Assessing two precipitation data sources at basins of special interest to hydropower production in Brazil

Abstract

Accurate estimates of precipitation amounts are necessary to evaluate river flows, assess water-related risks (floods and drought) and quantify water availability for a broad range of water uses, such as water supply, agriculture, navigation and energy production. Especially in the context of operations in the Brazilian electricity sector, where the electrical system is essentially hydrothermal and more than 65% of its production comes from hydroelectric generation, real-time observed precipitation plays a key role as a primary input for hydrological models and river flow forecasting. It is thus crucial to build knowledge on and quantify river basin precipitation and its uncertainties. In this paper, we evaluate two sources of real-time (or near real-time) precipitation data, the TRMM-MERGE dataset from the CPETC and the CPC dataset, distributed by NOAA. Our assessment is based on 41 river basins in South America and covers the period 1997-2017. We investigated differences for different time resolutions (daily, monthly and annual precipitation) and their impact on the simulation of streamflows. Substantial differences were found between the two data sources, which seem to be amplified in the second decade. A spatial trend was found towards higher TRMM-MERGE precipitation values than CPC values when moving from north and west in the study area. We also found evidence that differences in precipitation propagate to simulated flows, with large percent differences in precipitation resulting in even larger percent differences in streamflow. RESUMOEstimativas acuradas de precipitação são necessárias para avaliar as vazões dos rios, analisar riscos ligados à água (enchentes e secas) e quantificar a disponibilidade hídrica para uma ampla gama de usos da água, como abastecimento, agricultura, navegação e produção de energia. Especialmente no contexto das operações no setor elétrico brasileiro, onde o sistema elétrico é essencialmente hidrotérmico e mais de 65% de sua produção vem da geração hidrelétrica, a precipitação observada em tempo real desempenha um papel fundamental como principal variável de entrada dos modelos hidrológicos e de previsão de vazões. Assim, é crucial construir conhecimento sobre a precipitação das bacias hidrográficas e quantificar suas incertezas. Neste artigo, avaliamos duas fontes de dados de precipitação em tempo real (ou quase tempo real), o conjunto de dados TRMM-MERGE do CPETC e o conjunto de dados CPC, distribuído pela NOAA. Nossa avaliação é baseada em 41 bacias hidrográficas na América do Sul e abrange o período 1997-2017. Investigamos diferenças para diferentes resoluções de tempo (precipitação diária, mensal e anual) e seu impacto na simulação de vazões. Diferenças substanciais foram encontradas entre as duas fontes de dados, que parecem ser amplificadas na segunda década. Uma tendência espacial foi encontrada em direção a valores mais altos de precipitação TRMM-MERGE, em relação aos valores do CPC, à medida que se desloca para o norte e oeste na área de estudo. Também encontramos evidên...

Use of self organizing map to identify precipitation patterns and assess their impact on hydrographic basins in Brazil

“…The automatic weather stations started operating in 2000 and presented many inconsistencies in the data, which were not used in this study. There are also several precipitation datasets from satellite and reanalysis data that were not considered in this work, due to discrepancies between the datasets regarding the variation in annual precipitation (Sun et al, 2018;Reis et al, 2020).…”