Espacialização de elementos meteorológicos diários em bacias hidrográficas do Sul do Espírito Santo

Abstract

Dados espacializados de elementos meteorológicos diários (precipitação e evapotranspiração de referência) são fundamentais em diversas aplicações relacionadas à hidrologia e à meteorologia aplicada, tais como a detecção de mudanças climáticas, estudo de inundações, compreensão da interação do clima com os processos hidrológicos e biogeoquímicos, planejamento e tomada de decisão com relação a agricultura irrigada, produção de água, recomposição florestal etc. Todavia, para cada região, as formas de espacialização de cada variável meteorológica devem ser criteriosamente analisadas a fim de obterem-se mapas que representem, da melhor maneira possível, a distribuição espacial dos elementos meteorológicos. Nesse sentido, este trabalho objetivou, para as bacias hidrográficas do Sul do Espírito Santo, a seleção de métodos de interpolação espacial mais adequados para a elaboração de mapas dos elementos meteorológicos precipitação e evapotranspiração de referência, em escala diária. Também objetivou-se, após a seleção dos interpoladores, a criação de uma base de dados espaciais deste elementos meteorológicos, em formato grid. A avaliação dos interpoladores foi feita por meio de validação cruzada, na qual o método da Distância Angular Ponderada (ADW) apresentou melhor desempenho na espacialização da precipitação e o método Random Forest (RF) apresentou o melhor desempenho na espacialização da evapotranspiração de referência. A aplicação do ADW e RF para todos os dias do período entre 1980 e 2018, originou duas bases de dados de precipitação e evapotranspiração diária em formato grid, com resolução espacial de 0,01° (1111,33 m) e 0,004° (444,53 m), respectivamente. Finalmente, procedeu-se à comparação das bases criadas com outras bases de dados em formato grid. As bases de dados criadas tiveram desempenho semelhante à de Xavier et al. (2015) para a representação espacial das chuvas e evapotranspiração de referência na região, sendo melhor que outras também avaliadas. Palavras-chave: Precipitação. Evapotranspiração de referência. Validação cruzada. Random Forest. ADW.

Spatialized data of daily meteorological elements (precipitation and reference evapotranspiration) are fundamental in several applications related to hydrology and applied meteorology, such as the detection of climate changes, the study of floods, understanding of the interaction of climate with hydrological and biogeochemical processes, planning and decision making about irrigated agriculture, water production, forest restoration. However, for each region, the forms of spatialization of each meteorological variable must be carefully analyzed to obtain maps that represent, in the best possible way, the spatial distribution of meteorological elements. In this sense, this work aimed for the hydrographic basins of the Center-South region of Espírito Santo, the selection of spatial interpolation methods most suitable for the elaboration of maps of the meteorological elements precipitation and reference evapotranspiration, on a daily scale. After selecting the interpolators, it was also aimed to create a spatial database of these meteorological elements in a grid format. The evaluation of the interpolators was carried out using means of cross-validation, in which the Weighted Angular Distance (ADW) method presented the best performance in the spatialization of precipitation and the Random Forest (RF) method presented the best performance in the spatialization of evapotranspiration of reference. The application of ADW and RF for every day of the period between 1980 and 2018, originated two databases of precipitation and daily evapotranspiration in a grid format, with a spatial resolution of 0.01° (1111.33 m) and 0.004° (444.53 m), respectively. Finally, the bases created were compared with other databases in a grid format. The databases created had a performance similar to that of Xavier et al. (2015) for the spatial representation of rainfall and reference evapotranspiration in the region, being better than others also evaluated. Keywords: Precipitation. Reference evapotranspiration. Cross validation. Random Forest. ADW.