Global warming is projected to alter the frequency and magnitude of extreme events, posing major challenges to water resources worldwide. Understanding how these changes are projected to occur is paramount to tackle water scarcity-related experiences by guiding policymakers on developing local-to-regional adaptation plans. The present thesis has as its primary goal to investigate the projected impacts of climate change on extreme events and water availability in Brazilian catchments. To this end, we first present, in Chapter 2, the CLIMBra dataset, which comprises bias-corrected CMIP6 historical and future simulations for different climate variables for the Brazilian territory. These projections provide valuable insights into future climate scenarios and are the cornerstone for the development of the present thesis. By using the developed dataset, we further assessed how rainfall events of different magnitudes are projected to change across Brazilian catchments in Chapter 3. Our results indicated a widespread intensification of extreme rainfall events throughout the country, mainly dictated by changes in frequency, rather than intensity. Such projected changes in rainfall events, added to an expected increase in atmospheric water demand, are also expected to affect meteorological droughts across the Brazilian territory. As we show in Chapter 4, most of the evaluated Brazilian catchments are expected to experience longer, more intense, and frequent droughts in the future, with high CMIP6-model agreement. Beyond assessing projected changes of future drought events, we discussed in this chapter droughts' occurrence under both land use and water demand perspectives and propose a new framework to better understand their link with changes in long- and short-term conditions of precipitation and potential evapotranspiration. Finally, in Chapter 5, we propose a Budyko-based framework for assessing future water availability and security scenarios across Brazilian catchments, considering both climatic and anthropogenic factors. The study revealed that most catchments are expected to exhibit a worse water security condition by the end of the century, driven primarily by enhanced human water use. We believe the present thesis contributes to advancing the current understanding of climate variability and its impacts on hydrological processes and water resources management in Brazil. By providing insights into future climate change scenarios of extreme rainfall events, meteorological drought, and water availability, this research might be valuable to inform decision-making processes aimed at enhancing Brazilian water resilience in the face of global warming.

O aquecimento global tem o potencial de modificar a frequência e intensidade dos eventos extremos, trazendo desafios significativos para os recursos hídricos globais. Uma melhor compreensão sobre como essas mudanças ocorrerão é fundamental para lidar com os desafios ligados à escassez hídrica, devido ao seu potencial de auxiliar na formulação de políticas de adaptação e mitigação das mudanças climáticas em diferentes escalas espaciais. Esta tese tem como objetivo principal examinar os potenciais impactos das mudanças climáticas nos eventos extremos e na disponibilidade hídrica das bacias hidrográficas brasileiras. Para isso, introduzimos, no Capítulo 2, a base de dados CLIMBra, que disponibiliza simulações históricas e futuras com correção de viés de modelos climáticos do CMIP6. Essas projeções oferecem informações cruciais sobre os potenciais impactos do aquecimento global no clima brasileiro e constituem a base para o desenvolvimento desta tese. Em sequência, utilizando esse conjunto de dados, avaliou-se no Capítulo 3, como os eventos de precipitação de diferentes magnitudes irão alterar no futuro. Os resultados indicaram que, em geral, eventos extremos de precipitação serão mais frequentes e intensos em todo o país no final do século, sendo que as mudanças esperadas na frequência superam às esperadas na magnitude. Essas mudanças, combinadas com o aumento esperado na demanda hídrica atmosférica, expressa em termos do potencial de evapotranspiração, também devem afetar as secas meteorológicas em todo o território brasileiro, conforme discutido no Capítulo 4. A maioria das bacias hidrográficas brasileiras avaliadas deve experienciar secas mais longas, intensas e frequentes no futuro. Além de avaliar as mudanças previstas nos eventos de seca futuros, foi discutido, no Capítulo 4, a ocorrência de secas sob as perspectivas do uso da terra e da demanda hídrica, propondo um novo quadro para entender melhor sua relação com as mudanças nas condições de precipitação e evapotranspiração potencial, tanto a curto quanto a longo prazo. Por fim, no Capítulo 5, avaliou-se, através de uma metodologia baseada na hipótese de Budyko, cenários futuros de disponibilidade e segurança hídrica no país, considerando tanto fatores climáticos quanto antropogênicos. O estudo revelou que a maioria das bacias hidrográficas deve apresentar uma condição de segurança hídrica pior no final do século, impulsionada principalmente pelo aumento da demanda hídrica. Acredita-se que a presente tese contribui para o avanço da compreensão atual da variabilidade climática e seus impactos nos processos hidrológicos e na gestão dos recursos hídricos no Brasil. Ao fornecer informações sobre cenários futuros de mudança climática de eventos extremos de precipitação, secas meteorológicas e disponibilidade hídrica, esta pesquisa representa uma contribuição valiosa para os processos de tomada de decisão associados aos recursos hídricos do país diante do aquecimento global.