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.

A avaliação da previsão de chuva a curtíssimo prazo com até 3 horas de antecedência na área de cobertura do Radar Meteorológico de São Paulo (RSP) para diferentes tipos de sistemas precipitantes, principalmente os associados às enchentes e deslizamentos na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), foi realizada por meio de um modelo advectivo a partir do campo de vento 2D médio e da velocidade dos campos das taxas de precipitação estimados com o radar e um Esquema Numérico de Terceira-ordem Corrente Acima (ENTOCA), que utiliza um vetor de deslocamento constante. O desempenho obtido para precipitação acumulada foi avaliado com os seguintes parâmetros estatísticos: Índice de Sucesso Crítico (ISC), Probabilidade de Detecção (POD), Razão de Falsos Alarmes (RFA), Erro Quadrático Médio (EQM) e Coeficiente de Correlação (CCOR). O ISC para limiar de acumulo de 0,2 mm, em períodos de acumulação de 60 minutos, apresentou os seguintes valores: 77% para eventos de Frente fria, 67,5% para Linhas de Instabilidade, 58% para Bandas Dispersas, 56,4% para Convecção Isolada e 47% para Brisa Marítima. A previsibilidade obtida foi maior para sistemas estratiformes do que para sistemas convectivos. A partir de períodos de 90 (120) minutos de advecção o CSI diminui exponencialmente para sistemas convectivos (estratiformes).

The evaluation of the rainfall nowcasting within the surveillance area of São Paulo weather radar for different types of precipitating systems, mainly those associated to floods and landslides in Metropolitan Area of São Paulo, was carried out with a 2D wind advective scheme and rainfall rates estimated by radar. The third-order upstream numerical scheme was used with an uniform wind vector. The rainfall forecast skill for a given time interval was evaluated using the Critical Success Index (CSI), Probability of Detention and False Alarm Rate statistic parameters. Quantitatively, the accuracy of the forecast was evaluated with the mean-square error. The correlation coefficient showed better skill for stratified precipitations than for convective precipitations. The average skills based on critical Success Index for the thresholds of 0.2 mm at 60 minutes of accumulated precipitation are: Cold fronts (77%), Squall lines (67,5%), Dispersed Bands (58%), Isolated Convection (56,4%) and Maritime Breeze (47%). In general, from 90 minutes of advection (convective systems) to 120 minutes (stratiform systems), the forecast skill decreases.

Discute-se o potencial prognóstico de índices de instabilidade para eventos convectivos de verão na Região Metropolitana de São Paulo. Cinco dos oito dias do período analisado foram considerados chuvosos, com observação de tempestades a partir do meio da tarde. O Índice K (IK) obteve valores abaixo de 31 nos 5 eventos, afetado pela presença de uma camada fria e seca em níveis médios da atmosfera em relação aos baixos níveis. O Índice Total Totals (ITT) falhou na detecção de severidade em 3 dos 5 eventos, apresentando valores inferiores ao mínimo limiar tabelado para fenômenos convectivos (ITT < 44) nesses dias. O Índice Levantado (IL) variou entre -4.9 e -4.3 em todos os 5 casos, valores associados a instabilidade moderada. O Índice de Showalter (IS) indicou possibilidade de tempestades severas em 4 dos 5 casos. Tanto o IS como o CAPE Tv tiveram seus valores fortemente reduzidos em uma sondagem com camada isotérmica entre 910 e 840 hPa. As séries temporais de CAPE Tv e IL mostraram significativa concordância de fase, com alta correlação linear entre ambas. CINE Tv ≈ 0 J kg-1 em associação com baixo cisalhamento vertical e com IS, IL e CAPE Tv, pelo menos moderados, parecem ser fatores comuns em dias de verão com chuvas abundantes e pequena influência da dinâmica de grande escala na área de estudo.

In this work the efficiency of several instability indices as summer convective event predictors of high accumulated surface precipitation observed in the Metropolitan Area of São Paulo (MASP) is discussed. During January 28 and February 04, 2004, 5 of 8 events were considered rainy, and associated to thunderstorms at early evening. The K index values were lower than 31 on the 5 observed events, which were affected by the presence of a cold and dry layer on the middle atmosphere level relative to lower levels. The Total Totals index (ITT) failed in detecting 3 of 5 rainy events presenting lower values than the threshold value (ITT=44) expected for heavy showers during all the period. The Lifted index, in the range -4.9 to -4.3, indicated moderate instability for the 5 days. The Showalter index pointed to possibility for severe storms in 4 of the 5 events. The Showalter index and CAPE Tv values were strongly reduced in the presence of an isothermal layer observed between 910 and 840 hPa in one of the radiosonde measures. The temporal series of CAPE Tv and Lifted index have shown a good phase agreement, with high linear correlation between them. CINE Tv ≈ 0 J kg-1, in association to low vertical shear, and Showalter index, Lifted index and CAPE Tv moderate values, seem to be a common characteristic in days with heavy showers in MASP when large-scale forcing is weak. The need to quantify the probability of detection, frequency of misses, false alarms and frequency of errors in null events for each index is discussed.

Tempestades seguidas de enchentes e alagamentos em pontos da Região Metropolitana de São Paulo são eventos recorrentes nas estações chuvosas. O desempenho do modelo ARPS nas simulações numéricas de alta resolução espacial, para o evento de 04 de fevereiro de 2004, é avaliado por meio de erros estatísticos e índices de acurácia, com base no confronto entre a distribuição espacial da precipitação acumulada simulada e a estimada com o radar meteorológico de São Paulo. Os resultados quantificam a influência dos termos de advecção das equações primitivas nos erros de fase dos sistemas convectivos simulados, para o tipo de configuração atmosférica dominante no caso estudado. A assimilação incremental de medidas obtidas em estações de superfície durante a execução do modelo, corrige significativamente a fase das células convectivas profundas na região de influência das medidas, a qual é definida durante o processo de análise objetiva. Um novo índice de destreza para modelos de mesoescala é proposto (D PIELKE). As análises preliminares para o desempenho deste índice indicam adequação de sua formulação para o tipo de simulação efetuada.

Thunderstorms followed by flash flood events are recurrent in the Metropolitan Area of São Paulo during the wet seasons. The performance of several numerical simulations of the February 04, 2004 event carried out with the ARPS system in high horizontal resolution is evaluated through statistical errors and indices of accuracy. The evaluation is based on direct confrontation of the accumulated precipitation fields simulated by the model and measured by the São Paulo weather radar. The results quantify the influence of the advective terms of the primitive equations on phase errors of the simulated convective systems. The incremental assimilation of surface station data done during the model execution improved its performance in the area limited by the influence radius, which is defined during the objective analysis process. A new skill index formulation is presented (D PIELKE). The preliminary results indicate that the D PIELKE index is adequate for assessing the simulation skill of small-scale convective systems.

Foram analisadas características da precipitação estimada a partir de 145.194 campos de refletividade, de um total de 827 dias entre 1998 e 2003, obtidos do Radar Meteorológico de São Paulo (RSP). Os eventos foram classificados de acordo com intensidades de precipitação; em Convectivos (EC) e Estratiformes (EE). Quanto à morfologia, cinco tipos de sistemas foram identificados; Convecção Isolada (CI), Brisa Marítima (BM), Linhas de Instabilidade (LI), Bandas Dispersas (BD) e Frentes Frias (FF). Eventos convectivos dominam na primavera e verão e estratiformes no outono e inverno. A CI e a BM tiveram maiores picos de atuação entre outubro e março enquanto as FF de abril a setembro. BD atuam durante todo o ano e as LI só não foram observadas nos meses de junho e julho. Uma comparação pontual entre a precipitação medida pela telemetria e estimada com o radar foi realizada e, mostrou haver, na maioria dos casos, um viés positivo do RSP, para acumulações de 10, 30 e 60 minutos. Com o objetivo de integrar as estimativas de precipitação do radar com as medidas da rede telemétrica, por meio de uma análise objetiva estatística, foram obtidas dos campos de precipitação do radar as estruturas das correlações espaciais em função da distância para acumulações de chuva de 15, 30, 60 e 120 minutos para os cinco tipos de sistemas precipitantes que foram caracterizados. As curvas das correlações espaciais médias de todos os eventos de precipitação de cada sistema foram ajustadas por funções polinomiais de sexta ordem. Os resultados indicam diferenças significativas na estrutura espacial das correlações entre os sistemas precipitantes.

Estimated precipitation characteristics arising from 145.194 reflectivity fields, from 827 days, during the period from 1998 to 2003, obtained at the Weather Radar of São Paulo, were analysed. The events were classified according to the intensity of precipitation in Convectives and Stratiforms. Five types of morphologic systems were identified: Isolated Convection (CI), Maritime Breeze (BM), Squall Lines (LI), Dispersed Bands (BD), and Cold Fronts (FF). Convection events dominate in spring and summer and Stratiforms in the Autumn and Winter. CI and BM have occurred more frequently between October and March, while the cold fronts from April to September. Dispersed Bands occurred throughout the year, and the lines of instability did not occur only on June and July. A comparison between the telemetric measured precipitation and the Radar estimated one has been done, and a positive bias, of the Radar accumulations for 10, 30 and 60 minutes, was shown on the majority of cases. To integrate the precipitation estimations from the Radar to the telemetric network measurements, by means of an objective statistical analysis, the structures of spatial correlation, for rain accumulation during 15, 30, 60 and 120 minutes for the five types of characterized systems, was obtained from the Radar precipitation fields. The average spatial correlation curves of all the precipitation events of each system were fitted to a sixth order polynomial function. The results indicate significant differences in the spatial structures of the correlation among the precipitation systems.