ABSTRACT Studies regarding deforestation, the hydrological cycle, climate change and fire weather can benefit from the detailed simulations provided by regional climate models (RCM). While much attention has been given to fire activity in the Amazon, few studies have used RCM runs to assess fire risk and variables associated to fire occurrence. We evaluated precipitation, temperature and a fire risk index from the ensemble of Eta model simulations coupled with three different global climate models for the Amazon basin. The RCM runs were compared to reanalysis data for the dry season from 1979 to 2005. The maximum and 2-m temperature fields were underestimated over the entire region, but showed a statistically significant spatial correlation with the reference data. Precipitation was overestimated over the Amazon, in accordance with the major sources of moisture analyzed. The Keetch-Byram drought index (KBDI) was not significantly affected by the bias found in temperature and precipitation, and the ensemble improved relative to the individual member simulations. KBDI estimations performed better with the ensemble of the three evaluated members, however the Eta model showed some limitations. The validation of modeled fire risk could benefit from the use of satellite hotspot data. Furthermore, the KBDI can also be used in the assessment of how climate change interacts with fire activity in the Amazon region.

RESUMO Estudos sobre desmatamento, ciclo hidrológico, mudanças climáticas e fogo podem se beneficiar de simulações mais detalhadas provenientes de modelos climáticos regionais (RCM). Apesar de que a atividade do fogo na Amazônia tenha recebido grande atenção, poucos estudos usaram simulações de RCM para avaliar o risco de fogo e variáveis associadas às condições climáticas favoráveis à ocorrência de fogo. Aqui avaliamos precipitação, temperatura e um índice de risco de fogo do conjunto de simulações do modelo Eta forçado para três modelos climáticos globais diferentes para a bacia Amazônica. As simulações de RCM foram comparadas com dados de reanálise para a estação seca de 1979 a 2005. Os campos de temperatura máxima e de 2 m foram subestimados em toda a região, porém mostraram uma correlação espacial estatisticamente significativa com os dados de referência. A precipitação foi superestimada para toda a Amazônia, em acordo com as principais fontes de umidade analisadas. O índice de seca de Keetch-Byram (KBDI) não foi significativamente afetado pelo viés observado na temperatura e na precipitação, e o conjunto apresentou resultados melhores em comparação com as simulações dos membros individuais. As simulações de KBDI tiveram melhor resultado com o conjunto das três variáveis avaliadas, porém o modelo Eta mostrou algumas limitações. A validação dos modelos de risco de fogo poderia se beneficiar do uso de dados de hotspot satelitais. Além disso, o KBDI pode ser usado na avaliação de como as mudanças climáticas interagem com o fogo na região amazônica.

Resumo Nesse estudo avaliou-se o desempenho do Brazilian Global Atmospheric Model (BAM) na representação dos componentes do balanço de água na bacia Amazônica para o clima presente (1979-2015). Os resultados mostram que o modelo BAM reproduz a variação espaço-temporal dos componentes do balanço de água na bacia Amazônica, apesar da deficiência em posicionar corretamente os máximos de precipitação e convergência de umidade sobre a região. O BAM subestimou a precipitação (8,8%) e o escoamento superficial (36,8%), e superestimou a evapotranspiração (5,3%). O comportamento de sumidouro de umidade foi bem representado pelo BAM, pois a precipitação é sempre maior que a evapotranspiração (P > E) na bacia Amazônica. O não fechamento do balanço de água (52,6%) na bacia mostra a limitação das parametrizações físicas do BAM na representação da convecção (precipitação) e convergência de umidade, comprovando a necessidade de melhores ajustes e calibração. De maneira geral, apesar de subestimar a precipitação, o BAM simulou adequadamente a precipitação anual e sazonal. A evapotranspiração foi superestimada, principalmente na estação chuvosa, porém foi subestimada na estação seca. Os resultados mostraram que o BAM necessita de ajustes e calibração na representação de processos de superfície, uma vez que, apresentou dificuldade na simulação da variação sazonal da evapotranspiração. Os erros sistemáticos encontrados nos componentes do balanço de água são de grande importância para determinação do grau de confiança para simulações do clima presente e projeções futuras.

Abstract This study evaluated the performance of the Brazilian Global Atmospheric Model (BAM) in the representation of water balance components in the Amazon basin for the present climate (1979-2015). The BAM model reproduces the space-temporal variation of the water balance components in the Amazon basin, despite the deficiency in correctly positioning the maximum precipitation and moisture convergence over the region. BAM underestimated precipitation (8,8%) and runoff (36,8%), and overestimated evapotranspiration (5,3%). Moisture sink behavior was well represented by BAM, since precipitation is always greater than evapotranspiration (P > E) in the Amazon basin. The non-closure of the water budget (52,6%) in the basin shows the limitation of BAM physical parameters in the representation of convection (precipitation) and moisture convergence, proving the need for better adjustments. Overall, despite underestimating rainfall, BAM adequately simulated annual and seasonal rainfall. The evapotranspiration was overestimated, especially in the rainy season, but was underestimated in the dry season. The results showed that BAM needs adjustments and calibration in the representation of surface processes, since it presented difficulty in simulating the seasonal variation of evapotranspiration. Systematic errors found in water balance components are of great importance in determining the degree of confidence for present climate simulations and future projections.

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.

Resumo O cálculo de indicadores climáticos a partir de dados observados e de modelos climáticos é uma maneira eficiente de identificar possíveis variações climáticas sobre a bacia Amazônica. Embora seja frequente a avaliação de desempenho de modelos climáticos a partir de dados de precipitação e temperatura, a avaliação de suas performances utilizando-se indicadores climáticos ainda é pouco explorada, principalmente para a bacia Amazônica. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo principal quantificar e avaliar a destreza dos modelos HadGEM2-ES e Eta na representação de oito indicadores climáticos. Os indicadores foram determinados a partir do total diário de precipitação proveniente do Climatate Prediction Center. Para quantificar o desempenho de ambos modelos, foram calculados o viés e o erro médio quadrático. Estes métodos foram aplicados com base na média anual dos indicadores climáticos para o período de 1981 a 1990. Os resultados mostram que o viés dos modelos HadGEM2-ES e Eta apresenta semelhança na maioria dos indicadores climáticos. Em relação ao erro médio quadrático, observou-se que nem todos os indicadores de extremos climáticos baseados em dados de precipitação são bem representados por ambos modelos, porém o Eta apresentou melhor performance em relação ao HadGEM2-ES.

Abstract The calculation of climate index from observed data and climate models is an efficient way of identifying possible climatic variations on the Amazon basin. Although it is frequent to evaluate the performance of climate models from precipitation and temperature data, the evaluation of their performances using climate index is still little explored, mainly for the Amazon basin. Thus, the present work main objective was to quantify and evaluate the dexterity of the Had- GEM2-ES and Eta models in the representation of eight climate index. The climate index was determined from the daily precipitation from the Climate Prediction Center. To quantify the performance of both models, the bias and mean square error were calculated. These methods were applied on the basis of the annual average of the climate index for the period 1981 to 1990. The results show that the bias of HadGEM2-ES and Eta models is similar in the most climate index. Regarding the mean square error, it was observed that not all climatic extremes indicators based on precipitation data are well represented by both models, but Eta presented better performance in relation to HadGEM2-ES.

Resumo Os Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCANs) subtropicais são sistemas de baixa pressão em médios e altos níveis da atmosfera, com centro frio e que se encontram segregados para o lado equatorial das correntes de jato. A divergência de massa no setor a jusante dos VCANs pode organizar os movimentos ascendentes na atmosfera e precipitação. Diante da contribuição dos VCANs para alterações no tempo e os poucos estudos desses sistemas na literatura, o presente trabalho descreve a evolução sinótica e energética de um VCAN que causou evento extremo chuvoso no deserto do Atacama, entre os dias 24 e 26 de março de 2015. Para o desenvolvimento do estudo foram utilizadas a reanálise NCEP/DOE, dados de precipitação do TRMM e informações do satélite GOES-13. Entre os resultados têm-se que a advecção horizontal de vorticidade relativa anticiclônica é importante para amplificar a crista que adentra o setor sudoeste/sul do cavado em 300 hPa fazendo com que o ar frio fique aprisionado em latitudes mais baixas, contribuindo para a formação do VCAN. A energética de Lorenz mostrou que o ambiente ao qual o VCAN estava inserido participou de forma importante no ciclo de vida do VCAN. Por exemplo, na fase de VCAN, os processos baroclínico, barotrópico e de fluxo na fronteira atuaram como fonte de energia cinética do distúrbio (KE).

Abstract Subtropical cutoff-lows (COLs) are low pressure systems at middle and upper atmospheric levels, with a cold core and are detached equatorward from the jet streams. The mass divergence downstream of COLs can organize ascendant movement and provoke precipitation. Due to the COLs contribution to weather changes and few studies found in literature, the purpose of this study is to describe the synoptic and energetic evolution of the COL that caused extreme rainfall over the Atacama Desert between March 24th and 26th, 2015. For the study, we used the reanalysis from NCEP-DOE, the precipitation data from TRMM and satellite information from GOES-13. From the results, we note that the horizontal advection of anticyclonic relative vorticity is important in amplifying the ridge that enters the southwest/south sector of the trough at 300 hPa causing the cold air to become trapped in lower latitudes, thereby contributing to the formation of the COL. Lorenz's energetic cycle showed that the environment, into which the COL was inserted, was important to the lifecycle of COL. For example, in the COL phase, the baroclinic and barotropic processes and flow in boundary acted as a source of kinetic energy (KE).

Este estudo apresenta uma análise do balanço de calor anual médio da região tropical e sua associação com a Circulação de Walker (CW), a partir das reanálises do NCEP/NCAR. Este estudo mostra a importância relativa do aquecimento diabático para gerar movimentos verticais nos trópicos e na região de atuação da CW. Os resultados mostram que o movimento ascendente nos ramos principais da CW é governado pelo efeito conjunto dos processos de aquecimento latente e resfriamento radiativo, enquanto que a perda de radiação infravermelha produz movimento descendente nos ramos secundários da CW. Mostra-se que o aquecimento latente força movimentos ascendentes sobre os ramos principais da CW, todavia, a velocidade vertical observada é superestimada, se apenas o calor latente é levado em consideração para forçar os movimentos. Além disso, o resfriamento radiativo foi identificado como o principal processo físico que produz movimentos subsidentes nos ramos secundários da CW. Nos ramos ascendentes da CW, o aquecimento resultante entre os processos de liberação de calor latente e de resfriamento radiativo é balanceado pela expansão adiabática, enquanto que em regiões de fraca convecção (ramos secundários da CW) existe um balanço aproximado entre o resfriamento radiativo (devido a emissão de ondas longas) e o aquecimento devido à compressão associado aos movimentos descendentes.

The present study presents an analysis of the annual mean tropical heat balance and its association with the Walker circulation (WC) using NCEP/NCAR Reanalysis data. This study shows the relative importance of diabatic data to produce vertical motion in the tropics and for the WC region. It is shown that ascending motion in the WC's upward branch is determined by the joint effect of latent heating and radiative cooling processes while infrared radiation loss is associated to sink motions on the WC's descending branch. In ascending branches of the WC vertical velocity from reanalysis is overestimated when latent heat is taken into account to drive motions. Radiative cooling is indentified as the main physical process yielding sinking motion in the WC's downward branches. In upward branches of the WC, resulting diabatic processes (latent heat release) are balanced by adiabatic expansion (due rising motions). In descending branches of the WC, there is a near balance between radiative cooling (due to longwave emission) and heating (due to sinking motions).

Utilizando-se dados de reanálises do GEOS-1, observa-se que durante o El Niño de 1982-1983 a circulação de Walker anômala iniciou-se devido ao movimento ascendente gerado pelas águas superficiais quentes no Pacífico leste. Para compensar o movimento ascendente, subsidência de ar é gerada sobre o Pacífico oeste de forma a completar a circulação de Walker anômala. Assim, o início da circulação de Walker anômala ocorreu devido ao gradiente superficial sobre o mar tal como sugerido por Bjerknes.

The GEOS-1 data from multiyear reanalysis are using. An altered Walker Circulation is initiated by the rising motion created over the warm ocean surface on the eastern Pacific. This occurred during the major El Niño event of 1982-1983. To compensate the rising motion, a sinking motion is generated over western Pacific completing the formation of the altered Walker Circulation. Thus, the initiation of the altered Walker Circulation is by the sea surface gradient as originally envisioned by Bjerknes.