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Estudos realizados nas últimas décadas demonstram que os diferentes processos ambientais que ocorrem no planeta são, geralmente, de natureza bastante complexa, o que reforça a necessidade de desenvolvimento e aprimoramento de tecnologias de modelagem numérica de sistemas ambientais. Tendo em vista as possíveis alterações causadas pelas mudanças climáticas e ciente da importância da bacia do Rio São Francisco na geração hidrelétrica nacional, o presente estudo utilizou o modelo hidrológico de chuva-vazão SMAP (Soil Moisture Accounting Procedure) para comparar as vazões Médias de Longo Termo (MLT) observadas da cabeceira da bacia, à montante da usina hidrelétrica de Três Marias, com as simuladas pelo modelo de circulação geral da Atmosfera MIROC, regionalizadas pelo modelo climático regional RegCM, ambos utilizados pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas, IPCC. Para a avaliação destas simulações foi comparado o comportamento da vazão simulada na bacia, tendo como dado de entrada a precipitação prevista pelo modelo climático e também a precipitação observada no período de 2001 a 2009. Para calibração do modelo SMAP foram utilizados dados de precipitação observada no período de junho de 1991 a maio de 2001. Posteriormente, foi analisado o comportamento do modelo hidrológico utilizando dados de precipitação simulados pelo modelo climático RegCM, com e sem aplicação de técnicas estatísticas de remoção de viés. A modelagem utilizando a chuva real observada na bacia apresentou uma boa aderência com a vazão real observada no período, demonstrando que o modelo SMAP é capaz de reproduzir a MLT da bacia. No entanto, a modelagem utilizando a precipitação simulada pelo RegCM apresentou índices baixos de eficiência, sendo necessária uma análise para remoção de viés da precipitação do modelo. Após isso, as simulações apresentaram melhora significativa nos índices estatísticos de desempenho, que ainda foram inferiores aos índices da precipitação real. Com isso, o estudo verificou que os modelos climáticos apresentam potencial para serem utilizados neste tipo de análise, mas necessitam de uma verificação minuciosa de suas simulações em situações climáticas passadas conhecidas, para que sejam identificados possíveis erros sistemáticos e seus prognósticos possam ser utilizados de forma correta pela sociedade, principalmente em processos mitigadores dos efeitos das mudanças climáticas.

RESUMO Neste estudo foi proposta a elaboração de um modelo de previsão de vazões no horizonte de dez dias para a Usina Hidrelétrica de Furnas, localizada na Bacia do Rio Grande, Minas Gerais, a partir da aplicação de redes neurais artificiais (RNA), informações de vazão natural e precipitação observada e prevista. O modelo foi desenvolvido utilizando o software Matlab(r) Neural Network Toolbox. Escolheu-se uma rede neural do tipo perceptron multicamadas (MLP), treinada com algoritmo supervisionado de retropropagação Levenberg-Marquardt. As previsões de precipitação foram obtidas a partir do modelo ETA/Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC), e utilizadas com e sem tratamento matemático. Foram realizados três experimentos, dividindo-se o histórico de dados em três períodos, sendo o primeiro para a calibração do modelo, o segundo para a validação e o terceiro para os testes. Em cada experimento foi variado o conjunto de dados de entrada, sendo utilizada, no primeiro experimento, somente a vazão passada para prever os dez dias de vazão futura. No segundo foi adicionada a precipitação observada e, no terceiro, a previsão de precipitação. Os resultados da modelagem chuva-vazão obtidos com a previsão de precipitaçãodo modelo ETA não apresentaram melhorias estatísticas em comparação com os experimentos que só utilizaram informações passadas. No entanto, quando se utilizou a previsão de precipitação corrigida matematicamente, observou-se uma melhora sensível tanto nos índices estatísticos quanto na representação da previsão simulada no hidrograma, ficando o desempenho da modelagem proposta neste estudo semelhante à encontrada em modelos conceituais do tipo chuva-vazão. ABSTRACT The purpose of this study was to elaborate a ten-year runoff forecast model for the Furnas hydroelectric plant. The facility is located in the Rio Grande Basin in the state of Minas Gerais, Brazil. Artificial neural networks were used to determine natural flow as well as observed and predicted precipitation. The model was created using the Matlab(r) Neural Network Toolbox software, and the multi-layers perceptron (MLP) was trained with supervised learning algorithm Levenberg-Marquardt. Precipitation forecasts derived from ETA/Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) model, and both raw and mathematical adjusted data were used. Historical data was separated in three different periods in order to calibrate, validate and test the model. The first share was used for calibration, the second portion was used for validation and the third one to test the model. In each experiment the input data was modified; thus, in the first experiment, to forecast the ten day runoff, only the past runoff data was considered. In the second experiment, observed precipitation was added; and in the third one, the forecast precipitation was added. The rainfall-runoff modeling results did not show any significant improvement in the statistics when ETA input data is compared with the experiments that only used past information as input. Nevertheless, when forecast precipitation was used with mathematical adjustment, a mild improvement was shown for the statistics index and for the forecast hydrogram simulation. As a result, the modeling performance proposed in this study is similar to that found in conceptual models of rainfall-runoff type.

O objetivo desse estudo é a analise dos efeitos dos parâmetros de configuração do modelo CALMET sobre a simulação da circulação atmosférica em superfície nas Bacias Aéreas I e III da Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ). O estudo foi realizado para um período em que a RMRJ estava sob a atuação de um sistema de alta pressão, que não influenciou significativamente as circulações locais na região. A análise conjunta dos resultados indica que a melhor configuração para simulações do campo de vento na RMRJ com o sistema combinado de modelagem MM5/CALMET é obtida utilizando o valor de 10 km para o parâmetro TERRAD e Raio de Influência entre 7 e 10 km. The aim of this study is to analyze the effects of configuration parameters of the CALMET model on the simulation of atmospheric circulation over the surface at Air basins I and III on the Metropolitan Region of Rio de Janeiro (RMRJ). The study was conducted in a period when the RMRJ was under a high-pressure acting system, which not strongly influenced the local circulation over the region. The joint analysis of all results show that the best configuration for wind field simulations at the RMRJ, with the combined MM5/CALMET modeling is obtained using the value of 10 km for the TERRAD parameter and between 7 and 10 km for the influence radius.

Submitted by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2020-03-11T15:13:36Z No. of bitstreams: 1 BrunaReisLeiteFranca.pdf: 8345252 bytes, checksum: e41e8b0a1a7ebd95de60b9c9c6bf5833 (MD5) Made available in DSpace on 2020-03-11T15:13:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BrunaReisLeiteFranca.pdf: 8345252 bytes, checksum: e41e8b0a1a7ebd95de60b9c9c6bf5833 (MD5) Previous issue date: 2018-08 O impacto das oscilações subinerciais oriundas de frentes frias na variabilidade da temperatura do mar na Plataforma Continental Sudeste do Brasil foi investigado a partir de duas simulações numéricas em alta resolução espacial. Com o m de avaliar o comportamento das ondas citadas com e sem influência de sistemas frontais os experimentos foram configurados com forçantes atmosféricos diários (Experimento 1) e mensais (Experimento 2) respectivamente. Para cada simulação foram avaliados um evento típico e extremo previamente selecionados e caracterizados. De forma geral, observou-se uma tendência ao resfriamento do oceano em superfície estendendo-se para maiores profundidades ao longo da propagação das oscilações para NE em ambas simulações, principalmente no Expt.1. Nesse experimento foi observado na plataforma continental interna um declínio da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) de até 0,2 ◦C/dia durante o evento típico e de até 0,6 ◦C/dia durante o evento extremo. O efeito de resfriamento apresentou-se mitigado após Ilha Bela, exceto no evento extremo cujo declínio da temperatura estendeu-se até Cabo Frio. No Experimento 1 foi observada a maior contribuição do termo advectivo vertical na equação de conservação de calor e do termo advectivo horizontal no Experimento 2, indicando a maior influência da interação na camada limite oceano-atmosfera e da propagação da onda respectivamente. A maior contribuição negativa no balanço do fluxo de calor superficial total foi associada à menor incidência de radiação solar no evento típico e aos fluxos turbulentos de calor, especialmente de calor latente, no evento extremo. Nos eventos típico e extremo foi observada uma transferência de calor do oceano para a atmosfera de aproximadamente 20 W/m2 e 220 W/m2 respectivamente. The impact of subinertial waves originated from cold fronts on the variability of sea temperature in Southeast Brazilian Continental Shelf was investigated through two numerical simulations with high spatial resolution. In order to evaluate the behavior of these waves with and without in uence of frontal systems, the experiments were con gured with daily (Experiment 1) and monthly (Experiment 2) atmospheric forcing respectively. In each simulation was avaliated a typical and an extreme event previously selected and characterized. In general, a tendency to ocean cooling on the surface and into greater depths along the propagation of the oscillations for NE was observed in both experiments, mainly in Expt.1. In this experiment was observed the decline in Sea Surface Temperature (SST) of up to 0.2 ◦C/day during the typical event and up to 0.6 ◦C/day on inner continental shelf during the extreme event. The cooling e ect was mitigated after Ilha Bela, except in extreme event when the temperature decline spreads to Cabo Frio. The greatest contribution in heat conservation equation was the vertical advective term in Experiment 1 and the horizontal advective term in Experiment 2, indicating the greater in uence of the interaction in the ocean-atmosphere boundary layer and of the wave propagation respectively. The largest negative contribution in the total surface heat ux balance was associated with the lower incidence of solar radiation in the typical event and with turbulent heat uxes, especially latent heat, in the extreme event. In the typical and extreme events selected, the heat transfer from the ocean to the atmosphere was observed to be about 20 W/m2 and 220 W/m2 respectively.

Submitted by Christianne Fontes de Andrade (cfontes@ct.ufrj.br) on 2019-04-17T16:42:53Z No. of bitstreams: 1 876447.pdf: 4229137 bytes, checksum: 9ca738aba0d8b0c43548c42d54b734f9 (MD5) Made available in DSpace on 2019-04-17T16:42:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 876447.pdf: 4229137 bytes, checksum: 9ca738aba0d8b0c43548c42d54b734f9 (MD5) Previous issue date: 2017-03 O presente trabalho procura identificar os possíveis impactos no padrão de vazões naturais afluentes ao sistema Guandu, por meio de modelagem hidrológica, baseando-se na resposta de dois diferentes componentes do sistema climático frente à ação antrópica. Foram utilizados três cenários hipotéticos de desmatamento na Amazônia (15%, 50% e 100%) e mais quatro cenários de emissões futuras de gases de efeito estufa (GEE). Foi utilizada a versão mensal do modelo hidrológico SMAP. O modelo foi calibrado com dados de precipitação da Agência Nacional de Águas (ANA) e de vazões naturais do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). Para a fase de projeção, foram utilizadas simulações de projeção climática do modelo CAM3.1, baseadas nos cenários de desmatamento, e dados do modelo GFDL-CM2.1, com suporte de cenários de emissão. Como conclusão do trabalho, verificou-se que a resposta oriunda do desmatamento é menos linear e mais complexa que aquela gerada a partir dos cenários de emissão, onde a relação entre impactos e ação antrópica foram mais claras. Com base nos cenários de emissões, destaca-se a possibilidade de redução de 20% a 80% na vazão média afluente à usina de Santa Cecília no fim deste século. This study seeks to identify the possible impacts on the natural inflow in the Guandu river system using hydrologic modeling based on the response of two different components of the climate system to human action. We used three hypothetical scenarios of deforestation in the Amazon (15%, 50% and 100%) and four future greenhouse gases (GHG) emissions scenarios. The monthly version of hydrologic model SMAP was used. The model was calibrated with precipitation data from National Water Agency (ANA) and natural flow data from Electric System National Operator (ONS). In the forecast phase, climate forecast data from CAM3.1 model (based on deforestation scenarios) and from GFDL-CM2.1 model with support of emissions scenarios were used. As conclusion of this study, it was found that the changes from deforestation are less linear and more complex than those coming from emission scenarios, where the relationship between climate change impacts and anthropogenic action have been clearer. Based on emission scenarios, we highlight the possibility of a reduction of 20% to 80% on the average inflow rate to Santa Cecília by the end of this century.

Submitted by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2019-10-21T20:25:26Z No. of bitstreams: 1 FelipeDasNevesRoqueDaSilva.pdf: 13047282 bytes, checksum: fd121072e0e7b5c1939ba95a4f0b0583 (MD5) Made available in DSpace on 2019-10-21T20:25:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FelipeDasNevesRoqueDaSilva.pdf: 13047282 bytes, checksum: fd121072e0e7b5c1939ba95a4f0b0583 (MD5) Previous issue date: 2016-03 Este trabalho consiste na avaliação das projeções para o século XXI de temperatura e precipitação geradas pelos modelos regional de clima RegCM4 e global de clima MIROC para a América do Sul sob os cenários climáticos do IPCC B1 e A1B. As projeções de precipitação foram posteriormente inseridas no modelo hidrológico do tipo chuva-vazão SMAP para fornecer cenários de vazões na UHE Água Vermelha, localizada na Bacia Hidrográfica do Rio Grande, entre 2011 e 2100. Num primeiro momento, os modelos atmosféricos e hidrológicos foram validados sob condições de clima presente e comparados com valores observados. Os modelos foram capazes de simular os principais padrões observados sobre a América do Sul. Uma técnica de remoção de viés foi empregada, sendo fundamental na diminuição dos erros relativos dos prognósticos de precipitação. As projeções de temperatura indicam uma elevação progressiva de temperatura ao longo desse século. Em termos de precipitação, a tendência é de redução no centro-norte da América do Sul, inclusive na área da bacia, e aumento das chuvas no cone sul. Esses cenários de precipitação foram inseridos no modelo SMAP para gerar os cenários de vazões para a século XXI. As projeções indicam reduções nas vazões da ordem de -20 a -30% quando utiliza a chuva do modelo regional e de 5 a -15% quando utiliza a chuva do modelo global. This work evaluates the projections for the 21st century of temperature and rainfall generated by RegCM4 regional climate model and MIROC global climate modelto South America under IPCC climate scenarios B1 and A1B. The rainfall projections were inserted in SMAP, a rainfall-runoff hydrological model, to provide scenarios of inflows in the Água Vermelha Hydroelectric Plant, located in the Rio Grande basin, between 2011 and 2100. Initially, atmospheric and hydrological models werevalidated under present climate conditions and compared toobserved values. Models wereable to simulate the main observed patterns overSouth America. A bias removal technique was employed and wasessential to decrease errors related to rainfall. Temperature projections indicate a gradual elevation in temperature throughout this century. In terms of rainfall, the trend noticed wasa reduction in north and central parts of South America, including the Rio Grande basin, and an increasing rainfall in the southern areas. These rainfall scenarios were inserted into the SMAP model to generate inflow scenarios for the 21stcentury. Projections indicate reductions in inflows of the order between-20 and-30% when using the regional model and 5 to-15%when using the global model.