previsão de cheias em curto e médio prazo: bacia do taquari

Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Título da Pesquisa
PREVISÃO DE CHEIAS EM CURTO E MÉDIO PRAZO:
BACIA DO TAQUARI-ANTAS/RS
Vinícius Alencar Siqueira
Orientador: Dr. Walter Collischonn
Banca examinadora:
Dr. Juan Martin Bravo – IPH / UFRGS
Dr. Carlos Ruberto Fragoso Jr. – CTEC / UFAL
Drª Sin Chan Chou – CPTEC / INPE
Projeto: “Desenvolvimento e Apoio à Implantação de uma Estratégia
Integrada de Prevenção de Riscos Associados a Regimes Hidrológicos na
Bacia do Taquari-Antas/RS”
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Contextualização do tema
Desastres de característica hidrológica:
• Início da década passada: ações baseadas na resposta contra o evento
Junho/2010
Novembro/2008
Janeiro/2011
Mudanças no arranjo
institucional (CEMADEN,
CENAD);
Lei 12.608/12 - Política
Nacional de Proteção e
Defesa Civil
Foco na prevenção e
preparação contra eventos
• Consequência direta: crescente implementação de sistemas de alerta!
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Sistemas de Alerta Contra Cheias
 Centro de monitoramento (inform. telemetria)
 Defesa Civil (comunicação à população e resposta)
Nível de inundação
Nível de alerta
Nível de atenção
Previsão
hidrológica
Antecedência ao evento
SAC Rio Negro/Solimões/Amazonas 75 dias
SAC Rio Doce
24 horas
SAC Rio Caí
10 horas
SAC Itajaí
8 horas
Características da bacia!
Fonte:
SACE-CAÍ (CPRM)
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Previsões quantitativas de precipitação (QPF)
Métodos Estocásticos, Modelos Numéricos, Radar
Modelo de Circulação Geral Atmosférico (MCGA)
• Equações resolvidas sobre pontos da grade;
• Ampliação da resolução espacial -> Modelos Regionais
• Variáveis prognósticas: umidade, temperatura, pressão,
velocidade do vento...
Porém... Precipitação não é uma variável prognóstica!
Escala de “Sub-Grade”: Esquemas de parametrização
 Formação de nuvens (microfísica) e precipitação estratiforme forçantes dinâmicas
 Formação de processos convectivos - forçantes térmicas de
superfície
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Utilização da QPF para previsão hidrológica
QPF + modelo
hidrológico
Introdução
Curto Prazo:
Médio Prazo:
12 - 72 horas
3 - 10 dias
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Utilização da QPF para previsão hidrológica
Entretanto... QPF não é suficientemente confiável para sistemas de alerta!
Erros existem, mas a incerteza não é considerada na previsão!
Problema
QPF + modelo
hidrológico
Alternativa
• Rede de observação
meteorológica é limitada;
• Uso de Ensemble Prediction
Systems (EPS) - probabilístico
• Previsão depende fortemente do
Curto Prazo:
estado inicial da atmosfera
• Técnica utilizada desde 1992 em
Médio Prazo:
centros de grande destaque como
NCEP3 e- ECMWF;
10 dias
12 - 72 horas
• Dificuldade na representação dos
processos atmosféricos;
Introdução
Objetivos
• Única forma aceitável de realizar
previsões em médio prazo
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Previsões meteorológicas por conjunto (EPS)
Perturbações na condição inicial
Previsão probabilística (EPS)
Cenário mais
provável
Fonte: Adaptado de Silva (2006)
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Previsões meteorológicas por conjunto (EPS)
Previsão probabilística (EPS)
Perturbação na física do modelo
Mesma condição inicial, porém:
Diferentes parametrizações
Fonte: Adaptado de Silva (2006)
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Previsões meteorológicas por conjunto (EPS)
Métodos simples para geração de conjuntos
LAF – Lagged Averaged Forecast Ensemble
Previsão atual (t)
Previsão atual (t)
12 h
Previsão defasada (t-12)
Previsão anterior (t-12)
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Previsões hidrológicas por conjunto
HEPS – Hydrological Ensemble Prediction System
Medida de incerteza: Intervalo de confiança; probabilidade da excedência
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Estado da Arte dos HEPS
Exemplos de Sistemas Operacionais com Previsão por Conjunto:
Grande
Escala
Escala
Regional
• EFAS (Europa)
GloFAS (Global)
• PROOFS (Itália)
FHEPS (França)
BfG (Alemanha) Swiss FEWS (Suíça)
WSFS (Finlândia) SFFS (Escócia)
CFAB (Bangladesh)
HEFS (EUA)
JFFS (Reino Unido),
SMHI (Suécia),
BoM (Austrália),
• No Brasil, estudos são incipientes (Calvetti, 2011; Meller, 2012; Fan et al, 2014)
Qualidade das previsões hidrológicas
a partir de EPS operacionais?
• Região Sul do Brasil
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Objetivos da Pesquisa
Objetivo Específicos
Geral:
Objetivos
(em síntese):
– Seria possível
identificação
antecipada
de cheias
recentes
Avaliar o1 desempenho
de auma
metodologia
de previsão
de cheias
por
baciae através
da previsão
por
conjunto?
Incerteza
conjuntonesta
em curto
médio prazo
para uma
bacia
do Sul do
Brasil. das
previsões seria adequada ao timing e magnitude?
2 – Qual o desempenho esperado das previsões por
conjunto, com e sem ocorrência de cheias? Algum ganho
sobre previsões determinísticas?
3 – É possível obter algum benefício a partir da incorporação
de previsões hidrológicas por conjunto de tempos anteriores,
na previsão mais atual?
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Estudo de Caso – Bacia do Taquari-Antas/RS
• Área total: 26.415 km²
• Área até Encantado: 19.000 km²;
• Grandes variações de vazão durante as cheias;
• Tempo de ascensão do hidrograma de cheia relativamente curto;
• Cheias já aconteceram em qualquer mês e mais de uma vez por ano;
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Modelo Hidrológico MGB-IPH
Aquisição e preparação do Modelo Hidrológico
Adequação de dados
Hidrológicos para
Intervalo horário
MGB-IPH
Calibração e
Verificação
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Verificação da necessidade de assimilação de dados
Atualização nas variáveis de estado MGB-IPH (Collischonn et al, 2005; Paz et al, 2007)
• Ajuste das condições iniciais do modelo:
Correção nas vazões da
rede de drenagem
Proximidade em relação a um
posto com dados observados
Introdução
Objetivos
Correção nos volumes dos
reservatórios conceituais
% de contribuição do reservatório
para a geração de escoamento
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Dados de precipitação prevista
ETA / CPTEC (Determinístico) – v. SISMADEN
 Médio Prazo (7 dias)
 Resolução Horizontal: 15 km
 Escala Regional
 Resolução temporal: 3 horas
Domínio do modelo
Condições iniciais:
NCEP, às 00 UTC e 12 UTC;
Condições de Contorno:
MCGA CPTEC
Parametrização p/ Precipitação:
Ferrier (microfísica)
Betts-Miller-Janjic (convecção)
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Dados de precipitação prevista
EPS ETA / CPTEC
 Curto Prazo (72 horas)
 Resolução horizontal: 5 km
 Escala Regional
 Resolução temporal: 1 hora
Parametrização
Convecção
Betts-Miller-Janjic
Parametrização
Microfísica
(B)
Ferrier (F)
Kain-Fritsch
Kain-Fritsch +
Fluxo de
Momentum
Introdução
(K)
Zhao
(Kfm)
Objetivos
(Z)
Condição Inicial
e de Contorno
ETA 40 km
+ Ferrier
(F)
ETA 40 km
+ Zhao
(Z)
NCEP
GFS
Metodologia
Membros = 5
BFF
BFG
BZZ
KFG
(G)
Resultados
KfmFG
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Dados de precipitação prevista
EPS ECMWF (European Center of Medium Range Weather Forecasts)
 Médio Prazo (10 dias)
 Resolução horizontal: 50 km
 Escala Global
 Resolução temporal: 6 horas
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Geração das previsões hidrológicas
Curto Prazo
Médio Prazo
EPS Regional ETA / CPTEC
5 km (5 membros)
72 horas
EPS Global ECMWF
50 km (50 membros)
10 dias
Modelo Regional ETA / CPTEC
Determinístico (15 km)
7 dias
Modelo
MGB-IPH
HEPS ETA
5 membros (72 horas)
HEPS ECMWF
50 membros (10 dias)
Previsão Hidrol. ETA
Determinístico (7 dias)
+ 5 membros
defasados (t-12 h)
HEPS ETA - LAF
10 membros (72 horas)
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Avaliação dos resultados
Hindcasting I
Avaliação com foco em eventos singulares
Identificação, timing e
magnitude
Diagrama de
excedência
Visualização de
incertezas
Peak-Box
Hindcasting II
Avaliação de desempenho
Utilização de métricas estatísticas
Rodada de referência:
simulação com chuva
observada
Desconsidera incertezas
no MGB-IPH
Comparação com as
previsões hidrológicas
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Avaliação dos resultados
Diagrama de excedência;
Hindcasting I
• Utilizada
no EFAS
Flood Awareness
System)
Avaliação
com(European
foco em eventos
singulares
Diagrama de
excedência
• Percentual de membros acima de um limiar de referência;
Identificação, timing e
magnitude
Visualização de
incertezas
Peak-Box
Hindcasting II
Avaliação de desempenho
Utilização de métricas estatísticas
Rodada de referência:
simulação com chuva
observada
Desconsidera incertezas
no MGB-IPH
Comparação com as
previsões hidrológicas
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Avaliação dos resultados
Análise visual com ‘Peak Box’ (Zappa et al, 2013)
Hindcasting I
• Visualização
de incertezasFlood
no timing
e magnitude
• Utilizada
no EFAS
Awareness
System)de cheia;
Avaliação
com(European
foco em eventos
singulares
Diagrama de excedência;
• Peak-Box
e IQR-Box
(região
interquartil
- cinza escuro)
• Percentual
de (cinza)
membros
acima de
um limiar
de referência;
Identificação, timing e
magnitude
Visualização de
incertezas
Estabilização
Diagrama de
do nível do rio?
excedência
Peak-Box
Hindcasting II
Avaliação de desempenho
Utilização de métricas estatísticas
Rodada de referência:
simulação com chuva
observada
Desconsidera incertezas
no MGB-IPH
Comparação com as
previsões hidrológicas
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Calibração e verificação do MGB-IPH
Propagação com Muskingum-Cunge Linear
não representou bem as cheias
Calibração no método de propagação
para considerar celeridade mais elevada
Hidrogramas em Encantado
Calibração: Jun / 2009 - Dez / 2011
Nome da Estação
NS
Log NS
∆V
Passo Tainhas
0,685
0,797
-15.8%
Passo Barra do Guaiaveira
0,817
0,880
-20.6%
Santa Lúcia
0,834
0,910
-13.9%
Muçum
0,869
0,843
-13.9%
Encantado
0,923
0,890
-9.2%
Verificação: Jan / 2012 - Dez / 2013
Nome da Estação
NS
Log NS
∆V
Passo Tainhas
0,818
0,841
-4,6%
Passo Barra do Guaiaveira
0,817
0,855
-10,0%
Santa Lúcia
0,873
0,752
-6,7%
Muçum
0,700
0,740
-1,5%
Encantado
0,854
0,793
-2,1%
Introdução
Simulação com atenuação e atraso (+/- 20 horas)
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Calibração e verificação do MGB-IPH
Propagação com Muskingum-Cunge Linear
não representou bem as cheias
Calibração no método de propagação
para considerar celeridade mais elevada
Hidrogramas em Encantado
Calibração: Jun / 2009 - Dez / 2011
Nome da Estação
NS
Log NS
∆V
Passo Tainhas
0,685
0,797
-15.8%
Passo Barra do Guaiaveira
0,817
0,880
-20.6%
Santa Lúcia
0,834
0,910
-13.9%
Muçum
0,869
0,843
-13.9%
Encantado
0,923
0,890
-9.2%
Verificação: Jan / 2012 - Dez / 2013
Nome da Estação
NS
Log NS
∆V
Passo Tainhas
0,818
0,841
-4,6%
Passo Barra do Guaiaveira
0,817
0,855
-10,0%
Santa Lúcia
0,873
0,752
-6,7%
Muçum
0,700
0,740
-1,5%
Encantado
0,854
0,793
-2,1%
Introdução
Simulação com atenuação e atraso (+/- 20 horas)
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Calibração e verificação do MGB-IPH
Calibração: Jun / 2009 - Dez / 2011
Nome da Estação
Hidrogramas em Encantado
NS
Log NS
∆V
Passo Tainhas
0,685
0,797
-15.8%
Passo Barra do Guaiaveira
0,817
0,880
-20.6%
Santa Lúcia
0,834
0,910
-13.9%
Muçum
0,869
0,843
-13.9%
Encantado
0,923
0,890
-9.2%
Verificação: Jan / 2012 - Dez / 2013
Nome da Estação
NS
Log NS
∆V
Passo Tainhas
0,818
0,841
-4,6%
Passo Barra do Guaiaveira
0,817
0,855
-10,0%
Santa Lúcia
0,873
0,752
-6,7%
Muçum
0,700
0,740
-1,5%
Encantado
0,854
0,793
-2,1%
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Hindcasting I: Eventos testados
Evento 1:
Evento 2:
• Data de ocorrência: 06/06/2014
• Data de ocorrência: 21/07/2011
• Precipitação (24 h / 7 d): 60 / 110 mm
• Precipitação (24 h / 7 d): 100 / 165 mm
• Vazão de pico: 6.400 m³/s
• Vazão de pico: ~14.000 m³/s
• Ascensão do hidrograma: 24 horas
• Ascensão do hidrograma: 30 horas
• Nível: Aprox. 9 m acima do normal
• Nível: Aprox. 17 m acima do normal
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Verificação da assimilação de dados
 Configurações
c/para
bomadesempenho
Paz etselecionados
al (2007) e Meller (2012)
Benefício
pequeno
previsão nos->
eventos
Assimilação não
utilizada nas previsões
 Configuração
adicionalpor
para
correção
rápida
Assimilação
prejudicada
erros
de fasemais
no modelo
Nash-Sutcliffe
06/06/2014
21/07/2011
Antecedência (h)
12
24
48
72
84
108
132
156 +
C/ assimilação
0.91
0.94
0.93
0.94
0.94
0.94
0.93
0.87
S/ assimilação
0.92
0.90
0.91
0.91
0.91
0.92
0.89
0.87
C/ assimilação
S/ assimilação
0.97
0.98
0.98
0.98
0.98
0.97
0.96
0.96
0.96
0.96
0.97
0.96
0.96
0.95
0.95
0.95
Erro Relativo na vazão de pico
06/06/2014
21/07/2011
Antecedência (h)
12
24
48
72
84
108
132
156 +
C/ assimilação
-14%
-5%
0%
0%
-1%
-2%
-3%
-3%
S/ assimilação
-3%
-3%
-3%
-3%
-3%
-3%
-3%
-3%
C/ assimilação
-9%
-9%
-6%
-7%
-8%
-7%
-7%
-8%
S/ assimilação
-8%
-8%
-8%
-8%
-8%
-8%
-8%
-8%
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
HEPS ECMWF – Cheia de 06/06/2014
Diagrama de excedência p/ limiar de inundação
TR = 5 anos
Inundação
Alerta
Observação
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
HEPS ECMWF – Cheia de 06/06/2014
Diagrama de excedência p/ limiar de inundação
TR = 5 anos
Inundação
Alerta
Observação
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
HEPS ECMWF – Cheia de 06/06/2014
Diagrama de excedência p/ limiar de inundação
TR = 5 anos
Inundação
Alerta
Observação
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
HEPS ETA – Cheia de 06/06/2014
Observado
Simulado
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
HEPS ETA – Cheia de 06/06/2014
Observado
Simulado
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
HEPS ECMWF – Cheia de 21/07/2011
Diagrama de excedência p/ limiar de inundação
TR = 5 anos
Inundação
Alerta
Observação
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
HEPS ECMWF – Cheia de 21/07/2011
TR = 5 anos
Inundação
Alerta
Observação
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
HEPS ECMWF – Cheia de 21/07/2011
Diagrama de excedência p/ limiar de inundação
TR = 5 anos
Inundação
Alerta
Observação
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
HEPS ETA – Cheia de 21/07/2011
Observado
Simulado
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
HEPS ETA – Cheia de 21/07/2011
Observado
Simulado
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Hindcasting II – Período contínuo de previsões
Configurações gerais:
Existência de eventos
• Maior cobertura de dados
• Período avaliado:
19/03/2014 a 19/11/2014
• Aquisição de chuva prevista
(00 e 12 UTC)
Total: 27.440 rodadas
do MGB-IPH
• Abrange o período mais
chuvoso (Junho a Outubro)
Métricas para avaliação:
Viés
Acurácia
Destreza
Discriminação
Espalhamento
Erro Médio
Relativo
Erro Médio
Absoluto
Brier Skill
Score
Curva
ROC
Rank
Histogram
CRPS
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Erro Médio Relativo – Viés
Amostra total: n = 490
20%
EMR - Q > Limiar de Observação (n = 33)
D-ETA15
0%
D-ETA15
Média ETA5
-40%
Média ECMWF50
-40%
-60%
-60%
-80%
-80%
12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168
Antecedência (h)
EMR - Q > Limiar de Inundação (n = 5)
0%
-20%
12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168
Antecedência (h)
 Subestimativa com aumento da antecedência
D-ETA15
Média ETA5
Média ETA5-LAF
Média ECMWF50
EMR
Média ETA5-LAF
EMR
EMR
Média ECMWF50
Média ETA5
-20%
Média ETA5-LAF
-20%
EMR - Q > Limiar de Alerta (n = 8)
0%
-40%
 Média do ECMWF 50 não foi melhor que a
determinística (D-ETA15) no médio prazo
 Média do ETA 5 melhor p/ 24 horas, nos limiares
mais elevados
-60%
-80%
12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168
Antecedência (h)
Introdução
Objetivos
 Previsões defasadas (ETA 5 – LAF) ocasionaram
em redução do desempenho
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Erro Médio Absoluto – Acurácia (Determinístico)
Amostra total: n = 490
EMA - Q > Limiar de Observação (n = 33)
2000
1500
D-ETA15
1000
Média ETA5
3000
2000
D-ETA15
Média ETA5
Média ETA5-LAF
Média ECMWF50
1000
Média ETA5-LAF
500
EMA - Q > Limiar de Alerta (n = 8)
4000
Vazão (m³/s)
Vazão (m³/s)
2500
Média ECMWF50
0
0
12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168
12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168
Antecedência (h)
Antecedência (h)
EMA - Q > Limiar de Inundação (n = 5)
 Acurácia diminui bastante no horizonte de
curto prazo
Vazão (m³/s)
4000
3000
 Média do ETA 5 e ECMWF com melhor
desempenho nas 24 horas
2000
D-ETA15
Média ETA5
1000
Média ETA5-LAF
Média ECMWF50
0
12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168
Antecedência (h)
Introdução
Objetivos
 Previsões defasadas -> redução na acurácia
 Média do ECMWF 50 não foi melhor que a
determinística no médio prazo
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
CRPS Médio – Acurácia (Conjunto)
2500
CRPS - Q > Limiar de Observação (n=33)
CRPS - Q > Limiar de Alerta (n=8)
Vazão (m³/s)
Vazão (m³/s)
4000
2000
1500
D-ETA15
ETA5
ETA5-LAF
ECMWF50
1000
500
D-ETA15
ETA5
ETA5-LAF
ECMWF50
12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168
Antecedência (h)
Vazão (m³/s)
2000
1000
0
4000
3000
0
12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168
Antecedência (h)
 Distribuição do conjunto: aumento da
acurácia nas previsões
CRPS - Q > Limiar de Inundação (n=5)
 Previsões tiveram desempenho igual ou
superior à determinística no curto prazo
3000
D-ETA15
ETA5
ETA5-LAF
ECMWF50
2000
1000
 Porém... ECMWF 50 ainda não teve um
melhor desempenho no médio prazo
0
12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168
Antecedência (h)
Introdução
Objetivos
 Previsões defasadas não ocasionaram na
melhoria do desempenho
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Brier Skill Score – Destreza (habilidade)
Sistema de referência: Previsão determinística (D-ETA15)
0.6
Brier Skill Score - ETA5
0.5
0.5
0.4
0.4
BSS
BSS
0.6
0.3
0.2
0.1
0.1
0.0
0.0
12
24
36
48
Antecedência (h)
60
72
12
24
36
48
Antecedência (h)
60
72
 Maior destreza para os conjuntos em
relação à previsão determinística
Brier Skill Score - ECMWF50
0.4
0.2
BSS
0.3
0.2
0.6
Brier Skill Score - ETA5 -LAF
 Previsões defasadas melhoram a destreza
nas antecedências de 24 a 60 horas (para
maiores limiares)
0.0
-0.2
-0.4
 Não se observa tendências na destreza de
acordo com a antecedência
-0.6
12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168
Antecedência (h)
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Curva ROC (Discriminação)
Observação
Antecedência
24 h
36 h
48 h
60 h
72 h
Alerta
Antecedência
24 h
36 h
48 h
60 h
72 h
Inundação
Antecedência
24 h
36 h
48 h
60 h
72 h
HEPS ETA5
POD
POFD
0.97
0.03
0.94
0.07
0.94
0.09
0.84
0.11
0.90
0.11
HEPS ETA5-LAF
POD
POFD
0.97
0.08
0.97
0.11
0.94
0.14
0.90
0.15
0.90
0.12
D-ETA 15
POD
POFD
0.83
0.02
0.63
0.02
0.52
0.03
0.46
0.03
0.52
0.03
HEPS ETA
POD
POFD
1.00
0.04
0.88
0.06
0.63
0.06
0.50
0.07
0.63
0.06
HEPS ETA-LAF
POD
POFD
1.00
0.06
0.88
0.08
0.75
0.09
0.63
0.09
0.63
0.08
D-ETA 15
POD
POFD
0.57
0.02
0.50
0.02
0.14
0.02
0.00
0.01
0.00
0.01
HEPS ETA
POD
POFD
1.00
0.03
0.80
0.05
0.60
0.06
0.60
0.05
0.60
0.05
HEPS ETA-LAF
POD
POFD
1.00
0.06
0.80
0.07
0.80
0.08
0.80
0.07
0.60
0.06
Introdução
Objetivos
D-ETA 15
POD
POFD
0.25
0.02
0.50
0.01
0.00
0.01
0.00
0.01
0.00
0.00
Metodologia
POD = Probabilidade de Detecção
POFD = Probabilidade de Falsa
Detecção (Falso Alarme)
Considerando o membro
mais elevado
 Baixos POD para previsão
determinística nos maiores
limiares
 Previsão por conjunto com
POD sempre superior, apesar
de POFD mais elevadas
 Previsões defasadas
melhoram a detecção dos
eventos, porém aumentam
POFD
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Curva ROC (Discriminação)
Observação
Antecedência
84 h
120 h
144 h
168 h
192 h
240 h
HEPS ECMWF
POD
POFD
0.77
0.09
0.74
0.08
0.74
0.09
0.68
0.11
0.65
0.13
0.48
0.18
Alerta
Antecedência
84 h
120 h
144 h
168 h
192 h
240 h
Inundação
Antecedência
84 h
120 h
144 h
168 h
192 h
240 h
Introdução
D-ETA 15
POD
POFD
0.50
0.02
0.32
0.03
0.32
0.03
0.28
0.05
-
HEPS ECMWF
POD
POFD
0.25
0.05
0.25
0.04
0.38
0.04
0.13
0.03
0.25
0.04
0.00
0.03
D-ETA 15
POD
POFD
0.14
0.01
0.13
0.01
0.13
0.02
0.00
0.01
-
HEPS ECMWF
POD
POFD
0.20
0.03
0.20
0.03
0.20
0.03
0.00
0.02
0.00
0.03
0.00
0.02
D-ETA 15
POD
POFD
0.14
0.01
0.13
0.01
0.13
0.02
0.00
0.01
-
Objetivos
Metodologia
POD = Probabilidade de Detecção
POFD = Probabilidade de Falsa
Detecção (Falso Alarme)
Considerando o decil
mais elevado do conjunto
(5 maiores membros)
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Rank Histogram (Espalhamento)
100%
Anteced. 24 h - ETA5
Frequência Relativa
Frequência Relativa
100%
80%
60%
40%
20%
Anteced. 24 h - ETA5-LAF
80%
60%
40%
20%
0%
0%
1
2
3
4
5
1
6
2
3
4
Rank
Frequência Relativa
Frequência Relativa
Anteced. 36 h - ETA 5
80%
60%
40%
20%
7
8
9
10 11
1
2
3
4
5
 Observações tendem a se
concentrar acima do 4º Rank
para limiares mais elevados
60%
40%
20%
1
6
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
Rank
Rank
100%
Frequência Relativa
100%
Anteced. 48 h - ETA5
80%
60%
40%
20%
0%
Limiar de observação com
espalhamento razoável
Anteced. 36 h - ETA5-LAF
80%
0%
0%
Frequência Relativa
6
Rank
100%
100%
5
Anteced. 48 h - ETA5-LAF
80%
 Previsões defasadas
aumentam ligeiramente o
espalhamento
60%
40%
20%
0%
1
2
3
4
5
6
Rank
Introdução
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
Rank
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Hindcasting II – Rank Histogram HEPS ETA
100%
Frequência Relativa
Frequência Relativa
100%
Anteced. 60 h - ETA5
80%
60%
40%
20%
Anteced. 60 h - ETA5-LAF
80%
60%
40%
20%
0%
0%
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
Rank
Frequência Relativa
Frequência Relativa
7
8
9
10 11
100%
100%
Anteced. 72 h - ECMWF50
80%
60%
40%
20%
Anteced. 120 h - ECMWF50
80%
60%
40%
20%
0%
0%
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
10
1
2
3
100%
4
5
6
7
8
9
10
Classe
Classe
100%
Anteced. 168 h - ECMWF50
Frequência Relativa
Frequência Relativa
6
Rank
80%
60%
40%
20%
0%
Anteced. 240 h - ECMWF50
Ranks organizados em
decis da previsão
80%
60%
40%
20%
0%
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Classe
Introdução
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Classe
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Considerações Finais
Capacidade dos HEPS na previsão nos eventos recentes
Para a previsão de médio prazo (3 - 10 dias):
 Grande variabilidade quanto ao tempo de ocorrência e magnitude de
cheia, o que dificultaria a estimativa destas características
 Identificação poderia ser antecipada com base na persistência da previsão,
iniciada a partir de 5-6 dias de antecedência;
Para a previsão de curto prazo (até 3 dias):
Timing poderia ser bem previsto (HEPS ETA): pico ocorreu muito próximo ou
dentro da região mais provável do conjunto, com pequena incerteza;
 Magnitude caracterizada por grande incerteza: pico de cheia no evento
crítico não capturado nem por todo o conjunto;
 Persistência de pelo menos 1 membro com vazões próximas ao observado em
todas as antecedências;
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Considerações Finais
Desempenho esperado das previsões por conjunto
 Média dos conjuntos com bom desempenho para 24 horas, porém grande
tendência de subestimativa e diminuição da acurácia já durante o curto prazo;
 Menores erros em relação à previsão determinística considerando toda a
distribuição dos conjuntos, porém com resultado distinto no médio prazo;
 Maiores destrezas e POD para os limiares de referência em relação à
determinística, mantendo POFD em níveis reduzidos;
 Em geral, dispersão (espalhamento) dos membros não foi adequado,
principalmente para os maiores limiares;
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Considerações Finais
Sobre o uso de previsões defasadas nas previsões recentes
 Acarretaram em menores acurácias e maiores subestimativas para a média do
conjunto;
 Ocasionaram no aumento da destreza do sistema e na POD para algumas
antecedências, porém aumentando um pouco a emissão de falsos alarmes;
 Aumentaram ligeiramente o espalhamento do conjunto, embora sem
melhorias quanto à falta de dispersividade;
Previsões defasadas
podem ser úteis
Introdução
Objetivos
Verificar a possibilidade de
utilização de pesos distintos!
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
Considerações Finais
Limitações e recomendações da metodologia utilizada
 Carência de informações em intervalo de tempo horário, o que dificultou a
adequação do modelo;
 Necessidade de avaliação de métodos de propagação que considerem a
variação da celeridade com a vazão;
 Necessidade de avaliação de métodos de assimilação de dados que
considerem separação de erros de fase e amplitude;
 Previsões comparadas à simulação de referência: sugere-se a avaliação com
valores observados (após resolvidos itens acima);
 Pequeno número de amostras para limiares maiores: necessidade de outros
estudos para combinação dos resultados.
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental
E finalmente...
Obrigado pela atenção!
Introdução
Objetivos
Metodologia
Resultados
Conclusão