Resumo em Português:

Resumo A irradiância descendente de onda longa DLF é uma das principais componentes do balanço de radiação à superfície (SRB, Surface Radiation Balance); porém, sua medição não é frequente. A cobertura de nuvens modula o seu comportamento e o fluxo de céu claro DLF0 tem peso predominante no valor final de DLF. O presente trabalho mostra que, nas atmosferas tropical e de latitudes médias, DLF0 pode ser representado como as contribuições em três intervalos espectrais específicos: R1 (λ < 7.5 µm), R2 (7.5 a 14 µm) e R3 (λ > 14 µm). R1 e R3 são descritos em boa aproximação pelo espectro de corpo negro à temperatura de abrigo (Tscr), enquanto R2 possui emissividade média que depende principalmente da água precipitável (w). Apresenta-se um modelo simples e fisicamente consistente (OLD0 no que segue), apropriado para estimar DLF0 à superfície. A validação de OLD0 com dados de superfície (21 estações em escala mundial) mostra acurácia com viés MBE inferior a 6 W.m-2 e dispersão (desvio padrão STD) menor que 12 W.m-2 para valores típicos DLF0 ~ 300-400 W.m-2 compatíveis com a precisão dos pirgeômetros). O algoritmo proposto mostra desempenho superior ao dos usuais, exibindo uma média dos desvios absolutos MAE ~ 2.8 W.m-2. Em contraste, outros algoritmos frequentemente usados exibem MAE entre 8.1 e 15.9 W.m-2.

Resumo em Inglês:

Abstract Downward longwave irradiance DLF is one of the main components of the surface radiation balance (SRB), but its direct measurement is currently limited. Clouds modulate its behavior, and clear-sky DLF0 is predominant in composition of the final DLF value. It is shown that in mid-latitude and tropical atmospheres, DLF0 can be represented as the sum of fluxes from three distinct spectral regions: R1 (λ < 7.5 µm), R2 (7.5 to 14 µm), and R3 (λ > 14 µm). R1 and R3 are closely described by blackbody radiation at screen temperature (Tscr), while R2 exhibits a mean emissivity that primarily depends on total precipitable water (w). It is presented a simple yet consistent physically-based model (hereafter denoted by OLD0), suitable for estimation of DLF0 at ground level. Validation of OLD0 with ground-based data of a worldwide set of 21 stations shows fair accuracy with bias MBE lower than 6 W.m-2 and spread (standard deviation STD) lower than 12 W.m-2 for typical values DLF0 ~ 300-400 W.m-2, compatible with surface pyrgeometer measures. The proposed algorithm outperforms existing methods, achieving a mean bias error (in module |MBE|) of approximately 2.8 W.m-2. In contrast, other widely used algorithms typically exhibit |MBEs| ranging from 8.1 to 15.9 W.m-2.

Resumo em Português:

Resumo Uma rápida verticalização para acomodar os cidadãos da Região Metropolitana de São Paulo está alterando o balanço de radiação e calor atmosférico, destacando a necessidade de entender o impacto que a infraestrutura verde e construída têm no fenômeno da ilha de calor urbana de dossel. Esse fenômeno meteorológico ocorre principalmente devido à diferença na paisagem entre áreas urbanas e rurais. Cenários hipotéticos com diferentes perfis verdes foram simulados usando o modelo WRF acoplado ao SLUCM, e seus resultados foram comparados ao cenário atual usando dados numéricos para observar o impacto da infraestrutura verde. A comparação usando os dados de saída mostrou que a área total de infraestrutura verde tem grande potencial para reduzir a intensidade da ilha de calor urbana de dossel. O cenário com a maior área total e maior dispersão de infraestrutura verde registrou temperaturas urbanas médias entre 1,2 °C e 1,9 °C mais baixas do que o cenário atual. Compreender o comportamento da infraestrutura verde e seus benefícios é importante para o desenvolvimento de políticas públicas municipais alinhadas aos objetivos sustentáveis, e destaca explicitamente a relevância de parques e praças urbanas para a regulação térmica local.

Resumo em Inglês:

Abstract A rapid verticalization to accommodate the citizens of the Metropolitan Region of São Paulo is altering the balance of radiation and atmospheric heat, highlighting the need to understand the impact that green and built infrastructure have on the canopy urban heat island phenomenon. This meteorological phenomenon occurs mainly due to the difference in landscape between urban and rural areas. Hypothetical scenarios with different green profiles were simulated using the WRF model coupled with SLUCM, and their results were compared to the current scenario using numerical data in order to observe the impact of green infrastructure. Comparison using output data showed that the total area of green infrastructure has great potential in reducing the intensity of the canopy urban heat island. The scenario with the largest total area and highest dispersion of green infrastructure recorded average urban temperatures 1.2 °C to 1.9 °C lower than the current scenario. Understanding the behavior of green infrastructure and its benefits is important for the development of municipal public policies that are in line with sustainable goals, and explicitly the relevance of urban parks and squares for local thermal regulation.

Resumo em Português:

Resumo Neste estudo, os princípios da climatologia complexa foram aplicados para delinear os topoclimas nas montanhas do leste de Cuba. Um modelo meteorológico numérico regional, alimentado por dados de reanálise, foi utilizado para obter padrões de temperatura com resolução de 0,6 km. Técnicas de aprendizado de máquina não supervisionadas foram posteriormente utilizadas para identificar tipos de clima com base na temperatura durante períodos chuvosos e menos chuvosos, bem como na localização geográfica. Esta análise foi complementada com dados históricos de precipitação e geográficos para identificar 23 topoclimas na área de estudo. Os métodos permitiram estimar erros de identificação topoclimática e proporcionaram um melhor entendimento sobre a representatividade das estações meteorológicas de superfície para a área de estudo. Os resultados mostraram que a distribuição das chuvas dos topoclimas identificados é consistente com a dos fatores formadores do clima local e de pesquisas anteriores. Além disso, foram identificados novos conhecimentos sobre as características climatológicas das chuvas nas alturas baixas e médias das montanhas no leste de Cuba.

Resumo em Inglês:

Abstract In this study, the principles of complex climatology were applied to delineate topoclimates in the mountains of eastern Cuba. A regional numerical weather model, driven by reanalysis, was used to obtain temperature patterns at a resolution of 0.6 km. Unsupervised machine learning techniques were then utilized to identify weather types based on temperature during rainy and less rainy periods, as well as geographical location. This analysis was supplemented with historical precipitation and geographical data to identify 23 topoclimates in the study area. The methods allowed for the estimation of topoclimate identification errors and provided insights into the representativeness of surface meteorological stations for the study area. The results showed that the rainfall distribution of the identified topoclimates was consistent with that of local climate-forming factors and previous research. Furthermore, new insights into the climatological rainfall characteristics of the lower and middle heights of the mountains in eastern Cuba were identified.

Resumo em Português:

Resumo A expansão da fronteira agropecuária impulsionada pelo desmatamento da Amazônia tem promovido uma crescente conversão de uso e cobertura da terra, onde florestas estão sendo convertidas em pastagens, e/ou, com o aumento populacional, dando espaço à criação de cidades. Essa transformação na cobertura vegetal é refletida nos elementos climáticos, e consequentemente, na resposta aos fenômenos atmosféricos de microescala. As pesquisas mais recentes realizadas com dados observacionais do Programa de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia (LBA) indicam alterações nos ciclos biogeoquímicos da água como reduções de chuvas entre regiões florestadas e não florestadas. No entanto, poucos estudam avaliam a conversão de florestas em cidades. Diante disso, este estudo tem como objetivo avaliar como a modificação da cobertura do solo de floresta para cidade e de floresta para pastagem impacta as variáveis micrometeorológicas no ano de 2017, em Rondônia, sudoeste da Amazônia. Os resultados apontam que os elementos climáticos são modificados com a antropização, no entanto, entre os ambientes antropizados não foram evidenciadas diferenças significativas. A conversão de florestas aumentou a amplitude térmica em aproximadamente 2 °C.

Resumo em Inglês:

Abstract The expansion of the agricultural frontier driven by deforestation in the Amazon has promoted the increasing conversion of land use and land cover, where forests are being converted into pastures, and/or, with population growth, giving way to the creation of cities. This transformation in vegetation cover is reflected in the climatic elements, and consequently, in the response to microscale atmospheric phenomena. The most recent research carried out with observational data from the Large-Scale Biosphere-Atmosphere Program in the Amazon (LBA) indicates changes in biogeochemical water cycles such as reductions in rainfall between forested and non-forested regions. However, few studies evaluate the conversion of forests into cities. Therefore, this study aims to evaluate how the modification of the forest-city and forest-pasture land cover impacts the coldest days of the year when frontal systems incursion occurs, in the central region of Rondônia, southwest of the Amazon. The results indicate that the climatic elements are modified with the anthropization, however, between the anthropized environments no significant differences were evidenced. Forest conversion increased the temperature range by around 2 °C.

Resumo em Português:

Resumo O aumento do consumo de recursos naturais, como a água, tornou-se uma preocupação global. Consequentemente, determinar informações que possam minimizar o consumo de água, como a evapotranspiração, é cada vez mais necessário. Esta pesquisa avalia a capacidade dos Algoritmos Genéticos (AGs) em treinar e ajustar os parâmetros de Redes Neurais Artificiais (RNAs) (MLP-AG) para estimar os valores diários de evapotranspiração de referência (ETo) de cordo com o método Penman-Monteith FAO-56. O método é empregado para estimar a ETo em 14 estações meteorológicas no Brasil. Os resultados são avaliados com base no coeficiente de correlação (r), erro absoluto médio (MAE), raiz do erro quadrático médio (RMSE) e erro médio percentual (MPE), e são comparados com os métodos de Hargreaves-Samani, Jensen-Haise, Linacre, Benavides & Lopez e Hamon, juntamente com a rede neural Perceptron Multicamadas (MLP), que é treinada convencionalmente e através de técnicas de ajuste de hiperparâmetros, como Grid Search (MLP-GRID) e Random Search (MLP-RD). Os resultados mostram que o MLP-AG é, em média, 12 vezes mais rápido que o MLP-RD e 60 vezes mais rápido que o MLP-GRID, alcançando os maiores índices de acurácia na maioria das regiões, com r de 0,99, MAE variando de 0,11 mm a 0,20 mm, RMSE entre 0,14 mm e 0,27 mm, e MPE entre 2,49% e 7,09%. Essas descobertas sugerem que os resultados gerados atingem uma precisão entre 92,91% e 97,51% em comparação com o método Penman-Monteith. Isso confirma que o uso de Algoritmos Genéticos (AGs) para automatizar o treinamento e a otimização do modelo é eficaz e melhora a capacidade da rede neural de prever a ETo.

Resumo em Inglês:

Abstract The increased consumption of natural resources, such as water, has become a global concern. Consequently, determining information that can minimize water consumption, such as evapotranspiration, is increasingly necessary. This research evaluates the capacity of Genetic Algorithms (GAs) in training and fine-tuning the parameters of Artificial Neural Networks (ANNs) (MLP-GA) to obtain daily values of reference evapotranspiration (ETo) in accordance with the Penman-Monteith FAO-56 method. The method is employed to estimate ETo at 14 weather stations in Brazil. The findings are assessed based on the coefficient of correlation (r), mean absolute error (MAE), root mean square error (RMSE), and mean percentage error (MPE), and are contrasted with the Hargreaves-Samani, Jensen-Haise, Linacre, Benavides & Lopez, and Hamon methods, along with the Multilayer Perceptron (MLP) neural network, which is conventionally trained and employs hyperparameter tuning techniques such as Grid Search (MLP-GRID) and Random Search (MLP-RD). The results show that the MLP-GA is, on average, 12 times faster than MLP-RD and 60 times faster than MLP-GRID, while achieving the highest precision indices in most regions, with an r of 0.99, MAE ranging from 0.11 mm to 0.20 mm, RMSE between 0.14 mm and 0.27 mm, and MPE between 2.49% and 7.09%. These findings suggest the results generated achieve an precision between 92.91% and 97.51% in comparison to the Penman-Monteith method. This confirms that employing Genetic Algorithms (GA) to automate the training and optimization of the model is effective and enhances the neural network's capacity to predict ETo.

Resumo em Português:

Resumo O Sistema Anchieta-Imigrantes (SAI) é uma das principais rodovias do Brasil, conectando São Paulo ao Porto de Santos. A Operação Comboio (OC) é ativada quando a visibilidade cai abaixo de 100 m. Este estudo investigou os fatores meteorológicos que iniciaram a OC no SAI durante 2015, utilizando uma variedade de fontes de dados, como de estações meteorológicas e imagens de radar e satélite. Em 2015, a OC foi acionada em 106 dias, principalmente na primavera, predominantemente na Rodovia Anchieta e frequentemente à tarde. Os sistemas meteorológicos que desencadearam a OC foram classificados como orográficos (confinados à Serra do Mar) ou não orográficos (envolvendo maior nebulosidade ou precipitação detectada por satélite ou radar). Os dados da Estação Meteorológica de Itutinga ajudaram a diferenciar reduções de visibilidade causadas por nevoeiro ou precipitação. Entre as 87 OCs analisadas em 2015, a brisa marítima (BM) contribuiu para 38% dos casos. A umidade foi geralmente fornecida pela advecção da BM ou pela alta pós-frontal, e ocasionalmente de sistemas precipitantes associados à passagem de frente ou instabilidade termodinâmica. A OC foi iniciada pela combinação do aporte de umidade com a queda de temperatura, induzida pela BM, ar pós-frontal ou perda de radiação noturna.

Resumo em Inglês:

Abstract Anchieta-Imigrantes System (AIS) is one of Brazil's primary highways, connecting São Paulo to the Port of Santos. In AIS, Operação Comboio (OC) is activated when visibility drops below 100 m. This study investigated the meteorological factors that initiated OC in AIS during 2015 using a comprehensive array of data sources, for example, meteorological stations and synoptic charts. In 2015, OC was triggered on 106 days, predominantly in spring, mostly on the Anchieta Highway, and often in the afternoon. Meteorological systems triggering OC were classified as orographic, confined to the Serra do Mar, or non-orographic, involving broader cloudiness or precipitation detected by satellite or radar. Data from Itutinga Meteorological Station helped differentiate between visibility reductions caused by fog or precipitation. Among the 87 OCs studied in 2015, sea breeze (SB) contributed to 38% of cases. Generally, moisture was provided by advection by the SB or the Post-frontal anticyclone, occasionally from precipitating systems associated with frontal passage or thermodynamic instability. Moisture influx combined with temperature drops, induced by SB, post-frontal air, or nocturnal radiation loss, triggered OC.

Resumo em Português:

Resumo A evapotranspiração de referência (ETo) é uma componente importante do ciclo hidrológico, influenciada por diversos elementos meteorológicos. Este estudo objetivou identificar variáveis meteorológicas que mais impactam ETo no Brasil, realizando uma análise de sensibilidade da equação de Penman-Monteith FAO-56 para as zonas climáticas Tropical, Subtropical e Semiárida. Utilizaram-se dados diários de 584 estações meteorológicas automáticas do Instituto Nacional de Meteorologia. Cada elemento meteorológico, temperaturas máximas (Tmax) e mínima (Tmin) do ar, radiação solar global (Qg), umidade relativa média (URmed) e velocidade do vento (U2), foi variado individualmente em dez intervalos iguais entre seus valores máximos e mínimos, mantendo os demais constantes nos valores médios. O índice de Sensibilidade (IS) quantificou a influência de cada variável sobre ETo. Os resultados mostraram que Qg e Tmax foram os principais fatores de influência positiva sobre ETo nos climas Tropical e Subtropical. No clima Semiárido, além de Tmax e Qg, U2 também apresentou influência significativa, enquanto a URmed apresentou predominantemente índices de sensibilidade negativos. Conclui-se que a influência dos elementos meteorológicos na ETo varia significativamente entre as regiões climáticas brasileiras, ressaltando a importância de considerar as características climáticas na modelagem da evapotranspiração, priorizando a medição de variáveis meteorológicas que exercem maior impacto na estimativa da ETo.

Resumo em Inglês:

Abstract Reference evapotranspiration (ETo) is an important component of the hydrological cycle and is influenced by several meteorological elements. This study aimed to identify the meteorological variables that mostly impact ETo in Brazil, performing a sensitivity analysis of the Penman-Monteith equation FAO-56 for the Tropical, Subtropical and Semiarid climatic zones. Daily data from 584 automatic weather stations of the National Institute of Meteorology were used. Each meteorological element, namely the maximum air temperature (Tmax), minimum air temperature (Tmin), global solar radiation (Qg), mean relative humidity (URmed) and wind speed (U2), was individually varied in ten equal intervals between its maximum and minimum values, keeping the others constant in the mean values. The Sensitivity Index (IS) quantified the influence of each variable on ETo. The results showed that Qg and Tmax were the main factors of positive influence on ETo in the Tropical and Subtropical climates. In the semi-arid climate, U2 also showed a significant influence, while URmed had a predominant negative effect. It is concluded that the influence of meteorological elements on ETo varies significantly among the Brazilian climatic regions, highlighting the importance of considering local characteristics in the modeling of evapotranspiration, Prioritizing the measurement of adverse variations that most significantly affect ETo estimation.

Resumo em Português:

Resumo O estudo analisa o impacto de diferentes técnicas de manejo do solo no armazenamento de água e na produtividade da soja, tendo em vista as alterações nos padrões de precipitação em Rondônia e o potencial estresse hídrico na cultura da soja devido às mudanças no uso e cobertura do solo. O experimento, realizado em Vilhena-RO durante a safra 2021/2022, envolveu tratamentos com duas técnicas de manejo (sem mobilização e com mobilização mínima do solo) e cultivo da soja em três condições de cobertura do solo (sem cobertura, plantio direto e consorciado com Brachiaria brizantha cv. marandu). O monitoramento agrometeorológico coletou dados como precipitação, temperatura, umidade relativa do ar, radiação solar, temperatura e umidade do solo. A análise da umidade volumétrica do solo indicou variabilidade semelhante entre os tratamentos, porém, condições sem mobilização apresentaram maior retenção de água, associada à estruturação do solo. Já entre as condições de cobertura do solo não foram observadas diferenças estatísticas. O estudo destaca a importância das condições físicas do solo na regulação do armazenamento de água superficial para o cultivo de soja em Vilhena-RO.

Resumo em Inglês:

Abstract The study assesses the impact of diverse soil management techniques on water storage and soybean yield, considering changes in precipitation patterns in Rondônia and the potential water stress on the soybean crop due to alterations in land use and soil cover. The experiment, conducted in Vilhena-RO during the 2021/2022 harvest, included treatments with two management techniques (no tillage and minimal tillage) and soybean cultivation under three soil cover conditions (no cover, no-till, and intercropped with Brachiaria brizantha cv. marandu). Agrometeorological monitoring collected data such as precipitation, temperature, relative humidity, solar radiation, soil temperature, and humidity. Analysis of volumetric soil moisture indicated similar variability between treatments, but conditions without tillage showed greater water retention, associated with soil structuring. No statistical differences were observed between the soil cover conditions. The study underscores the importance of the soil's physical conditions in regulating surface water storage for soybean cultivation in Vilhena-RO.

Resumo em Português:

Resumo Os eventos extremos de calor são uma realidade no Brasil, impactando os pavimentos asfálticos e os ambientes. Esta pesquisa analisou esses eventos em 10 diferentes locais do Brasil, no período de 1961-2023, por meio da temperatura máxima média anual por 7 dias consecutivos; e da ocorrência, duração e intensidade das ondas de calor. Os resultados demonstram tendências de aumento dos valores anuais médios dos 7 dias consecutivos mais quentes ao longo do período de 1961-2023, com maior destaque para os anos mais recentes. De maneira geral, identificou-se um aumento do número de ondas de calor por ano ao longo do tempo, com acréscimos expressivos nas cidades das regiões Norte, Nordeste e Centro-Oeste, especialmente após os anos 2000. Também, pode-se destacar que as ondas de calor mais intensas e duradouras ocorreram nos últimos anos. Além disso, observou-se que, muitas vezes, as temperaturas extremas do ar registradas durante as ondas de calor são acompanhadas por valores expressivos de radiação solar. A maior quantidade de eventos extremos de calor, aliados a maior intensidade e duração, demandam mais dos materiais asfálticos em termos de desempenho, afetando os custos da infraestrutura rodoviária brasileira.

Resumo em Inglês:

Abstract Extreme heat events are a reality in Brazil, impacting asphalt pavements and environments. This research analyzed these events in 10 different locations in Brazil, from 1961 to 2023, through the average annual maximum temperature for 7 consecutive days; and the occurrence, duration and intensity of heat waves. The results demonstrate trends of increasing annual average values of the 7 hottest consecutive days over the period 1961-2023, with greater emphasis on the most recent years. In general, an increase in the number of heat waves per year was identified over time, with significant increases in cities in the North, Northeast and Central-West regions, especially after the year 2000. It is also worth noting that the most intense and long-lasting heat waves have occurred in recent years. Furthermore, it was observed that extreme air temperatures recorded during heat waves are often accompanied by significant amounts of solar radiation. The greater number of extreme heat events, combined with their greater intensity and duration, place greater demands on asphalt materials in terms of performance, affecting the costs of Brazilian road infrastructure.

Resumo em Português:

Resumo Avanços tecnológicos recentes e técnicas de assimilação de dados elevaram a precisão da reanálise climática, criando conjuntos de dados atmosféricos históricos em grade detalhados ao combinar diversos dados observacionais e modelos numéricos. Este estudo avaliou os produtos de reanálise climática ERA5-Land e NASA Power em terras baixas tropicais, utilizando dados de 44 estações meteorológicas terrestres em zonas de produção de palma de óleo colombianas de 2008 a 2022. Os resultados da validação variaram com base nas variáveis, locais e resoluções temporais, com cada produto demonstrando pontos fortes distintos. O ERA5-Land demonstrou desempenho superior na estimativa de temperatura, enquanto o NASA Power se destacou nas estimativas de radiação solar. Apesar do cenário tropical, a proximidade com terrenos montanhosos criou microclimas desafiadores, impactando a precisão da reanálise, particularmente para precipitação e umidade relativa. A agregação temporal de dados de escalas diárias para mensais e anuais revelou padrões variáveis de melhoria entre as variáveis, com algumas métricas mostrando desempenho aprimorado em resoluções temporais mais grosseiras, enquanto outras permaneceram relativamente inalteradas. O estudo enfatiza a importância da seleção criteriosa do produto com base na variável específica e na escala temporal de interesse, especialmente em regiões com microclimas complexos ou condições ambientais únicas. Embora os dados de reanálise ofereçam informações valiosas, suas limitações devem ser reconhecidas para garantir a interpretação e aplicação precisas em pesquisas, particularmente em contextos agrícolas tropicais.

Resumo em Inglês:

Abstract Recent technological advancements and data assimilation techniques have elevated the precision of weather reanalysis, creating detailed historical atmospheric gridded datasets by combining diverse observational data and numerical models. This study assessed the ERA5-Land and NASA Power climate reanalysis products in tropical lowlands, using data from 44 ground weather stations in Colombian oil palm production zones from 2008 to 2022. Validation results varied based on variables, locations, and temporal resolutions, with each product showing distinct strengths. ERA5-Land demonstrated superior performance in temperature estimation, while NASA Power excelled in solar radiation estimates. Despite the tropical setting, proximity to mountainous terrain created challenging microclimates, impacting reanalysis accuracy particularly for rainfall and relative humidity. Temporal data aggregation from daily to monthly and annual scales revealed varying patterns of improvement across variables, with some metrics showing enhanced performance at coarser temporal resolutions while others remained relatively unchanged. The study emphasizes the importance of careful product selection based on the specific variable and temporal scale of interest, especially in regions with complex microclimates or unique environmental conditions. While reanalysis data offer valuable insights, their limitations must be acknowledged to ensure accurate interpretation and application in research endeavors, particularly in tropical agricultural contexts.

Resumo em Português:

Resumo A energia solar é uma fonte sustentável consolidada, com potencial para suprir a demanda energética e mitigar problemas relacionados às mudanças climáticas. Para avaliar sua disponibilidade, podemos utilizar modelos empíricos como a equação de Angstrom-Prescott (AP). Diante disso, objetivamos calibrar e avaliar o modelo AP para estimar a radiação solar global (Rs) em Minas Gerais. Utilizamos dados de radiação solar e insolação de sete municípios do estado extraídos do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), calibrando os coeficientes do modelo por meio de regressão linear. Após a o cálculo da Rs com os valores dos coeficientes linear e angular calibrados, avaliamos a precisão da estimativa comparando com os dados observados. Para isso, utilizamos os seguintes indicadores estatísticos: coeficientes linear, angular, de determinação, e de correlação, erro absoluto médio, raiz do erro quadrático médio, índice de concordância e índice de desempenho. Os resultados indicaram que o modelo pode ser uma ferramenta eficaz para estimar a Rs na região (índice de desempenho acima de 0.80, exceto em um município). A utilização dos coeficientes calibrados apresentados neste trabalho ou a utilização do método padrão são eficazes e não apresentam diferença entre si. O modelo de Angstrom-Prescott mostrou-se eficaz na estimativa da radiação solar em Minas Gerais, com resultados que destacam sua precisão e aplicabilidade.

Resumo em Inglês:

Abstract Solar energy emerges as a promising sustainable source of energy, capable of meeting energy demand and mitigating issues related to climate change. To evaluate its availability, we can use empirical models such as the Angstrom-Prescott (AP) equation. In this context, our objective was to calibrate and assess the AP model to estimate global solar radiation (Rs) in Minas Gerais. We utilized solar radiation and insolation data from seven municipalities in the state, extracted from the National Institute of Meteorology (INMET), calibrating the model's coefficients through linear regression. After calculating Rs with the calibrated linear and angular coefficient values, we evaluated the accuracy of the estimative by comparing it with observed data. For this, we used the following statistical indicators: linear, angular, determination, and correlation coefficients; mean absolute error; root mean square error; concordance index; and performance index. The results indicated that the model can be an effective tool for estimating Rs in the region (performance index above 0.80, except in one municipality). The use of the calibrated coefficients presented in this work or the standard method are both effective and show no difference between them. The Angstrom-Prescott model proved to be effective in estimating solar radiation in Minas Gerais, with results highlighting its accuracy and applicability.

Resumo em Português:

Resumo O mapeamento e a análise espacial das mudanças no uso e cobertura da terra (UCT) são essenciais para monitorar dinâmicas ambientais e gerir recursos hídricos. Estudos que avaliam a evapotranspiração (ET) considerando alterações no UCT ajudam a quantificar os impactos antrópicos no ciclo hidrológico. Redes Neurais Artificiais (RNA) têm sido usadas para estimar a ET, mas dependem de séries meteorológicas. Portanto, o objetivo deste estudo é estimar a ET real utilizando uma RNA Multilayer Perceptron (RNA-MLP), para a área de Proteção Ambiental de Itupararanga, região de importância hídrica para a Região Metropolitana de Sorocaba, utilizando dados de UCT e bandas espectrais do satélite Landsat. A ET de 2021 foi calculada com o algoritmo SEBAL e utilizada como base para treinamento e classificação supervisionada no modelo RNA-MLP do software TerrSet. As estimativas da RNA foram avaliadas com critérios do TerrSet, destacando diferenças visuais que indicam a necessidade de ajustes nos parâmetros do MLP para maior aproximação das estimativas do SEBAL, previamente validadas. Esta abordagem inovadora complementa o uso de RNA na modelagem da ET, oferecendo novas perspectivas para a análise de dinâmicas ambientais.

Resumo em Inglês:

Abstract The mapping and spatial analysis of land use and land cover (LULC) changes are essential for monitoring environmental dynamics and managing water resources. Studies that evaluate evapotranspiration (ET) considering LULC changes help quantify the anthropogenic impacts on the hydrological cycle. Artificial Neural Networks (ANN) have been used to estimate ET but rely on meteorological data series. Therefore, the objective of this study is to estimate actual ET using a Multilayer Perceptron Artificial Neural Network (MLP-ANN) for the Itupararanga Environmental Protection Area, a region of hydrological importance for the Metropolitan Region of Sorocaba, utilizing LULC data and spectral bands from the Landsat satellite. The 2021 ET was calculated using the SEBAL algorithm and used as the basis for training and supervised classification in the ANN-MLP model of the TerrSet software. The ANN estimates were evaluated using TerrSet criteria, highlighting visual differences that indicate the need for parameter adjustments in the MLP to better align with the SEBAL estimates, which had been previously validated. This innovative approach complements the use of ANN in ET modeling, offering new perspectives for analyzing environmental dynamics.

Resumo em Português:

Resumo Este estudo avalia o desempenho do modelo hidrológico Soil and Water Assessment Tool (SWAT) na simulação do fluxo diário do rio e na quantificação dos componentes do fluxo na bacia hidrográfica do Isser, a montante da barragem de Koudiat Acerdoune, na Argélia. Os parâmetros do modelo foram otimizados utilizando o método de otimização SWAT-CUP e o algoritmo SUFI-2. O modelo foi calibrado (2002-2012) e validado (2013-2018) com base em dados observados de vazão diária, após um período de aquecimento de três anos (1999-2001). A análise de sensibilidade identificou parâmetros-chave que influenciam a vazão, incluindo o atraso da água subterrânea, os processos de fluxo de base, a condutividade hidráulica do canal e a rugosidade da superfície. O modelo SWAT demonstrou um desempenho robusto, alcançando métricas de performance satisfatórias a muito boas (por exemplo, R2 Cal/Val = 0.86/0.82; NSE Cal/Val = 0.81/0.74), indicando sua capacidade de simular com precisão a vazão diária na bacia hidrográfica do Isser. A análise do balanço hídrico revelou que a evapotranspiração real representou 51% da precipitação. A recarga do aquífero raso constituiu uma perda importante com 28%, enquanto o escoamento total (vazão) representou os restantes 21%. Adicionalmente, o modelo estimou que o escoamento superficial representou aproximadamente 47.4% do escoamento total, o fluxo lateral 11.6%, enquanto o escoamento de base contribuiu com os restantes 41%. Esses resultados demonstram a capacidade do modelo SWAT de representar eficazmente os processos hidrológicos que regem a bacia do Isser. O estudo ressalta a importância de considerar tanto a dinâmica das águas superficiais quanto das subterrâneas para orientar o planejamento sustentável dos recursos hídricos em regiões semiáridas.

Resumo em Inglês:

Abstract This study evaluates the performance of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) hydrological model in simulating daily river flow and quantifying flow components within the Isser catchment, upstream of the Koudiat Acerdoune dam in Algeria. Model parameters were optimized using the SWAT-CUP optimization method and the SUFI-2 algorithm. The model was calibrated (2002-2012) and validated (2013-2018) against observed daily streamflow data, following a three-year warm-up period (1999-2001). Sensitivity analysis identified key parameters influencing streamflow, including groundwater delay, baseflow processes, channel hydraulic conductivity, and surface roughness. The SWAT model demonstrated strong performance, achieving satisfactory to very good performance metrics (e.g., R2 Cal/Val = 0.86/0.82; NSE Cal/Val = 0.81/0.74), indicating its ability to accurately simulate daily streamflow in the Isser watershed. Water balance analysis revealed that actual evapotranspiration accounted for 51% of precipitation. Shallow aquifer recharge constituted a major loss at 28%, while total water yield represented the remaining 21%. Furthermore, the model estimated that surface runoff accounted for approximately 47.4% of the total water yield, lateral flow for 11.6%, while baseflow contributed the remaining 41%. These findings demonstrate the SWAT model's capability to effectively represent the hydrological processes governing the Isser watershed. The study underscores the importance of considering both surface and subsurface water dynamics to guide sustainable water resource planning in semi-arid regions.

Resumo em Português:

Resumo O milho desempenha um papel fundamental na economia do Rio Grande do Sul. No entanto, a ocorrência de secas tem impactado significativamente a produtividade do milho. Para mitigar esses efeitos, o investimento em irrigação e a adoção de estratégias eficientes de manejo da irrigação são essenciais. Assim, o objetivo do estudo foi determinar as necessidades de irrigação com base no balanço hídrico e na produtividade do milho, relacionando-as ao fenômeno ENSO, bem como propor estratégias de manejo da irrigação para diferentes regiões do Rio Grande do Sul. Este estudo foi desenvolvido com base em séries históricas de dados de produtividade do milho e dados meteorológicos de estações meteorológicas em dez municípios. Três estratégias de manejo da irrigação foram estudadas. A variabilidade interanual na produção de milho nas cidades estudadas pode ser atribuída às flutuações na disponibilidade de água de acordo com o balanço hídrico durante o ciclo da cultura. Em anos de El Niño, a produtividade do milho foi acima da média em 85% dos anos, enquanto em anos de La Niña a produtividade caiu 78%. A adoção da irrigação deficitária pode ser uma alternativa em cenários onde a conservação da água e a eficiência são priorizadas, mantendo níveis de produtividade semelhantes à irrigação plena. A adoção de práticas de irrigação no estado do Rio Grande do Sul pode resultar em um aumento médio de produtividade de 21,8 kg mm-1.

Resumo em Inglês:

Abstract Maize plays a fundamental role in the economy of Rio Grande do Sul. However, the occurrence of droughts has impacted the maize yield. To mitigate these effects, investment in irrigation and the adoption of efficient strategies for irrigation management are essential. Thus, the aim of the study was to evaluate the water balance and maize yield data, analyze their relationship with the ENSO phenomenon, and propose region-specific irrigation strategies for Rio Grande do Sul. This study was developed based on historical series of maize yield and meteorological data from weather stations in ten municipalities. Three irrigation management strategies were studied. The interannual variability in maize yield across the studied cities can be attributed to fluctuations in water availability according water balance during the crop cycle. In El Niño years, maize yield was above average in 85% of the years, while in La Niña years yield below the mean yield in 78% of the cases. The adoption of deficit irrigation can be an alternative in scenarios where water efficiency is prioritized while maintaining yield levels similar to full irrigation. Adopting irrigation practices in the state of Rio Grande do Sul can result in an average yield increase of 21.8 kg mm-1.

Resumo em Português:

Resumo A evapotranspiração de referência (ETo) tem diversas aplicações na agricultura, sendo o método Penman-Monteith FAO-56 (PM) considerado padrão para calculá-la. Contudo, o método de PM-FAO56 requer diversos dados meteorológicos, os quais nem sempre estão disponíveis. Como alternativa, opta-se por modelos empíricos que requerem menos dados, mas seu desempenho depende das características climáticas da região. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi realizar um estudo comparativo de 12 métodos de ETo diária com o método padrão PM. Consideraram-se séries meteorológicas provenientes de 584 estações meteorológicas automáticas agrupadas por classe climática do Brasil para avaliar o desempenho dos diferentes métodos de acordo com o clima. Para avaliar o desempenho dos métodos utilizou-se o coeficiente de determinação (R2), a raiz do quadrado médio do erro (RMSE, mm dia−1), o índice de eficiência de Kling-Gupta (KGE) e o viés percentual (PBIAS). De forma geral, o método Turc mostrou o melhor desempenho em relação aos demais métodos, seguidos pelos métodos Penman FAO-24, Makkink, Priestley-Taylor, Hargreaves-Samani e Tanner-Pelton. Além disso, conclui-se que para a escolha mais adequada de um modelo é necessário considerar as características climáticas da região estudada e a disponibilidade de dados meteorológicos.

Resumo em Inglês:

Abstract Reference evapotranspiration (ETo) has a wide application in agriculture and the Penman-Monteith FAO-56 (PM) method is considered standard to calculate it, but this model requires several meteorological data, which are not always readily available. As an alternative, other models that require less data and according to the climatic characteristics of the region are chosen. Thus, the objective of this work was to carry out a comparative study of 12 methods of daily ETo with the PM standard method for 584 automatic weather stations grouped by climate types in Brazil and to evaluate the performance of the different methods according to the climate. To evaluate the performance of the models, the coefficient of determination (R2), the root mean square error (RMSE, mm dia−1), the Kling-Gupta efficiency index (KGE) and percent bias (PBIAS) were used. Overall, the Turc method had the best performance in relation to the other methods, followed by the Penman FAO-24, Makkink, Priestley-Taylor, Hargreaves-Samani and Tanner-Pelton methods. In addition, it is concluded that for the most appropriate choice of a model it is necessary to consider the climatic characteristics of the studied region and the availability of meteorological data.

Resumo em Português:

Resumo O modelo de difusão de Taylor e formas para as funções de autocorrelação são empregados para derivar as taxas de dissipação turbulenta. Estas formulações contêm um coeficiente numérico nc e são descritas em termos das escalas turbulentas associadas aos turbilhões contendo energia. A derivação gera termos negativos nos parâmetros de dispersão, os quais diminuem o processo de dispersão. A metodologia usada permite conectar os termos negativos com as frequências turbulentas do intervalo inercial. A introdução dessas funções de autocorrelação do intervalo inercial no modelo de difusão de Taylor fornece um parâmetro de dispersão com um termo negativo. Portanto, os termos negativos dos parâmetros de dispersão são comparados com o termo negativo do parâmetro de dispersão do intervalo inercial. A comparação fornece equações para as taxas de dissipação turbulenta contendo a constante de Kolmogorov e coeficientes numéricos. A análise comparando a magnitude das taxas de dissipação derivadas e observadas seleciona um valor de nc = 2 para o coeficiente numérico. Portanto, este valor de nc = 2, originado pela escolha da função de autocorrelação exponencial, é a magnitude que deve ser utilizada em modelos de turbulência. A presente investigação demonstra o caráter não universal do coeficiente de dissipação e estabelece magnitudes para este coeficiente que estão de acordo com os valores encontrados na literatura.

Resumo em Inglês:

Abstract Taylor diffusion model and forms for the autocorrelation functions are employed to derive turbulent dissipation rates. These formulations contain a numerical coefficient nc and are written in terms of turbulent scales associated with the energy-containing eddies. The derivation generates negative terms in the dispersion parameters that decrease the turbulent dispersion process. The used methodology allows one to connect the negative terms with the inertial range frequencies. The introduction of the inertial range autocorrelation functions in the Taylor diffusion model provides a dispersion parameter with a negative term. Therefore, the negative terms of the dispersion parameters are compared with the negative term of the inertial range dispersion parameter. The comparison provides equations for the turbulent dissipation rates containing the Kolmogorov constant and numerical coefficients. The analysis comparing observed and derived dissipation rate magnitudes selects a magnitude of nc = 2 for the numerical coefficient. Therefore, this value of nc = 2, originated by the choice of the exponential autocorrelation function, seems to be the magnitude that should be used in turbulence models. The present investigation exhibits the non-universal character of the dissipation coefficient and establishes magnitudes for this coefficient that are in accordance with values discovered in the literature.

Resumo em Português:

Resumo A temperatura do ar e o fotoperíodo são duas variáveis meteorológicas que desempenham um papel fundamental no desenvolvimento vegetativo e reprodutivo de espécies florestais por influenciar o aparecimento de estruturas vegetativas e reprodutivas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a resposta de seis métodos de cálculo dos graus-dia e a influência do fotoperíodo na variável filocrono em duas espécies florestais nativas na fase de muda. Foi instalado um experimento a campo, sob delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial 2 × 12, sendo duas espécies florestais nativas (pau ferro - Caesalpinia ferrea Mart. ex. Tul. Var. leiostachya Benth e angico vermelho - Anadenanthera macrocarpa (Benth) Brenan) e doze épocas de semeadura, com cinco repetições por tratamento. A variável filocrono é influenciada pelos métodos de cálculo dos graus-dia, sendo o melhor método, aquele que considera as três temperaturas cardinais. Foi verificada também a influência do fotoperíodo nos valores de filocrono, em que os menores valores para as duas espécies concentraram-se em épocas de temperaturas mais elevadas e maior fotoperíodo, instaladas em 20/10, 20/11 e 20/12.

Resumo em Inglês:

Abstract The air temperature and photoperiod are the meteorological variables that most affect forest species development, due to their influence on vegetative and reproductive structures appearance. This work aimed to evaluate the effect of thermal time methods and to identify the phyllochron and photoperiod response in seedlings of two native forest species during the seedling phase development. A field experiment was carried out under a completely randomized design, in a 2 × 12 factorial scheme, with two forest species (pau ferro - Caesalpinia ferrea Mart. ex. Tul. Var. leiostachya Benth and angico vermelho - Anadenanthera macrocarpa (Benth) Brenan), twelve sowing dates and five replicates per treatment. The phyllochron of both species is influenced by the thermal time methods and the best method is that considers all three cardinal temperatures. In addition, it was verified an influence of photoperiod and air temperature on phyllochron values with the lowest value were concentrated in sowing dates with higher temperature and photoperiod: installed in October, November and December.

Resumo em Português:

Resumo Este estudo analisou 21 anos (2003-2024) de dados horários REDEMET/API do Aeroporto Salgado Filho para quantificar e classificar o risco de nevoeiro que afeta a Hidrovia do Porto de Porto Alegre, distante 4 km do aeroporto. 195000 registros passaram por controle de qualidade (substituição de anomalias e interpolação temporal); além da implementação de variáveis hora, dia e mês em Python. Um índice binário de risco de nevoeiro foi definido e validado a partir de alertas sinópticos da REDEMET/API. O índice acionava quando a umidade relativa ≥ 95%, a diferença entre temperatura e ponto de orvalho ≤ 2 °C, a velocidade do vento ≤ 5 m s-1 ou a visibilidade < 4000 m. A duração dos nevoeiros foi avaliada, bem como a análise multivariada de séries temporais dos nevoeiros (decomposição STL, ADF, ACF/PACF), a qual revelou estacionariedade, forte autocorrelação em curtos defasamentos e significativa sazonalidade no outono-inverno. Os resultados confirmaram que em maio-julho representam o maior risco operacional (~30 h eventos/mês com visibilidade ≤ 1000 m e > 50 h com visibilidade 2001-8000 m), principalmente entre 05h:00-08h:00. Esses resultados ressaltam a necessidade de alertas direcionados e da integração de modelos preditivos no planejamento logístico do porto.

Resumo em Inglês:

Abstract This study analyzed 21 years (2003-2024) of hourly data from REDEMET/API - Salgado Filho Airport - to quantify and classify fog risk affecting the Porto Alegre Port Waterway, located 4 km from the airport. A dataset of ~195,000 records underwent quality control, with anomalies replaced using hierarchical means and bidirectional temporal interpolation, and feature engineering (local hour, day of year, and month) was implemented in Python. A binary fog-risk index was defined and validated against REDEMET synoptic alerts. The index was triggered when relative humidity ≥ 95%, temperature-dew-point difference ≤ 2 °C, wind speed ≤ 5 m s-1, or visibility < 4000 m. Event duration was estimated from continuous episodes meeting the risk criteria. Multivariate time-series analysis (STL decomposition, ADF, ACF/PACF) revealed stationarity, strong short-lag autocorrelation, and marked autumn-winter seasonality. Results confirmed that May-July represents the highest operational risk, with ~30 h per month of visibility ≤ 1000 m and > 50 h in the 2001-8000 m range, mostly between 5 a.m.-8 a.m. local time. These findings underscore the need for targeted alerts and the integration of predictive models into port logistical planning.

Resumo em Português:

Resumo Dados faltantes e anomalias nos sensores pluviométricos podem comprometer criticamente a eficácia dos sistemas de alerta precoce para desastres naturais no Brasil. Este estudo investiga dados de precipitação da rede de monitoramento do CEMADEN, com foco na detecção e correção de medições incorretas ou ausentes. Utilizando dados de 34 pluviômetros em Blumenau ao longo de um período de dois anos, aplicamos modelos de classificação e regressão para prever a ocorrência e a intensidade da precipitação. A análise exploratória revelou estações com comportamento anormal, enquanto modelos de aprendizado de máquina, especialmente XGBoost e Random Forest, demonstraram forte desempenho na correção de imprecisões. Nossos resultados destacam o potencial da modelagem preditiva para aumentar a confiabilidade dos dados pluviométricos e apoiar os esforços de redução de risco de desastres.

Resumo em Inglês:

Abstract Rainfall data gaps and sensor anomalies can critically compromise the effectiveness of early warning systems for natural disasters in Brazil. This study investigates precipitation data from CEMADEN's monitoring network, focusing on detecting and correcting faulty or missing measurements. Using data from 34 rain gauges in Blumenau over a two-year period, we applied both classification and regression models to predict rainfall occurrence and intensity. Exploratory analysis revealed stations with abnormal behavior, while machine learning models - especially XGBoost and Random Forest Regressor - demonstrated strong performance in correcting inaccuracies. Our findings highlight the potential of predictive modeling to enhance the reliability of rainfall data and support disaster risk reduction efforts.

Resumo em Português:

Resumo As Correntes de Jato do Nordeste Brasileiro (CJNEB) e as zonas frontais estão entre os principais sistemas que influenciam na formação de precipitações e fenômenos adversos do Nordeste brasileiro. Esse estudo teve como principal objetivo identificar e avaliar a ligação entre as CJNEB e as zonas frontais que atingiram a Região Nordeste do Brasil (NEB) durante o ano de 2017. A análise detalhada mostrou que todas as zonas frontais, que atingiram o NEB, estavam associadas às correntes de jato subtropicais de ambos os hemisférios. Foram identificados dois padrões de interação entre a CJNEB e as zonas frontais. No padrão mais comum, denominado padrão 1, as correntes do Hemisfério Norte atuaram no lado leste da zona frontal, enquanto as correntes do Hemisfério Sul atuaram no lado oeste. Em um caso distinto e menos recorrente, denominado padrão 2, as correntes provenientes do Hemisfério Norte atuaram em ambos os lados da zona frontal. A precipitação associada foi identificada em todos os eventos. A menor delas foi registrada nas cidades de São Luís/MA e Teresina/PI, porém houve registros próximos de 30 mm/24 h. Os valores pluviométricos superiores a 30 mm/24 h foram mais frequentes na Bahia. A precipitação atingiu 124 mm/24 h em Natal/RN no caso do padrão 2.

Resumo em Inglês:

Abstract The Northeast Brazilian Jet Streams and the Frontal Zones are among the main systems that influence the precipitation and adverse phenomena formation in the Brazilian Northeast. The main study aim was to identify and evaluate the connection between the CJNEB and the Frontal Zones that reached the NEB during the year 2017. The detailed analysis showed that all the frontal zones that reached the NEB were associated with subtropical jet streams of both hemispheres, of the Southern (SH) and Northern (NH) Hemispheres. Two patterns of connection between the CJNEB and the frontal zones were identified: in the frequent pattern (pattern 1) the NH currents acted on the east side of the frontal zone and the HS currents acted on the west side and in a different case (pattern 2) currents from the NH acted on both sides of the frontal zone. Associated precipitation was identified in all events. The smallest of them was recorded in the cities of São Luis/MA and Teresina/PI, but there were records close to 30 mm/24 h. Rainfall values greater than 30 mm/24 h were more frequent in Bahia. Precipitation reached 124 mm/24 h in Natal/RN in the case of pattern 2.