Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-12-05T14:51:24Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE_Janaina Assis.pdf: 5479288 bytes, checksum: d62a207460ed78b33ec94efec08d69b2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-05T14:51:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE_Janaina Assis.pdf: 5479288 bytes, checksum: d62a207460ed78b33ec94efec08d69b2 (MD5) Previous issue date: 2016-11-01 / CAPES / As variabilidades climáticas e possivelmente as mudanças climáticas têm intensificado a problemática da escassez hídrica, sobretudo em áreas áridas e semiáridas do planeta, com alteração nos padrões pluviométricos e na temperatura. O objetivo deste trabalho é analisar as tendências climáticas e os cenários climáticos futuros para o trecho Submédio da bacia hidrográfica do rio São Francisco, visando propor estratégias de mitigação e adaptação dos impactos da variabilidade climática nessa região. Para realização deste objetivo foram utilizados dados diários de precipitação pluviométrica de 36 postos pluviométricos no período de 1964 a 2014, fornecidos pela Agência Pernambucana de Águas e Clima (APAC), Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e Agência Nacional das Águas (ANA). Foram também utilizados dados de anomalias de Temperatura da Superfície do Mar (TSM) do Oceano Pacífico Equatorial nas regiões de Niño 1+2, Niño 3, Niño 3.4 e Niño 4, e Índices dos oceanos Atlântico Norte (TNAI) e Atlântico Sul (TSAI) no período de 1964 a 2014, oriundos da base de dados da Administração Nacional do Oceano e Atmosfera (NOAA). Para geração dos cenários foram utilizados dados do modelo ETA para os anos de 2025 e 2055 adquiridos junto ao Centro de Previsão de Tempo e Clima do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (CPTEC/INPE). Como metodologia, primeiramente foi utilizado o Índice de Anomalia de Chuvas (IAC) para caracterizar os períodos extremos secos e chuvosos, em seguida foi utilizado o software RClimdex para o cálculo de 11 índices de extremos climáticos, visando monitorar e detectar as mudanças do clima e alteração do padrão pluviométrico da região. Após o processamento do RClimdex foi realizada a correlação entre os 11 índices climáticos com os índices oceânicos do Pacífico e Atlântico. Foram simulados cenários futuros regionalizados para as variáveis precipitação e temperatura na região do Submédio São Francisco dos anos 2025 e 2055 com o modelo regional ETA. Por último, foram propostas estratégias para mitigação dos efeitos das variabilidades climáticas na região de estudo. Das análises efetuadas conclui-se que houve uma alteração no padrão pluviométrico do Submédio São Francisco. Os índices de extremos climáticos indicaram tendência negativa em praticamente todos os índices, com destaque para diminuição da precipitação total anual, e tendências positivas apenas para o índice de dias consecutivos secos, apontando um aumento considerável do número de dias consecutivos sem chuvas, situação que converge para a escassez hídrica na região. Constatou-se que as precipitações com tendências negativas são mais influenciadas pelas variações da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) no oceano Pacífico em relação às variações no oceano Atlântico, evidenciando que o fenômeno El Niño influencia na redução das chuvas na bacia do Submédio São Francisco. Os resultados do índice de Anomalia de Chuva indicaram também modificação importante no padrão da precipitação, com aumento da ocorrência de anos secos em detrimento aos anos chuvosos. Diagnosticou-se que a partir da década de 1980 os anos secos passaram a predominar, se agravando na década de 1990, que se configurou como a mais seca de todo o período estudado, com a ocorrência de dois El Niños de forte intensidade. Os cenários climáticos mostraram que existe tendência de diminuição da precipitação em torno de 150 mm a 300 mm para os anos de 2025 e 2055. Já para a temperatura, estes cenários preveem aumento da temperatura em torno de 1ºC a 2ºC também para os anos 2025 e 2055, respectivamente. Por fim, as estratégias propostas visam mitigar os efeitos da escassez hídrica na região semiárida, indicando medidas adaptativas e preventivas às recorrentes secas que ocorrem na região. / Climate variability and possibly climate change has intensified increasingly the problem of water scarcity, especially in arid and semi-arid areas of the planet, with changes in rainfall patterns and temperature. The objective of this study is to analyze climate trends and future climate scenarios for Submédio San Francisco, aiming to propose mitigation strategies of climate variability impacts in the region. For realization of the project were used daily data of rainfall in the 1964-2014 period, provided by Pernambuco Water and Climate Agency, National Institute of Meteorology and the National Water Agencies; Temperature anomalies of the sea surface (SST) Pacific Ocean Equatorial regions of Niño 1 + 2, Niño 3, Niño 3.4, and Niño 4, and indices of North Atlantic (TNAI) and South Atlantic (TSAI) in the 1964 period 2014, derived from the database of the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) .; and model data ETA for the years 2015 and 2055 purchased from the CPTEC / INPE (Weather Forecast Center and Climate of the National Institute for Space Research). First we used the Rainfall Anomaly Index (IAC) to characterize the dry and rainy extreme periods then was used the RClimdex software to calculate 11 indices of climate extremes, aiming to monitor and detect climate changes and change in rainfall pattern Of region. After processing the RClimdex was carried out the correlation between the 11 climate indices with the ocean indices Pacific and Atlantic. simulated were regionalized future scenarios for the variables precipitation and temperature for the Lower-middle São Francisco the years 2025 and 2055 with the ETA model. Finally, it was proposed strategies for mitigating the effects of climate variability in the study region. The analysis performed it was concluded that there was a change in the rainfall pattern of the Creative Commons License. The extremes indices indicated negative trend in virtually all indices, especially decrease in annual rainfall, and positive trends only for the index dry consecutive days, indicating a considerable increase in the number of consecutive days without rain, a situation that converges to water scarcity in the region. It was found that the precipitation with negative trends are more influenced by variations in sea surface temperature (SST) in the Pacific Ocean in relation to changes in the Atlantic Ocean, suggesting that the El Niño influences the reduction in rainfall in the São Submédio basin Francisco. The results of Rain Anomaly index also indicated significant change in the pattern of rainfall, with increased occurrence of dry years over the wet years. It diagnosed that from the 1980s the dry years began to predominate, worsened in the 1990s, which was configured as the driest of all the period studied, with the occurrence of two El Niños intensive. The climate scenarios showed that there is a tendency of decrease in precipitation around 150mm to 300mm for the years 2025 and 2055. As for the temperature, these scenarios predict increased temperatures around 1 ° C to 2 ° C also for the years 2025 and 2055 respectively. Finally, the proposed strategies aimed at mitigating the effects of water scarcity in the semiarid region, indicating adaptive and preventive measures to recurrent droughts that occur in the region.

[ES] Las sequías provocan graves daños sociales, económicos y ambientales en extensas superficies debido a la disminución de los caudales que discurren por los cauces y a la reducción de los volúmenes embalsados. Se han realizado muchos esfuerzos para poder minimizar los impactos de estos fenómenos naturales y sin lugar a dudas, las medidas anticipadas son, o debieran ser, la mejor herramienta para retrasar o evitar la aparición de sequías hidrológicas en fases más severas y disminuir sus efectos. En las últimas dos décadas, los modelos climáticos estacionales han tenido una evolución importante, generando un gran volumen de información a escala global. A raíz del surgimiento de estos modelos y de su rápido crecimiento, se han realizado investigaciones en las que se evalúan las posibilidades de emplear sus pronósticos en diversos campos como en la gestión de los recursos hídricos. En esta investigación se ha abordado el uso de dichos pronósticos en la gestión de cuencas o sistemas de recursos hídricos. Como resultado, se propone una metodología para corregir el sesgo sistemático de los pronósticos climáticos estacionales de precipitación y temperatura. Por otra parte, se plantea una metodología para evaluar la capacidad predictiva de eventos de sequías meteorológicas e hidrológicas de modelos climáticos. La metodología propuesta se basa en la generación de un índice agregado único para evaluar los pronósticos a escala de cuenca, haciendo con ello que la decisión sobre la utilidad del modelo climático sea simple. Los resultados obtenidos demuestran que los modelos climáticos a escala estacional pueden tener una gran aplicación en la previsión de sequías tanto meteorológicas como hidrológicas. Al poder emplear los modelos climáticos para pronosticar estos eventos, se puede tener la capacidad de tomar medidas de mitigación de forma anticipada. Los pronósticos climáticos se evaluaron en la cuenca del río Júcar, donde mostraron tener mejor desempeño que las series condicionadas obtenidas con un modelo estocástico clásico. / [CA] Les sequeres provoquen greus danys socials, econòmics i ambientals en extenses superfícies a causa de la disminució dels cabals que discorren pels llits dels seus rius i a la reducció dels volums embassats. S'han realitzat molts esforços per a poder minimitzar els impactes d'estos fenòmens naturals i sense cap dubte, les mesures anticipades són, o deurien ser, la millor ferramenta per a retardar o evitar l'aparició de sequeres hidrològiques en fases més severes i disminuir els seus impactes. En les últimes dos dècades, els models climàtics estacionals han tingut una evolució important, generant un gran volum d'informació a escala global. Arran del sorgiment d'estos models i del seu ràpid creixement, s'han realitzat investigacions en les quals s'avaluen les possibilitats d'emprar els seus pronòstics en diversos marcs, com en la gestió dels recursos hídrics. En esta investigació s'ha abordat l'ús d'estos pronòstics en la gestió de conques o sistemes de recursos hídrics. Com a resultat, es proposa una metodologia per a corregir el biaix sistemàtic dels pronòstics climàtics estacionals de precipitació i temperatura. D'altra banda, es planteja una metodologia per a avaluar la capacitat predictiva d'esdeveniments de sequeres meteorològiques i hidrològiques de models climàtics. La metodologia proposada es basa en la generació d'un índex agregat únic per a avaluar els pronòstics a escala de conca, fent amb això que la decisió sobre la utilitat del model climàtic siga simple. Els resultats obtinguts demostren que els models climàtics a escala estacional poden tindre una gran aplicació en la previsió de sequeres tant meteorològiques com hidrològiques. Emprant els models climàtics per a pronosticar aquests esdeveniments, es pot tindre la capacitat de prendre mesures de mitigació de forma anticipada. Els pronòstics climàtics es van avaluar en la conca del riu Xúquer, on van mostrar tindre millor rendiment que les sèries condicionades obtingudes amb un model estocàstic clàssic. / [EN] Droughts produce severe social, economic and environmental damages over extensive areas due to water flow decrease in rivers and water volume reductions in reservoirs. Many efforts have been made to minimize the impacts of these natural phenomena and without doubt, early measures are, or should be, the best tool to delay or prevent the appearance of hydrological droughts in more severe phases and reduce their effects. In the last two decades, seasonal climate models have developed significantly, generating a large amount of information on a global scale. As a result of the emergence of these models and their rapid growth, a lot of researches have been conducted to assess their potential use of their forecasts in various fields such as water resources management. This research is focused on the use of such forecasts in basins management or water resource systems. As a result, a methodology is proposed to correct the systematic bias of seasonal climate forecasts of precipitation and temperature. Furthermore, a methodology is proposed to evaluate the predictive capacity of climate models for meteorological and hydrological drought events. The proposed methodology is based on the generation of a single aggregate index to evaluate forecasts at the basin scale, thus making the decision on the usefulness of the climate model simple. The results obtained show that climate models on a seasonal scale can have a great application in the forecast of both meteorological and hydrological droughts. The capacity to use climate models to predict these events can provide the ability to take mitigation measures in advance. The climate forecasts were evaluated in the Jucar River basin, where they showed better performance than the conditioned series obtained with a classical stochastic model. / Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México (CONACYT) y a la Secretaría de Innovación, Ciencia y Desarrollo Tecnológico del Estado de Michoacán (SICDET), por el apoyo económico otorgado para la realización de mis estudios de doctorado. / Madrigal Barrera, JJ. (2020). Análisis de pronósticos climáticos para la previsión de sequías meteorológicas e hidrológicas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153151

A exploração acelerada das águas subterrâneas pode acarretar em problemas de disponibilidade de água. Esse problema tende a ser acentuado devido as mudanças no clima previstas para as próximas décadas. Nesse contexto, este trabalho buscou avaliar os possíveis impactos das mudanças climáticas e do uso do solo sobre níveis de água subterrânea em zona de afloramento do Sistema Aquífero Guarani. Foram utilizadas simulações de Modelos de Circulação Global (MCG) como dados de entrada para um modelo transiente de fluxo hídrico subterrâneo, visando avaliar o comportamento dos nveis de água sob diferentes condições climáticas. Este modelo foi calibrado utilizando dados de níveis freáticos em seis poços localizados na bacia do Ribeirão da Onça (BRO). A partir de dados climáticos observados, estimou-se a recarga, usada como input no modelo matematico, em diversos tipos de cultura por meio do balanço hídrico. As maiores alterações nas médias pluviométricas mensais foram projetadas, pela maioria dos modelos climáticos, para ocorrer no perodo seco. No perodo chuvoso, as previsões indicaram que essas médias devem diminuir em torno de 50%. Quase 70% dos cenários climáticos geraram, no modelo transiente, variações dos nveis freáticos abaixo daqueles medidos no monitoramento entre 2004 e 2011. Em setores da área de estudo, o rebaixamento da superfície potenciométrica, simulada sob condições climáticas mais extremas previstas por alguns modelos, ultrapassou 10 m. Os cenários mais otimistas, embora tenham resultado em elevações dos níveis de água em mais metade da BRO, também geraram rebaixamentos de até 5 m. Os resultados reforçam a necessidade do contínuo monitoramento hidrogeológico, principalmente em áreas de recarga do SAG, e do desenvolvimento de outros trabalhos que quantiquem os impactos das mudanças climáticas, aplicando diferentes métodos de estimativa de recarga e downscaling. / The unsustainable use groundwater in many countries might cause water availability restrictions. Such issues are likely to worsen due to changes in climate, predicted for the incoming decades. In this context, the objective of this work was to assess possible climate and land use changes impacts on groundwater levels in the Guarani Aquifer System\'s (GAS) outcrop zone. Global Climate Models\' (GCM) outputs were used as inputs in a transient ux groundwater model. Thus, groundwater table uctuation could be evaluated under distinct climatic conditions. Six monitoring wells, located in the Ribeir~ao da Onca basin (ROB), provided water table measurements to calibrate the groundwater model. Using observed climatic data, a water budget method was applied to estimate recharge in dierent types of land uses. Statistically downscaled future climate scenarios were used as inputs in that same recharge model, which provided the inputs for SPA. Most of the GCMs used here predict temperature arises over 2°C. Major monthly rainfall mean changes are projected by the GCM great majority to take place in the dry season. During wet seasons, the predictions indicate those means might experience around 50% decrease. Water table variations, derived from the transient model under almost 70% of the climate scenarios, were below of those measured between 2004 and 2011. Few GCM predicted more extreme climate scenarios. In some regions of the study area and under these conditions, groundwater surface would decline more than 10 m. Although more optimistic scenarios resulted in an increase of groundwater levels in more than half of ROB, these would cause up to 5 m water table decline. The results reinforce the need for a permanent hydrogeological monitoring, mainly in the GAS recharge areas, along with the development of other climate change impacts assessment works using dierent downscaling and recharge estimates methods.

A exploração acelerada das águas subterrâneas pode acarretar em problemas de disponibilidade de água. Esse problema tende a ser acentuado devido as mudanças no clima previstas para as próximas décadas. Nesse contexto, este trabalho buscou avaliar os possíveis impactos das mudanças climáticas e do uso do solo sobre níveis de água subterrânea em zona de afloramento do Sistema Aquífero Guarani. Foram utilizadas simulações de Modelos de Circulação Global (MCG) como dados de entrada para um modelo transiente de fluxo hídrico subterrâneo, visando avaliar o comportamento dos nveis de água sob diferentes condições climáticas. Este modelo foi calibrado utilizando dados de níveis freáticos em seis poços localizados na bacia do Ribeirão da Onça (BRO). A partir de dados climáticos observados, estimou-se a recarga, usada como input no modelo matematico, em diversos tipos de cultura por meio do balanço hídrico. As maiores alterações nas médias pluviométricas mensais foram projetadas, pela maioria dos modelos climáticos, para ocorrer no perodo seco. No perodo chuvoso, as previsões indicaram que essas médias devem diminuir em torno de 50%. Quase 70% dos cenários climáticos geraram, no modelo transiente, variações dos nveis freáticos abaixo daqueles medidos no monitoramento entre 2004 e 2011. Em setores da área de estudo, o rebaixamento da superfície potenciométrica, simulada sob condições climáticas mais extremas previstas por alguns modelos, ultrapassou 10 m. Os cenários mais otimistas, embora tenham resultado em elevações dos níveis de água em mais metade da BRO, também geraram rebaixamentos de até 5 m. Os resultados reforçam a necessidade do contínuo monitoramento hidrogeológico, principalmente em áreas de recarga do SAG, e do desenvolvimento de outros trabalhos que quantiquem os impactos das mudanças climáticas, aplicando diferentes métodos de estimativa de recarga e downscaling. / The unsustainable use groundwater in many countries might cause water availability restrictions. Such issues are likely to worsen due to changes in climate, predicted for the incoming decades. In this context, the objective of this work was to assess possible climate and land use changes impacts on groundwater levels in the Guarani Aquifer System\'s (GAS) outcrop zone. Global Climate Models\' (GCM) outputs were used as inputs in a transient ux groundwater model. Thus, groundwater table uctuation could be evaluated under distinct climatic conditions. Six monitoring wells, located in the Ribeir~ao da Onca basin (ROB), provided water table measurements to calibrate the groundwater model. Using observed climatic data, a water budget method was applied to estimate recharge in dierent types of land uses. Statistically downscaled future climate scenarios were used as inputs in that same recharge model, which provided the inputs for SPA. Most of the GCMs used here predict temperature arises over 2°C. Major monthly rainfall mean changes are projected by the GCM great majority to take place in the dry season. During wet seasons, the predictions indicate those means might experience around 50% decrease. Water table variations, derived from the transient model under almost 70% of the climate scenarios, were below of those measured between 2004 and 2011. Few GCM predicted more extreme climate scenarios. In some regions of the study area and under these conditions, groundwater surface would decline more than 10 m. Although more optimistic scenarios resulted in an increase of groundwater levels in more than half of ROB, these would cause up to 5 m water table decline. The results reinforce the need for a permanent hydrogeological monitoring, mainly in the GAS recharge areas, along with the development of other climate change impacts assessment works using dierent downscaling and recharge estimates methods.

[ES] La gestión de los recursos hídricos es de vital importancia para la comprensión de las sequias a largo plazo. En la actualidad, se presentan problemas debido a la disponibilidad y manejo del recurso hídrico. Además, el cambio climático afecta de manera negativa las variables climáticas y la disponibilidad del recurso hídrico. El tomar decisiones en base a información confiable y precisa conlleva un arduo trabajo y es necesario contar con diferentes herramientas que permitan llegar a la gestión de los recursos hídricos. La modelización de las variables climáticas es parte fundamental para determinar la disponibilidad del recurso hídrico. Las más importantes son la precipitación y temperatura o precipitación y evapotranspiración. Los modelos estocásticos se encuentran en un proceso de evolución que permiten reducir la escala de análisis. En esta investigación se ha abordado la modelación de variables climáticas con detalle diario. Se ha planteado una metodología para la generación de series sintéticas de precipitación y temperatura mediante modelización estocástica continua multivariada a escala diaria. Esta metodología también incorpora la corrección del sesgo para precipitación y temperatura de los escenarios de cambio climático con detalle diario. Los resultados de la presente tesis indican que los modelos estocásticos multivariados pueden representar las condiciones espaciales y temporales de las diferentes variables climáticas (precipitación y temperatura). Además, se plantea una metodología para la determinación de la evapotranspiración en función de los datos climáticos disponibles. Por otro lado, los modelos estocásticos multivariados permiten la corrección del sesgo con resultados diarios, mensuales y anuales más realistas que otros métodos de corrección de sesgo. Estos modelos climáticos son una herramienta para pronosticar eventos o escenarios futuros que permiten tomar mejores decisiones de manera anticipada. Estos modelos se programaron en el entorno de MatLab con el objetivo de aplicarlos a diferentes zonas de estudio de manera eficiente y automatizada. Los análisis realizados en la presente tesis se realizaron para la cuenca del Júcar con un buen desempeño para las condiciones de la cuenca. / [CA] La gestió dels recursos hídrics és de vital importància per a la comprensió de les sequeres a llarg termini. En l'actualitat, es presenten problemes a causa de la disponibilitat i maneig del recurs hídric. A més, el canvi climàtic afecta de manera negativa les variables climàtiques i la disponibilitat del recurs hídric. El prendre decisions sobre la base informació de confiança i precisa comporta un ardu treball i és necessari comptar amb diferents eines que permeten arribar a la gestió dels recursos hídrics. La modelització de les variables climàtiques és part fonamental per a determinar la disponibilitat del recurs hídric. Les més importants són la precipitació i temperatura o precipitació i evapotranspiració. Els models estocàstics es troben en un procés d'evolució que permet la incorporació de més detalls reduint l'escala d'anàlisi. En aquesta investigació s'ha abordat el modelatge de variables climàtiques amb detall diari. S'ha plantejat una metodologia per a la generació de sèries sintètiques de precipitació i temperatura mitjançant modelització estocàstica contínua multivariada a escala diària. Aquesta metodologia també incorpora la correcció del biaix per a precipitació i temperatura dels escenaris de canvi climàtic amb detall diari. Els resultats de la present tesi indiquen que els models estocàstics multivariats poden representar les condicions espacials i temporals de les diferents variables climàtiques (precipitació i temperatura). A més es planteja una metodologia per a la determinació de l'evapotranspiració en funció de les dades climàtiques disponibles. D'altra banda, els models estocàstics multivariats permeten la correcció del biaix amb resultats diaris, mensuals i anuals més realistes que altres mètodes de correcció de biaix. Aquests models climàtics són una eina per a pronosticar esdeveniments o escenaris futurs que permeten prendre millors decisions de manera anticipada. Aquests models es van programar a l'entorn de Matlab amb l'objectiu d'aplicar-los a diferents zones d'estudi de manera eficient i automatitzada. Les anàlisis realitzades en la present tesi es van realitzar per a la conca del Xúquer amb un bon acompliment per a les condicions de la conca. / [EN] Management of the water resources is important for understanding long-term droughts. Currently, there are problems due to the availability and management of water resources. Furthermore, climate change negatively affecting climate variables and the availability of water resources. Making decisions based on reliable and accurate information involves hard work and it is necessary to have different tools to achieve the management of water resources. The modeling of the climatic variables is a fundamental part to determine the availability of the water resource. The most important are precipitation and temperature or precipitation and evapotranspiration. Stochastic models are in a process of evolution that allows the incorporation of more details by reducing the scale of analysis. In this research, the modeling of climatic variables has been approached in daily detail. A methodology has been proposed for the generation of synthetic series of precipitation and temperature by means of multivariate continuous stochastic modeling on a daily scale. This methodology also incorporates the bias correction for precipitation and temperature of the climate change scenarios with daily detail. The results of this thesis indicate that multivariate stochastic models can represent the spatial and temporal conditions of the different climatic variables (precipitation and temperature). In addition, a methodology is proposed for the determination of evapotranspiration based on the available climatic data. On the other hand, multivariate stochastic models allow bias correction with more realistic daily, monthly and annual results than other bias correction methods. These climate models are a tool to forecast future events or scenarios that allow better decisions to be made in advance. These models were programmed in the MatLab software with the aim of applying them to different study areas in an efficient and automatically. The work in this thesis was carried out for the Júcar basin with a good performance for the conditions of the basin / Hernández Bedolla, J. (2022). Análisis estocástico de datos climáticos como predictor para la gestión anticipada de sequías en recursos hídricos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182095