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Type: Tese
Title: Previsões Sub-Sazonais de chuva vazão para bacias hidrográficas do nordeste brasileiro
Title in English: Sub-Seasonal Rainfall Forecasts for River Basins in Northeastern Brazil
Authors: Castro, Everton Santos
Advisor: Silveira, Cleiton da Silva
Co-advisor: Vasconcelos Júnior, Francisco das Chagas
Keywords in Brazilian Portuguese : Redes neurais híbridas.;Modelagem hidrológica sub-sazonal.;Semiárido Brasileiro.;Chuvas - escassez
Keywords in English : Hybrid Neural Networks. Semi-arid Brazilian.;Sub-seasonal Hydrological Modeling.
Issue Date: 28-Aug-2023
Citation: CASTRO, E.S. Previsões Sub-Sazonais de chuva vazão para bacias hidrográficas do nordeste brasileiro. 2023. 212f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil - Recursos Hídricos) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: O Brasil, sendo um país de vasta extensão, enfrenta desafios relacionados à escassez de chuvas em várias regiões. No entanto, é na região Nordeste do Brasil (NEB) que essa condição se manifesta com maior frequência. A Bacia Hidrográfica do rio São Francisco, localizada em sua maior porção no NEB, e as bacias do Nordeste Setentrional brasileiro, historicamente convive com problemas relacionados à escassez de água. Os impactos da variabilidade climática são sentidos em setores como a agricultura, na agroindústria, na agropecuária, na geração de energia, na irrigação, na saúde humana e na geração de emprego. Nesse contexto, o monitoramento e previsão de variáveis hidrológicas é de extrema importância para orientar a implementação de estratégias de mitigação e adaptação. Para tanto, estudos foram desenvolvidos visando analisar a variabilidade sub-sazonal de precipitações na região; analisar o desempenho de modelos de previsão sub-sazonal de precipitação; calibração do modelo hidrológico SMAP e desenvolver modelos híbridos de RNAs baseados em wavelets para previsão de vazões. A análise da variabilidade das precipitações revelaram a existência de flutuações de curta duração e alta frequência dentro de uma estação chuvosa, evidenciando uma variabilidade sub-sazonal consistente em todas as regiões estudadas. A Oscilação Madden-Julian associada ao El Niño Oscilação Sul demonstrou ter uma influência significativa na variabilidade dessas precipitações. Entre os modelos de previsão de precipitação analisados os resultados indicam que os modelos CFSv2 e GEFSv2 apresentaram desempenho superior. Constatou-se também que os modelos do CPTEC e ESRL apresentaram limitações de desempenho, principalmente nas simulações das bacias do Ceará. Por fim, os estudos relacionados a implementação de redes neurais híbridas, demonstraram resultados animadores. Nas bacias de Três Marias e Sobradinho, a rede neural híbrida alcançou um coeficiente de eficiência de Nash próximo a 0,9 para previsões de curto prazo. Nas bacias o Xingó, Luiz Gonzaga e Paulo Afonso, o modelo conseguiu capturar a tendência das séries de vazão e houve melhorias significativas em comparação com a RNA tradicionais. No entanto, nas bacias do Ceará, a falta de dados de qualidade prejudicou consideravelmente o desempenho do modelo. Nos estudos comparativos, as previsões realizadas pela WRNA superaram o desempenho do SMAP e apresentou, de forma geral, melhores índices estatísticos que os modelos utilizados pelo ONS.
Abstract: Brazil, being a country of vast extension, faces challenges related to the scarcity of rainfall in several regions. However, it is in the Northeast region of Brazil (NEB) that this condition manifests most frequently. The Hydrographic Basin of the São Francisco River, located mostly in the NEB, and the basins of the Northern Northeast of Brazil, have historically dealt with water scarcity issues. The impacts of climate variability are felt in sectors such as agriculture, agribusiness, livestock farming, energy generation, irrigation, human health, and job creation. In this context, monitoring and forecasting hydrological variables are of utmost importance to guide the implementation of mitigation and adaptation strategies. To that end, studies were conducted to analyze sub-seasonal precipitation variability in the region; assess the performance of sub-seasonal precipitation forecast models; calibrate the SMAP hydrological model; and develop hybrid neural network models based on wavelets for streamflow prediction. The analysis of precipitation variability revealed the existence of short-duration, high-frequency fluctuations within a rainy season, highlighting a consistent sub-seasonal variability across all studied regions. The Madden-Julian Oscillation associated with the El Niño Southern Oscillation demonstrated a significant influence on the variability of these precipitations. Among the analyzed precipitation forecast models, the results indicate that the CFSv2 and GEFSv2 models exhibited superior performance. It was also noted that the CPTEC and ESRL models showed performance limitations, especially in simulations of the Ceará basins. Finally, studies related to the implementation of hybrid neural networks have demonstrated promising results. In the Três Marias and Sobradinho basins, the hybrid neural network achieved a Nash efficiency coefficient close to 0.9 for short-term forecasts. In the Xingó, Luiz Gonzaga, and Paulo Afonso basins, the model managed to capture the trend of flow series and showed significant improvements compared to traditional neural networks. However, in the Ceará basins, the lack of quality data considerably hindered the model’s performance. In comparative studies, the forecasts made by the hybrid neural network outperformed the performance of SMAP and, in general, exhibited better statistical indices than the models used by ONS.
Description in Brazilian Portuguese: Castro, E.S. Previsões Sub-Sazonais de chuva vazão para bacias hidrográficas do nordeste brasileiro. 2023. 212f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil - Recursos Hídricos) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74772
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/2426075913961364
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/0186446294097309
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/7425903532570987
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DEHA - Teses defendidas na UFC

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