Hybrid and non-hybrid interpolators applied in the spatial distribution of rains in the coastal mountain region of Rio de Janeiro state

Authors

DOI:

https://doi.org/10.55761/abclima.v31i18.15788

Keywords:

Modelos de Distribuição de Chuva. Interpolação. Krigagem

Abstract

Despite advances in space-time monitoring of rainfalls, this information in regions of complex topography is scarce. Space interpol based on orbital data might surprise such a solution. Therefore, the study evaluated the performance of hybrid and non-hybrid interpolators in estimating rainfalls in Ilha Grande Bay Hydrographic region (RHBIG), located in Serra do Mar (the Sea Mountain, in Portuguese), in the states of Rio de Janeiro and São Paulo. Rainfall data from surface variable seasons and virtual seasons, derived from the CHIRPS product, the years 2004 and 2013, were used for Ordinary Kriging (KO) and Regression Kriging (KR) interpolator models, having as explanatory the Digital Elevation Model (DEM). The results showed a correlation (r = 0.68) between the observed and CHIRPS data, with the underestimated rainfall rate on the coast, average difference (di) of -10%, and overestimated on the plateau (di = 9%), which gives rise to a smoothed spatial distribution. Regarding the rainfall models, the KR, linear and logarithmic, tended to extrapolate the minimum and maximum values, increasing the rainfall rate from the coast to the plateau, with an average of -28% of the coastal stations. While, in the KO models, the volume tends to decrease from the coast to the plateau (di = -1.4), which is corroborated by studies already carried out at RHBIG with observed data. Finally, the models of both interpolators, with the virtual stations corrected for the observed data, show an increase in the rainfall amplitude, which reduces the smoothing of the CHIRPS model. In this way, the KO models derived from a dense and regular network of virtual stations, corrected for observed data, can be an alternative for using CHIRPS data in complex topography locations without a dense network of surface stations, which results in models with higher spatial resolution and rainfall amplitude.

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Author Biographies

Orlindo Gomes de Farias, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Biossistemas, Universidade Federal Fluminense, UFF

Graduado no curso de Bacharelado e Licenciatura em Geografia e mestre do Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Biossistemas pela Universidade Federal Fluminense (UFF) Atuou em projetos de iniciação científica desenvolvido pela mesma instituição de ensino, ao trabalhar na análise espacial e interanual de dados hidrometeorológicos de superfície e de produtos geoespaciais em regiões montanhosas. Prestou serviços de consultoria para instituições públicas, como revisão de dados cadastrais de imóveis e mapeamento e vistorias técnicas de regiões suscetíveis a desastres naturais. Tem experiência na área de Geociências e Ciências Exatas e da Terra, com ênfase em Sistemas de Informação Geográfica (SIG). Desde 2021, exerce a função de analista ambiental no Serviço de Demarcação de Faixa Marginal de Proteção (SEFAM/DILAM/INEA).

Cristiane Nunes Francisco, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Biossistemas, Universidade Federal Fluminense, UFF

Possui graduação em Bacharelado em Geografia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (1991), graduação em Licenciatura em Geografia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (1987), mestrado em Engenharia de Transportes (Geoprocessamento) pela Universidade de São Paulo (1995) e doutorado em Geociências (Geoquímica) pela Universidade Federal Fluminense (2004). Realizou Pós-Doutoramento em Sensoriamento Remoto pelo INPE (2011). Atualmente é professora associada da Universidade Federal Fluminense. Tem experiência em Geociências, com ênfase na aplicação de Sistemas de Informação Geográfica e Sensoriamento Remoto na análise espacial de áreas protegidas e bacias hidrográficas, no mapeamento do uso e cobertura da terra, no planejamento territorial de municípios.

José Francisco Oliveira-Júnior, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Biossistemas, Universidade Federal Fluminense, UFF

Possui graduação em Meteorologia pela Universidade Federal de Alagoas (1998), Mestrado em Meteorologia pela Universidade Federal de Alagoas (2001), Doutorado em Ciências Atmosféricas, em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio de Janeiro - COPPE (2008) e Pós-Doutorado na Engenharia Mecânica - COPPE/UFRJ (2011). Bolsista de Desenvolvimento Tecnológico Industrial nas categorias DTI/7B e 7A (CNPq-MCT) na Comissão Nacional de Energia Nuclear - CNEN, nas áreas de Segurança Radiológica em Instalações Minero-Industriais e em Depósitos de Rejeitos Radioativos, no período de 2005 a 2010. Participação como Pesquisador Associado nas Universidades da UBU (Universidade de Burgos - Espanha) e na PKNU (Purkyong National University - Coréia do Sul). Membro da European Geophysical Society - COSIS.net. Atualmente, Professor Associado II do Instituto de Ciências Atmosféricas (ICAT) da Universidade Federal de Alagoas (UFAL) e líder do Laboratório de Meio Ambiente e Meteorologia Aplicada (LAMMA). Ex-Professor do Instituto de Floresta (IF) - Departamento de Ciências Ambientais (DCA) da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ) no período de 2011-2017. Professor dos Cursos de Pós-Graduação em Engenharia de Biossistemas da Universidade Federal Fluminense (PGEB) - UFF e da Pós-Graduação em Meteorologia (PPGMET) - UFAL. Como orientador e co-orientador já formou (19) Mestres,(2) Doutores e supervisionei (1) Pós-Doutorado. Revisor de periódicos nacionais (12) e internacionais (44). Atualmente, participo do Grupo de Geotecnologia Aplicada em Agricultura e Floresta (GAAF) como pesquisador convidado da Universidade do Estado do Mato Grosso (UNEMAT). Editor Associado da Revista de Ciências Agro-Ambientais (http://periodicos.unemat.br/index.php/rcaa/index) da UNEMAT. Editor-Chefe do Journal of Atmospheric Science Research (http://ojs.bilpublishing.com/index.php/jasr/) entre 2018-2022. Coordenador de Extensão do ICAT/UFAL (2018 - ). Tem experiência em Meteorologia Ambiental, Meteorologia de Montanha, Meteorologia Urbana, Climatologia, Meteorologia de Incêndio e Meteorologia e Saúde. O researchgate é:https://www.researchgate.net/profile/Jose_Oliveira-Junior e o PUBLONS é: https://publons.com/researcher/3186966/jose-francisco-oliveira-junior. Participo do NIDER - Núcleo Interinstitucional e Desenvolvimento de Estudos Regionais (FEAC, ICAT e IFAL - Benedito Bentes) aplicados ao Semiárido Alagoano.

Maurício Soares Silva, Instituto de Geociências (IGEO), Universidade Federal do Rio de Janeiro, UFRJ

Possui graduação em Meteorologia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), mestrado e doutorado em Engenharia Mecânica com ênfase em Mecânica dos Fluidos pelo Programa de Engenharia Mecânica da COPPE/UFRJ. Tem experiência na área de Geociências, com ênfase em Meteorologia e Qualidade do Ar, atuando principalmente nos seguintes temas: Modelagem Atmosférica e Modelagem da qualidade do ar.

Luiz Cláudio Pimentel, Programa de Pós-graduação em Meteorologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, UFRJ

Graduação em Engenharia Química pela UFRJ (1987). Mestrado e doutorado (1993 e 1998) pelo Programa de Engenharia Mecânica da COPPE/UFRJ. Doutorado Sanduiche na University of Miami - Fl - EUA (1995 ? 1996) na área de modelagem teórica e experimental dos fenômenos de transporte em regime turbulento. Professor Titular do Departamento de Meteorologia da UFRJ desde 2017, com atuação nas áreas: Química da Atmosfera, Micrometeorologia, Meteorologia Urbana, Análise Ambiental Integrada, Modelagem Atmosférica e da Qualidade do Ar e Energia Renovável. Docente Permanente do Programa de Pós Graduação em Meteorologia da UFRJ nível CAPES quatro desde 2009 e docente colaborador do Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica, nível CAPES sete, entre 2002 - 2016. Coordenador do Grupo de Pesquisa CNPq intitulado Fenômenos de Transporte da Atmosfera (2000 ? 2006). Coordenador do Núcleo Computacional de Estudos da Qualidade do Ar (NCQAr) e Coordenador do Núcleo do Conhecimento e Extensão em Qualidade Ambiental e Inovações em Rede (NCEQAIR) do Departamento de Meteorologia /IGEO/CCMN/UFRJ. Membro do Grupo de Pesquisa CNPq intitulado Energia e Meio Ambiente (2014 ? 2020). Membro do Grupo de Pesquisa CNPq intitulado Grupo de Mecânica dos Fluidos e Aerodinâmica ( 2014 ? 2018). Membro do Grupo de Pesquisa CNPq intitulado Grupo Interdisciplinar de Sensoriamento Remoto, Meteorologia, Oceanografia e Aplicações ( 2002 ? 2017). Membro do Grupo de Pesquisa CNPq intitulado UNIT - Transformação Integral Unificada (2014 ? 2017). Membro do Grupo Gestor de Desenvolvimento do Departamento de Meteorologia no período de 2003 ? 2008. Coordenador da Área Interdisciplinar de Pós Graduação (COPPE / Meteorologia) intitulada Ciências Atmosféricas Aplicada às Engenharias (2003 ? 2006). Coordenador do Programa de Pós Graduação em Meteorologia no período de 2015 ? 2019. Coordenador de Extensão do Departamento de Meteorologia nos períodos de 2007 ? 2010 e 2015 - 2017. Membro da Comissão de Reforma Curricular do Departamento de Meteorologia (2016 ? 2018) e Membro da Comissão de Elaboração do Plano de Desenvolvimento Institucional do IGEO com ênfase na Pós Graduação e Pesquisa (2016 ? 2018). Coordenador de Projetos de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico nas áreas de Energia, Meio Ambiente e Defesa Civil financiados pelo CNPq, FAPERJ, CNEN, UFRJ e CAPES desde 2000, com foco no subsídio às instituições públicas na formulação de políticas públicas em análise e gestão ambiental, educação, meio ambiente, defesa civil e energia. Coordenador de Programas, Projetos e Cursos de Extensão Universitária financiados pelo CNPq, FAPERJ e UFRJ, com foco na popularização da ciência junto a rede pública de ensino, educação popular através de associações comunitárias e políticas públicas Cooperação, intercâmbio, orientações e projetos com Instituições Nacionais e Internacionais no âmbito do Ensino, Pesquisa, Extensão e Inovações Tecnológicas: Universidade Federal do Rio de Janeiro, Universidade Federal de Alagoas, Universidade Federal Fluminense, Universidade Estadual do Rio de Janeiro, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca e University of Bologna. Parecerista: Boundary Layer Meteorology, Atmospheric Environment,Atmosphere, Journal of South American Earth, Meteorology and Atmospheric Physics, J. of Applied Meteorology and Climatology, Aerospace Science and Technology, J. of Aerospace Technology and Management, International Journal of Plant & Soil Science, Revista Brasileira de Meteorologia, Revista Engenharia Sanitaria e Ambiental; Inverse Problems in Science & Engineering.

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Published

24/09/2022

How to Cite

Gomes de Farias, O., Francisco, C. N. ., Oliveira-Júnior, J. F. ., Silva, M. S., & Pimentel, L. C. (2022). Hybrid and non-hybrid interpolators applied in the spatial distribution of rains in the coastal mountain region of Rio de Janeiro state. Brazilian Journal of Climatology, 31(18), 434–456. https://doi.org/10.55761/abclima.v31i18.15788

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Section

Artigos