A precipitação é uma das principais variáveis hidrológicas analisadas antes de ser fornecida como dado de entrada aos modelos chuva-vazão. As dificuldades para quantificar o valor da chuva, de modo a representar o evento que verdadeiramente ocorre na bacia hidrográfica, provêm principalmente da alta variabilidade espacial da precipitação, da quantidade de postos distribuídos em uma área, das falhas existentes nas séries pluviométricas (falhas nos aparelhos, no processamento dos dados e por perdas dos dados). Uma das formas de quantificar o valor da chuva em uma determinada área para uso em modelos concentrados chuva-vazão, a partir de uma rede de pluviômetros, pode ser com base na Media Aritmética ou na Mediana, que foi uma das propostas desta pesquisa. Os métodos para se obter estas estatísticas pontuais seriam mediante a utilização dos cálculos diretos aplicados nos postos presentes dentro dos limites da bacia, ou através dos valores dos nós de uma grade regular localizados no interior da bacia, com os valores destes nós estimados por interpolação de medidas pontuais posicionadas no interior e fora dos limites da bacia. Os interpoladores utilizados foram o Inverso do Quadrado da Distância, O Vizinho mais Próximo, O Vizinho Natural e a Triangulação Linear. O método de interpolação mais adequado, para as situações encontradas nas séries de precipitação, foi selecionado com o uso da Técnica da Validação Cruzada, ao qual, o método do Vizinho Natural apresentou melhor desempenho. As séries das precipitações médias e medianas diárias obtidas pelos Cálculos Diretos, e após a espacialização com o Interpolador Vizinho Natural, foram utilizadas como dados de entrada no modelo chuva-vazão concentrado conceitual IPH II, versão WIN_IPH II, em diferentes escalas de bacias hidrográficas embutidas (9426 a 19,5 Km² ). Os resultados das vazões simuladas pelo modelo, após os processos de calibração, com o uso da calibração monoobjetivo SCE-UA, evidenciaram o melhor método, Cálculos Diretos ou Interpolação, e a estatística pontual, Media ou Mediana, que foi mais adequada a partir do desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação dos parâmetros resultantes. Concluiu-se que além das falhas existentes influenciarem nas chuvas médias e medianas obtidas por cálculos diretos, a mediana não é uma estatística que representa bem o volume de chuva ocorrente na bacia, pois produziu baixo desempenho no modelo e valores de parâmetros sem significado físico para bacias rurais. Observou-se uma melhora nas duas estatísticas pontuais, após o cálculo da chuva média e da mediana com base nos valores dos nós da grade regular no interior da bacia, estimados pelo interpolador Vizinho Natural. O uso das estatísticas pontuais obtidas por este método produziu bom desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação. A chuva média obtida por interpolação com o Vizinho Natural foi a estatística mais representativa para a maior parte das escalas analisadas. Este trabalho também mostrou a possibilidade de se fazer à transferência de parâmetros do modelo IPH II, com o uso da melhor estatística pontual, de bacias maiores para bacias menores, com o intuito de verificar situações para obtenção de vazões em bacias menores que não possuem medições fluviométricas. / Precipitation is a key hydrological variables analyzed before being supplied as input to rainfall-runoff models. The difficulties to quantify the amount of rain in order to truly represent the event that occurs in the watershed, primarily come from the high spatial variability of precipitation, the number of stations distributed in an area of flaws in the rainfall series (faults in apparatus in data processing and for loss of data). One way to quantify the amount of rainfall in a given area for use in concentrated rainfall-runoff models, from a network of rain gauges, can be based on the arithmetic mean or median, which was one of the purposes of this research. The methods to obtain these statistics would be off by using the direct calculations applied in these posts within the limits of the basin, or through the values of the nodes of a regular grid located inside the basin, we estimated these values by interpolation offs positioned inside and outside the boundaries of the basin. The interpolators used were the Inverse Square Distance, Nearest Neighbor, The Natural Neighbor and Linear Triangulation. The interpolation method most appropriate to the situations found in the precipitation series, was selected by using the Cross Validation technique, which the Natural Neighbor method showed better performance. The series of daily precipitation means and medians obtained by direct calculations, and after the spatial interpolator with Natural Neighbor, were used as input to rainfall-runoff model focused conceptual HPI II, version WIN_IPH II, at different scales of watersheds embedded (9426 to 19.5 km ²). The results of the simulated flows by the model after the calibration procedures, calibration using the SCE-UA monoobjetivo, showed the best method, Direct calculations or interpolation, and timely statistics, mean or median, which was more appropriate to the performance stages of the model calibration and verification of resulting parameters. It was concluded that besides the existing faults influence on rainfall averages and medians obtained by direct calculations, the median is a statistic that well represents the volume of rainfall occurring in the basin, because it produced lower scores in the model and parameter values without physical meaning to rural basins. We observed an improvement in the two point statistics, after calculating the mean and median rainfall based on the values of the nodes of regular grid within the basin, estimated by the Natural Neighbor interpolation. The occasional use of statistics obtained by this method produced good performance of the model in steps of calibration and verification. The average rainfall obtained by interpolation from the Natural Neighbor was statistically more representative for most of the scales analyzed. This work also showed the possibility of making the transfer of model parameters HPI II, using the best statistical point of basins larger for smaller basins, in order to check conditions for obtaining flows in smaller basins that have no measurements gauged.

Devido às características geopolíticas do Brasil, a obtenção de estimativas agrícolas confiáveis é de fundamental importância para o país proporcionando a manutenção do equilíbrio entre oferta e demanda na cadeia produtiva de alimentos. Os Estados do Mato Grosso e Rio Grande do Sul são dois grandes produtores de soja no Brasil, ocupando a primeira e a terceira posição respectivamente, e apresentam características climáticas e ecoregionais bem diferenciadas. Tipicamente, dados de imagens dos satélites Terra do programa EOS-MODIS (Earth Observing System- Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), e dos satélites NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) têm sido utilizadas em aplicações do monitoramento do ciclo de desenvolvimento das culturas e estimativa da produção agrícola. Em busca da estruturação de modelos de caráter prognóstico, inteiramente baseados em dados de sensoriamento remoto, este estudo visa explorar a combinação entre o EVI (Enhanced Vegetation Index - ou Índice de vegetação realçado), produto MOD13Q1-V005 e a LST (Land Surface Temperature – ou Temperatura da Superfície Terrestre), produto MYD11A2-V005 na estimativa da produtividade da soja. Nesse sentido, o objetivo nesta Tese foi aprofundar o conhecimento sobre os efeitos conjugados do estresse hídrico e da ocorrência de temperaturas elevadas no dossel da vegetação como contribuição ao avanço dos modelos espectrais de estimativa da produção. A abordagem inicial foi desenvolver um modelo espectral acoplado CM (Coupled Model) a partir do MCDA (MODIS Crop Detection Algorithm – ou Algoritmo de Detecção de Área Agrícola por MODIS) e do MPDM (MODIS Productivity Detection Model – ou Modelo de Detecção de Produtividade da Soja por MODIS), que utilizam apenas dados EVI como variáveis de entrada. Os resultados do modelo acoplado de estimativa da produção foram comparados com dados provenientes do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) e de precipitação ocorrida proveniente do INMET (Instituto Nacional de Meteorologia), entre 2001 e 2011 para os Estados do Mato Grosso e Rio Grande do Sul. Os dois Estados apresentaram tendências semelhantes com aderência aos dados oficiais em nível estadual e municipal. Para o Mato Grosso o modelo acoplado CM, obteve estimativas de R2=0,96 e RMSD=47.878 toneladas em nível municipal. Testes de validação adicionais foram realizados na safra 2006, utilizando dados de campo, em que se obteve R2=0,88 e RMSD=104 toneladas. Para o Rio Grande do Sul foi obtido R2=0,91 e RMSD=10.841 toneladas em nível municipal. Na análise da relação entre LST sobre o dossel da vegetação agrícola e produtividade, Mato Grosso e Rio Grande do Sul apresentaram respostas divergentes. O Mato Grosso apresentou uma relação matemática direta entre LST-dossel e produtividade, com R2=0,60 e RMSD=6,2%. No Rio Grande do Sul foi observado uma relação matemática inversa, com R2=0,73 e RMSD=17,8%. Os resultados mostram que a quantidade da precipitação acumulada, no período da safra de verão, desempenha papel fundamental na manutenção do equilíbrio da demanda evaporativa quando ocorrem temperaturas elevadas sobre o dossel da vegetação. / Reliable agricultural estimates are important for most countries, and crucial for Brazil, due to its geopolitical characteristics derived from a vast territory. Good estimates ensure a balance between offer and needs inside the food chain production. The States of Mato Grosso and Rio Grande do Sul are large soybean producers, ranking first and third respectively in Brazil, and present quite different climatic and ecological characteristics. As an alternative to conventional estimation methods, soybean crops have been monitored and grain production estimated using Remote Sensing data with sources as EOS-MODIS (Earth Observing System-Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) from Terra satellite and also from the NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) satellites. This work aimed to the development of forecasting models completely based in Remote Sensing data, by integrating information on EVI (Enhanced Vegetation Index), product MOD13Q1-V005, and LST (Land Surface Temperature), produto MYD11A2-V005, to estimates of soybean yield. More precisely, the objective of this work was to advance the knowledge on the superposed effects of water stress and high temperatures on the vegetation canopy, as a contribution to the development of spectral models for production estimates. The starting approach was to develop a coupled spectral model (CM - Coupled Model), from the MCDA (MODIS Crop Detection Algorithm) and from the MPDM (MODIS Productivity Detection Model), which use only EVI data as input variables. The production estimates, as results of this Coupled Model, were compared with similar data from IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) and matched with records on precipitation from INMET (Instituto Nacional de Meteorologia) between 2001 and 2011 for Mato Grosso and Rio Grande do Sul States. For both States the application of the coupled model produced results close to the official data at state and county levels. For Mato Grosso, correlations of CM with official data were R2=0.96 and RMSD=47,878 metric tons at county level. Additional validation tests were performed for the 2006 crop, using field data, producing R2=0.88 and RMSD=104 metric tons. For Rio Grande do Sul results were R2=0.91 and RMSD=10,841 metric tons at municipality level. In the analysis on the relationship between canopy LST and yield, Mato Grosso and Rio Grande do Sul presented opposite results. Mato Grosso showed a direct mathematical correlation between canopy LST and yield, with R2=0.60 and RMSD=6.2%. For Rio Grande do Sul an inverse mathematical expression was derived, with R2=0.73 and RMSD=17.8%. These results show that the accumulated precipitation during the summer crops is crucial to maintain a balance of the evaporative demand when the vegetation canopy is exposed to high temperatures.

Na região da campanha gaúcha, no sudoeste do estado do Rio Grande do Sul, existem áreas que demonstram fragilidade em relação às características litológicas, pedológicas e da cobertura vegetal, principalmente, quando relacionadas às dinâmicas do clima. Os areais da região têm despertado especial atenção nas últimas décadas, devido a questões históricas, socioeconômicas e ambientais. O processo de arenização está relacionado à dinâmica de fenômenos naturais como as precipitações intensas e período de estiagens, estes associadas à dinâmica dos ventos. Contudo, frente aos estudos de simulação climática que projetam os possíveis cenários climáticos futuros, quais seriam as possíveis dinâmicas processuais na região dos areais? O presente trabalho tem por objetivo geral desenvolver um estudo observacional sobre a dinâmica das precipitações para a região no decorrer do século XX, buscando encontrar possíveis evidências de modificação na sua dinâmica em relação ao processo de arenização. O trabalho, também, analisou os dados de precipitação a partir do modelo downscaling Eta/CPTEC 40 km acoplado ao Modelo Climático Global HadCM3 para o cenário SRES A1B. Foram utilizados dados pluviométricos diários dos postos de Alegrete (RS) disponíveis pela Agência Nacional de Águas, os quais foram tratados estatisticamente (preenchimento de falhas, consistência dos dados, análise dos totais anuais, totais trimestrais, totais mensais, dias com chuvas ≥ 1, 10, 20, 30, 50, 80, 100 mm, índice simples de intensidade diária – SDII, número de dias com chuvas ≤ 1 mm, comprimento máximo do período seco – CDD e o comprimento máximo do período seco mensal – CDDmês), em relação a sua dinâmica no decorrer da série (variabilidade, tendências e ocorrência de eventos extremos) através da aplicação do Teste de Mann-Kendall de significância estatística. Após a aplicação deste teste, os resultados demonstraram que a maior parte da série não apresentou tendência significativa à modificação, sendo encontradas variações normais durante o período analisado. Em relação aos fenômenos climáticos de baixa frequência como o El Niño Oscilação Sul (ENOS) e a Oscilação Decadal do Pacífico (ODP), foram verificadas suas correspondências utilizando o Índice de Anomalia de Chuva. Após sua aplicação, os resultados demonstraram que ambos os fenômenos (ENOS e ODP) modulam as precipitações anuais na região. Verificou-se, também, que as mudanças consideradas significativas pelo Teste de Mann-Kendall no século XX, sobretudo quanto à ocorrência de eventos extremos de precipitação, apresentaram forte relação com os processos de arenização associados à dinâmica hídrica. O aumento da frequência desses eventos no decorrer do século XX pode ter contribuído para a intensificação de parte dos processos de arenização na região. Já os resultados da modelagem climática apontaram para um aumento das precipitações nas estações da primavera, verão e outono, com incrementos pluviométricos nos meses de novembro, janeiro e março, que podem vir a influenciar nos processos arenização associados às precipitações torrenciais. / In the southwestern state of Rio Grande do Sul, in the Campos/grassland there are areas showing fragility related to soil, vegetation and climatic characteristics. The sands of the region in recent decades have attracted special attention due to historical issues, socio economic and environmental factors. The process of sandization is related to the dynamics of natural phenomena such as intense rainfall and drought period, which are associated to winds dynamic. However, compared to studies of climate simulation to design the possible future climate scenarios, which would be possible in the area dynamics of sands? The aim of this study is to develop observational analysis on the dynamics of rainfall for the region during the twentieth century, trying to find possible evidence of change in its dynamics in relation to the process of sandization. The study analyzed rainfall data from climate simulation of the precipitation from the downscaling model Eta / CPTEC 40 km coupled to the Global Climate Model output of HadCM3 for the SRES A1B scenario. Daily rainfall data of stations Alegrete (RS) available through the Agência Nacional de Águas were used, which were statistically (gap filling, data consistency, analysis of annual totals, quarterly totals, monthly totals, days with rainfall ≥ 1, 10, 20, 30, 50, 80, 100 mm, simple daily intensity index - SDII, number of days with rains ≤ 1 mm, maximum length of the dry period - CDD and the maximum length of the dry period monthly – CDDmonthly), analyzed in terms of their dynamic throughout the series (variability, trends and extreme events) by applying the Mann-Kendall. The results showed that most of the series showed no significant tendency to changes, with normal variations encountered during the period. The low frequency climatic phenomena such as El Niño Southern Oscillation (ENSO) and Pacific Decadal Oscillation (PDO) were evaluated for their correspondences using the rainfall anomaly index (RAI). The results showed that both phenomena (ENSO and PDO) modulate annual rainfall in the region. It is also significant that the changes assessed by the Mann-Kendall in the twentieth century, on the occurrence of extreme precipitation events, showed a great relationship with the processes associated with sandization water dynamics. The increased frequency of these events during the twentieth century may have contributed to the intensification of the processes of sandization in the region. The results of climate modeling indicated increased rainfall in the seasons of spring, summer and fall, with increases rainfall in the months of November, January and March what may influence the sandization processes associated with torrential rainfall.

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Nesse período, o elevado índice de precipitação pluviométrica na região provoca a subida do lençol freático, o que tende a favorecer o cultivo de arroz irrigado com irrigação suplementar e aumento da produtividade. No entanto, os solos apresentam elevada acidez potencial e quando submetidos ao alagamento, não apresentam um aumento adequado do pH. Nesse sentido, os objetivos do trabalho foram avaliar atributos do solo e do arroz em função da calagem e do manejo de água; atributos agronômicos em função do manejo de água e cultivares de arroz irrigado no período chuvoso e seco. Para isso foi conduzido um experimento com arroz irrigado em casa de vegetação e dois experimentos à campo. Os resultados do experimento com calagem e manejo de água em casa de vegetação revelaram que, a calagem é necessária e promove o maior estado de redução e um aumento mais acentuado do pH da solução do solo em relação ao manejo alagado e saturado sem calagem. Os resultados do experimento à campo no período chuvoso mostraram que, com níveis adequados de nutrientes no solo e no tecido das plantas de arroz, as produtividades foram semelhantes entre os manejos aeróbio, saturado e alagado em condições de elevada precipitação pluvial. Os manejos de água proporcionaram teores de nutrientes variáveis no tecido, porém todos em níveis adequados ou superior. O manejo alagado proporcionou de forma mais pronunciada que o manejo saturado, a diminuição da severidade de brusone e mancha parda na folha do arroz. Os manejos saturado e aeróbio proporcionaram uma economia aproximada de 75 e 100% respectivamente, de água aplicada em relação ao manejo alagado. Os resultados do experimento à campo no período seco mostraram que, o manejo alagado promoveu a maior produtividade de grãos em relação aos manejos saturado e capacidade de campo. Conclui-se que, a calagem é indispensável nos solos dos campos naturais no cultivo de arroz por alagamento. No período chuvoso, os manejos aeróbio, saturado e alagado proporcionam produtividades semelhantes em condições de elevada precipitação pluvial e elevação natural do lençol freático. Os manejos saturado e aeróbio propiciam o menor volume total de água consumida no cultivo do arroz e maior eficiência do uso da água. No período seco, o manejo alagado promove maior produtividade de grãos em relação aos manejos saturado e capacidade de campo. Os valores do consumo de água nos manejos alagado e saturado são extremamente elevados no período seco, devido às perdas de água por fluxo lateral e por percolação em profundidade. O manejo de água capacidade de campo propicia o menor consumo de água e maior eficiência do uso da água no período seco. / In the southern region of the state of Amazonas, upland rice is normally produced in the rainy season, with average productivity lower than that of other states, such as Rio Grande do Sul. During this period, the high rainfall index in the region causes the water table to rise, which tends to favor irrigated rice cultivation with additional irrigation and increased productivity. However, the soils present high potential acidity and when submitted to flooding, do not present an adequate increase of pH. In this sense, the objectives of the work were to evaluate attributes of soil and rice as a function of liming and water management; agronomic attributes as a function of water management and irrigated rice cultivars in the rainy and dry season. For this, an experiment was conducted with irrigated rice in a greenhouse and two field trials. The results of the experiment with liming and greenhouse water management revealed that liming is necessary and promotes a higher state of reduction and a more pronounced increase in pH of the soil solution in relation to flooded and saturated management without liming. The results of the field experiment in the rainy season showed that, with adequate levels of nutrients in soil and rice plant tissue, yields were similar between aerobic, saturated and flooded managements under conditions of high rainfall. Water management provided variable nutrient contents in the tissue, but all at appropriate levels or higher. The flooded management provided in a more pronounced way than the saturated handling, the reduction of the severity of blast and brown spot in the rice leaf. The saturated and aerobic managements provided an approximate saving of 75 and 100%, respectively, of applied water in relation to the flooded management. The results of the field experiment in the dry period showed that, the flooded management promoted the highest grain yield in relation to the saturated managements and field capacity. It is concluded that liming is indispensable in soils of natural fields in rice cultivation by flooding. In the rainy season, aerobic, saturated and flooded managements provide similar productivity in conditions of high rainfall and natural elevation of the water table. Saturated and aerobic management provide the lowest total volume of water consumed in rice cultivation and greater water use efficiency. In the dry season, flooded management promotes higher grain yield in relation to saturated management and field capacity. The values of water consumption in flooded and saturated water management are extremely high in the dry period, due to losses of water by lateral flow and percolation in depth. The management of water field capacity provides the lowest water consumption and greater efficiency of water use in the dry period.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_daniel_souza_cardoso.pdf: 4876863 bytes, checksum: f5480536e10753263d2ac710e5a3c660 (MD5) Previous issue date: 2010-03-24 / Whereas the State of Rio Grande do Sul (RS), have an economy directly dependent on agriculture and livestock sectors, which in different studies are reported as dependent on the variability of certain climatological elements, and the RS element water is regarded as fundamental. We conducted a study of the monthly total rainfall, to long 60 years (1948/2007), collected from 31 meteorological stations (EMs) and distributed geographically in the state. In the interest of contributing to the local society to predict possible shortages, and / or development of public policies for the use of water resources in urban and rural areas. In order to obtain a model that can provide an approximation of the behavior of the average rainfall for each of the six homogeneous regions, as defined in the literature (Marques, 2005), held has an harmonic analysis of the data previously adjusted to 30-day months. Before the analisys, the properties were checked for normality, homogeneity of variance and stationarity. The data tested for normality and homogeneity of variances, have not passed satisfactory in these tests and, hence, there was a transformation of data, generating new data sets that met the conditions of homogeneity of variance and normality. The relative increase in the trend, to long 60 years, ranged from 2,7 to 13,3% in the six homogeneous regions. Through harmonic analysis was obtained models that adequately represent the behavior of the average rainfall for the six homogeneous regions of RS, consisting of 3 or 4 sine waves, with one representation from 81 to 95% of the variability of the data. It was possible to found that some harmonics stood out, by have higher representation of the variability of the observed data, and the harmonic half stood out, in 50% of the models, and the harmonics quarterly and annual stood out, in 33,33% and 16,66% of, respectively. The models were tested to forecast, within the interval of 2003/2007, evolving in time according to the trend of time series of each region, being validated in residual analysis, by of residuals autocorrelation . Showing up as appropriate for forecast of future values. / Considerando que o Estado do Rio Grande do Sul (RS), possui uma economia diretamente dependente dos setores pecuário e agrícola, que em diferentes estudos são apontados como dependentes da variabilidade de alguns elementos climatológicos, e que no RS o elemento hídrico é considerado como fundamental. Realizou-se um estudo dos totais mensais de chuva ao longo de 60 anos (1948/2007), coletados de 31 estações meteorológicas (EMs) bem distribuídas, geograficamente, no Estado. Com o interesse de contribuir para a sociedade local, na previsão de possíveis racionamentos, e/ou na elaboração de políticas públicas para o uso dos recursos hídricos, nas áreas urbana e rural. Com o objetivo de obter um modelo, que possa apresentar uma aproximação do comportamento da precipitação pluvial média de cada uma das seis regiões homogêneas, já definidas na literatura (Marques, 2005), realizou-se uma análise harmônica dos dados previamente ajustados à meses de 30 dias. Antes da análise foram verificadas as propriedades de normalidade, homogeneidade de variâncias e estacionariedade. Os dados submetidos aos testes de normalidade, e de homogeneidade de variâncias, não obtiveram aprovação satisfatória nestes testes e, daí, realizou-se uma transformação de dados, gerando novos conjuntos de dados, que satisfizeram as condições de homogeneidade de variâncias e normalidade. O aumento relativo da tendência ao longo de 60 anos, variou de 2,7 a 13,3% nas seis regiões homogêneas. Através da análise harmônica obteve-se modelos que representam adequadamente o comportamento da precipitação pluvial média para as seis regiões homogêneas do RS, constituídos por 3 ou 4 ondas senoidais, apresentando uma representatividade de 81 a 95% da variabilidade dos dados. Foi possível constatar que alguns harmônicos destacaram-se por apresentar maior representatividade da variabilidade dos dados observados, sendo que o harmônico semestral destacou-se em 50% dos modelos, e que os harmônicos quadrimestral e anual destacaram-se em 33,33% e 16,66% destes, respectivamente. Os modelos foram testados para previsão, compreendida no intervalo de 2003/2007, evoluindo no tempo de acordo com a tendência das séries temporais de cada região, sendo validados na análise residual pela autocorrelação dos resíduos. Mostrando-se como adequados para previsão de valores futuros.