O bioma Cerrado está presente em 91% do Estado do Tocantins. Este bioma apresenta elevada riqueza biológica e nele ocorrem importantes mananciais brasileiros. Com o aumento da emissão de gases do efeito estufa por fontes antrópicas, possíveis mudanças climáticas representam uma ameaça para a diversidade biológica e recursos hídricos deste ambiente. Neste âmbito, uma das principais demandas científicas e ambientais da atualidade consiste da estruturação de modelos climáticos que subsidiem a tomada de decisão, visando a atenuação ou mesmo a mitigação de possíveis impactos decorrentes de mudanças climáticas. Tendo-se em vista as incertezas sobre a concentração futura de GEEs, o IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) estruturou diferentes trajetórias para o forçamento radiativo ao longo do século XXI, sendo denominadas RCPs (Representative Concentration Pathways). Os RCPs abordam desde futuros otimistas, nos quais a forçante radiativa decorrentes de ações antrópicas é reduzida (RCP 2.6), até situações pessimistas (RCP 8.5), sendo o RCP 4.5 uma situação considerada intermediária. Assim, Modelos Climáticos Globais (MCGs) vem sendo aplicados para a simulação das mudanças climáticas inerentes aos diferentes RCPs ao longo do século XXI. Entretanto, para a análise regional das mudanças climáticas torna-se necessária a regionalização das informações de macro escala geradas pelos MCGs, através de modelos climáticos regionais, com destaque para o modelo Eta no Brasil. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi a avaliação de cenários climáticos simulados pelos modelos climáticos regionais Eta-HadGEM2-ES e Eta-MIROC5 para o Estado do Tocantins. O presente estudo foi estruturado em dois capítulos com objetivos específicos, sendo: (1) avaliar a qualidade estatística do clima presente ou baseline (1961-2005) projetado pelos modelos climáticos para a localização de cinco estações meteorológicas que dispõe de dados observados (precipitação total anual, precipitação máxima diária anual, temperatura máxima diária anual, temperatura média anual, temperatura mínima diária anual e umidade relativa anual), sendo: Araguaína, Pedro Afonso, Peixe, Porto Nacional e Taguatinga; (2) mapeamento das mudanças climáticas simuladas para o Estado do Tocantins pelos modelos climáticos Eta-HadGEM2-ES e Eta-MIROC5 nos RCPs 4.5 e 8.5, nos períodos seco e chuvoso, para os intervalos de 2007 a 2040 e 2041 a 2070, abrangendo as seguintes variáveis: precipitação, evapotranspiração real, temperatura máxima, temperatura média, temperatura mínima e umidade relativa. Os resultados mostraram necessidade de realização da remoção dos erros sistemáticos dos modelos climáticos previamente à utilização das projeções futuras. Quanto à simulação do clima presente, o modelo Eta-MIROC5 obteve melhor desempenho para a precipitação total anual e umidade relativa anual, enquanto que o modelo Eta-HadGEM2-ES obteve melhor desempenho para a temperatura (máxima diária anual, média anual e mínima diária anual). Na simulação climática futura, de maneira geral, ambos modelos apresentaram prognósticos mais severos para o RCP 8.5 no segundo período futuro avaliado (2041 a 2070) para o Estado do Tocantins. As projeções do modelo Eta-HadGEM2-ES apresentaram maior grau de severidade para a precipitação, temperatura (máxima, média e mínima), evapotranspiração real e umidade relativa, quando comparadas às projeções do Eta-MIROC5. O modelo Eta-HadGEM2-ES projetou para o período de 2041 a 2070 (RCP 8.5) aumento da temperatura média de até 4,9 ºC, enquanto que para o mesmo período e RCP simulado pelo Eta-MIROC5 o aumento projetado foi de 2,9 ºC. Ainda para este período e RCP as reduções simuladas para a precipitação chegou a 462,1 e 383,1 mm, pelos modelos Eta-HadGEM2-ES e Eta-MIROC5, respectivamente. Foram simuladas regiões do Estado com mudanças climáticas mais severas. Destaca-se a região Centro-Sul, nas proximidades da UHE Peixe/Angical para o regime de chuvas e a região Sul da Ilha do Bananal e APA dos Meandros do rio Araguaia para a temperatura. / The Cerrado biome is present in 91% of the State of Tocantins. This biome presents high biological wealth and in it occur important Brazilian springs. With increasing greenhouse gas emissions by anthropic sources, possible climatic change poses a threat to the biological diversity and water resources of this environment. In this context, one of the main scientific and environmental demands of today consist in the structuring of climatic models that subsidize decision making, aiming the attenuation or even mitigation of possible impacts due to climatic change. Given the uncertainties about the future concentration of GHGs, the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) has structured different paths for radiative forcing throughout the XXI century, being called RCPs (Representative Concentration Pathways). The RCPs approach from optimistic futures, in which the radiative forcing due to anthropic actions is reduced (RCP 2.6), to pessimistic situations (RCP 8.5), with RCP 4.5 being considered as an intermediate situation. Thus, Global Climatic Models (MCGs) have been applied to the simulation of the climatic changes inherent in different CPRs throughout theXXI century. However, regional analysis of climate change requires the regionalization of macro-scale information generated by MCGs through regional climate models, with emphasis on the Eta model in Brazil. In this context, the objective of this work was the evaluation of climatic scenarios simulated by the regional climatic models Eta-HadGEM2-ES and Eta-MIROC5 for the State of Tocantins. The present study was structured in two chapters with specific objectives, being: (1) to evaluate the statistical quality of the present or baseline climate (1961-2005) projected by the climatic models for the location of five meteorological stations with observed data (annual total precipitation, annual maximum daily precipitation, annual maximum daily temperature, average temperature Annual, annual minimum daily temperature and annual relative humidity), being: Araguaína, Pedro Afonso, Peixe, Porto Nacional and Taguatinga; (2) mapping of simulated climatic changes for the State of Tocantins by the climatic models Eta-HadGEM2-ES and Eta-MIROC5 in RCPs 4.5 and 8.5, in the dry and rainy periods, for the intervals from 2007 to 2040 and 2041 to 2070, covering the following variables: precipitation, real evapotranspiration, maximum temperature, average temperature, minimum temperature and relative humidity. The results showed the need to perform to remove systematic errors of the climatic models previously to the use of future projections. Regarding the simulation of the present climate, the Eta-MIROC5 model obtained better performance for the annual total precipitation and annual relative humidity, while the Eta-HadGEM2-ES model obtained better performance for temperature (daily maximum annual, annual average and minimum daily Yearly). In the future climatic simulation, both models presented more severe prognoses for RCP 8.5 in the second evaluated future period (2041 to 2070) for the state of Tocantins. The projections of the Eta-HadGEM2-ES model showed a higher degree of severity for precipitation, temperature (maximum, average and minimum), actual evapotranspiration and relative humidity when compared to Eta-MIROC5 projections. The Eta-HadGEM2-ES model projected for the period from 2041 to 2070 (RCP 8.5) an increase in the mean temperature up to 4.9 ° C, whereas for the same period and CPR simulated by Eta-MIROC5 the projected increase was 2, 9 ° C. Also for this period and CPR the simulated reductions for precipitation reached 462.1 and 383.1 mm, by the Eta-HadGEM2-ES and Eta-MIROC5 models, respectively. Were simulated regions of the state with more severe climate changes. The Center-South region, near the Peixe / Angical HPP for the rainfall regime and the Southern region of the Bananal Island and the APA of the Meandros of the Araguaia river for the temperature, stands out.

No presente estudo, os mecanismos vinculados à formação de um intenso evento de Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) foram investigados. Para isso, uma análise observacional foi realizada para identificação desse sistema e seguinte implementação de um estudo numérico em uma escala sub-sazonal. Uma vez que a atividade da ZCAS é predominantemente concentrada em uma das regiões de maior importância socioeconômica da América do Sul, os estudos de previsibilidade dessa feição são extremamente importantes. O evento escolhido pela análise observacional foi caracterizado pelo suporte de uma estrutura em larga escala para seu desenvolvimento e persistência, através da presença de um vórtice ciclônico na região costeira do sudeste do Brasil. A representação numérica desse caso de ZCAS foi particularmente desafiadora, uma vez que trata-se de um sistema complexo, cujo desenvolvimento e evolução conectam-se a características atmosféricas de grande escala. Para aprimorar a representação numérica desse evento, várias aplicações utilizando-se nudging espectral foram testadas, para garantir que as características de grande escala que suportam o sistema fossem bem representadas pelo modelo numérico. Os resultados mostram que a alternativa menos restritiva para a aplicação do nudging espectral mostrou-se ideal para manter suas características importantes, e ainda permitindo que os componentes físicos do modelo contribuam com a representação da atmosfera em escalas menores. A partir disso, novos experimentos numéricos foram conduzidos para uma avaliação de como diferentes parametrizações convectivas e microfísica representam a banda de precipitação associada ao sistema. Os resultados mostram que, quando usados juntos, tanto a opção de microfísica WRF Single Moment 6-Class (WSM6) quanto a opção cumulus de Kain-Fritsch (KF) contribuíram para a formação da banda convectiva associada à ZCAS. Os resultados também mostram que é possível usar um esquema de microfísica mais simples (WSM3) para a representação do sistema, uma vez que os desempenhos entre os diferentes testes em microfísica foram semelhantes. / In the present study, the mechanisms and formation of an intense South Atlantic Convergence Zone (SACZ) event were investigated. For this, an observational analysis was performed to identify this system for the implementation of a numerical study on a sub-seasonal scale. Since the SACZ activity is predominantly concentrated over one of the most socioeconomically important regions of South America, predictability studies for this system are extremely valuable. The SACZ event chosen by the observational analysis was supported by a large-scale structure that featured a cyclonic vortex in the coastal region of southeastern Brazil. The numerical representation of a SACZ case in this context was particularly challenging since the SACZ is a very complex system and its development and evolution are closely linked to large-scale atmospheric features. To improve the numerical representation of such event, several spectral nudging applications were tested to ensure the large scale features that support the systems are well represented by the numerical model. Results show that the less restrictive alternative for the spectral nudging application was ideal for maintaining important features in large scales while still allowing the physical components of the model to contribute the representation of the atmosphere on smaller scales. From this, numerical experiments were conducted for an evaluation of how different convective parametrizations and microphysics represent the precipitation band associated to the system. The results show that, when used together, both WRF Single Moment 6-Class (WSM6) microphysics option and Kain-Fritsch (KF) cumulus option contributed to the formation of convective band associated with the SACZ. Results also show that it is possible to use a simpler microphysics scheme (WSM3) for the representation of the system, since the performances between different tests in microphysics were similar.

No presente estudo, os mecanismos vinculados à formação de um intenso evento de Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) foram investigados. Para isso, uma análise observacional foi realizada para identificação desse sistema e seguinte implementação de um estudo numérico em uma escala sub-sazonal. Uma vez que a atividade da ZCAS é predominantemente concentrada em uma das regiões de maior importância socioeconômica da América do Sul, os estudos de previsibilidade dessa feição são extremamente importantes. O evento escolhido pela análise observacional foi caracterizado pelo suporte de uma estrutura em larga escala para seu desenvolvimento e persistência, através da presença de um vórtice ciclônico na região costeira do sudeste do Brasil. A representação numérica desse caso de ZCAS foi particularmente desafiadora, uma vez que trata-se de um sistema complexo, cujo desenvolvimento e evolução conectam-se a características atmosféricas de grande escala. Para aprimorar a representação numérica desse evento, várias aplicações utilizando-se nudging espectral foram testadas, para garantir que as características de grande escala que suportam o sistema fossem bem representadas pelo modelo numérico. Os resultados mostram que a alternativa menos restritiva para a aplicação do nudging espectral mostrou-se ideal para manter suas características importantes, e ainda permitindo que os componentes físicos do modelo contribuam com a representação da atmosfera em escalas menores. A partir disso, novos experimentos numéricos foram conduzidos para uma avaliação de como diferentes parametrizações convectivas e microfísica representam a banda de precipitação associada ao sistema. Os resultados mostram que, quando usados juntos, tanto a opção de microfísica WRF Single Moment 6-Class (WSM6) quanto a opção cumulus de Kain-Fritsch (KF) contribuíram para a formação da banda convectiva associada à ZCAS. Os resultados também mostram que é possível usar um esquema de microfísica mais simples (WSM3) para a representação do sistema, uma vez que os desempenhos entre os diferentes testes em microfísica foram semelhantes. / In the present study, the mechanisms and formation of an intense South Atlantic Convergence Zone (SACZ) event were investigated. For this, an observational analysis was performed to identify this system for the implementation of a numerical study on a sub-seasonal scale. Since the SACZ activity is predominantly concentrated over one of the most socioeconomically important regions of South America, predictability studies for this system are extremely valuable. The SACZ event chosen by the observational analysis was supported by a large-scale structure that featured a cyclonic vortex in the coastal region of southeastern Brazil. The numerical representation of a SACZ case in this context was particularly challenging since the SACZ is a very complex system and its development and evolution are closely linked to large-scale atmospheric features. To improve the numerical representation of such event, several spectral nudging applications were tested to ensure the large scale features that support the systems are well represented by the numerical model. Results show that the less restrictive alternative for the spectral nudging application was ideal for maintaining important features in large scales while still allowing the physical components of the model to contribute the representation of the atmosphere on smaller scales. From this, numerical experiments were conducted for an evaluation of how different convective parametrizations and microphysics represent the precipitation band associated to the system. The results show that, when used together, both WRF Single Moment 6-Class (WSM6) microphysics option and Kain-Fritsch (KF) cumulus option contributed to the formation of convective band associated with the SACZ. Results also show that it is possible to use a simpler microphysics scheme (WSM3) for the representation of the system, since the performances between different tests in microphysics were similar.

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