@PhDThesis{SánchezPeña:2023:ChPrCo,
author = "S{\'a}nchez Peña, C{\'e}sar Arturo",
title = "Characterization of precipitation communities in South America
using complex networks",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2023",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2023-08-16",
keywords = "extreme rainfall, communities, complex networks, South America,
Amazon basin, chuva extrema, comunidades, redes complexas, America
do Sul, bacia Amaz{\^o}nica.",
abstract = "The dynamics of precipitation systems are essential for
understanding their origins, development, and potential impacts.
This knowledge is crucial for predicting and mitigating the
adverse effects of extreme rainfall events. These events pose
significant threats to the safety and well-being of populations,
as well as causing material damage and significant socio-economic
impacts. Understanding precipitation is of utmost importance in
increasing resilience, particularly in developing regions like
South America. To achieve this, we utilize a complex network
approach, which allows us to extract key information about the
behavior of the precipitation system and identify and characterize
highly connected regions, known as communities. By examining the
details of these communities, we gain valuable insights into the
dynamics and structure of precipitation, thereby enhancing our
understanding and prediction of such events. The analysis starts
with the network of extreme events in South America during the
summer season. The objective is to extract information about the
dynamics of this network and identify communities within it.
Subsequently, a characterization of these communities is provided.
To investigate variations at smaller scales, another network of
extreme events was created specifically for the Amazon basin. In
addition to these two extreme rainfall networks, three additional
rainfall networks were created for the Amazon basin to compare the
basins response to both rainfall and extreme rainfall events. The
outcomes revealed that the networks of extreme events in South
America and the Amazon basin exhibit a similar spatial
distribution of communities. These communities are primarily
influenced by the transport of low-level moisture from the eastern
Amazon towards the Andes, ultimately exiting the Amazon basin
towards the extratropics. The central region of the Amazon basin
acts as a source, while the southeast region acts as a sink. In
the case of the rainfall networks in the Amazon basin, three
important regions were identified: northwest, northeast, and
southeast. The first two regions are related to the entry of
moisture into the basin, while the third is related to the
outflow. Finally, all networks highlight the significant role of
the eastern Andes as a topographic barrier. Typically, this region
consists of one or two communities, which serve as highly
connected corridors for low-level moisture flow. The results
showed that complex networks were able to define regions with
similar characteristics in South America. RESUMO: A din{\^a}mica
dos sistemas de precipita{\c{c}}{\~a}o {\'e} essencial para
compreender suas origens, desenvolvimento e impactos potenciais.
Esse conhecimento {\'e} crucial para prever e mitigar os efeitos
adversos de eventos extremos de precipita{\c{c}}{\~a}o. Estes
eventos representam amea{\c{c}}as significativas {\`a}
seguran{\c{c}}a e bem-estar das popula{\c{c}}{\~o}es, al{\'e}m
de causarem danos materiais e impactos socioecon{\^o}micos
significativos. Compreender a precipita{\c{c}}{\~a}o {\'e} de
extrema import{\^a}ncia para aumentar a resili{\^e}ncia,
especialmente em regi{\~o}es em desenvolvimento como a
Am{\'e}rica do Sul. Para alcan{\c{c}}ar isso, utilizamos uma
abordagem de rede complexa, que nos permite extrair
informa{\c{c}}{\~o}es-chave sobre o comportamento do sistema de
precipita{\c{c}}{\~a}o e identificar e caracterizar regi{\~o}es
altamente conectadas, conhecidas como comunidades. Ao examinar os
detalhes dessas comunidades, obtemos insights valiosos sobre a
din{\^a}mica e estrutura da precipita{\c{c}}{\~a}o, melhorando
assim nossa compreens{\~a}o e previs{\~a}o de tais eventos. A
an{\'a}lise come{\c{c}}a com a rede de eventos extremos na
Am{\'e}rica do Sul durante a esta{\c{c}}{\~a}o de ver{\~a}o. O
objetivo foi extrair informa{\c{c}}{\~o}es sobre a din{\^a}mica
dessa rede e identificar as comunidades presentes, e
posteriormente fornecer uma caracteriza{\c{c}}{\~a}o dessas
comunidades. Para investigar varia{\c{c}}{\~o}es em escalas
menores, outra rede de eventos extremos foi criada especificamente
para a bacia amaz{\^o}nica. Al{\'e}m dessas duas redes de
precipita{\c{c}}{\~a}o extrema, foram criadas mais tr{\^e}s
redes de precipita{\c{c}}{\~a}o para a bacia amaz{\^o}nica, a
fim de comparar a resposta da bacia tanto {\`a}
precipita{\c{c}}{\~a}o quanto aos eventos extremos de
precipita{\c{c}}{\~a}o. Os resultados revelaram que as redes de
eventos extremos na Am{\'e}rica do Sul e na bacia amaz{\^o}nica
apresentam uma distribui{\c{c}}{\~a}o espacial similar de
comunidades. Essas comunidades s{\~a}o influenciadas
principalmente pelo transporte de umidade em baixos
n{\'{\i}}veis da Amaz{\^o}nia oriental em dire{\c{c}}{\~a}o
aos Andes, e posteriormente saindo da bacia amaz{\^o}nica em
dire{\c{c}}{\~a}o aos extratr{\'o}picos. A regi{\~a}o central
da bacia amaz{\^o}nica atua como uma fonte, enquanto a
regi{\~a}o sudeste atua como um sumidouro. No caso das redes de
precipita{\c{c}}{\~a}o na bacia amaz{\^o}nica, foram
identificadas tr{\^e}s regi{\~o}es importantes: noroeste,
nordeste e sudeste. As duas primeiras regi{\~o}es est{\~a}o
relacionadas {\`a} entrada de umidade na bacia, enquanto a
terceira est{\'a} relacionada {\`a} sa{\'{\i}}da. Por fim,
todas as redes destacam o papel significativo dos Andes orientais
como barreira topogr{\'a}fica. Geralmente, essa regi{\~a}o
consiste em uma ou duas comunidades, que atuam como corredores
altamente conectados para o fluxo de umidade em baixos
n{\'{\i}}veis. De um modo geral os resultados mostraram que as
redes complexas foram h{\'a}beis para definir as regi{\~o}es com
caracetristicas similares na Am{\'e}rica do Sul.",
committee = "Rosa, Reinaldo Roberto (presidente) and Calheiros, Alan James
Peixoto (orientador) and Macau, Elbert Einstein Nehrer
(orientador) and Quiles, Marcos Gon{\c{c}}alves and Barbosa,
Henrique de Melo Jorge and Oliveros, Didier Augusto Vega",
englishtitle = "Caracteriza{\c{c}}{\~a}o de comunidades de
precipita{\c{c}}{\~a}o na Am{\'e}rica do Sul usando redes
complexas",
language = "en",
pages = "147",
ibi = "8JMKD3MGP3W34T/49LG54E",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34T/49LG54E",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "12 maio 2024"
}