Resumo As mudanças climáticas são uma resposta da dinâmica do sistema Terra a fatores intrínsecos ou extrínsecos ao planeta. Importantes consequências dessa alteração climática são as ocorrências de secas ou do aumento na intensidade das chuvas em várias regiões do globo terrestre, que pode reduzir ou aumentar a disponibilidade de água no sistema. Para a Amazônia o cenário de severidade de secas pode se agravar, conforme sugerido por modelos climáticos. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é analisar a anomalia de chuva e a tendência de precipitação para o período de 1994 a 2017 em sete estações pluviométricas localizadas na Amazônia Central e relacioná-los aos eventos interanuais/ interdecadais. Para tal, utilizou-se o índice de Anomalia de Chuva (IAC) e o teste não paramétrico de Mann-Kendall. Os resultados sugerem que somente El Niños extremos, tais como os de 1997 e 2015, apresentaram redução na precipitação em todas as estações, enquanto o La Niña de 1999 foi o que apresentou os maiores aumentos, a partir dos IACs. Com relação ao teste de tendências de Mann-Kendall, somente na estação C apresentou uma tendência de aumento na precipitação, evidenciando a necessidade de maiores séries temporais de precipitação para análises mais concisas.

Abstract Climate change is a response to the dynamics of the Earth system to intrinsic or extrinsic factors to the planet. Important consequences of this climate change are the occurrence of droughts or an increase in the intensity of rainfall in various regions of the globe, which can reduce or increase the availability of water in the system. For the Amazon, the drought severity scenario may worsen, as suggested by climate models. The purpose of this work is to analyze the rain anomaly and the precipitation trend for the period from 1994 to 2017 in seven pluviometric stations located in Central Amazonia and relate them to the events El Niño and La Niña. For this, the Rain Anomaly Index (RAI) and the Mann-Kendall non-parametric trend assessment test were used. The results suggest that only extreme El Niño, such as those in 1997 and 2015, showed a decrease in precipitation, while La Niña in 1999 was the one that showed the greatest increases, from the RAI. Regarding the Mann-Kendall trend test, only at station C it showed a tendency to increase in precipitation, showing the need for larger precipitation time series for more concise analyzes.

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 As mudanças climáticas no século XXI é uma realidade inconteste. Diversos efeitos e impactos vêm sendo registrados em várias regiões do planeta. Este trabalho tem por objetivo avaliar a associação do modelo hidrológico MHD-INPE ao modelo atmosférico Eta/CPTEC, a fim de simular o impacto de mudanças climáticas na Bacia Hidrográfica do Ribeirão Jaguara, localizada no sul do estado de Minas Gerais. Para tal fim, foram utilizados dois cenários (RCP4.5 e RCP8.5) de três modelos globais (HadGEM2-ES, MIROC5 e CanESM2), regionalizados pelo modelo Eta. Os resultados da calibração e validação mostraram uma boa performance MHD-INPE em simular a vazão da BHRJ. Após a correção de viés, as saídas dos cenários foram usadas como entrada no MHD-INPE. As projeções climáticas corrigidas dos cenários resultaram em predominante redução da precipitação ao longo do século. Os resultados das projeções da temperatura mostraram aumento consensual por parte dos modelos climáticos, em ambos os cenários. As estatísticas da curva de permanência das vazões advindas das simulações climáticas mostraram um bom desempenho do MHD-INPE na simulação do clima presente.

Abstract Climate change in the 21st century is an undisputed reality. Several effects and impacts have been registered in society in several regions of the planet. This work objective is to evaluate an association of the hydrological model MHD-INPE with the atmospheric model Eta/CPTEC to simulate the impact of climate change in the Jaguara Creek Basin, located in the south of the state of Minas Gerais. For this purpose, two scenarios (RCP4.5 and RCP8.5) of three global climatic models downscaled by the Eta model (HadGEM2-ES, MIROC5 and CanESM2) were used. The results of the calibration and validation shows a good performance of the MHD-INPE model in simulating the JCR daily discharge. The results of the scenarios were used as input to the MHD-INPE model after bias correction. Regarding the corrected climate projections, they resulted in a predominant reduction of the rainfall throughout the 21st century. The results of the projections of temperature showed an increase through the climatic models in both scenarios. The statistical of the flow duration curve (FDC) resulting from the simulations of the Eta model showed a good performance of the MHD-INPE in the simulation of the baseline period.

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.

Resumo Uma das principais aplicações das estimativas de precipitação por satélite é a modelagem hidrológica em bacias onde a rede convencional e em tempo real de pluviômetros são precárias no que se refere à resolução espacial e temporal de dados. Neste trabalho discute-se o desempenho do modelo de erro de precipitação por satélite estocástico multidimensional - SREM2D (do inglês, Two-Dimensional Satellite Rainfall Error Model), o qual simula conjuntos de campos diários de precipitação com os mesmos padrões estatísticos (dispersão) que a diferença dos campos de chuva estimados por satélite e pluviômetro de uma série maior. A maioria dos modelos tratam o erro como uma medida uni-dimensional sem o reconhecimento que a precipitação é um processo intermitente no tempo e no espaço. O modelo SREM2D caracteriza a estrutura espacial, a dinâmica temporal e a variabilidade espacial do erro de estimativa das taxas de precipitação. Este trabalho avalia os resultados das simulações do SREM2D para diversos algoritmos de estimativa de precipitação por satélite na bacia dos rios Tocantins-Araguaia. Resultados mostram que o conjunto obtido através das realizações do modelo SREM2D reduziram o viés dos algoritmos de estimativa de precipitação por satélite principalmente para bacias com área de drenagem superior a 12.000 km2.

Abstract One of the most important applications of satellite rainfall estimates is the hydrological modeling in basins where the conventional and real time rain gauges networks are inadequate in term of the spatial and temporal resolution. This study discuss the performance of the multidimensional stochastic error model (SREM2D), which simulates an ensemble of daily precipitation fields with the same statistical patterns (spread) as the differences of satellite precipitation fields and rain gauges of a longer data series. Most models treat errors only in one dimension, without recognizing that rainfall is a time and space intermittent process. The SREMD2 model characterize the spatial and temporal structure, and the stail variability of errors, of rainfall estimates. This study assess SREM2D simulations results for several rainfall estimates algorithms in the Tocantins-Araguaia river basin. Results show that the ensemble derived from the SREM2D model reduced bias, of the satellite precipitation estimation algorithms mainly for basin with drainage area higher than 12000 km2.