Comparing Hydrological Postprocessors Including Ensemble Predictions Into Full Predictive Probability Distribution of Streamflow

AbstractAlthough not matching the formal definition of the predictive probability distribution, meteorological and hydrological ensembles have been frequently interpreted and directly used to assess flood‐forecasting predictive uncertainty. With the objective of correctly assessing the predictive probability of floods, this paper introduces ways of taking into account the measures of uncertainty provided in the form of ensemble forecasts by modifying a number of well‐established uncertainty postprocessors, such as Bayesian Model Averaging and Model Conditional Processor. The uncertainty postprocessors were developed on the assumption that the future unknown quantity (predictand) is uncertain while model forecasts (predictors) are given, which imply that they are perfectly known. With this in mind, we propose to relax this assumption by considering ensemble predictions, in analogy to measurement errors, as expressions of errors in model predictions to be integrated in the postprocessors coefficients estimation process. The analyses of the methodologies proposed in this work are conducted on a real case study based on meteorological ensemble predictions for the Po River at Pontelagoscuro in Italy. After showing how improper can be the direct use of ensemble predictions to describe the predictive probability distribution, results from the modified postprocessors are compared and discussed

Rainfall-runoff model parameter conditioning on regional hydrological signatures: application to ungauged basins in southern Italy

Parameter estimation for rainfall-runoff models in ungauged basins is a key aspect for a wide range of applications where streamflow predictions from a hydrological model can be used. The need for more reliable estimation of flow in data scarcity conditions is, in fact, thoroughly related to the necessity of reducing uncertainty associated with parameter estimation. This study extends the application of a Bayesian procedure that, given a generic rainfall-runoff model, allows for the assessment of posterior parameter distribution, using a regional estimate of 'hydrological signatures' available in ungauged basins. A set of eight catchments located in southern Italy was analyzed, and regionalized, and the first three L-moments of annual streamflow maxima were considered as signatures. Specifically, the effects of conditioning posterior model parameter distribution under different sets of signatures and the role played by uncertainty in their regional estimates were investigated with specific reference to the application of rainfall-runoff models in design flood estimation. For this purpose, the continuous simulation approach was employed and compared to purely statistical methods. The obtained results confirm the potential of the proposed methodology and that the use of the available regional information enables a reduction of the uncertainty of rainfall-runoff models in applications to ungauged basins

Caracterização do estado nutricional de Acer segundo L.E.Tabebuia chrysotricha (mart, ExDc.) Standl utilizadas na arborização urbana de Curitiba - PR.

Com duas das espécies mais plantadas nas mas da cidade de Curitiba-PR, Acer negundo L. e Tabeluia chrysotricha (M.ART ex DC.) STANDL (ipê), realizou-se esta pesquisa com os seguintes objetivos: caracterizar o estado nutricional das espécies, investigar a relação da composição química foliar com os fatores ambientais em termos de estresse nutricional, condições do solo e poluição atmosférica e caracterizar o solo urbano. Para compor os tratamentos, foram selecionados os seguintes locais: de tráfego intenso, considerados poluídos, de tráfego mediano, residenciais e de parques, arboretos pouco alterados pela urbanização e protegidos da poluição urbana. Foram selecionadas árvores de área pavimentada (árvores crescendo circundadas pela pavimentação), de canteiro gramado (árvores crescendo com área livre de pavimentação, com gramado na superfície do solo) e parque (árvores crescendo livremente, sem obstáculos físicos). Foram selecionadas visualmente árvores de padrão superior (com melhores condições fitossanitárias e estéticas) e inferior (com problema estético ou fitossanitário). Para a avaliação nutricional das árvores, utilizou-se análise visual com parâmetros de vigor qualitativos e quantitativos e análise química foliar para quantificar os elementos químicos. A análise do solo foi efetuada com relação a granulometria e a determinação dos elementos trocáveis, além do pH e C. Foi realizada a análise de pigmentos foliares. Foram coletadas também folhas de acer com amarelecimento precoce das árvores de diferentes padrões e condições de plantio. Constatou-se que a análise visual de parâmetros de vigor qualitativos não possibilitou diferenciar os padrões das árvores e as condições de plantio. Na análise visual de parâmetros de vigor quantitativos, o diâmetro de copa, peso de cem de folhas e área foliar de acer permitiram distinguir o padrão das árvores, condições de plantio e o estadio fenológico da árvore, enquanto o diâmetro de copa, perímetro a altura do peito e elongação dos ramos de ipê distinguiram o padrão superior do inferior e o perímetro a altura do peito distinguiu as condições de plantio. Os resultados obtidos da análise de solo revelaram que o pH do solo urbano é elevado, provavelmente devido a incorporação de materiais antrópicos. O pH mais alto do solo foi encontrado nas áreas pavimentadas. O processo de urbanização não alterou a classe textural do solo no meio urbano. Quimicamente, o solo urbano caracterizou-se como potencialmente fértil, Concluiu-se através da análise química foliar de acer que: não houve diferença significativa entre os teores de nutrientes das árvores superiores e inferiores, a frutificação alterou a concentração de K, Ca. Mg e Cu, e as árvores de área pavimentada e canteiro gramado foram diferenciadas pelos teores de P, Mn e Cu. Como o ipê os teores de P e Zn diferenciaram as árvores superiores das inferiores e os teores de Cu e Zn diferenciaram as árvores das três condições de plantio. A relação dos teores foliares de N:P:K de acer e ipê foram acima da relação ótima estabelecida por BINNS (1983). A análise das folhas senescentes de acer permitiu concluir que; o peso de cem folhas foi um bom parâmetro para caracterizar a senescência; os elementos N, P, K, apresentaram-se móveis e os elementos Ca, Mg, Mn, Cu, Zn e Al imóveis, o Zn nas folhas senescentes das árvores inferiores indicou que a mobilidade deste elemento depende de sua concentração nas folhas, e que está espécie é eficiente na reutilização dos nutrientes N, P e K no meio urbano. Nas duas espécies houve várias correlações significativas entre parâmetros de vigor, composição química foliar e caracteres físicos e químicos do solo. Através da análise de pigmentos concluiu-se que a concentração de pigmentos foliares de acer foi elevada em locais menos sujeitos e não foi alterada pelas condições de plantio enquanto para o ipê ocorreu o invers

On time-horizons based post-processing of flow forecasts

Post-processing raw stream flow forecasts are generally understood as estimating the univariate predictive density of stage or discharge values at selected future time steps, which is conditional on a single or multiple streamflow forecasts and observations up to the forecast start time to. The predictive density indicates to a forecaster in the most comprehensive way which flood level is likely to be expected. To this end, a variety of post-processing methods were proposed, which have respective strengths and weaknesses. These methods focus near-exclusively on the probabilistic forecast of the predictand at a single set future time ti, without addressing the predictive capability over the sequence of temporal sub-horizons (to, t1] ⊂ (to, t2] ⊂ … ⊂ (to, tk] nested into the overall forecast horizon. Here, we demonstrate the advantages of time-horizon dependent processing of streamflow forecasts, which evaluates the evolution of the predictive density over the sub-horizons by considering the temporal correlation among forecast ensemble members in addition to their cross-correlation with observations. The resulting probabilistic forecast consists of a multivariate distribution of stages and/or discharges at lagged forecasting times. These multivariate predictive distributions have the advantage of providing the likelihood of exceeding a critical threshold during the forecasting horizon while simultaneously offering valuable insights into the expected time of such exceedance. This approach supports not only decisions on issuing timely flood warnings but also the planing and roll-out of mitigating actions

Diagnostico da arborização de ruas da cidade do Recife

Resumo: Os objetivos deste trabalho foram avaliar a arborização de ruas da cidade do Recife, analisar as técnicas utilizadas no estabelecimento daquela arborização e determinar entre as espécies utilizadas, as mais adequadas. No mapa oficial da cidade foram determinadas as ruas que eram arborizadas conforme o Levantamento Florístico da Cidade do Recife. Foram considerados 7 tamanhos diferentes de unidades de amostra, escolhendo-se a de 350 m x 560 m. A população potencial foi composta das 220 unidades de amostra que apresentavam pelo menos 30% de arborização. Dentro das unidades de amostra sorteadas, só as quadras que tinham pelo menos 1 árvore para cada 30 metros foram inventariadas. O inventário foi realizado com 8 unidades de amostras para um limite de erro de 10% e probabilidade de 95%. As características analisadas foram: espécies plantadas; distâncias do meio fio, das construções e entre as árvores; altura e projeção da fiação aérea; porte das árvores; altura da bifurcação; condição da árvore; danos físicos ao tronco e devido a poda; presença de pragas e doenças; cobertura e área de crescimento; necessidade de manutenção e regularidade de plantio. Os dados foram organizados e processados utilizando uma calculadora científica com programação estatística. Das 31 espécies encontradas nas ruas do Recife, apenas as 12 espécies mais plantadas contribuiram 94% da população amostral. Das 1259 árvores amostradas só 53 árvores (4,2%) foram de plantio irregular. As frequências de plantio de Cassia siamea (36,9%) e Licania tomentosa (16,6%) estão acima do recomendado. As distâncias do meio fio e das construções à árvore foram consideradas regulares, devendo a distância do meio fio á árvore, ser ampliada em locais de trânsito intenso. A altura da fiação aérea apresentou-se uniforme, verificando-se entretanto não ocorrer uma compatibilização desta com o porte das árvores. O espaçamento entre as árvores foi amplo de pequeno porte e pequeno para espécies de grande porte. Apenas 3 amostras apresentaram uma área média de crescimento maior ou igual a 1 m² e poucas vezes a área de crescimento era compatível com o porte e outras exigências da espécie. A condição da copa e tronco das árvores foi considerada boa, enquanto que 55,9% das árvores apresentaram raízes. A maioria das espécies apresentaram portes característica da idade adulta, provenientes de plantios antigos. Praticamente todas espécies apresentaram altura da bifurcação dentro dos padrões recomendados. Nenhuma espécie apresentou restrições quanto a floração e frutificação. Apenas 66,6% da população estava isenta de pragas. Cochonilhas e cupins causaram maiores prejuízos em Terminalia catappa e Delonix regia. A maioria absoluta das árvores (96,6%) estava isenta de doenças. Verificou-se apenas doenças de origem fúngica em algumas espécies e de origem abiótica só em Clitoria racemosa. A manutenção das árvores foi de modo geral deficiente devido a não observância das necessidades individuais e a execução dos tratos culturais por pessoas não habilitadas, carecendo de orientação ou supervisão. Cerca de 1/3 da população apresentou danos físicos ao tronco causados principalmente pela pouca conscientização da população. As três espécies mais adequadas para a arborização de ruas do Recife foram Tabebuia avellanedae, Filicium decipiens e Thespeiía populnea, necessitando porém de maiores e continuadas observações dos seus estágios de desenvolvimento Terminalia catappa e Ficus microcarpa são espécies que tiveram algumas restrições quanto ao seu uso, enquanto Prosopis juliflora e Pithecellobium dulce não foram recomendadas para plantios futuros. Os critérios metodológicos utilizados revelaram-se eficientes, práticos e precisos para atingir os objetivos propostos