Meteorologia Aplicada
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Item Remote sensing-based water resource diagnosis in regions with intensive expansion of irrigation in Brazil(Universidade Federal de Viçosa, 2024-02-20) Santos, Ana Beatriz dos; Costa, Marcos Heil; http://lattes.cnpq.br/1277129685383769Center pivot irrigation has been leading irrigation growth in Brazil in recent years. However, the intensification of climate change effects may lead to issues in regions highly occupied by center pivots. The reduction in precipitation volume or the duration of the dry season often generates conflicts over water usage between irrigators and other water users. Therefore, formulating a diagnosis of the hydrological situation in these regions is crucial. This study selected three Brazilian regions with intensive irrigation expansion: the Corrente and Grande rivers' basins in Bahia and the Alto Rio das Mortes in Mato Grosso. Although these are considered areas with a high technological level in the field, there is no systematic measurement network for water usage yet. Remote sensing products enable the estimation of center pivot water demand through evapotranspiration (ET). For the Corrente and Grande River basins, the MODIS ET product (MOD16A2 Version 6 Evapotranspiration/Latent Heat Flux product) was applied to identify sub-basins with a higher risk of water conflicts. After comparing the estimated irrigation water demand with river flow data, three sub-basins demonstrated a potentially critical situation regarding water resource usage. An in-depth analysis of these sub- basins also revealed that water use by center pivots has steadily increased over the years, pushing water consumption to its limits. In addition to the MODIS product, another database was applied to estimate the irrigation by center pivots, the daily evapotranspiration dataset provided by the GLODET (Global Daily evapotranspiration) platform for the Alto Rio das Mortes. Moreover, ET data measured via eddy covariance were used to assess the accuracy of the two products. The results showed that the new ET dataset exhibited improvements compared to the previous version used, which underestimates evapotranspiration in the region. Additionally, the results represent a first step in understanding irrigation in Mato Grosso, showing immense potential for application in future studies. Keywords: Center pivots; Remote sensing in agriculture; Water security.Item Análise das descargas atmosféricas e queimadas ao longo das linhas de transmissão nos estados do PR, SP e RJ(Universidade Federal de Viçosa, 2023-02-28) Alves, Leticia Prechesniuki; Justino, Flávio Barbosa; http://lattes.cnpq.br/6698332264545388As descargas atmosféricas e as queimadas são as principais causas de desligamentos não programados nas linhas de transmissão de energia, causando danos consideráveis ao setor elétrico. O presente estudo tem como objetivo identificar os padrões de temperatura, precipitação, CAPE (Energia Potencial Convectiva Disponível) e índices extremos associados aos desligamentos devido a ocorrência de raios e queimadas, nos estados do PR, SP e RJ Sul no período de 2013 a 2020. Para isso, foram utilizados dados de descargas atmosféricas da Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas Atmosféricas (RINDAT) da Rede Brasileira de Detecção de Descargas Atmosféricas (BrasilDAT) e focos de calor do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) compreendendo um período de 2005 a 2020. Dados de reanálises do ERA5 (temperatura, precipitação e CAPE) foram utilizados, para definir os padrões das váriáveis na ocorrêndia de raio e queimada. Foram fornecidos dados de desligamentos oriundos de descargas atmosféricas e queimadas pela ANEEL. Os resultados mostraram que São Paulo apresentou a maior quantidade de raios no verão e primavera e as queimadas no inverno e primavera ao longo das linhas de transmissão (LTs) em relação ao PR e RJ. Em relação ao total de desligamentos em torno da LT fornecidos pela ANNEL, oriundos de raios e queimadas no período de 2013 a 2020, 45% e 37,5% foram identificados como possível canditado ao desligamento por raio e queimada. Os padrões de temperatura, precipitação e CAPE, relacionadas as datas e horários de desligamento, apresentaram valores médios de temperatura igual ou próximo ao valor climatológico no entorno da LT. Em relação a precipitação, os resultados indicaram que parte dos desligamentos ocorrem com a presença de raios, seguidos de pouca precipitação, sendo mais propício para queimadas. A CAPE apresentou valor médio de 1488,17 J/kg, os valores correspondentes não são altos, mas podem estar associados a tempestades. Palavras-chave: Energia. Desligamentos. RaioItem Interactions between deforestation and atmospheric composition on the climate of Amazônia and Cerrado and their consequences to agriculture(Universidade Federal de Viçosa, 2021-07-22) Abrahão, Gabriel Medeiros; Costa, Marcos Heil; http://lattes.cnpq.br/0221983204772434razilian crop production has managed to grow expressively in the last 15 years with relatively little conversion of natural vegetation. Deforestation in the major Brazilian biomes however is still far from zero, and rates have been going up with the recent dismantling of public environmental governance (EG). Deforestation leads to changes in regional climate, which along with global climate change affects crop yields, often negatively. EG can benefit production by minimizing these effects. This thesis investigates how interactions between deforestation-induced and global climate change can affect Brazilian double cropping systems. These systems in Brazil play an important role on global grain production. Although modelling studies have suggested that they can be severely affected by global climate change, there’s little empirical understanding of their sensitivity to climate. Chapter 1 examines how past climate variability affected municipality-level statistics of soybeans and second crop maize yields and double cropping adoption, and evaluate the impacts of projected global changes in climate. Double cropping in parts of Brazil with strong precipitation seasonality is more likely to occur when the rainy season is larger than 200 days, with no DC in municipality-years below 150 days. CMIP6 models project years with the rainy season shorter than 200 days to be more likely by 2035-2050 under the SSP2-4.5 scenario in key double cropping regions in central Brazil. Soybean yields are projected to decline by ~12%, a result that is not substantially affected by yield model specification. Second crop maize yields are found to be less sensitive to changes in climate than soybeans, with no significant impacts on the country average. However, models that explicitly account for vapor pressure deficit project substantial (>10%) impacts on second crop maize yields in regions with projected rainy season shortening. Chapter 2 uses a fully coupled climate system model and the empirical yield models from Chapter 1 to evaluate how different plausible EG futures can affect the Brazilian production of soybeans and 2nd crop maize. We perform simulations combining two land use scenarios representing different levels of EG and two global climate change scenarios (RCPs 2.6 and 8.5). We find that soybean yields are negatively affected in all scenarios, but differences in EG can impact yields as much as differences in atmospheric composition (RCPs). Stronger environmental governance can prevent soybean production losses equivalent to 442-527 million USD year -1 in the Amazon and 670-1347 million USD year -1 in the Cerrado by 2050, up to 10% of projected production. Collectively, Brazilian soybean farmers have much to gain with better environmental governance and it would be in their interest to enforce and even extend private zero-deforestation agreements in the Amazon and Cerrado biomes. Keywords: Double cropping. Statistical crop model. Climate change. Brazil. Deforestation. Biogeophysical climate change. Land use and land cover change. Earth system modelsItem Avaliação da previsão climática do início da estação chuvosa no oeste da Bahia(Universidade Federal de Viçosa, 2020-07-17) Commar, Luiz Felipe Sant Anna; Costa, Marcos Heil; http://lattes.cnpq.br/1129779516844866Em uma das fronteiras agrícolas mais ativas do mundo encontra-se a região Oeste da Bahia, que apresenta diversos fatores favoráveis ao desenvolvimento do agronegócio. Porém por ser localizada em uma região de transição entre o clima sazonal do Cerrado e o semiárido possui limitação em chuvas, o que desencadeou para região um avanço de áreas irrigadas, provocando conflitos sobre os recursos hídricos. O presente estudo teve como objetivo avaliar previsões hidroclimáticas para o início da estação chuvosa (Ic) no Oeste da Bahia utilizando previsões de chuva do modelo climático de circulação geral da atmosfera CFSv2 e dados de precipitação dos produtos TRMM 3B42 e PERSIANN. Para isto foram calculadas a data de início da estação chuvosa para as três bases de dados e métricas de acurácia como MAE e Erro Médio para avaliar a acurácia das previsões de chuva do CFSv2 em relação aos dados observados. Os resultados mostraram que a acurácia das estimativas de Ic pelo CFSv2 possuem um gradiente no sentido oeste-leste da região e que dependem fortemente da data de inicialização das previsões hidroclimáticas. Os resultados também indicaram que com dois meses de antecedência o CFSv2 apresenta um MAE com 15 a 20 dias de diferença para os dados observados. Porém o CFSv2 demonstrou uma inconsistência maior para o extremo leste do Oeste da Bahia. Os testes de acurácia também evidenciaram que em anos de El Niño o CFSv2 tem um MAE de 2 a 8 dias maiores que para média analisada. Concluiu-se que a previsão hidroclimática pelo CFSv2 tem capacidade de dar suporte aos tomadores de decisão na região Oeste da Bahia, contribuindo para um uso mais eficiente dos recursos hídricos na região. No entanto, destaca-se que a previsão hidroclimática para esta região ainda carece de aprimoramentos, como modelos de maior resolução e com volumes de chuvas mais precisos. Palavras-chave: Estação chuvosa. CFSv2. Previsão hidroclimática. Oeste da Bahia. El Niño.Item The role of large slaughterhouses on sustainable intensification of cattle ranching in Amazonia and Cerrado(Universidade Federal de Viçosa, 2018-03-02) Santos, Ana Beatriz dos; Costa, Marcos Heil; http://lattes.cnpq.br/1277129685383769Due to their location at the agricultural frontier, their interactions with ranchers and their market domination, large slaughterhouses are potential leverage points in the beef supply chain for achieving sustainable beef production in Brazil. However, their actual role in promoting sustainable production has not yet been ascertained. This dissertation analyzes changes after the start of operation of several large slaughterhouses for five variables: three related to agricultural intensification – protein and calorie production from crops and cattle stocking rate – and two related to environmental impact – land use change rate and greenhouse gas emissions. I focus my analysis on the large slaughterhouses located in the two most important Brazilian biomes for cattle ranching, Amazonia and the Cerrado. First, I selected 12 large slaughterhouses that started operations midway between 2000 and 2013, and I delimited their influence zones. Second, I delimited control zones in regions far from the influence of large slaughterhouses and outside conservation units and indigenous lands. Next, I calculated changes in the five study variables over the study period. In the Amazon, the results show a reduction of the land use change rate and greenhouse gas emissions in both the influence zones and the control zones. For the intensification variables, protein and calories from crops increased significantly in both zones, while the stocking rates do not change in the zones under slaughterhouse influence. In the Cerrado, all variables show the same responses in both the influence and control zones. These results do not support the idea that the large slaughterhouses promote either intensification of cattle ranching or improvements in the sustainability of cattle ranching activity in the Amazon and the Cerrado.Item Alterações atmosféricas e oceânicas durante o super-interglacial Marine Isotope Stage 31(Universidade Federal de Viçosa, 2016-02-16) Lindemann, Douglas da Silva; Justino, Flavio Barbosa; http://lattes.cnpq.br/0703689447724368Climas passados são ferramentas indispensáveis para o entendimento das projeções de clima futuro devido suas condições forcantes serem diferentes das condições atuais e futuras, devido a emissão antropogênica de gases de efeito estuda. Por meio da comparação entre simulações e reconstruções climáticas em períodos passados a sensibilidade climática pode ser aferida para diferentes componentes. Portanto, o objetivo deste estudo é avaliar as respostas dos componentes oceânicos e atmosféricos a alteração na topografia da Antártica e variações nos parâmetros orbitais da Terra. Para tanto, foi utilizado o modelo climático global acoplado SPEEDY-NEMO. Foram realizadas uma simulação controle (CONTROL) e três simulações de sensibilidades (MIS31, ORBIT e TOPO). Para avaliar o desempenho do SPEEDY-NEMO em representar o clima atual, a simulação CONTROL foi comparada com reanálises, onde percebeu-se que, os principais aspectos do clima foram bem representados pelo modelo com desvios padrões muito semelhantes aos encontrados nas reanálises. Todavia, o gelo marinho ainda precisa de melhorias na sua representação. Nos experimentos com sensibilidades, elevados valores de anomalias positivas de temperatura do ar e oceanos foram identificados sobre o Hemisfério Norte (HN), por influência das condições orbitais impostas. Ainda nas simulações com alterações orbitais, é observado significativas variações nos campos de vento próximo à superfície e precipitação, como por exemplo a ausência das monções sul-americana e africana durante o período de verão austral. Mudanças astronômicas também influenciaram o ENSO. As condições encontradas demonstram uma condição muito semelhante ao de um El Niño permanente, ou seja, com valores de TSM mais elevados se comparados com o CONTROL. Na componente oceânica também foi identificado uma significativa alteração no transporte de calor oceânico no sentido das altas latitudes do HN. Também foi observado que a alteração da topografia da Antártica exerce uma influência muito significativa no sistema oceano – atmosfera das altas latitudes do Hemisfério Sul.Item Calibração automática multi-sítio e multi-objetiva de um modelo de superfície terrestre(Universidade Federal de Viçosa, 2015-09-17) Fontes, Vitor Cunha; Costa, Marcos Heil; http://lattes.cnpq.br/8473023262138609Os modelos de interação atmosfera-biosfera (LSMs) são ferramentas fundamentais em pesquisas relacionadas a superfície terrestre, atmosfera, hidrologia, previsão do tempo e clima. Desde o surgimento dos primeiros modelos na década de 60, esses modelos sofreram uma grande evolução e estão se tornando cada vez mais complexos. Esses LSMs simulam uma grande quantidade dos processos que ocorrem na biosfera, como os fluxos de radiação, calor, vapor de água e momentum. Cada um desses processos possui um ou mais parâmetros e o uso correto desses parâmetros são de suma importância para se obter uma simulação realista (confiável). Mas nem sempre é possível coletar ou inferir o valor desses parâmetros. Nesses casos pode-se realizar uma calibração do modelo, que é um conjunto de testes (simulações), com valores aleatórios de parâmetros, que são realizados até que se encontre um bom ajuste do modelo. No entanto, uma calibração simples acaba ajustando o modelo apenas localmente. Para se obter uma calibração que represente toda uma região (com características similares) é preciso realizar uma calibração multi-sítio. Este trabalho apresenta uma ampliação do Optis (software de calibração automática) que possibilita a realização de calibrações multi-sítio do modelo INLAND. Duas técnicas de calibração multi-sítio foram desenvolvidas, a MSMO (Multiple Site Multiple Objectives) e a AMSMO (Average Multiple Sites Multiple Objectives). A diferença entre elas é que, enquanto a MSMO leva em consideração cada sítio de forma independente, a AMSMO faz uma média dos sítios. Um experimento numérico foi realizado comparando as técnicas multi-sítio com calibrações realizadas em um único sítio. Os resultados mostraram que a calibração AMSMO é a que gera uma melhor representação dos sítios usados na calibração, atingindo mais de 80% de ajuste.