QUALITY OF SATELLITE-DERIVED PRECIPITATION ESTIMATES IN THE UPPER JACUÍ BASIN-RS

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorThe continuous increase in using satellite precipitation estimates as alternative sources for data have been increasing with the new technology of the devices. Therefore, the need for evaluating the quality and accuracy of these estimates is bigger. In this work, we assessed the TRMM satellite precipitation products 3B42 V6, 3B42 V7, and 3B42 Real Time, and the estimates from CMORPH method (RAW) by using the observed data from Alto do Jacuí basin region. To assess these products, we have used IPWG statistics to validate the estimate products such as PC (percent correct), H (hits), FAR (false alarm ratio) performance indexes, among others. We have also assessed products performance in detecting the occurrence and non-occurrence of different rainfall events. We have employed quantitative statistics to assess mean error (ME), root-mean-square error (RMSE), correlation coefficient (r), total errors and Nash-Sutcliffe (NS) efficiency coefficient (NSE). From the results, we have tried a methodology to improve them. The PC indexes showed an average of 81.3%, and they had a similar behavior among the products, while the H index showed an average of 60%. These numbers stress that the main difficulty is to detect rainfall events. The FAR index showed an average of 8% for V6 and 9% for CMORPH; 13% for V7, and 15% for Real Time, what is considered reasonable. In the qualitative assessment, we have emphasized the CMORPH product, which showed the best analysis results. This probably happens for being a method that uses more sources of information or for exploring this information more efficiently somehow. In the predictive potential evaluation, Real Time product had the worst results (NSE). V7 resulted in a small decrease of quality when compared to V6, although it was superior in other aspects. CMORPH overcame the other products, with an NSE average of 0.45. In the quantitative assessment, we have noted that V6 and CMORPH could estimate less than 50% of the total rainfall; V7 overestimated around 11% the total rainfall, while Real Time overestimated around 25% of the total. Despite the reasonable results, all the products showed good correlation (0.73). This made us try a method to improve the detection rate. Through modified double-mass equation, we had really significant improvements, except for V7. For instance, for the detection percentage of rainfall events > 60 millimeters, the V6 was almost null 1%; 41% for Real Time; and 1.1% for CMORPH. After the application of the improved method, the detection percentage increased to 53.6%, 50.8%, and 54.8% for those products respectively. These results indicate that the satellite rainfall estimates are an alternative source of data with a great spatial and temporal potential. Thus, the products can be improved to help the hydrological monitoring, mainly in areas with low quality of precipitation data. However, there are still many things to be improved about rainfall estimates, mainly in detecting rainfall, where we have found the biggest limitations.O continuo aumento na utilização de estimativas de precipitações utilizando dados de satélites, como fonte alternativa de dados tem aumentado com o avanço tecnológico dos dispositivos . Consequentemente aumenta a necessidade de avaliar a qualidade e a precisão dessas estimativas. Neste trabalho foram avaliados os produtos do satélite TRMM (3B42 V6, 3B42 V7 e 3B42 Real Time) e do método CMORPH (produto RAW) utilizando dados observados de precipitação da região da bacia do Alto Jacuí - RS. Para a avaliação foram utilizadas as estatísticas para validação da chuva estimada por satélite recomendadas pelo IPWG, como os índices de desempenho PC (percent correct), H (hits), FAR (false alarm ratio), CSI (critical success índex) entre outros, avaliando o desempenho dos produtos na detecção da ocorrência e na não ocorrência dos eventos. Além de estatísticas básicas, foram empregadas as quantitativas, como erro médio (EM), erro médio quadrático (EMQ), coeficiente de correlação (r), erro no volumes e coeficiente de eficiência Nash-Sutcliffe (NS). A partir dos resultados foi ainda ensaiada uma metodologia para melhora dos resultados. O índice que mede o acerto na estimativa da ocorrência (ou não) de chuvas (PC) apresentou média de 81,3%, e mostrou equilíbrio entre os produtos. Já o índice H, que indica se o satélite simplesmente acertou a chuva (e não dias sem chuva) indicou 60% de acertos, ou seja, a principal dificuldade encontrada por todos os produtos é sem dúvidas na capacidade de detecção dos eventos chuvosos. O índice que avalia o percentual de falsos alarmes (FAR), emitido pelas estimativas apresentou 8% e 9% para os produtos V6 e CMORPH respectivamente, 13% para o V7 e 15% para o Real Time sendo considerado razoável. Na avaliação qualitativa destacou-se o produto CMORPH, que obteve os melhores resultados na análise, e, provavelmente por se tratar de um método híbrido que utiliza o maior número de fontes de informações ou, de alguma forma, as explora de forma mais eficiente. Na avaliação sobre o potencial preditivo, o produto Real Time apresentou os piores resultados (Nash-Sutcliffe), ou seja, é mais vantajoso utilizar a média diária observada do que suas estimativas. O V7 resultou em um leve decréscimo da qualidade quando comparado com o V6, embora tenha se mostrado superior em outros aspectos. E novamente, o CMORPH superou os demais produtos, com coeficientes na ordem média de 0,45. Na parte quantitativa das estimativas dos produtos, notou-se grande subestimativa pelos produtos V6 e CMORPH, e superestimativa leve pelos produtos Real Time e V7, porém os produtos apresentaram boas correlações (r), resultando em uma média de 0,73. Nas comparações das médias mensais que apesar dos erros (sub ou superestimativa), os produtos se mostraram capazes de detectar a variabilidade mensal durante o ano (exceto o Real Time). Através da equação dos confrontos acumulados das séries, ao aplicar uma metodologia de correção da chuva simplificada, obtiveram-se aumentos bastante satisfatórios nos percentuais de detecções (com exceção do produto V7). Principalmente para volumes iguais ou superiores a 60 milímetros, dos quais quase nulos 1% eram detectados pelo V6, 41% pelo Real Time e apenas 1,1% pelo CMORPH, e após os ajustes aumentaram para 53,6%, 50,8 e 54,8% respectivamente. Estes resultados indicam que as estimativas de satélite são uma fonte alternativa de dados com grande qualidade temporal e espacial, fundamental para auxiliar o monitoramento hidrológico. No entanto, ainda existe muito espaço para melhoras nas estimativas de precipitação, principalmente no quesito detecção de eventos, o qual foi o principal responsável pelo decréscimo da qualidade das estimativas no estudo