ABSTRACT This study aimed to calibrate and test the SARRA-H (Système d’Analyse Régionale des Risques Agroclimatologiques) crop model for cowpea, as well as conducting a climate risk zoning for this crop in a region located in Eastern Amazon, allowing the identification of locations and sowing dates that favor the production considering both the water deficit and the probability of occurrence of severe rains during the harvest period. The model was calibrated and validated with data from experiments conducted between 2013 and 2016 in the municipality of Castanhal, PA, Brazil. Low climate risk areas were defined as those that had a water requirement satisfaction index (WRSI) greater than or equal to 0.5 in the reproductive phase combined with the occurrence of rainfall below 20 mm at the harvest for, at least, 80% of the years for which planting was simulated. The model was able to simulate the water balance, growth and development of cowpea under the climate and soil conditions of the studied location with high precision and accuracy. The optimal period for sowing cowpea comprises the interval between June 5th and 25th for regions located above 2° S and between March 25th and April 15th for regions below 2º S.

RESUMO Esta pesquisa teve como objetivo calibrar e testar o modelo de cultura SARRA-H (Système d’Analyse Régionale des Risques Agroclimatologiques) para o caupi, bem como realizar o zoneamento de risco climático para esta cultura em uma região localizada na Amazônia Oriental, a fim de permitir a identificação de locais e datas de semeadura que favoreçam a produção considerando tanto o déficit hídrico como a probabilidade de ocorrência de chuvas severas durante o período da colheita. O modelo foi calibrado e validado com dados de experimentos realizados entre 2013 e 2016 no município de Castanhal, PA. As áreas de baixo risco climático foram definidas como aquelas que apresentaram índice de satisfação da necessidade hídrica (WRSI) maior ou igual a 0,5 na fase reprodutiva combinado com a ocorrência de chuvas abaixo de 20 mm na colheita por, pelo menos, 80% dos anos onde foi simulado o plantio. O modelo foi capaz de simular o balanço hídrico, crescimento e desenvolvimento do feijão-caupi nas condições climáticas e de solo da região estudada com boa precisão e exatidão. O período de ótima semeadura para o feijão-caupi compreende o intervalo entre 5 e 25 de junho para regiões localizadas acima de 2° S, e entre 25 de março e 15 de abril para regiões abaixo de 2º S.

RESUMO O feijão-caupi tem baixa produtividade no Estado do Pará em função da baixa fertilidade dos solos e da adversidade climática, principalmente a deficiência hídrica. Objetivou-se com o presente estudo avaliar a quebra de produtividade do feijão-caupi no Nordeste Paraense em resposta à deficiência hídrica na sua fase reprodutiva. O experimento foi conduzido em Castanhal, PA, nos anos de 2015 e 2016. Utilizou-se delineamento experimental em blocos ao acaso, com seis repetições e quatro tratamentos; T1 consistiu na reposição de 100% da evapotranspiração da cultura (ETc), T2 em 50%, T3 em 25% e T4 sem irrigação, na fase reprodutiva. A produtividade do feijão-caupi foi determinada na fase R9. As simulações com o modelo SARRAZON foram realizadas com diferentes datas de semeadura. As deficiências totais na fase reprodutiva foram espacializadas considerando as 30 localizações a fim de se avaliar a sazonalidade temporal e espacial da disponibilidade hídrica e do período de semeadura na região de estudo. O feijão-caupi mostrou-se sensível à disponibilidade de água no solo, com reduções consideráveis na produtividade em função do aumento da deficiência hídrica. Ao se atingir deficiências hídricas superiores a 47 mm na fase reprodutiva, ocorreram quebras de produtividade da cultura superiores a 20%. De acordo com a variabilidade espacial da deficiência hídrica simulada, a semeadura do feijão caupi em regiões localizadas acima de 2º de latitude pode se estender até 20 de junho sem que apresente elevadas quebras de produtividade.

ABSTRACT The cowpea bean presents low productivity in the Pará state, Brazil, due to low soil fertility and climatic adversity, mainly water deficiency. The aim of this study was to evaluate the yield gap of cowpea bean in northeast of Para state in response to water deficit during its reproductive phase. The experiment was carried out in Castanhal, PA, Brazil, during 2015 and 2016. A randomized block design with six repetitions and four treatments was used; where T1 consisted of 100% replacement of the crop evapotranspiration (ETc), T2 to 50%, T3 to 25% and T4 without irrigation, in the reproductive phase. The yield was determined at R9 stage. The simulations with the SARRAZON model were carried out with different sowing dates. The total deficiencies in the reproductive phase were spatialized considering the 30 locations in order to assess the temporal and spatial seasonality of water availability and the sowing period in the study region. The cowpea bean was sensitive to soil water availability with considerable reductions in productivity due to the increase in water deficit compared to the treatment T1 (100% ETc). When water deficits reached more than 47 mm, there were yield gaps over 20%. According to the spatial variability of simulated water deficiency, the sowing of cowpea bean in regions located above 2° latitude may extend until June 20 without showing high yield gaps.

ABSTRACT This study estimated the reference evapotranspiration rate (ETo) for the Itacaiúnas River Watershed (IRW), Eastern Amazonia, and measured the accuracy of eight empirical equations: Penman-Monteith (PM), Priestley-Taylor (PT), Hargreaves and Samani (HS), Camargo (CAM), Thornthwaite (TH), Hamon (HM), Kharrufa (KF) and Turc (TC) using monthly data from 1980 to 2013. In addition, it verifies the regional applicability to the IRW using a for the Marabá-PA station. The methods TC and PM (FAO56) presented the best results, which demonstrate that radiation and higher temperatures are the dominant drivers in the Evapotranspiration process, while relative humidity and wind speed have a much smaller impact. The temporal and spatial variability of ETo for IRW show has strong seasonality, increasing during the dry season and decreasing during the rainy season. The statistical analyses at 1% level of significance, indicates that there is no correlation of the residuals between the dry and rainy seasons, and test of the physical parameters such as mean temperature, solar radiation and relative air humidity explains the variations of ETo.

O presente trabalho apresenta uma contribuição aos estudos de modelagem climática com ênfase na variabilidade pluviométrica sazonal da Amazônia oriental, durante as estações de verão e outono (DJF e MAM). Baseado nos resultados das simulações regionais do RegCM3 para um período de 26 anos (1982/83 a 2007/08) e usando domínio em alta resolução espacial (30 Km) e dois diferentes esquemas de convecção (Grell e MIT), foi investigado o desempenho do modelo em simular a distribuição regional de precipitação sazonal na Amazônia oriental, com referência a um novo conjunto de dados observacional compilado com informações de uma ampla rede integrada de estações pluviométricas. As análises quantitativas evidenciaram que o RegCM3 apresenta erros sistemáticos, sobretudo aqueles relacionados com viés seco no Amapá e norte/nordeste do Pará usando ambos os esquemas Grell e MIT, os quais apontam que o modelo não reproduz as características da ZCIT sobre o Atlântico equatorial. As simulações usando MIT, também apresentaram viés úmido no sudoeste/sul/sudeste do Pará e norte do Tocantins. Além disso, através da técnica de composições, também foi investigado o desempenho do RegCM3 em reproduzir os padrões espaciais anômalos de precipitação sazonal em associação aos episódios ENOS, e as fases do gradiente térmico sobre o Atlântico intertropical. Os resultados demonstraram que o modelo conseguiu representar realisticamente bem o padrão espacial das anomalias pluviométricas acima (abaixo) do normal em grande parte da Amazônia oriental, durante os conhecidos cenários favoráveis, i.e., condições de La Niña e gradiente de aTSM para o Atlântico sul (desfavoráveis, i.e., El Niño e gradiente de aTSM para o Atlântico norte).

This paper presents a contribution on the climate modelling studies with emphasis on seasonal rainfall variability in eastern Amazonia, during the austral summer and autumn seasons (DJF and MAM). Based on RegCM3 regional climate simulations for a 26 years period (1982/83 to 2007/08) using high resolution domain scale (30 km) and two different convection schemes (Grell and MIT), it was investigated the model performance to simulate the regional pluviometric distribution in eastern Amazon, with reference to a new observational data base containing regional aspects extracted from a dense rain gauge station network. The quantitative analysis showed that RegCM3 presents systematic errors, especially those related to the dry bias in the Amapá and north/northeast of Pará using both schemes Grell and MIT, which indicate that the model does not reproduce ITCZ characteristics over equatorial Atlantic. The simulations using MIT also indicated wet bias in the southwest/south/southeast of Pará and north of Tocantins. Moreover, through composites technique, it was also investigated RegCM3 response to reproduce the anomalous spatial rainfall patterns in association with ENSO episodes and interhemispheric SSTa gradient phases across the intertropical Atlantic. The results showed that the model represented realistically well the spatial pattern related to the rainfall anomalies above (below) than normal in most of eastern Amazonia, during the known favourable scenarios, i.e., La Niña and south Atlantic SSTa gradient (unfavourable, i.e., El Niño and north Atlantic SSTa gradient).

A influência dos modos dc variabilidade climática dc grande escala dominantes no Pacifico e Atlântico nas chuvas da Amazônia é investigada. A técnica de compósitos das anomalias dc precipitação na Amazônia é usada neste trabalho. Os anos base destes compósitos são aqueles do período 1960-1998 com ocorrências de extremos na Oscilação Sul (El Niño ou La Niña) e de padrão de dipolo norte/sul quente (ou frio) nas anomalias de TSM no Atlântico tropical. Dipolo quente (frio) significa anomalias positivas (negativas) no Atlântico tropical Norte e negativas (positivas) no Atlântico tropical Sul. Compósitos dc verão e outono austrais para extremos na Oscilação Sul (El Niño ou La Niña) e independente para padrão de dipolo norte/sul (quente ou frio) de anomalias de TSM no Atlântico tropical, apresentam valores (magnitude e signal) consistentes com aqueles encontrados cm trabalhos anteriores sobre a relação entre as variações de precipitação na Amazônia c anomalias de TSM no Pacífico e Atlântico tropicais. No entanto, compósitos dos verões e outonos austrais para os anos com ocorrências simultâneas de El Niño e dipolo quente norte/sul dc anomalias de TSM no Atlântico tropical mostram anomalias negativas de precipitação estendendo-se para leste sobre a Amazônia ccntro-leste. Este resultado indica o importante papel desempenhado pelo Atlântico tropical na distribuição anômala de precipitação na Amazônia.

The influence of the large-scale climatic variability dominant modes in the Pacific and in the Atlantic on Amazonian rainfall is investigated. The composite technique of the Amazon precipitation anomalies is used in this work. The basis years for these composites arc those in the period 1960-1998 with occurrences of extremes in the Southern Oscillation (El Niño or La Niña) and the north/south warm (or cold) sea surface temperature (SST) anomalies dipole pattern in the tropical Atlantic. Warm (cold) dipole means positive (negative) anomalies in the tropical North Atlantic and negative (positive) anomalies in the tropical South Atlantic. Austral summer and autumn composites for extremes in the Southern Oscillation (El Niño or La Niña) and independently for north/south dipole pattern (warm or cold) of the SST anomalies in the tropical Atlantic present values (magnitude and sign) consistent with those found in previous works on the relationship between Amazon rainfall variations and the SST anomalies in the tropical Pacific and Atlantic. However, austral summer and autumn composites for the years with simultaneous occurrences of El Niño and warm north/south dipole of the SST anomalies in the tropical Atlantic show negative precipitation anomalies extending eastward over the center-eastern Amazon. This result indicates the important role played by the tropical Atlantic in the Amazon anomalous rainfall distribution.