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Meteorological impacts of El Niño events of 1982–1983 and 1997–1998 were observed in locations throughout the world. In southern Brazil, El Niño events are associated with increased rainfall and higher freshwater discharge into Patos Lagoon, a large coastal lagoon that empties into the Atlantic Ocean. Based on interdecadal meteorological and biological data sets encompassing the two strongest El Niño events of the last 50 yr, we evaluated the hypothesis that El Niño-induced hydrological changes are a major driving force controlling the interannual variation in the structure and dynamics of fishes in the Patos Lagoon estuary. High rainfall in the drainage basin of the lagoon coincided with low salinity in the estuarine area during both El Niño episodes. Total rainfall in the drainage basin was higher (767 versus 711 mm) and near-zero salinity conditions in the estuarine area lasted about 3 mo longer during the 1997–1998 El Niño event compared with the 1982–1983 event. Hydrological changes triggered by both El Niño events had similar relationships to fish species composition and diversity patterns, but the 1997–1998 event appeared to have stronger effects on the species assemblage. Although shifts in species composition were qualitatively similar during the two El Niño events, distance between El Niño and non-El Niño assemblage multivariate centroids was greater during the 1996–2000 sampling period compared with the 1979–1983 period. We provide a conceptual model of the principal mechanisms and processes connecting the atmospheric-oceanographic interactions triggered by the El Niño phenomena and their effect on the estuarine fish assemblage.

Apendices: f. 192-252 Orientador: José Bittencourt de Andrade Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas Bibliografia: f. 57-58 Resumo: A técnica de interferometria com bases muito longas (VLBI), aplicada a Geodésica e Geofísica, e descrita de forma abrangente. Esta técnica oferece a possibilidade da precisão de centímetros na medida de bases intercontinentais e uma re* - 4 ti solução angular de ate 10 . Assim, parâmetros dos movimentos rotacionais da Terra e efeitos geodinâmicos podem ser de: terminados com precisão sem precedentes e os modelos matemáticos que os descrevem, aperfeiçoados. Esta tese inicia-se com uma introdução aos elementos básicos de radio astronomia. A técnica de VLBI é então apresentada, através da analise da geometria de um interferômetro de VLBI, da definição das quantidades observáveis e da exposição do método e equipamentos empregados para obtê-las. Atenção especial é dedicada ao estudo dos fatores de influência sobre as observações de VLBI (geometria, equipamentos e meios de propagação do sinal), como base para o estabelecimento de modelos matemáticos. 0 estudo da influência da geometria sobre as observações inclui os efeitos relativísticos de primeira ordem e os efeitos dos movimentos rotacionais da Terra, de fenômenos geodinâmicos, da estrutura da antena e da estrutura complexa das fontes observadas. A influência dos equipamentos ê analisada considerando-se a instabi1idade dos padrões de frequência e o tempo de percurso do sinal desde a antena até o dispositivo de gravação. A ação da atmosfera,responsável principal pelo limite de precisão das medidas obtidas com VLBI, mereceu um estudo mais extenso, sendo os efeitos da atmosfera neutra e da ionosfera analisados separadamente Modelos matemáticos que expressam a dependência das observações em relação aos fatores descritos são apresentados , com a respectiva definição de sistemas de referência e quantidades de tempo utilizadas. A estimativa de parâmetros destes modelos no ajustamento de observações pelo método dos mínimos quadrados Õ revista. Problemas de singularidade que podem ocorrer neste processo, são discutidos, assim como os problemas de otimização de configurações para experiências de VLBI. Finalmente, são citadas as vantagens desta técnica e as precisões obteníveis em suas aplicações a Geodésica e Geofísica. Programas que a utilizam e desenvolvem e algumas experiências realizadas são descritos. Abstract: The Very long baseline interferometry (VLBI) technique, as applied to Geodesy and Geophysics is described in a comprising way. This technique has the potencial for centimeter accuracy level in measurement of intercontinental baselines - 4 11 and angular resolution up to 10 . Determination of Earth rc) tation parameters and geodynamic effects can be made with unprecedented accuracy and consequently their mathematical models can be improved. This thesis begins with a review of fundamentals on radio astronomy. The VLBI technique is then presented through the analysis of the geometry of a VLBI interferometer, the de finition of observables and the explanation of the method and instrumentation by wich they can be obtained, with an estimation of their precisions. Special attention is placed on study of factors with influence on VLBI observations (geometry, equipaments and si£nal propagation medium), as a background for mathematical m£dels presentation. The study of geometry influence on the observations include first order relativistic effects and the effects of Earth rotation, geodynamic phenomena, antenna stru£ ture and complex radio source structure.The influence of equi£ ments is analysed, by taking into consideration the instability of frequency standards and the travelling time of the signal from the antenna to the recording device. To atmosphere influence, the main responsable for the limit on accuracy, is dedicated a more extensive study, the effects of neutral atmosphere and of ionosphere being analysed separately. Mathematical models for the dependence among observibles and the above-mentioned factors are given, with the respective definition of reference frames and quantities of time. The estimation of model's parameters by the least squares adjustment of the observations is reviewed. Singularity problems that can arise on this process are discussed and optimal design problems for VLBI experiments are also presented. Finally,applications of VLBI to Geodesy and Geophysics are described, as well as the advantages and the obtenable a^ curacy. Some programs applying and developing this technique and some performed experiences are reported.

Orientadora: Prof.ª Dr.ª Alice Marlene Grimm Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 10/11/2021 Inclui referências Resumo: A Oscilação de Madden-Julian (OMJ) e o El Niño-Oscilação Sul (ENOS) são, respectivamente, os principais modos de variabilidade climática intrassazonal e interanual afetando a precipitação da América do Sul (AS). Vários estudos têm focado a modulação dos impactos da OMJ pelo ENOS ao redor do globo. Alguns deles mostram variações na propagação para leste da OMJ sob diferentes estados básicos associados ao ENOS (El Niño, EN, e La Niña, LN). Neste estudo, verifica-se se a modulação da OMJ pelo ENOS pode afetar as teleconexões da OMJ e seus impactos sobre a AS. Variações na propagação para leste da OMJ podem influenciar o estabelecimento da teleconexão trópicos-trópicos da OMJ entre o Pacífico e a AS. Além disso, mudanças no estado básico devido aos diferentes estados do ENOS podem também afetar a convecção sobre o Pacífico Sul subtropical central-leste (ou região fonte), a qual desencadeia a teleconexão trópicos-extratrópicos da OMJ para a AS. O objetivo é compreender como o fenômeno ENOS influencia a OMJ e seus impactos na AS durante a estação de monção (dezembro, janeiro, e fevereiro – DJF). Os conjuntos de dados analisados são de observações e resultados de simulações do UK Met Office Unified Model Global Ocean Mixed Layer (MetUM-GOML3). Anomalias diárias são filtradas na banda de 20-90 dias, para reter apenas oscilações intrassazonais e analisar o efeito do ENOS na OMJ ao invés da soma das anomalias relacionadas ao ENOS e à OMJ. Composições de anomalias são calculadas em períodos quando ambos ENOS e OMJ estão ativos. As teleconexões da OMJ são estabelecidas mais tardiamente em EN (fase 1) que em LN (fase 8) nas observações. A teleconexão extratropical e seus impactos sobre o centro-leste da AS (CESA) subtropical intensificam em EN e LN e enfraquecem em anos neutros (NT). A convecção sobre a região fonte, a qual desencadeia a teleconexão trópicos-extratrópicos, é intensificada mais tardiamente e está um pouco mais para leste em EN (fases 8+1) que em LN (fases 7+8). Portanto, os impactos mais significativos na precipitação da AS acontecem mais tarde e mais para leste em EN (fase 1) que em LN (fase 8). O estado básico em EN melhora a convecção da OMJ e a sua propagação para leste no modelo, incluindo a convecção sobre a região fonte. As teleconexões trópicos-extratrópicos da OMJ estão mais fortes em simulações com ENOS em comparação com aquelas sem eventos ENOS. Surpreendentemente, o padrão de teleconexão extratropical aparece mais claramente nas simulações em LN, apesar da OMJ enfraquecida sob o estado básico da LN. Portanto, ambos os estados de ENOS no modelo e nas observações fornecem forçantes na região fonte que desencadeiam mais eficientemente as teleconexões extratropicais mais fortes que anos NT e em simulações sem ENOS, indicando efeitos não-lineares do ENOS nas anomalias da OMJ sobre a AS. Abstract: The Madden-Julian Oscillation (MJO) and the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) are respectively the main intraseasonal and interannual climate variability modes affecting the South America (SA) rainfall. Several studies have focused on the ENSO-driven modulation of the MJO and its impacts worldwide. Some of them show variations in the eastward propagation of the MJO within different ENSO background states (El Niño, EN, and La Niña, LN). The present study verifies if the ENSO modulation affects the MJO teleconnections and their impacts on SA. Variations in the eastward MJO propagation may influence the establishment of the MJO tropics-tropics teleconnection between the Pacific and SA. Moreover, changes in the background by different ENSO states may also affect the convection over the subtropical central-east South Pacific (or source region), which triggers the MJO tropics-extratropics teleconnection to SA. The goal is to understand how the ENSO phenomenon influences the MJO and its impacts on SA during the summer monsoon season (December, January, and February – DJF). The datasets analyzed are observational data and outputs from simulations with the UK Met Office Unified Model Global Ocean Mixed Layer (MetUM-GOML3). Daily anomalies are filtered in the 20-90 day band, to retain only intraseasonal oscillations and analyze the ENSO effect on the MJO rather than the sum of the MJO and ENSO-related anomalies. Composite anomalies are computed over periods when both ENSO and MJO are active. The MJO teleconnections are fully established later in EN (phase 1) than in LN (phase 8) in observations. The extratropical teleconnection and its impacts over the subtropical central-east SA (CESA) intensify in EN and LN and weaken in neutral (NT) years. The convection over the source region, which triggers tropics-extratropics teleconnection, is enhanced later, and is slightly shifted eastwards in EN (phases 8+1) than in LN (phases 7+8). Hence, the most significant impacts on SA precipitation happen later and more to the east in EN (phase 1) than LN (phase 8). The EN basic state improves the MJO convection and its eastward propagation in the model, including the convection over the source region. The MJO tropics-extratropics teleconnections are stronger in simulations with ENSO with respect to those without ENSO. Surprisingly, an improved extratropical teleconnection pattern appears in simulations during LN, despite MJO weakening in the LN basic state. Therefore, both ENSO states in the model and observations generate forcing in the source region that more efficiently triggers stronger extratropical teleconnections than NT years and simulations without ENSO, indicating nonlinear ENSO effects on MJO-related anomalies over SA.

Orientadora: Profa. Dra. Alice Marlene Grimm Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Defesa : Curitiba, 28/02/2020 Inclui referências: p. 153-158 Resumo: O diagnóstico dos impactos de modos de variabilidade climática auxilia o detalhamento da previsão climática e, com isto, dá suporte para o gerenciamento de recursos hídricos e o planejamento em vários setores econômicos, entre eles a agricultura, geração de energia e a defesa civil. Existem modos de variabilidade com diferentes escalas temporais que, segundo registros, causam alterações na precipitação da América do Sul (AS). Esse estudo pretende abordar os modos de maior influência sobre o continente e seus impactos, enfatizando a variabilidade interanual e interdecadal na temperatura da superfície do mar (TSM) na primavera e no verão. Tais modos são caracterizados com Análise de Componentes Principais ou com índices propostos. O diagnóstico dos impactos é realizado através de métodos comparativos para análise da atuação de cada modo e do seu efeito combinado com outros modos sobre diferentes indicadores de precipitação diária, circulação atmosférica, TSM e pressão. O mais importante é o El Niño-Oscilação Sul (ENOS), cujos impactos na região tropical são produzidos por teleconexões trópicostrópicos, enquanto variações na precipitação nos extratrópicos, principalmente durante a primavera, devem-se à propagação trópicos-extratrópicos de ondas de Rossby. Em ambas as estações ocorrem variações no fluxo de umidade provocadas por ENOS na região. Porém, os efeitos do ENOS podem sofrer interferências que alteram seus impactos, resultado de conexões com os Oceanos Pacífico e o Atlântico. Dentre essas conexões, a mais importante é com a Oscilação Interdecadal do Pacífico (OIP), ocorre em ambas às estações na fase positiva, fortalecendo as anomalias sobre o centro-leste da AS. Além disso, intensificam-se os impactos na primavera no Sul e Norte do Brasil quando ENOS: 1) ocorre em fase com o modo de variabilidade de TSM no Atlântico Sul; ou 2) ocorre em fase com à Oscilação Multidecadal do Atlântico (OMA) e fase oposta à Oscilação Decadal do Pacífico (ODP), devido a relação desses modos. Já no verão, os impactos de ENOS são bastante intensos e a combinação com os demais modos, quando em regiões diferentes, tendem a seguir o padrão do impacto de ENOS. Além disso, evidências indicam que o modo que exibe menos interferência de outros modos sobre seus impactos na AS é o modo de variabilidade do Atlântico Tropical Sul, enquanto o modo do Atlântico Tropical Norte possui atuação semelhante à da OMA, porém embora ocorra com maior frequência a atuação é mais fraca. Palavras-chave: América do Sul; precipitação; modos de variabilidade. Abstract: Diagnosing the impacts of climate variability modes helps detailing climate forecasting and thereby provides better tools for water resources management and planning in many economic sectors, including agriculture, energy production and civil defense. There are variability modes with different time scales which, according to previous work, cause variations in precipitation over South America (SA). This study aims to focus on the modes of major influence on the continent and their impacts on rainfall characteristics, emphasizing interannual and interdecadal variability of Sea Surface Temperature (SST) during spring and summer. Such modes are characterized using principal component analysis (PCA) or other proposed indices. Impact diagnosis is performed through comparative methods for analyzing each mode and its combined effects with other modes on different indicators of daily rainfall, atmospheric circulation, SST, and pressure. The most important mode is El Niño-Southern Oscillation (ENSO), whose impacts in the tropical region are produced by tropics-tropics teleconnections, while extratropical variations in precipitation, mainly during spring, are due to the tropics-extratropics Rossby waves propagation. In both seasons also occur modifications in the moisture flux produced by ENSO in this region. However, the ENSO effects may undergo interferences that alter their impacts, resultanting from connections with the Pacific and Atlantic Oceans. Among these connections, the most important is with the Interdecadal Pacific Oscillation (IPO) and occur in both seasons in the positive phase, strengthening anomalies over center-east SA. In addition, the impacts during spring are intensified in South and North Brazil when ENSO: 1) occurs in phase with the SST variability mode of South Atlantic; or 2) occurs in phase with Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO), and opposite phase to Pacific Decadal Oscillation (PDO), due to the relation between these modes. During summer, ENSO impacts are severe and the combination with other modes, when in different regions, tends to follow the ENSO impact pattern. Besides, evidence indicates that the mode that exhibits less interference of other modes on its impacts over SA is the Tropical South Atlantic mode, whereas the Tropical North Atlantic mode has similar impacts as the AMO, although it happens more often its effects are weaker. Key words: South America; precipitation; variability modes

Orientadora: Profa. Dra. Alice Marlene Grimm Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciência e Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 03/06/2020 Inclui referências: p. 119-127 Resumo: As chuvas de monção, que na África Austral (SAF) geralmente ocorrem durante o verão austral (dezembro-fevereiro, DJF) variam em diferentes escalas de tempo. Neste estudo, a ênfase foi dada à sua variabilidade intrassazonal (ISV), que é de grande importância para a produção agrícola, gerenciamento de recursos hídricos e previsão subssazonal. O estudo foi dividido em duas partes: observacional e avaliação de modelos, cujos resultados foram baseados em dados diários de precipitação observada (1979-2005) e previsões retrospectivas semanais de modelos do subseasonal to seasonal (S2S) prediction Project (1999-2010), respectivamente. Na primeira parte, modos rotacionados de ISV foram determinados sobre leste da SAF. Verificou-se que um destes modos exibe forte distribuição espacial na região com precipitação mais intensa de monção sobre o interior do subcontinente, além deste estar associado a variações na circulação de monção. Suas oscilações mais significativas em diferentes bandas de frequência da ISV exibiram períodos em torno de 12, 22-24 e 50 dias, também encontradas anteriormente na ISV de chuvas de monção sobre América do Sul (SA). A oscilação de 12 dias pareceu estar associada à oscilação quase-bissemanal, originada das ondas de Rossby no cinturão extratropical de ventos de oeste e se propagando para a SAF. As anomalias compostas para as defasagens positivas e negativas associadas às fases positiva e negativa do modo em alusão na faixa de 20 e 90 dias confirmaram um modo de 24 dias e a influência da oscilação de Madden-Julian (OMJ). Além disso, indicaram a influência de anomalias convectivas sobre a SA através da propagação de ondas atmosféricas deste continente (SA) para a SAF. Um índice de precipitação de monção (MPI), bem como alguns índices de circulação de monção, calculados como anomalias diárias padronizadas sobre uma determinada área, foram propostos para ajudar a caracterizar, monitorar e prever a ISV de monção (períodos ativo e inativos). Ambos índices de precipitação e circulação de monção se mostraram refletir adequadamente a variabilidade da precipitação na região núcleo de monção sobre o subcontinente (20°S-13,75°S; 32°E-38°E), onde sua previsão apresenta grande utilidade. Na segunda parte, usando o MPI e um dos índices de circulação de monção sugeridos, foi avaliada a habilidade preditiva de todos os 11 modelos do projetos S2S em simular períodos ativos e inativos de monção sobre a SAF. Embora os modelos prevejam as anomalias locais de vento zonal em larga escala para antecedências superiores a 3 semanas, a habilidade preditiva de anomalias de precipitação de monção parece se limitar à uma única semana. A classificação dos modelos mostrou ECMWF, JMA, UKMO, CNRM, KMA e NCEP como sendo os melhores modelos pra prever a monção da SAF. Os períodos ativos observados de monção foram verificados estarem associados a um trem de ondas se propagando para a SAF, que parece ser produzido por convecção anômala sobre a SA e o Oceano Atlântico. Todos os modelos selecionados mostraram uma tendência em reproduzir as anomalias convectivas associadas aos períodos ativos observados de monção, embora nem todos estes modelos reproduzem as anomalias de circulação associadas a esses períodos ativos observados de monção. Isto parece estar provavelmente associado a erros relacionados a deficiências dos modelos em representar as teleconexões. Palavras-chave: Chuvas de monção na África Austral, Variabilidade Intrassazonal, Oscilação de Madden-Julian (MJO), modelos do projeto S2S, Teleconexão entre América do Sul e África Austral Abstract: Southern African monsoon rainfall that usually occurs during December-January-February (DJF) season varies over a range of timescales. Here the emphasis was placed on its intraseasonal variability (ISV), which is of great importance for agricultural production, water resources management, and subseasonal prediction. The study was divided into two parts: diagnosing analysis and modeling assessment, whose results were based on daily rainfall gauge data (1979- 2005) and weekly subseasonal to seasonal (S2S) prediction project models reforecast data (1999-2010), respectively. In first part, rotated modes of ISV were determined over eastern southern Africa (SAF). One of the leading modes was found to exhibit strongest factor loadings over the region with most intense monsoon precipitation over land and be associated with variations in the monsoon circulation. Its most significant oscillations in different ISV frequency bands were found to exhibit periods around 12, 22-24 and 50 days, also found previously in ISV of monsoon rainfall over South America (SA). The 12-day oscillation appeared to be associated with the quasi-biweekly oscillation originated from Rossby waves in the extratropical westerly belt propagating into SAF. The lead-lag composite anomalies keyed to positive and negative phases of the mode in the 20-90 day band confirmed a 24 day mode and the influence of the Madden Julian Oscillation (MJO). Besides, they indicated the influence of convective anomalies over SA through propagation of atmospheric waves from this continent (SA) to SAF. A monsoon precipitation index (MPI) as well as some monsoon circulation indices, computed as area averaged daily standardized anomalies, were proposed to help characterizing, monitoring and predicting monsoon ISV (active and break periods). Both MPI and monsoon circulation indices were found to reflect adequately the variability of the precipitation in the SAF core monsoon region over land (20°S-13.75°S; 32°E-38°E) where its prediction is more useful. In second part, using the MPI and one of the suggested monsoon circulation indices, the predictive skill of all 11 S2S project models in simulating monsoon active and break periods over SAF were assessed. Although the models appeared to predict the local large-scale zonal wind anomalies for lead times beyond 3 weeks, predictive skill of monsoon precipitation anomalies was found to be limited to a week. The model's rank showed ECMWF, JMA, UKMO, CNRM, KMA and NCEP as the top scoring ones for predicting monsoon in SAF. The observed monsoon active periods were found to be associated with an eastward propagating wave train that seems to be produced by convection over South America and the Atlantic Ocean. All selected models showed a tendency to reproduce the convective anomalies associated with observed monsoon active periods, although not all reproduce their associated circulation anomalies. This was found to be likely associated with errors related with model deficiencies in representing teleconnections. Key-words: Southern Africa Monsoon Rainfall, Intraseasonal Variability, MJO, S2S project Models, Teleconnections between South America and southern Africa.

Orientadora: Profa. Dra. Alice Marlene Grimm Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 04/04/2018 Inclui referências: p.158-162 Resumo: São identificadas oscilações devidas a modos de variabilidade climática em séries temporais hidrológicas, sua possível origem e sua contribuição a eventos extremos. A identificação das oscilações nas séries temporais é feita por meio de um método de decomposição em modos empíricos. A versão usada do método é a Improved Complete Ensemble Empirical Decomposition Modes with Adaptive Noise (ICEEMDAN). Investiga-se a relação de tais modos empíricos com modos de variabilidade climática obtidos por Análise de Componentes Principais de temperatura da superfície do mar global ou caracterizados por índices climáticos dados na literatura. Os modos empíricos de vazões e precipitações e dos índices e modos de variabilidade climática são comparados e possíveis variações climáticas causadoras das oscilações nas séries hidrológicas são verificadas. Bacias hidrográficas selecionadas, constituintes da Bacia do Rio Paraná são analisadas, como exemplos da identificação do papel da variabilidade climática no comportamento de séries temporais hidrológicas, da origem desta variabilidade e da sua contribuição a eventos extremos. O modo El Niño/La Niña é o maior responsável por variações na precipitação e na vazão de todas as bacias, não apenas nas escalas interanuais, mas também decadais e nas interdecadais de menor período. Outras oscilações, como a Oscilação do Atlântico Norte, a Oscilação Interdecadal do Pacífico e a Oscilação Multidecadal do Atlântico também exibem influência significativa. Demonstra-se que os eventos extremos de cheias mais críticos possuíam contribuições positivas da maior parte dos modos, e, em algumas ocasiões, de todos. Nota-se que cenários hidrológicos de secas são essencialmente formados pela persistência de contribuições negativas de modos com variabilidade mais longa. Palavras-chaves: Variações climáticas. Séries temporais hidrológicas. Eventos extremos. Abstract: Oscillations associated with climate variability modes in hydrological time series are identified, as well as their possible source and their contribution to extreme events. Oscillations in time series are identified through a method of empirical modes decomposition. The Improved Complete Ensemble Empirical Decomposition Modes with Adaptive Noise (ICEEMDAN) is the used version. The relationship between these empirical modes and climate variability modes obtained from Principal Component Analysis of global sea surface temperature or characterized by climate indexes from literature is explored. Empirical modes of precipitation and river flows and of the climate variability modes are compared and possible climate oscillations causing these oscillations in the hydrological series are verified. Selected drainage basins within the Parana River Basin are analyzed, as examples of the identification of the climate variability role on the behavior of hydrological time series, of its source and its contribution to extreme events. The El Niño/La Niña climatic mode is the major responsible for variations in the precipitation and river flows in all the analyzed basins, not only in the interannual time scales, but also in the decadal scales and shorter period interdecadal time scales. Other climatic oscillations, such as the North Atlantic Oscillation, the Interdecadal Pacific Oscillation, and the Atlantic Multidecadal Oscillation also display significant influence. It is shown that the most critical extreme floods had positive contributions from most of the empirical modes associated with climate variability, and, in some occasions, from all of them. It is noticed that hydrological scenarios of drought are essentially formed by the persistent negative contributions of longer variability modes. Key-words: Climate variations. Hydrological time series. Extreme events.

Orientador : Prof.º Dr. Eloy Kaviski Coorientadora : Prof.ª Drª. Alice M. Grimm Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 07/12/2016 Inclui referências : p. 184-193 Resumo: Nos estudos hidrológicos, as séries temporais são consideradas como estacionárias, mas a variabilidade climática, as mudanças do uso e ocupação do solo e as alterações antropogênicas têm demonstrado que esta premissa pode não ser totalmente válida. A magnitude das mudanças antrópicas é pequena comparada com a magnitude da variabilidade climática natural em quase todo o globo projetadas pelos modelos na precipitação média em escala regional. Diversos estudos descrevem que o clima na América do Sul possui influências de variabilidades interanual, decadais e interdecadais. Considerando estes aspectos, a hipótese a ser testada nesta pesquisa pode ser apresentada como sendo que a variabilidade climática se constitui como premissa necessária para a análise e caracterização das vazões mínimas e da severidade das secas extremas. O método proposto nesta pesquisa corresponde ao uso de um modelo acoplado, no qual os dados de precipitação, temperatura e outras características pluviométricas são decompostas por meio do método do conjunto completo do modo de decomposição empírica com ruído adaptativo (CEEMDAN). Os sinais decompostos são relacionados com índices climáticos que representam variabilidades interanuais, decadais e interdecadais. Estes resultados são as entradas para uma rede neural artificial multicamadas (RNA) de transformação chuva-vazão em escala mensal. A calibração teve como função objetivo o ajuste das vazões mínimas, mas o modelo selecionado obteve os melhores resultados em 13 dos 18 índices de eficiência. Após a calibração, os sinais decompostos foram defasados criando alguns cenários onde foram avaliadas as sobreposições da falta ou excesso de chuva nas frequências interanual, decadal e interdecadal. Foi possível identificar que os eventos mais severos estão fortemente relacionados com as variabilidades climáticas. Os resultados dos cenários para avaliação de eventos secos mais severos demonstraram que o comportamento médio se mantem, mas que os eventos extremos são mais fortes e recorrentes. Palavras-chaves: CEEMDAN, RNA, variabilidade climática, modelo chuvavazão, vazões mínimas, seca. Abstract: In hydrological studies, time series are considered to be stationary, but climate variability, changes in land use and occupation, and anthropogenic changes have shown that this premise may not be entirely valid. The magnitude of the anthropogenic changes is small compared to the magnitude of the natural climatic variability in almost all the globe projected by the models in the average precipitation in regional scale. Several studies have described that the climate in South America has influences of interannual, decadal and interdecadal variability. Considering these aspects, the hypothesis to be tested in this research can be presented as being that climatic variability is a necessary premise for the analysis and characterization of the minimum flows and the severity of the extreme droughts. The method proposed in this research corresponds to the use of a coupled model, where the data of precipitation, temperature and other pluviometric characteristics are decomposed by the method of complete ensembles of empirical mode decomposition with adaptive noise (CEEMDAN). The decomposed signals are related to climatic indices representing interannual, decadal and interdecadal variabilities. These results are the inputs to a multi-layer artificial neural network (ANN) of rainfall-flow transformation on a monthly scale. The objective of the calibration was to adjust the minimum flow rates, but the selected model obtained the best results in 13 of the 18 efficiency indices. After calibration, the decomposed signals were delayed creating some scenarios where the overlaps of the lack or excess of rain were evaluated in the interannual, decadal and interdecadal frequencies. It was possible to identify that the most severe events are strongly related to climatic variabilities. The results of the scenarios for evaluating more severe dry events have shown that the average behavior is maintained, but that the extreme events are stronger and recurrent. Key words: CEEMDAN, ANN, climate variability, rainfall-runoff model, minimum flows.

Orientador : Profª. Drª. Alice Marlene Grimm Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 13/09/2016 Inclui referências : f.92-96 Resumo: A estação chuvosa na América do Sul (AS) está associada com monções de verão e o mesmo ocorre no sudeste da África (SEA), em particular Moçambique. Em ambas as regiões as chuvas do verão são extremamente importantes para a agricultura e disponibilidade de recursos hídricos. Esta dissertação tem o objetivo de estudar as variações climáticas no SEA durante o verão e suas possíveis teleconexões com a AS. Este assunto é abordado em escala intrassazonal e interanual. Séries de dados de precipitação de 7.841 estações de Moçambique (1964-2005), África do Sul (1974-1999) e cerca de 10.000 estações da AS são utilizadas. Séries mensais de vazão referentes a 23 estações de alguns rios de Moçambique (1964-2005) também são utilizadas. A principal fonte de variabilidade intrassazonal é a Oscilação de Madden-Julian (OMJ). Estudos preliminares que avaliam o seu impacto sobre a África através de anomalias de Radiação de Onda Longa Emergente (ROLE) mostram anomalias convectivas significativas relacionadas com OMJ, principalmente entre 10°S e 20°S. Elas são mais fortes no SEA. As anomalias de precipitação são submetidas a um filtro de Lanczos, que retém oscilações intrassazonais com períodos na banda de 20-90 dias e composições foram feitas para cada fase da OMJ. As anomalias positivas mais fortes e extensivas no SEA são encontradas nas fases 8 e 1, enquanto as negativas são mais fortes na fase 5. Anomalias de convecção relacionadas com as fases 1 e 8 da OMJ sobre o Oceano Índico tropical contribuem para o aumento da precipitação sobre a parte sul do continente, ao passo que as da fase 5 da OMJ favorecem a seca. De igual modo, são importantes as anomalias de circulação produzidas pela convecção associada com a OMJ na AS, que constituem trens de ondas de Rossby conectando a AS e o SEA. Estas anomalias favorecem movimento ascendente ou subsidência no SEA e fluxo de umidade do Oceano Atlântico para o sul da África (ou vice-versa), favorecendo aumento ou diminuição da precipitação observada no SEA. Anomalias de precipitação de verão da AS e SEA foram correlacionadas com defasagens entre 0 e 6 dias, revelando significativas correlações entre a precipitação do verão no SEA e na AS 4-5 dias antes, o que sugere teleconexões intrassazonais entre AS e SEA durante o verão, como pode ocorrer nas fases citadas da OMJ. Quanto à variabilidade interanual, empregou-se o método de análise de componentes principais para estudar a variabilidade da precipitação e sua relação com a vazão. A precipitação exibe variabilidade significativa associada com o fenômeno El Niño Oscilação Sul (ENOS). Além de ENOS, há influência de várias oscilações climáticas sobre a variabilidade da chuva em Moçambique, como o Modo Anular Sul, o Dipolo Subtropical do Índico, a Oscilação Multidecadal do Atlântico, a Oscilação Interdecadal do Pacífico. Contudo, ENOS é a maior forçante. A influência do ENOS pode contribuir para o aumento das vazões em algumas bacias hidrográficas de Moçambique, mas também pode favorecer a ocorrência de estiagens. Há boa concordância entre modos de variabilidade da precipitação e da vazão. Palavras-Chave - Precipitação; Variabilidade intrassazonal; OMJ; Teleconexões; Variabilidade interanual; Vazões. Abstract: The rainy season in South America (SA) is associated with the summer monsoon and the same occurs in southeastern Africa (SEA), particularly in Mozambique. In both regions summer rainfall is extremely important for agriculture and water resources availability. The objective of this dissertation is to study climate variations in SEA during summer and their possible teleconnections with SA. This subject is addressed on intraseasonal and interannual time scales. Rainfall data from 7,841 stations in Mozambique (1964-2005), South Africa (1974-1999) and about 10,000 South American stations are used. Monthly streamflow time series from 23 stations of some rivers of Mozambique (1964-2005) are also used. The main source of intraseasonal variability is the Madden-Julian Oscillation (MJO). Preliminary studies assessing its impact on Africa through outgoing long-wave radiation (OLR) show significant convective anomalies related to the MJO mainly between 10°S and 20°S. They are stronger in SEA. Precipitation anomalies are subjected to a Lanczos filter, which retains intraseasonal oscillations with periods in the range of 20-90 days, and compositions were made at each stage of the MJO. The strongest and most extensive positive anomalies in SEA are found in phases 8 and 1, while the negative ones are strongest in phase 5 of the MJO. Convective anomalies associated with phases 8 and 1 over the tropical Indian Ocean contribute to increased precipitation over the southern part of the continent, while MJO phase 5 favor droughts. Equally important are the circulation anomalies produced by convection associated with MJO in SA, which constitute Rossby wavetrains connecting SA and SEA. These anomalies favor convection or subsidence over SEA and moisture flow from the Atlantic Ocean to southern Africa (or vice versa), favoring increase or reduction of the precipitation observed in SEA. Summer precipitation anomalies of SA and SEA were correlated with lags between 0 and 6 days, disclosing significant correlations between summer precipitation in SEA and SA 4-5 days before, suggesting teleconnection between SA and SEA during the summer, on intraseasonal time scales, as can happen in the mentioned MJO phases. Regarding interannual variability, principal component analysis is used to study the variability of rainfall and its relation with streamflow. Rainfall exhibits significant variability associated with the El Niño Southern Oscillation (ENSO). Besides ENSO, there is connection between rainfall variability in Mozambique and various modes of climate variability, atmospheric and oceanic, such as the Southern Annular Mode, the Indian Ocean Subtropical Dipole, the Atlantic Multidecadal Oscillation, the Pacific Interdecadal Oscillation. Notwithstanding, ENSO is the most important forcing. The influence of ENSO can contribute to the increase of streamflow in some rivers basins in Mozambique, but may also favor the occurrence of droughts. There is good agreement between precipitation and streamflow modes of variability. Key-words - Precipitation; Intraseasonal variability; MJO; Teleconnection; Interannual variability; Streamflow.

Orientadora: Alice M.Grimm Dissertaçăo (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçăo em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 2008 Inclui bibliografia

Orientadora : Profª Drª Alice Marlene Grimm Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 2008 Inclui bibliografia Área de concentração : Engenharia de Recursos Hídricos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico The Amazon is considered by many one of the most important areas of the planet, including extensive areas of tropical forest. However, the forest has been dramatically modified by the deforestation changes in the CO2 concentration night also affect the forest structure. This work aims at better understand the biosphere-atmosphere interaction in the Amazonian, including both the biogeophysical and the biogeochemical effects of this interaction. For this purpose, an atmosphere general circulation model (CCM3), coupled to the surface model (IBIS), was used. Seven simulations were run: control simulation (F), partial deforestation (D), radiative effects of CO2 (FR), radiative and ecological effects of CO2 (FRE), radiative and ecological effects of CO2 considering the feedback biogeochemical of the vegetation in the carbon cycle (FREB), partial deforestation with the radiative and ecological effects of CO2 (DRE), and partial deforestation with the radiative and ecological effects of CO2 considering the biogeochemical feedback of the vegetation in the carbon cycle (DREB). In these simulations, the effect of the deforestation modify the exchange of energy and water, with more significant changes in the dry season, showing an increase in the albedo in the deforested area, causing a decrease in the evapotranspiration and in the precipitation. The radiative effect of the increase in the CO2 concentration increased the availability of energy at the surface, increasing the sensible heat flux, temperature, and affecting the precipitation, but does not cause changes in the annual mean evapotranspiration. The increase of CO2 concentration alter the structure of the Amazonian forest, increasing LAI and the biomass of the Amazonian basin by 0.61 kg C.m-2, causing a decrease in the precipitation, evapotranspiration and in the latent and sensible heat fluxes. The biogeochemical effect of the vegetation growth, under conditions of total forest and partial deforestation, is noticed in a decrease in the atmospheric CO2 concentration, small changes in climate, showing a decrease in the radiation balance and temperature. A Amazônia é considerada por muitos uma das mais importantes regiões do planeta, abrangendo extensas áreas de floresta tropical. Entretanto, essa floresta vem sendo modificada dramaticamente, pelo desmatamento e pelas modificações na concentração de CO2 que também podem alterar a estrutura da floresta. Este trabalho visa entender melhor a interação biosfera-atmosfera na Amazônia, incluindo tanto os efeitos biogeofísicos quanto os biogeoquímicos desta interação. Para esta finalidade, utilizou-se um modelo de circulação geral da atmosfera CCM3 acoplado ao modelo de superfície IBIS. Foram realizadas sete simulações, isto é, simulação de controle (F), desmatamento parcial (D), efeitos radiativos do CO2 (FR), efeitos radiativos e ecológicos do CO2 (FRE), efeitos radiativos e ecológicos do CO2 considerando a retroalimentação biogeoquímica da vegetação no ciclo do carbono (FREB), desmatamento parcial com os efeitos radiativos e ecológicos do CO2 (DRE), e desmatamento parcial com os efeitos radiativos e ecológicos do CO2 considerando a retroalimentação biogeoquímica da vegetação no ciclo do carbono (DREB). Nessas simulações, o efeito do desmatamento modificou o balanço de energia e de água, com mudanças mais significativas na estação seca, mostrando um acréscimo do albedo na área parcialmente desmatada, levando a uma diminuição na evapotranspiração e na precipitação. O efeito radiativo do aumento na concentração do CO2 disponibilizou mais energia na superfície aumentando o fluxo de calor sensível, a temperatura, e afetando a precipitação, mas não ocasionou mudanças na média anual da evapotranspiração. Já o efeito ecológico do aumento da concentração do CO2 alterou a estrutura da floresta Amazônia, aumentando o IAF e a biomassa da bacia Amazônica em 0,61 kg C.m-2. Houve reduções nas taxas de precipitação, evapotranspiração e nos fluxos de calor latente e sensível. Ao ser considerado o efeito biogeoquímico do crescimento da vegetação, sob condições de floresta total e desmatamento parcial, percebe-se reduções na concentração atmosférica de CO2, pequenas mudanças no clima, mostrando uma diminuição do saldo de radiação, e na temperatura, causando um aumento na precipitação sob condições de floresta e reduzindo com o desmatamento sobre a bacia Amazônica.