Brasil (Serra da Mantiqueira). Ambos os modelos foram adequados para simulação da vazão, sendo os valores de R2 (coeficiente de determinação) e de NSE (Nash-Sutcliffe) superiores a 0,8, NSELog superiores a 0.35 (Eficiência Nash-Sutcliffe do logarítimico dos valores de vazão) e PBIAS (desvio percentual) menor que 25%. A integração da avaliação de desempenho dos modelos SWAT e VIC pode ser útil em diferentes estudos de avaliação dos recursos hídricos. Portanto, a partir deste estudo mais investigações devem ser conduzidas usando vários modelos hidrológicos e cenários de mudanças climáticas e de uso e cobertura da terra, na região.

Abstract Successful streamflow forecasts depend on an adequate performance evaluation of the hydrological model. In this study, the hydrological responses were compared using two hydrological models, physic-based and semi-distributed, Soil and Water Assessment Tool (SWAT) and Variable Infiltration Capacity (VIC), using input data from the Verde River Watershed, located in the Minas Gerais state in southern Brazil. This is a study of one of the most important headwater watershed regions of Brazil (Mantiqueira Range). Both models were suitable for streamflow simulation, with values of R2 (determination coefficient) and NSE (Nash-Sutcliffe) higher than 0.8, NSELog higher than 0.35 (Nash-Sutcliffe Efficiency of the logarithmic values of discharge) and PBIAS (percentage deviation) less than 25%. The integration of SWAT and VIC models can be useful in different water-resource assessment studies. Therefore, based upon this study further investigations should be conducted using various hydrological models and climate, land-use and land-cover changes scenarios in the region.