Facing the urgency of taking actions to guarantee the water supply to Brazil's Capital, the project called IWAS/ÁguaDF aims to provide scientific knowledge for the development of an Integrated Water Resources Management (IWRM) concept. The project is organized in multiple working groups wherein climate is considered as one of the main drivers. The water supply system of Distrito Federal (DF) is mainly dependent on three major complexes: river basins, waste water and drinking water. Anthropogenic climate change has the potential to affect these water complexes in a number of ways such as by losing storage capacity due to erosion and sedimentation, through altered persistency of dry events and due to increasing water demand. As a contribution to the IWAS/ÁguaDF project, this study focuses on the development of climate change projections for hydrological impact assessments at local/regional scale. The development of proper climate information is a challenging task. The level of complexity corresponds directly to the issues that concern impact modellers as well as technical aspects such as available observational data, human and computational resources. The identification of the needs for water-related issues gives the foundation for deriving proper climate projections. Before making projections, it is necessary to assess the current climate conditions, or baseline climate. Despite a better understanding of the regional aspects of the climate and the ongoing changes, the baseline climate provides the foundation for calibrating and validating climate models and downscaling methods. The General Circulation Models (GCMs) are the most preferred tools in simulating the response of the climate system to anthropogenic activities, like increasing greenhouse gases and aerosol emissions. However, the climate information required for regional impact studies, such as water resources management in DF, is of a spatial scale much finer than that provided by GCMs and therefore often demands a downscaling procedure. Hydrological models are usually sensitive to the temporal variability of precipitation at scales that are not well represented by GCMs. Statistical downscaling methods have the potential to bridge the mismatch between GCMs and impact models by adding local variability that is consistent with both the large-scale signal and local observations. The tool used (i.e., Statistical DownScaling Model - SDSM) is described as a hybrid of regression-based and stochastic weather generator. The systematic calibration adopted provides the appropriated predictors and model parameterization. The validation procedure takes into account the metrics relevant to the requirements of hydrological studies. Moreover, the downscaling approach considers several climate models (i.e., 18 GCMs) and emission scenarios (i.e., SRES A1B, A2, B1) in order to sample the widest sources of uncertainties available. In spite of the elevated level of uncertainties in the magnitude of change, most of the downscaled projections agree with positive changes in temperature and precipitation for the period of 2046-2065 when compared to the reference period (i.e., 1980-1999). Large ensembles are preferable but are often associated with massive amount of data which have limited application in hydrological impact studies. An alternative is to identify subsets of projections that are most likely and projections that have lower likelihood but higher impact. A set of representative climate projections is suggested for hydrological impact assessments. Although high resolution information is preferable, it relies on limited assumptions inherent to observations and coarse-resolution projections and, therefore, its use alone is not recommended. The combination of the baseline climate with large- and local-scale projections achieved in this study provides a wide envelope of climate information for assessing the sensitivity of hydrological systems in DF. A better understanding of the vulnerability of hydrological systems through the application of multiple sources of climate information and appropriate sampling of known uncertainties is perhaps the best way to contribute to the development of robust adaptation strategies. / Starkes Bevölkerungswachstum sowie Landnutzungs- und Klimawandel gefährden die Wasserversorgung der Metropolregion Brasília. Vor diesem Hintergrund soll das Projekt IWAS/ÁguaDF die wissenschaftlichen Grundlagen für ein Integriertes Wasserressourcen-Management (IWRM) im Distrito Federal (DF) erarbeiten. Das Projekt gliedert sich in drei klimasensitive Bereiche: Einzugsgebietsmanagement, Abwasseraufbereitung und Trinkwasserversorgung. Klimaänderungen können die Wasserversorgung im DF vielfältig beeinflussen, durch Veränderung der speicherbaren Wassermenge (Wasserdargebot, Speicherkapazität von Talsperren durch Sedimentation), der Dauer von Dürreperioden und des Wasserbedarfs (z.B. für Bewässerung). Klimaprojektionen für regionale hydrologische Impaktstudien stellen jedoch eine große Heraus-forderung dar. Ihre Komplexität richtet sich nach dem Bedarf des Impaktmodellierers und hängt zudem von technischen Voraussetzungen ab, wie der Verfügbarkeit von Beobachtungsdaten sowie von Personal- und Rechenressourcen. Die Ableitung geeigneter Maßnahmen für ein nachhaltiges Wasserressourcenmanagement im DF stellt hohe Ansprüche an die Qualität der zu entwickelnden Klimaprojektionen. Noch vor der Projektion müssen die gegenwärtigen klimatischen Bedingungen (Referenzklima) analysiert und bewertet werden. Die Analyse des Referenzklimas ermöglicht ein besseres Verständnis regionaler Unterschiede und aktueller Tendenzen und bildet die Grundlage für die Kalibrierung und Validierung von Klimamodellen und Downscaling-Methoden. Globale Klimamodelle (GCM) simulieren die Reaktion des Klimasystems auf anthropogene Treibhausgas- und Aerosolemissionen. Ihre räumliche Auflösung ist jedoch meist zu grob für regionale Klimaimpaktstudien. Zudem reagieren hydrologische Modelle meist sehr sensitiv auf zeitlich variable Niederschläge, welche in hoher zeitlicher Auflösung (Tagesschritte) ebenfalls nur unzureichend in GCM abgebildet werden. Statistische Downscaling-Verfahren können diese Inkohärenz zwischen GCM und Impaktmodellen reduzieren, indem sie das projizierte Klimasignal um lokale Variabilität (konsistent gegenüber den Beobachtungen) erweitern. Das in der vorliegenden Arbeit verwendete Tool, Statistical DownScaling Model - SDSM, vereint regressionsbasierte und stochastische Methoden der Wettergenerierung. Geeignete Prädiktoren und Modelparameter wurden durch systematische Kalibrierung bestimmt und anschließend validiert, wobei unter anderem auch hydrologisch relevante Gütekriterien verwendet wurden. Der gewählte Downscaling-Ansatz berücksichtigt zudem eine Vielzahl verschiedener Globalmodelle (18 GCM) und Emissionsszenarien (SRES A1B, A2 und B1) um die mit Klimaprojektionen verbundene hohe Unsicherheit möglichst breit abzudecken. Die Mehrheit der regionalen Projektionen weist auf eine Zunahme von Temperatur und Niederschlag hin (Zeitraum 2046 bis 2065 gegenüber Referenz-zeitraum, 1980 bis 1999), wenngleich die Stärke des Änderungssignals stark über das Ensemble variiert. Große Modellensemble sind zwar von Vorteil, sie sind jedoch auch mit einer erheblichen Datenmenge verbunden, welche für hydrologische Impaktstudien nur begrenzt nutzbar ist. Alternativ können einzelne „wahrscheinliche“ Projektionen verwendet werden sowie Projektionen, die weniger wahrscheinlich, aber mit einem starken Impakt verbunden sind. Ein solcher Satz repräsentativer Klimaprojektionen wurde für weitergehende Impaktstudien ausgewählt. Auch wenn in der Regel hochaufgelöste Klimaprojektionen angestrebt werden, ihr alleiniger Einsatz in Impaktstudien ist nicht zu empfehlen, aufgrund der vereinfachten Annahmen über die statistische Beziehung zwischen Beobachtungsdaten und den Modellergebnissen grob aufgelöster Globalmodelle. Der Vergleich des Referenzklimas mit großräumigen und lokalen Projektionen, wie er in dieser Arbeit durchgeführt wurde, liefert ein breites Spektrum an Klimainformationen zur Bewertung der Vulnerabilität hydrologischer Systeme im DF. Die Einbeziehung einer Vielzahl vorhandener Klimamodelle und die gezielte, den ermittelten Unsicherheitsbereich vollständig abdeckende Auswahl an Projektionen sollte die Entwicklung robuster Anpassungsstrategien bestmöglich unterstützen. / Diante do desafio de garantir o abastecimento de água potável da capital federal do Brasil, o projeto denominado IWAS/ÁguaDF tem como objetivo prover conhecimento científico para o desenvolvimento de um conceito de Gestão Integrada dos Recursos Hídricos (PGIRH). Afim de atingir esta proposta, o projeto é organizado em multiplos grupos de trabalho entre os quais o clima é considerado um dos principais fatores de influência. O sistema de abastecimento de água do Distrito Federal (DF) depende praticamente de três complexos: bacias hidrográficas, águas residuais e água potável. Mudanças climáticas causadas por ações antropogênicas apresentam um enorme potencial de impacto a estes complexos, por exemplo através de alterações no regime de chuvas, perda de volume dos reservatórios por assoriamento e aumento na demanda de água. Como contribuição ao projeto IWAS/ÁguaDF, este estudo tem como foco o desenvolvimento de projeções de mudanças climáticas para estudo de impacto nos recursos hídricos na escala local/regional. O nível de complexidade corresponde diretamente às questões levantadas pelos modeladores de impacto, bem como aspecto técnicos como a disponibilidade de dados observados e recursos humanos e computacionais. A identificação das necessidades de questões relacionadas à água no DF dão a base para derivar projeções climáticas adequadas. Antes de qualquer projeção futura, é indispensável avaliar as condições atuais do clima, também chamado de linha de base do clima. Além de fornecer a compreenção dos aspectos regionais do clima e mudaças em curso, a linha de base provê dados para a calibração e validação de modelos globais de clima e técnicas de regionalização (downscaling). Os Modelos de Circulação Geral (GCM) são as ferramentas mais adotadas na simulação da resposta do sistema climático às atividades antropogênicas, tais como aumento de emissões de gases do efeito estufa e aerosóis. No entanto, a informação necessária para estudos regionais de impacto, tais como gestão de recursos hídricos, é de escala espacial mais refinada do que a resolução espacial fornecida pelos GCMs e, dessa forma, técnicas de regionalização são frequentemente demandadas. Modelos hidrológicos são geralmente sensitivos à variabilidade temporal de precipitação em escalas não representadas pelos modelos globais. Métodos estatísticos de ‘downscaling’ apresentam um potencial para auxiliar no descompasso entre GCMs e modelos de impacto através da adição de variabilidade local consistente com o sinal de larga escala e as observações locais. A ferramenta utilizada (Statistical DownScaling Model - SDSM) é descrita como um híbrido entre regressão linear e gerador de tempo estocástico. A calibração sistemática adotada fornece apropriados preditores e uma parameterização consistente. O procedimento de validação do modelo leva em conta as métricas relevantes aos requerimentos dos estudos hidrológicos. Ainda, a abordagem aqui utilizada considera diversos modelos globais (isto é, 18 GCMs) e cenários de emissões (isto é, SRES A1B, A2 e B1) afim de contemplar as mais abrangentes fontes de incertezas disponíveis. Embora o elevado nível de incertezas na magnitude das mudançãs de clima, a grande maioria das projeções regionalizadas concordam com o aumento de temperatura e precipiatação para o período de 2046-2065 quando comparado com o período de referência (isto é, 1980-1999). Grandes conjuntos de projeções são preferíveis, mas são frequentement associados com uma quantidade exorbitante de dados os quais são de aplicação limiatada nos estudos de impacto. Uma alternativa é identificar sub-conjuntos de projeções que são as mais prováveis e projeções que são menos prováveis, porém apresentam maior impacto. Embora altas resoluções são preferíveis, estas baseiam-se em hipóteses inerentes às observações e projeções de larga escala e, dessa forma, não é recomendável o seu uso sozinho. A combinação do clima de base com projeções de resoluções baixas e altas fornece um amplo envelope de imformações climáticas para avaliar a sensitividade dos sistemas hidrológicos no DF. Um compreendimento mais apurado da vunerabilidade dos sistemas hidrológicos através da aplicação de multiplas fontes de informação e apropriada abordagem das incertezas conhecidas é talvez a melhor maneira para contribuir para o desenvolvimento de estratégias robustas de adaptação.

Este trabalho teve como objetivo investigar processos de interação ar-mar na porção leste da América do Sul e Oceano Atlântico adjacente ao longo do Holoceno (últimos 12.000 anos). Para isso, os efeitos de forçantes naturais sobre a variabilidade climática foram investigados em três escalas temporais: (i) milenar-centenária: efeitos de pulsos de degelo no Oceano Atlântico, e de variações nas forçantes solar e orbital sobre o modo dipolar subtropical do Atlântico sul e consequências sobre a precipitação, durante o Holoceno; (ii) cenário médio: efeitos de diferenças na forçante orbital em relação ao clima presente sobre a precipitação média no continente, durante o Holoceno médio (6.000 anos atrás), por meio de uma compilação de dados paleoclimáticos inédita para esse período, e comparação com resultados de simulações numéricas; (iii) multidecadal: efeitos de variações na forçante vulcânica ao longo do último milênio (850 a 1850 da Era Comum) sobre a variabilidade do modo equatorial do Atlântico e consequências sobre a precipitação na América do Sul. Os resultados mostraram efeitos dos eventos de rápido resfriamento do Hemisfério norte na variabilidade do modo dipolar subtropical do Atlântico sul, com consequências principalmente sobre a precipitação do Nordeste do Brasil. O cenário médio para o Holoceno médio apontou déficit hídrico na porção leste da América do Sul durante esse período, relacionado com menor quantidade de insolação de verão recebida pelo Hemisfério sul. A dificuldade na coleta de testemunhos marinhos foi identificada como um dos principais limitantes em estudos paleoclimáticos. O vulcanismo explosivo observado no último milênio resfriou a região tropical no ano da erupção, e enfraqueceu a relação entre a precipitação na porção leste da América do Sul e o modo equatorial do Atlântico. Finalmente, a presente tese demonstrou, por meio de comparações dados-modelo, a importância do Oceano Atlântico no regimes de chuva da América do Sul em diversas escalas temporais para climas onde a forçante antropogênica era pouco significativa. 195 pp. / This work investigates the air-sea interaction processes in eastern South America and the adjacent Atlantic Ocean for the Holocene (past 12,000 years). The effects of the natural forcings on climate variability were investigated in three time-scales: (i) millennial-to-centennial: effects of Atlantic meltwater pulses and changes in the solar and orbital forcings on the South Atlantic subtropical dipole, and rainfall impacts during the Holocene; (ii) mid-Holocene scenario: effects of changes in the orbital forcing, in comparison to the present-day conditions, on mean precipitation over the continent, during the mid-Holocene (6,000 years ago). This was achieved through an unpublished multiproxy compilation and comparison with numerical experiments; (iii) multidecadal: effects of changes in the volcanic forcing along the past millennium (850 to 1850 Common Era) on the variability of the Atlantic equatorial mode and consequences on precipitation over South America. Results show effects of the Northern Hemisphere cooling events on the variability of the South Atlantic subtropical dipole, with impacts mainly over Northeastern Brazil\'s rainfall. The mid-Holocene scenario results indicate a water deficit in eastern South America during this period related to a decrease in Southern Hemisphere summer insolation. The difficulty in marine cores sampling is identified as one of the main problems in current paleoclimate studies. The explosive volcanism observed during the past millennium cooled the tropical regions at the year of the volcanic eruption, and weakened the relation between the precipitation in eastern South America and the Atlantic equatorial mode. This thesis shows through data-model approaches the importance of the Atlantic Ocean on South America precipitation regimes in the climate timescales where the anthropogenic forcing was not so relevant. 195 pp.

O trabalho teve como foco o estudo da balneabilidade em duas praias de rios do Estado de São Paulo Balneário Reino das Águas Claras no Rio Piracuama (Pindamonhangaba, UGRHI 2) e Cachoeira das Emas no Rio Mogi-Guaçu (Pirassununga, UGRHI 9) buscando correlacionar os níveis de concentração de indicadores fecais na água com níveis de precipitação próximos e a montante da praia. O objetivo principal foi desenvolver e aplicar ferramentas de predição das condições de balneabilidade, buscando analisar e comparar os resultados obtidos nas duas praias de estudo. Essas ferramentas baseiam-se em Níveis Limiares de Precipitação (Rain Threshold Levels) e modelos estatísticos, conforme metodologias descritas principalmente em estudos publicados pela United States Environmental Protection Agency (USEPA) e pela United States Geological Survey (USGS). Foram utilizados dados das redes de monitoramento da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB) e do Departamento de Águas e Energia do Estado de São Paulo (DAEE), do início de 2009 ao final de 2012. Em cada praia, foram desenvolvidas ferramentas de predição para aplicação no período seco (abril a setembro) e no período chuvoso (outubro a março), com base nos níveis de precipitação acumulada em 24, 48 e 72 horas que apresentaram correlação significativa com os níveis de indicadores fecais na água. Foi considerado um período de validação (ano de 2012) independente à calibração (2009 a 2011) dos modelos. As ferramentas desenvolvidas para a praia de Cachoeira das Emas mostraram-se mais complexas do que as da praia de Balneário Reino das Águas Claras, por estar inserida em bacia hidrográfica de maiores dimensões e considerar dados de várias estações pluviométricas nos modelos de regressão. As correlações significantes (p<0,05) verificadas entre as concentrações de indicadores fecais na água e os diferentes níveis acumulados de precipitação foram positivas em ambas as praias. Pelo fato das redes de monitoramento possuir objetivos distintos, nem todos os eventos de precipitação que ocorreram durante o período de estudo puderam ser relacionados com um valor de concentração de indicador fecal na água, pois resultados microbiológicos pareados com níveis nulos ou insignificantes de precipitação não foram considerados, justamente pelo fato das ferramentas serem baseadas em chuva. As diferentes ferramentas desenvolvidas apresentaram níveis variados de especificidade e sensibilidade, ou seja, a capacidade de prever corretamente as situações de boa e má condição de balneabilidade, respectivamente. Concluiu-se que existe potencial para aplicação dessas ferramentas, porém é preciso um esforço de monitoramento conjunto dos parâmetros modelados para obter a quantidade necessária de dados necessários à boa calibração e validação, o que, consequentemente, demandaria recursos adicionais. O cenário ideal para empregá-las seria em praias bastante frequentadas num determinado período do ano, sendo a principal fonte de poluição identificada como difusa, consequente do escoamento de drenagem. A fim de melhorar seu desempenho, é possível empregar outras variáveis ambientais além de níveis de precipitação, como por exemplo, a turbidez, a vazão e o nível dos rios, desde que sejam monitorados sistematicamente junto com as condições de balneabilidade. / This study was focused on the recreational water quality at two beaches located on rivers in the State of São Paulo, Brazil Balneário Reino das Águas Claras at Piracuama River (City of Pindamonhangaba, UGRHI 2) and Cachoeira das Emas at Mogi-Guacú River (City of Pirassununga, UGRHI 9) in order to correlate concentration levels of faecal indicators in water with rainfall levels near the beach and upstream in the watershed. The main objective was the development and evaluation of predictive tools for bathing water conditions, seeking to analyze and compare the results obtained for both beaches considered in the study. These tools are based on rain threshold levels and statistical models, which methodologies are described mainly in studies published by the United States Environmental Protection Agency (USEPA) and the United States Geological Survey (USGS). Data used were collected from the monitoring networks of the State of São Paulo environmental agency (CETESB) and department of water and energy (DAEE), from 2009 to 2012. At each beach, predictive tools were developed for the dry season (April to September) and the rainy season (October to March), based on levels of accumulated rainfall in 24, 48 and 72 hours significantly correlated with concentrations of faecal indicators in water. Model development considered a validation period (year of 2012) independent from the calibration period (2009-2011). Predictive tools developed for the Cachoeira das Emas were more complex than those for the Balneário Reino das Águas Claras, because the beach is inserted into a larger watershed and its regression models considered data from various rainfall stations. The significant correlations (p value<0,05) observed between concentrations of faecal indicators in water and accumulated levels of rainfall were positive for both beaches. Because the monitoring networks have different objectives, not all rainfall events that occurred during the period of the study were related to a concentration value of faecal indicator in the water, as microbiological results paired with null or insignificant levels of precipitation were not considered, precisely because the predictive tools are based on rainfall. The different tools developed showed varying levels of specificity and sensitivity, i.e., the ability to correctly predict good and bad conditions of bathing. The conclusion is that there is a potential for application of predictive tools, however, additional effort is required on monitoring systematically the models parameters in order to obtain the necessary amount of data to achieve a good calibration and validation of the models; consequently, additional resources are required. The ideal scenario would be using the model during a certain period of the year, at beaches quite frequented, for which diffuse pollution is the main contribution, such as the drainage runoff. Aiming to improve the performance of this type of tool, one can also employ other environmental variables besides precipitation levels, such as turbidity, flow rate and river level, as long as these parameters are systematically monitored with the bathing water conditions.

Este trabalho teve como objetivo investigar processos de interação ar-mar na porção leste da América do Sul e Oceano Atlântico adjacente ao longo do Holoceno (últimos 12.000 anos). Para isso, os efeitos de forçantes naturais sobre a variabilidade climática foram investigados em três escalas temporais: (i) milenar-centenária: efeitos de pulsos de degelo no Oceano Atlântico, e de variações nas forçantes solar e orbital sobre o modo dipolar subtropical do Atlântico sul e consequências sobre a precipitação, durante o Holoceno; (ii) cenário médio: efeitos de diferenças na forçante orbital em relação ao clima presente sobre a precipitação média no continente, durante o Holoceno médio (6.000 anos atrás), por meio de uma compilação de dados paleoclimáticos inédita para esse período, e comparação com resultados de simulações numéricas; (iii) multidecadal: efeitos de variações na forçante vulcânica ao longo do último milênio (850 a 1850 da Era Comum) sobre a variabilidade do modo equatorial do Atlântico e consequências sobre a precipitação na América do Sul. Os resultados mostraram efeitos dos eventos de rápido resfriamento do Hemisfério norte na variabilidade do modo dipolar subtropical do Atlântico sul, com consequências principalmente sobre a precipitação do Nordeste do Brasil. O cenário médio para o Holoceno médio apontou déficit hídrico na porção leste da América do Sul durante esse período, relacionado com menor quantidade de insolação de verão recebida pelo Hemisfério sul. A dificuldade na coleta de testemunhos marinhos foi identificada como um dos principais limitantes em estudos paleoclimáticos. O vulcanismo explosivo observado no último milênio resfriou a região tropical no ano da erupção, e enfraqueceu a relação entre a precipitação na porção leste da América do Sul e o modo equatorial do Atlântico. Finalmente, a presente tese demonstrou, por meio de comparações dados-modelo, a importância do Oceano Atlântico no regimes de chuva da América do Sul em diversas escalas temporais para climas onde a forçante antropogênica era pouco significativa. 195 pp. / This work investigates the air-sea interaction processes in eastern South America and the adjacent Atlantic Ocean for the Holocene (past 12,000 years). The effects of the natural forcings on climate variability were investigated in three time-scales: (i) millennial-to-centennial: effects of Atlantic meltwater pulses and changes in the solar and orbital forcings on the South Atlantic subtropical dipole, and rainfall impacts during the Holocene; (ii) mid-Holocene scenario: effects of changes in the orbital forcing, in comparison to the present-day conditions, on mean precipitation over the continent, during the mid-Holocene (6,000 years ago). This was achieved through an unpublished multiproxy compilation and comparison with numerical experiments; (iii) multidecadal: effects of changes in the volcanic forcing along the past millennium (850 to 1850 Common Era) on the variability of the Atlantic equatorial mode and consequences on precipitation over South America. Results show effects of the Northern Hemisphere cooling events on the variability of the South Atlantic subtropical dipole, with impacts mainly over Northeastern Brazil\'s rainfall. The mid-Holocene scenario results indicate a water deficit in eastern South America during this period related to a decrease in Southern Hemisphere summer insolation. The difficulty in marine cores sampling is identified as one of the main problems in current paleoclimate studies. The explosive volcanism observed during the past millennium cooled the tropical regions at the year of the volcanic eruption, and weakened the relation between the precipitation in eastern South America and the Atlantic equatorial mode. This thesis shows through data-model approaches the importance of the Atlantic Ocean on South America precipitation regimes in the climate timescales where the anthropogenic forcing was not so relevant. 195 pp.

O trabalho teve como foco o estudo da balneabilidade em duas praias de rios do Estado de São Paulo Balneário Reino das Águas Claras no Rio Piracuama (Pindamonhangaba, UGRHI 2) e Cachoeira das Emas no Rio Mogi-Guaçu (Pirassununga, UGRHI 9) buscando correlacionar os níveis de concentração de indicadores fecais na água com níveis de precipitação próximos e a montante da praia. O objetivo principal foi desenvolver e aplicar ferramentas de predição das condições de balneabilidade, buscando analisar e comparar os resultados obtidos nas duas praias de estudo. Essas ferramentas baseiam-se em Níveis Limiares de Precipitação (Rain Threshold Levels) e modelos estatísticos, conforme metodologias descritas principalmente em estudos publicados pela United States Environmental Protection Agency (USEPA) e pela United States Geological Survey (USGS). Foram utilizados dados das redes de monitoramento da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB) e do Departamento de Águas e Energia do Estado de São Paulo (DAEE), do início de 2009 ao final de 2012. Em cada praia, foram desenvolvidas ferramentas de predição para aplicação no período seco (abril a setembro) e no período chuvoso (outubro a março), com base nos níveis de precipitação acumulada em 24, 48 e 72 horas que apresentaram correlação significativa com os níveis de indicadores fecais na água. Foi considerado um período de validação (ano de 2012) independente à calibração (2009 a 2011) dos modelos. As ferramentas desenvolvidas para a praia de Cachoeira das Emas mostraram-se mais complexas do que as da praia de Balneário Reino das Águas Claras, por estar inserida em bacia hidrográfica de maiores dimensões e considerar dados de várias estações pluviométricas nos modelos de regressão. As correlações significantes (p<0,05) verificadas entre as concentrações de indicadores fecais na água e os diferentes níveis acumulados de precipitação foram positivas em ambas as praias. Pelo fato das redes de monitoramento possuir objetivos distintos, nem todos os eventos de precipitação que ocorreram durante o período de estudo puderam ser relacionados com um valor de concentração de indicador fecal na água, pois resultados microbiológicos pareados com níveis nulos ou insignificantes de precipitação não foram considerados, justamente pelo fato das ferramentas serem baseadas em chuva. As diferentes ferramentas desenvolvidas apresentaram níveis variados de especificidade e sensibilidade, ou seja, a capacidade de prever corretamente as situações de boa e má condição de balneabilidade, respectivamente. Concluiu-se que existe potencial para aplicação dessas ferramentas, porém é preciso um esforço de monitoramento conjunto dos parâmetros modelados para obter a quantidade necessária de dados necessários à boa calibração e validação, o que, consequentemente, demandaria recursos adicionais. O cenário ideal para empregá-las seria em praias bastante frequentadas num determinado período do ano, sendo a principal fonte de poluição identificada como difusa, consequente do escoamento de drenagem. A fim de melhorar seu desempenho, é possível empregar outras variáveis ambientais além de níveis de precipitação, como por exemplo, a turbidez, a vazão e o nível dos rios, desde que sejam monitorados sistematicamente junto com as condições de balneabilidade. / This study was focused on the recreational water quality at two beaches located on rivers in the State of São Paulo, Brazil Balneário Reino das Águas Claras at Piracuama River (City of Pindamonhangaba, UGRHI 2) and Cachoeira das Emas at Mogi-Guacú River (City of Pirassununga, UGRHI 9) in order to correlate concentration levels of faecal indicators in water with rainfall levels near the beach and upstream in the watershed. The main objective was the development and evaluation of predictive tools for bathing water conditions, seeking to analyze and compare the results obtained for both beaches considered in the study. These tools are based on rain threshold levels and statistical models, which methodologies are described mainly in studies published by the United States Environmental Protection Agency (USEPA) and the United States Geological Survey (USGS). Data used were collected from the monitoring networks of the State of São Paulo environmental agency (CETESB) and department of water and energy (DAEE), from 2009 to 2012. At each beach, predictive tools were developed for the dry season (April to September) and the rainy season (October to March), based on levels of accumulated rainfall in 24, 48 and 72 hours significantly correlated with concentrations of faecal indicators in water. Model development considered a validation period (year of 2012) independent from the calibration period (2009-2011). Predictive tools developed for the Cachoeira das Emas were more complex than those for the Balneário Reino das Águas Claras, because the beach is inserted into a larger watershed and its regression models considered data from various rainfall stations. The significant correlations (p value<0,05) observed between concentrations of faecal indicators in water and accumulated levels of rainfall were positive for both beaches. Because the monitoring networks have different objectives, not all rainfall events that occurred during the period of the study were related to a concentration value of faecal indicator in the water, as microbiological results paired with null or insignificant levels of precipitation were not considered, precisely because the predictive tools are based on rainfall. The different tools developed showed varying levels of specificity and sensitivity, i.e., the ability to correctly predict good and bad conditions of bathing. The conclusion is that there is a potential for application of predictive tools, however, additional effort is required on monitoring systematically the models parameters in order to obtain the necessary amount of data to achieve a good calibration and validation of the models; consequently, additional resources are required. The ideal scenario would be using the model during a certain period of the year, at beaches quite frequented, for which diffuse pollution is the main contribution, such as the drainage runoff. Aiming to improve the performance of this type of tool, one can also employ other environmental variables besides precipitation levels, such as turbidity, flow rate and river level, as long as these parameters are systematically monitored with the bathing water conditions.

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No entanto, a confecção destes mapas requer um método de interpolação que melhor represente as características pluviométricas em locais não amostrados para posterior análise quantitativa do comportamento da precipitação. Para tanto, foram realizados análises exploratórias descritivas amostral e espacial como requisito de estacionaridade do método de interpolação geoestatístico, ajuste e validação do modelo teórico que se adéque ao variograma de precipitação anual. Após a confecção do mapa de isoietas pelo método de Krigagem Ordinária (sem tendência) e Krigagem Universal (com tendência) foi realizado o cálculo do volume precipitado na região hidrográfica pelo método dos contornos. A dinâmica espacial da precipitação foi realizada com base na análise da estatística descritiva, mapa de isoietas, mapa hipsométrico, Índice de Irregularidade Meteorológica (IMM) e Coeficiente de Variação. A dinâmica temporal foi analisada pela distribuição dos totais anuais de precipitação volumétrica para cada sub-bacia da RHTA, pelo Índice de Anomalia Padronizada, na variação interanual de precipitação e teste de tendência e magnitude representados respectivamente pelo Teste de Mann Kendall e Sen’s. Os resultados correlacionados com as anomalias meteorológicas do Oceano Atlântico (Dipolo) e Pacífico (ENOS) indicam o comportamento da precipitação bastante heterogêneo e com grande variabilidade temporal principalmente na sub-bacia Tocantins-Alto (TOA) (14%). Diminuição da amplitude pluviométrica, em anos de anomalia meteorológica intensa ocasionando um incremento de precipitação ao sul das sub-bacias TOA e ARA e diminuição da precipitação na sub-bacia TOB, em eventos de El Niño. Não se pode comprovar pelo teste de Mann Kendall que há uma tendência estatisticamente significativa no volume precipitado na RHTA, mas o estimador Sen’s dá indícios de queda na precipitação na sub-bacia TOA (-1,24 Km³/ano) e Araguaia (ARA) (-1,13 Km³/ano) e aumento da precipitação na sub-bacia do Tocantins Baixo (TOB) (0,53 Km³/ano) e para a RHTA (-1,5 Km³/ano). Assim a variabilidade espacial e temporal nas sub-bacias está intimamente relacionada aos eventos de anomalia meteorológica, na qual, a sua ação ocorre de maneira irregular ao longo da área de estudo e pode influenciar as diversas atividades sócio-econômicas na RHTA de acordo com sua magnitude e área de ocorrência. / The analysis of the rainfall behavior in a watershed is fundamental for engineering and management of the hydric resources. The Tocantins-Araguaia Basin (TAB) for your recent occupation and economic potentialities, earns prominence in the national scenery. This work evaluates the spatial-temporal dynamics of the annual precipitation in this region quantitatively during a period of 30 years of data. The dynamics of rainfall can be analyzed by the calculation of the mean precipitation in a given area, by composing isohyets maps of annual precipitation. However, the confection of these maps require one interpolation method what better please represent the rainfall characteristics in places not shown for posterior please analyze quantitative of the behaviour of the rainfall. For much, went realized descriptive exploratory analyses sample and spatial how requisition of stationarity of the interpolation method geostatistics, fill and validation of the theoretical model what he embed to the variograma of annual rainfall. The confection of isohyets maps for the method of ordinary kriging (no drift) and Universal Kriging (drift) went afterwards realized the calculation of the precipitate volume in the hydrographic region for the method of the contours. The spatial dynamics of the precipitation was realized with base in the analysis of descriptive statistics, isohyets maps, map hypsometric, Meteorological Irregularity (MI) and Coefficient Variation. Temporal dynamics was analyzed by the distribution of the total annual of volumetric precipitation for every secondary basin of the TAB, Standarized Anomaly, in the variation interanual of precipitation and trend test and magnitude represented respectively by Mann Kendall Test and Sen's. Interrelated upshots with the meteorological anomalies of the Atlantic Ocean (Dipole) and Pacific (ENOS) indicate the behaviour of the enough precipitation heterogeneous and with big variability principally in the under subbasin Tocantins Alto (TOA) (14%.) Diminution of the pluviometric amplitude, in years of intense meteorological anomaly causing a precipitation increment to the south of the under basins TOA and Araguaia (ARA) and diminution of the precipitation to the north of the secondary subbasin Tocantins Baixo (TOB), in El Niño events. One cannot prove for Mann Kendall test precipitate in the TAB, has an trend significative statistically in the volume but the estimated Sen's gives clues of fall in the precipitation in the sub-basin TOA (-1,24 km³/year) and Araguaia (ARA) (-1,13 km³/year) and increase of the precipitation in the under basin TOB (0,53 Km³/year) and for the TAB (-1,5 km³/year). So spatial and temporal variability in the under basins is intimately reported to the events of meteorological anomaly, in which your action occurs of irregular way to the long of the area to study and lop influence the socioeconomic different activities in the TAB in accordance with your magnitude and area of occurrence.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-09-26T15:59:41Z No. of bitstreams: 1 EDMUNDO MARINHO DO MONTE - DISSERTAÇÃO PPGMet 1986..pdf: 16047223 bytes, checksum: 7b7705762d66d8f128aa014a86e960b9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-26T15:59:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EDMUNDO MARINHO DO MONTE - DISSERTAÇÃO PPGMet 1986..pdf: 16047223 bytes, checksum: 7b7705762d66d8f128aa014a86e960b9 (MD5) Previous issue date: 1986-09-05 / CNPq / Analisando-se os totais mensais e anuais de precipitação para 96 postos da região Nordeste do Brasil, refererentes ao período de 1912 a 1981, identificam-se cinco regimes pluviais. Regimes climáticos representando cada um destes regimes pluviais são definidos. Tais regimes climáticos são denominados por RM1 e RM2 ; RL1 e RL2; RD; localizados respectivamente nas subregiões Norte, Leste e Sul do Nordeste do Brasil. Utiliza-se Análise Harmônica para a identificação de componentes cíclicas nas séries pluviométricas dos 96 postos. Periodicidades diferentes distribuem-se a longo das subregiões do Nordeste do Brasil, sugefindo que mais de um sistema físico contribui para as chuvas na região. Notadamente, uma periodicidade de 13 anos aparece de forma mais frequente nas chuvas no Nordeste. Sugere-se que esta última periodicidade está relacionada com ocorrências (a cada 13,2 anos) de um forte "El Nino", e ainda, possivelmente, ligada ao ciclo de 11 anos do número de manchas solares. Determinam-se correlações estatísticas entre as séries de precipitações anuais dos regimes climáticos. Os resultados de tais correlações indicam que, possivelmente, mais de um sistema físico em escala global atuam nas subregiões do Nordeste do Brasil (Norte, Leste e Sul) e também que um sistema físico global atua, ano a ano, sobre toda a região. Encontra-se uma fraca correlação linear entre as precipitações dos regimes climáticos e o número de manchas solares. Analisa-se um modelo de regressão linear, que tem como variáveis os valores extremos (máximos, mínimos) do número de manchas solares e das precipitações médias dos regimes climáticos. Tal modelo é utilizado em prognósticos de precipitações médias regionais dos regimes climáticos. Devido à fraca correlação entre as precipitações dos regimes climáticos e o número de manchas solares, o modelo de regressão considerado contém um alto grau de incerteza. / Monthly and annual totais of precipitation from 96 stations in Northeast Brazil, period 1912-1981, were analyzed. Five rain regimes were identified and used for establishing corresponding climatic regimes. Such climatic regimes are named RM1 and RM2; RL1 and RL2; RD; and located at the North, East and South Brazilian Northeast subregions. Harmonic analysis was employed for identifying ciclic components of each station precipitation time series.The analysis showed that different periodicities are distributed throughout Brazilian Northeast region, suggesting that more than one physical system contributes for rains in that region. Particu 1 ar1y, a thirteen-year periodicity appears more frequentiy. It is suggested that this periodicity is correlated with occ-urrence (at each 13.2 years) of a strong "El Nino" and, a 1 s o , related to the eleven-year cycle of sunspot number. Statistical correiat ions between annual prec i p i tat ion time series of the climatic regimes were determined. They suggest that, possibly, more than one physical system in a global scale acts on the different sub-regions of Northeast Brazil, (North, East and South) also that a global physical system acts, year after year, over the whole region. A weak correlation was found between precipitation of the climatic regimes and sunspot number. A linear regression model was employed for the extreme values (máxima, minima) of precipitation and sunspot number. Such model was used for predicting mean regional precipitation for each climatic regime. Because of the weak correlation between precipitations of climatic regimes and sunspot number, this regression model is considered to have a high degree of uncertainty.

No presente trabalho foi avaliado o efeito da microestrutura e da capacidade de suportar carregamento de camadas nitretadas produzidas em aços ferramenta AISI H13 e AISI D2 sobre a aderência e a resistência ao desgaste microabrasivo de revestimentos de TiN-PVD. Em cada um desses aços, foram produzidas camadas nitretadas de diferentes estruturas e espessuras, e foram determinadas experimentalmente as curvas potencial início de formação de camada branca, para a nitretação a 520oC. Para o aço ferramenta AISI H13, o emprego de tempos de pré-tratamento de nitretação mais prolongados ( aproximadamente 11 h) foi necessário para aprofundar a camada nitretada e, conseqüentemente, aumentar a capacidade de suportar carregamento dos revestimentos, evitando a formação de bordas que provocam o lascamento e a escamação das camadas de TiN. Observou-se que esse tipo de falha persiste se a zona de endurecimento for pouco profunda, uma vez que a transição de propriedades mecânicas da camada de TiN para o núcleo não nitretado continua abrupta e a capacidade de suportar carregamento da camada nitretada ainda é baixa. Por outro lado, curtos tempos de nitretação (aproximadamente 42 min.) foram suficientes para aumentar a aderência das camadas de TiN ao aço ferramenta D2, pois o núcleo não nitretado desse aço possui uma capacidade de suportar carregamento razoável. Observou-se que a resistência ao desgaste microabrasivo e a aderência dos revestimentos são prejudicadas com a presença de uma camada preta na interface camada de TiN/camada nitretada. Quando a superfície dos revestimentos é carregada, falhas do tipo “casca de ovo" facilmente ocorrem. / In this work, the influence of both the microstructure and the load-bearing capacity of nitrided layers, formed on top of AISI D2 and AISI H13 tool steels, on adhesion and wear resistance of PVD-TiN coatings was studied. The threshold nitriding potential curves for the above mentioned steels and the optimum conditions of the pre-treatments which increased the adhesion as well as the wear resistance of the PVD-TiN were determined experimentally. By using longer nitriding times (about 11 h) and lower nitrogen contents in the gas mixture (about N2-5%vol.), it was possible to minimize the pile-up degree of the TiN/H13 nitrided substrates and, consequently, the occurrence of coatings chipping. This flaw persists when the nitrided layer is thin, due to an abrupt transition of mechanical properties at the TiN coating / steel core interface. Shorter nitriding times (about 42 min.) and lower nitrogen contents (about N2-5%vol.), on the other hand, are sufficient to guarantee a better adhesion of TiN coatings on AISI D2 tool steel, as the core of such steel possesses relatively better load-bearing capacity than the AISI H13 tool steel. The presence of a black layer at the TiN/nitrided layer interface was observed in all coatings deposited over nitrided layers produced above the threshold nitriding potential curves. This layer affects adversely the wear resistance and the adhesion of the TiN coatings. When higher loads are applied on the coated surface, “egg shell" type flaws easily occur.

No presente trabalho foi avaliado o efeito da microestrutura e da capacidade de suportar carregamento de camadas nitretadas produzidas em aços ferramenta AISI H13 e AISI D2 sobre a aderência e a resistência ao desgaste microabrasivo de revestimentos de TiN-PVD. Em cada um desses aços, foram produzidas camadas nitretadas de diferentes estruturas e espessuras, e foram determinadas experimentalmente as curvas potencial início de formação de camada branca, para a nitretação a 520oC. Para o aço ferramenta AISI H13, o emprego de tempos de pré-tratamento de nitretação mais prolongados ( aproximadamente 11 h) foi necessário para aprofundar a camada nitretada e, conseqüentemente, aumentar a capacidade de suportar carregamento dos revestimentos, evitando a formação de bordas que provocam o lascamento e a escamação das camadas de TiN. Observou-se que esse tipo de falha persiste se a zona de endurecimento for pouco profunda, uma vez que a transição de propriedades mecânicas da camada de TiN para o núcleo não nitretado continua abrupta e a capacidade de suportar carregamento da camada nitretada ainda é baixa. Por outro lado, curtos tempos de nitretação (aproximadamente 42 min.) foram suficientes para aumentar a aderência das camadas de TiN ao aço ferramenta D2, pois o núcleo não nitretado desse aço possui uma capacidade de suportar carregamento razoável. Observou-se que a resistência ao desgaste microabrasivo e a aderência dos revestimentos são prejudicadas com a presença de uma camada preta na interface camada de TiN/camada nitretada. Quando a superfície dos revestimentos é carregada, falhas do tipo “casca de ovo” facilmente ocorrem. / In this work, the influence of both the microstructure and the load-bearing capacity of nitrided layers, formed on top of AISI D2 and AISI H13 tool steels, on adhesion and wear resistance of PVD-TiN coatings was studied. The threshold nitriding potential curves for the above mentioned steels and the optimum conditions of the pre-treatments which increased the adhesion as well as the wear resistance of the PVD-TiN were determined experimentally. By using longer nitriding times (about 11 h) and lower nitrogen contents in the gas mixture (about N2-5%vol.), it was possible to minimize the pile-up degree of the TiN/H13 nitrided substrates and, consequently, the occurrence of coatings chipping. This flaw persists when the nitrided layer is thin, due to an abrupt transition of mechanical properties at the TiN coating / steel core interface. Shorter nitriding times (about 42 min.) and lower nitrogen contents (about N2-5%vol.), on the other hand, are sufficient to guarantee a better adhesion of TiN coatings on AISI D2 tool steel, as the core of such steel possesses relatively better load-bearing capacity than the AISI H13 tool steel. The presence of a black layer at the TiN/nitrided layer interface was observed in all coatings deposited over nitrided layers produced above the threshold nitriding potential curves. This layer affects adversely the wear resistance and the adhesion of the TiN coatings. When higher loads are applied on the coated surface, “egg shell” type flaws easily occur.