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ABSTRACT Traditional hydrological models have been widely used in hydrologic studies, providing credible representations of reality. This paper introduces a hybrid model that combines the traditional hydrological model Soil Moisture Accounting Procedure (SMAP) with the machine learning algorithm XGBoost. Applied to the Sobradinho watershed in Brazil, the hybrid model aims to produce more precise streamflow forecasts within a three-month horizon. This study employs rainfall forecasts from the North America Multi Model Ensemble (NMME) as inputs of the SMAP to produce streamflow forecasts. The study evaluates NMME forecasts, corrects bias using quantile mapping, and calibrates the SMAP model for the study region from 1984 to 2010 using Particle Swarm Optimization (PSO). Model evaluation covers the period from 2011 to 2022. An XGBoost model predicts SMAP residuals based on the past 12 months, and the hybrid model combines SMAP's streamflow forecast with XGBoost residuals. Notably, the hybrid model outperforms SMAP alone, showing improved correlation and Nash-Sutcliffe index values, especially during periods of lower streamflow. This research highlights the potential of integrating traditional hydrological models with machine learning for more accurate streamflow predictions.

Resumo O presente trabalho tem como objetivo avaliar a aplicabilidade do índice de Abastecimento de água Superficial (SWSI) e do índice de Recuperação de Seca (RDI) como instrumentos de monitoramento, para identificar a frequência, intensidade e duração da seca hidrológica nas bacias dos reservatórios Banabuiú, Castanhão e Orós, localizados no Ceará, Brasil. O período de análise foi de 2002 a 2020 e para ambos os índices se utilizou a escala anual. A avaliação dos resultados mostrou que o SWSI e o RDI comportam-se semelhantemente e apresentam uma boa modelagem dos eventos de seca ou de abundância hídrica. A correlação entre eles ficou acima de 70% para os três reservatórios estudados. Entretanto, o RDI mostra-se defasado na identificação da seca, com tendência a apontar secas mais extremas. Desse modo, a utilização dos índices pode ser considerada uma estratégia proativa para a gestão dos recursos hídricos, pois eles fornecem informações importantes para a tomada de decisão por parte dos gestores. Além disso, a aplicação do SWSI em sistemas de monitoramento e alerta precoce das secas é mais vantajosa se comparada ao RDI, pois ele apresenta uma metodologia de cálculo mais simples, requerendo um menor esforço computacional e menos variáveis de entrada.

Climate change projects an increase in extreme weather events in the coming decades, which could significantly affect Brazil's water and energy security. Thus, this study sought to analyze possible impacts of climate change on the projections of naturalized streamflows and Affluent Natural Energy (ANE) for the Brazilian hydropower sector utilizing five models of the Coupled Model Intercomparison Projects version 6 (CMIP6), based on SSP-4.5 and SSP-8.5 scenarios for the 21st century. Naturalized streamflows for the 24 stations representing the National Interconnected System (NIS) were estimated through the concentrated hydrological model SMAP (Soil Moisture Accounting Procedure), while the streamflows for the other stations that comprise the NIS were obtained by linear regression. The streamflows, as well as the productivity of the reservoirs, were used to calculate the ANE. The results showed that most of the models project possible reductions in annual naturalized streamflows and ANE for the three periods analyzed and for the North, Northeast, and Southeast/Midwest sectors of Brazil. Meanwhile, the Northern and Southern sectors, for the period 2080–2099, most of the models indicated an increase of annual, precipitation, naturalized streamflows and ANE. HIGHLIGHTS Most of the CMIP6 models showed that the NIS reservoirs are sensitive to increasing greenhouse gas emissions.; The medians of the standardized anomalies of annual naturalized streamflows and ANE indicated an increase for the South and North sectors of the country.; In the Northeast subsystem, most of the CMIP6 models indicated a reduction in naturalized streamflows and ANE.;

Resumo O objetivo deste trabalho é avaliar o balanço hídrico de Thornthwaite a partir das projeções do IPCC-AR5, identificando as possíveis mudanças de classificação climática projetada por este método. Foram consideradas as projeções de 14 modelos do CMIP5 para os cenários RCP 4.5 e RCP 8.5, para o período de 2010 a 2099, em comparação ao cenário histórico (1950 a 1999). A metodologia consiste na obtenção dos campos mensais de precipitação e temperatura pró„ximo à superfície dos modelos climáticos. O balanço hídrico é realizado pelo método de Thornthwaite, considerando a ETP, os acumulados mensais de precipitação e os parâmetros de solo do Harmonized World Soil Database, sendo a classificação climática por região com base nas variáveis de saída do método. As projeções dos modelos apontam aumento da temperatura e ETP para as diferentes regiões do Brasil. As regiões Norte e Centro-Oeste apresentam aumento das áreas com climas mais áridos, enquanto a região Sul aponta para um aumento da área coberta por climas úmidos. Estas características podem representar aumento do escoamento superficial na região Sul e sua diminuição nas regiões Norte e Centro-Oeste. Tais mudanças representam um desafio a gestão de recursos hídricos, que deverá se adequar às futuras demandas e disponibilidades hídricas.

Resumo O objetivo deste artigo é analisar as projeções de precipitação do modelo climático regional Eta para as bacias dos rios São Francisco (SF) e Paraíba do Sul (PS), Brasil. Para tanto, a resposta dinâmica da redução de escala foi discutida em comparação com os modelos CMIP5 e, em particular, com os modelos HadGEM2-ES e MIROC5 para o horizonte climático futuro de 2011 a 2040 em dois cenários do quinto relatório do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas: RCP4.5 e RCP8.5. Os resultados indicam que o modelo Eta aninhado aos modelos globais representou adequadamente as simulações de precipitação para o clima presente. Quanto a avaliação da representação das projeções climáticas, as projeções Eta discordaram no sinal de mudança com seus forçantes GCMs e outros modelos CMIP5 nas bacias analisadas, amplificando o sinal mais seco. Reduções na precipitação foram apontadas para as duas bacias e com maior intensidade no cenário RCP8.5, variando em até -20% (SF) e 15% (PS) pelos modelos CMIP5 e em até quase -40% para os modelos Eta-HadGEM2-ES e Eta MIROC5 (SF e PS).

Resumo Este trabalho teve como objetivo avaliar a variabilidade espaço-temporal do índice Padronizado de Precipitação (SPI), de forma a identificar períodos de escassez/excesso hídrica (o) na Sub-Bacia Choró no Estado do Ceará. Para tanto, trabalhou-se com uma série histórica de dados pluviométricos para o período de 1974 a 2018 e com o SPI nas escalas de 3, 6, 12 e 24 meses. Uma acentuada variabilidade interanual foi observada, apontando de 2012-2018 a maior ocorrência de eventos secos, sendo estes melhor representados, nas escalas interanuais, em intensidade e duração quando comparado com as escalas (intras)sazonais. Também constatou-se que os períodos contendo os eventos secos (chuvosos) de maior intensidade, apresentados nas escalas 3, 6 e 12 meses do SPI, coincidiram, na maioria dos casos, com períodos de El Niño Oscilação Sul e La Niña. Em suma, o SPI se mostrou uma ferramenta poderosa ao quantificar os eventos secos e chuvosos na Sub-Bacia Choró, podendo ser útil no monitoramento do déficit hídrico em escalas temporais de curto, médio e longo prazo.

The Brazilian energetic matrix is predominantly based on hydroelectric plants and its planning is very sensitive to climate variability in different time scales. Natural Affluent Energy (NAE) is an established planning tool to project different scenarios of possible energy production, especially in an integrated system. This work aims to fill a gap between short-term (seasonal/ interannual) and long-term (climate change) planning scales by realizing NAE medium-term projections for the Brazilian National Interconnected System basins. The historical NAE series provided by the National System Operator was used for the years 1931 to 2014. The series was divided into two periods: from 1931 to 2003 for verification, and from 2004 to 2014 for calibration. The Wavelets Auto-Regressive (WAR) model was applied from low- and medium-frequency bands. The band signal was analyzed and the NAE was projected for the years 2014 to 2024. A relationship of the NAE variability with the Pacific Decadal Oscillation (PDO) climate index and the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) was verified.

A fim de obter informações acerca dos possíveis impactos no regime dos campos de precipitação e no regime de temperatura nas regiões hidrográficas brasileiras em decorrência do aumento das emissões de gases de efeito estufa, este trabalho teve como objetivo analisar as projeções resultantes de nove modelos participantes do Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment (CORDEX), considerando os cenários representative concentration pathways (RCP) 4.5 e RCP8.5 para o século XXI. Os modelos utilizados foram: Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis – Canadian Earth System Model (The second generation) (CCCma-CanESM2), Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (version Mk3-6-0) (CSIRO-Mk3-6-0), Irish Centre for High End Computing – European Community – EARTH (ICHEC-EC-EARTH), Institut Pierre Simon Laplace – 5 Component Models version A – Medium Resolution (IPSL-CMSA-MR), Model for Interdisciplinary Research on Climate version 5 (MIROC5), Hadley Center Global Environment Model version 2 – Earth System (HadGEM2-ES), Max Planck Institute – Meteorology – Earth System Model (MPIM-ESM), Norwegian Climate Centre – Norwegian Earth System Model version 1 – Medium resolution (NCC-NorESM1-M) e National Oceanic and Atmospheric Administration – Geophysical Fluid Dynamics Laboratory – Earth System Model version 2M (NOAA-GFDL-ESM2M). Foram analisadas as anomalias e a tendência dos campos de precipitação e temperatura médias anuais no período de 2006 a 2095. Todos os modelos projetaram aumento da temperatura em todas as regiões. Para o cenário RCP8.5, a anomalia da temperatura indicou aumento de até 1,58ºC na região hidrográfica amazônica. A precipitação também pode aumentar em algumas regiões hidrográficas. A mediana das anomalias sugeriu aumentos entre 10 e 30% no Atlântico Leste, Atlântico Nordeste Ocidental, Atlântico Nordeste Oriental, Paraguai, Parnaíba, Tocantins-Araguaia e São Francisco. Anomalias negativas foram identificadas no sudeste e principalmente no sul do Brasil, indicando reduções na precipitação. O teste de Mann-Kendall-Sen sugeriu uma possível intensificação no regime de precipitações anuais em grande parte das regiões hidrográficas, exceto as do Atlântico Sul, Paraná e Uruguai. Em ambos os cenários, o teste apontou ausência de tendência na região do Atlântico Sul pela maioria dos modelos. Todos os modelos apresentaram tendência positiva significativa para a temperatura nos dois cenários e em todas as regiões. A maior e a menor tendência de aquecimento foram observadas no norte e no sul do país, respectivamente.

ABSTRACT Long-term water and energy planning makes it possible to reduce social and economic impacts by avoiding episodes of interruption in water and electricity supply, essential services for several sectors. Thus, the analyses proposed by this study aimed at identifying the impact of climate change on naturalised streamflows and Affluent Natural Energy (NEA) projections for the Brazilian electricity sector using six models of the Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment (CORDEX) project, based on the RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios for the 21st century. The streamflows for the 24 stations representing the National Interconnected System (NIS) were estimated through the concentrated hydrological model SMAP (Soil Moisture Accounting Procedure), while the streamflows for the other stations that comprise the NIS were obtained by linear regression. The streamflows, as well as the productivity of the reservoirs, were used to calculate the NEA. The results showed that most of the models project possible reductions in annual naturalized streamflows and NEA for the three periods analyzed and for the North, Northeast and Southeast/Midwest sectors. Meanwhile, in the Southern sector, for the period 2010-2039, most of the models indicated an increase in the annual naturalized streamflows and NEA.