Resumo A principal limitação para estudos climáticos em escala regional no Brasil é a disponibilidade de dados meteorológicos observados em termos de quantidade, qualidade e da sua distribuição espacial. Dados de velocidade de vento de reanálises climáticas são utilizadas para diversos estudos de modelagem climatológica e hidrológica, porém a qualidade destes sobre o território brasileiro ainda é desconhecida considerando produtos de reanálises em escala diária e resoluções espaciais < 1°. Neste trabalho, a performance de 3 produtos de reanálises (ERA5, GLDAS 2.1 e MERRA-2) foi avaliada para a representação de dados de velocidade do vento superficiais em escala diária a partir de dados observacionais de 521 estações meteorológicas para o período de 2000-2018. A acurácia das reanálises foi avaliada considerando a sua capacidade em reproduzir a tendência, variabilidade média e sazonal e heterogeneidade espacial das séries observadas. Os conjuntos de reanálises analisados apresentam limitações e incertezas para simulação dos dados considerando a tendência e dispersão diária das séries observadas. Observa-se uma tendência de superestimativa das velocidades diárias das reanálises para as zonas climáticas brasileiras. A análise comparativa indica que os dados do ERA5 apresentaram uma maior acurácia para as zonas climáticas do país em termos de tendências médias e sazonalidades.

Abstract A major limitation of regional climate studies in Brazil is related to the availability of meteorological datasets in terms of data quality, quantity, and its spatial density distribution. Wind speed data from climate reanalysis has been used as input in several studies for climate and hydrological modeling however the quality of these datasets over Brazilian territory remains unknown for daily datasets at spatial resolutions < 1°. In this study, the performances of 3 sets of reanalysis data (ERA5, GLDAS 2.1, and MERRA-2) are assessed in reproducing surface wind speed on a daily scale for the period of 2000-2018 using data from 521 meteorological stations as a baseline. The reanalysis's accuracy is evaluated by comparing simulated trends, mean and seasonal variability, and spatial heterogeneity of observation data. All 3 sets show several uncertainties in simulated wind speed concerning its trends and dispersion in daily intensity compared to observed series. Our results show the wind speed derived from reanalysis presents a significant increase in trends on daily wind speed throughout the Brazilian climate zones. From the results of the comparative analysis, the ERA5 dataset simulated more accurately wind speed daily trends and seasonality over the climate zones in Brazil.

Abstract Impacts of climate change scenarios on water storage and streamflow generation processes in subtropical catchments are partially described and understood. The hydrologic conceptual model HBV-Light was applied to understand storage dynamic and water yield caused by climate changes and the modelling uncertainty at the Pequeno River Catchment, PR. Climate change scenarios A2 and B2 from IPCC-SRES were used to simulate catchment behaviour over the period 2071-2100 and were compared to baseline period (1981-2010). Daily data were used for the calibration period and provided a good model fit (NSE ≥ 0,7) for calibration and validation periods. The uncertainty ranges were substantially lower than the increase in storage variation and water yield induced by climate change scenarios. The results showed a significant increase in soil water storage on and groundwater. However the water deficit in soil and groudwater for A2 and B2 is lower, a greater volume of water avaliable to become runoff is expected. The results indicated an increase on overland and subsurface flow for the scenarios, demonstrating a possible change on the streamflow generation processes in Pequeno River Cathcment.

Resumo Impactos causados pelas mudanças climáticas nos processos de armazenamento e geração de escoamento em bacias subtropicais ainda são pouco explorados e parcialmente descritos. O HBV-Light, modelo concentrado, conceitual e simplificado, foi aplicado com o objetivo de analisar a dinâmica do armazenamento e produção de água na bacia hidrográfica do rio Pequeno, PR frente as mudanças climáticas. Os cenários climáticos A2 e B2, definidos pelo IPCC SRES foram utilizados para simulação no período 2071-2100, sendo comparados com dados do período de referência (1981-2010). O modelo foi calibrado com dados diários, apresentando bom ajuste (NSE ≥ 0,7) nos períodos de calibração e validação. As faixas de incerteza obtidas na modelagem foram substancialmente inferiores ao incremento nos processos de armazenamento e produção de água proporcionado pelas mudanças climáticas. Os resultados apontam um incremento significativo no armazenamento de água nos aquíferos raso e profundo. Considerando a diminuição do déficit de armazenamento nestes reservatórios para os cenários, resulta-se em um maior volume de água disponível para ser escoada superficialmente. Como consequência, há incremento na geração de escoamento superficial e subsuperficial para os cenários simulados, possibilitando a inferência de uma mudança de mecanismo predominante na geração de escoamento da bacia.

Este artigo apresenta metodologia baseada na dinâmica de processos hidrogeomorfológicos e na relação solo-vegetação para estabelecer o limite de sensibilidade hidrológica da paisagem e identificar as áreas hidrologicamente sensíveis (AHS) na bacia hidrográfica do rio Pequeno, PR (104 km2). As AHS são áreas da bacia hidrográfica que possuem uma maior probabilidade de atingirem o estado de saturação do solo, delimitadas espacialmente a partir da definição de um limite de sensibilidade hidrológica. Aplicou-se o TOPMODEL para a simulação do processo chuva-vazão em escala diária durante o período de 01/08/1983 a 30/11/2010. Os resultados da simulação indicam que as áreas saturadas são extremamente dinâmicas e sensíveis às condições climáticas, com rápida resposta a precipitação e com recessões abruptas em pequenos períodos de estiagem. Foram definidas como AHS as zonas ripárias da bacia, identificadas pela presença de solos hidromórficos e vegetação hidrófila/higrófila. Como estas áreas apresentam probabilidade de saturação igual ou superior a 90%, este valor foi definido como o limite de sensibilidade hidrológica. As AHS identificadas mediante este limite compreendem 20,5% da área total da bacia. Os resultados deste trabalho permitem estabelecer uma forma de delimitação das AHS considerando a integração de condicionantes naturais na paisagem.

This paper presents a methodology based on hydrogeomorphological process dynamics and the related soil-vegetation to establish the hydrological sensitivity limit of the landscape and identify hydrologically sensitive areas in the Pequeno River watershed, PR (104 km2). Hydrologically sensitive areas (HSA) are defined as areas in a watershed that have a greater probability of reaching soil saturation and generating runoff via variable source areas. HSAs are spatially delimited by the definition of a hydrological sensitivity limit. TOPMODEL was used to simulate the rainfall-runoff process on a daily scale from 08/01/1993 to 11/30/2010. The simulation indicates that variable source areas are extremely dynamic and sensitive to climate conditions, with a rapid response to rainfall and abrupt recessions in short periods of drought. In this paper, hydrologically sensitive areas were defined as the riparian zone of a watershed, identified by the presence of hydromorphic soils covered by hydrophilous or hygrophilous forest. As this area presented a saturation probability equal or superior to 90%, this value was defined as the hydrological sensitivity limit. The HSA identified by this limit consists of 20.5% of the watershed’s total area. The results of this paper permit us to establish a way of delimiting the HSA considering the integration of natural features in the landscape.