Universidade Federal de São Paulo Campus Baixada Santista Departamento de Ciências do Mar
Análise de eventos extremos entre 2004 e 2014 no litoral da
Baixada Santista (São Paulo, Brasil)
CARLOS EDUARDO J. N. PIERONI
SANTOS - SP 2021
2 Universidade Federal de São Paulo
Campus Baixada Santista Departamento de Ciências do Mar
Análise de eventos extremos entre 2004 e 2014 no litoral da
Baixada Santista (São Paulo, Brasil)
Graduando: Carlos Eduardo J. N. Pieroni
Monografia apresentada ao Departamento de Ciências do Mar, da Universidade Federal de São Paulo, Campus Baixada Santista (UNIFESP-BS), como um dos pré-requisitos para a obtenção do título de Bacharel Interdisciplinar em Ciência e Tecnologia do Mar.
Orientador: Prof. Dr. Wandrey de Bortoli Watanabe
SANTOS - SP 2021
4 RESUMO
O presente trabalho tem como tema uma análise do clima das ondas de gravidade de superfície do oceano em uma faixa próxima ao litoral da Baixada Santista, detectando a frequência de eventos extremos (ressacas), como forma de prevenção para a população urbana adjacente e tomada de decisões dos órgãos públicos. O objetivo é fazer um levantamento estatístico de dados de ondas e seus parâmetros a partir de resultados de simulação numérica fornecidos pela Marinha do Brasil e compará-los com estudos e a realidade histórica divulgada nos meios de comunicação. O principal parâmetro é a altura significativa das ondas, pois a energia da onda é diretamente proporcional à sua altura. Verificou-se que o período de maior incidência de eventos extremos é de abril a setembro de cada ano, sendo os meses de abril e setembro os que apresentam as maiores alturas significativas, no entanto são os meses de maio, agosto e setembro que apresentam a maior constância de mares grandes.
Palavras-Chave: Eventos extremos; Altura significativa das ondas; Baixada Santista.
ABSTRACT
The present work has as its theme an analysis of the climate of ocean surface gravity waves in a strip near the coast of Baixada Santista, detecting the frequency of extreme events, as a form of prevention for the adjacent urban population and decision-making of public agencies. The objective is to make a statistical survey of wave data and its parameters from numerical simulation results provided by the Brazilian Navy and compare them with studies and the historical reality disclosed in the media. The main parameter is the significant height of the waves, because the wave energy is directly proportional to its height. It was found that the period of highest incidence of extreme events is from April to September of each year, with the months of April and September presenting the highest significant heights, however it is the months of May, August and September that have the highest constancy of large seas.
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DEDICATÓRIA:
“Dedico este trabalho à minha vovó Lourdes “In Memorian”, pois sem sua casa na praia, durante minha infância, não seria possível me tornar tão próximo ao mar.”
6 AGRADECIMENTOS
À minha esposa Dayani, pela compreensão em tantas broncas que levou quando eu precisava me concentrar.
Aos meus colegas de curso, em especial a Caroline, que me ensinaram atalhos para tornar essa trajetória mais amena.
Ao Prof. Wandrey, meu orientador, pela coragem de abraçar este projeto e me fornecer suporte para que ele fosse concluído.
À UNIFESP, docentes e funcionários que criaram estrutura e ambiente propício ao desenvolvimento deste trabalho.
Ao Centro de Hidrografia da Marinha, por gentilmente ter fornecido os resultados das simulações de ondas utilizados no presente trabalho.
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SUMÁRIO
1. Introdução 8 1.1 Justificativa 9 2. Objetivo 10 2.1 Objetivo Geral 10 2.2 Objetivos Específicos 10 3. Materiais e Métodos 11 3.1 Área de Estudo 11 3.1.1 Eventos Extremos 113.1.2 Características Gerais de Ondas 12
3.1.3 Sistema R 14
3.2 Dados 14
3.2.1 Parâmetros Estatísticos dos Dados 15
3.3 Método de Análise 17 4. Resultados 18 4.1 Resultados Simulados 18 4.1.1 Análise Mensal 20 4.1.2 Análise Anual 25 4.2 Comparação Histórica 28
4.3 Comparação Geral e Amostral de Parâmetros de Onda 33
5. Conclusão 37
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1. Introdução
A energia entregue pelas ondas à zona costeira é definida pelo campo de ondas no mar, e, sendo assim, sua caracterização é de suma importância para o estudo de suas ações e consequências atreladas à dissipação litorânea. Essas ondas são geradas por ventos que atuam sobre a superfície do mar e suas características dependem da intensidade, duração do vento, além da área de efeito do vento sobre a superfície, ou seja, quanto maior a área de atuação, maior também a energia acumulada nas ondas formadas. A velocidade de propagação das ondas de gravidade depende do seu comprimento de onda (PIANCA et al., 2010).
As ondas podem ser definidas como sendo perturbações entre dois meios de distintas densidades. As ondas superficiais de gravidade são forma primária de dissipação energética no oceano, sendo um tipo de onda determinante no comportamento da porção costeira, configurando-se, portanto, em um fator de risco para estas localidades. As ondas presentes em dado local, tanto próximas à costa ou em mar aberto, podem ser classificadas em vagas (wind waves) - ondas que ainda estão na zona de geração, ainda capazes de receber energia do vento - e marulho (swell) - ondas que ou não são aptas a receber energia do vento, ou que se propagaram para além da zona de geração inicial (HARARI, 2007).
A costa brasileira está sob a influência da Alta Subtropical do Atlântico Sul, caracterizada como um centro de alta pressão atmosférica localizado sobre o Atlântico Sul, e da passagem constante de sistemas de frente fria, formados mais ao sul e que são dirigidos por um centro de baixa pressão atmosférica que se move rumo ao norte, geralmente com ventos paralelos à costa sudeste, afetando o regime de ondas (PEGORELLI et al., 2018).
Sistemas meteorológicos responsáveis pela ação de ventos fortes, como ciclones e frentes frias, podem eventualmente alterar de forma significativa a condição de agitação marítima. Ainda que, usualmente tais fenômenos se formem em locais afastados da costa, o processo derivado dessa agitação em maior escala muitas vezes pode chegar até a zona costeira (POND E PICKARD, 1983), causando danos a esses locais, que, no caso do Brasil são densamente povoadas, inferindo assim a importância do estudo desses fenômenos.
Além dos processos morfodinâmicos costeiros, o entendimento de como se comporta o clima de ondas destas regiões torna-se cada vez mais importante, devido à densidade populacional concentrada em regiões costeiras, onde 70% de todos os seres humanos estão localizados (PIANCA et al., 2010). No Brasil, de acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2010) 26% da população reside nestas áreas.
9 Desta forma, observada a grande quantidade de pessoas que habitam zonas costeiras, o presente trabalho propõe um estudo histórico e analítico dos eventos extremos na Região Metropolitana da Baixada Santista, São Paulo, Brasil, tendo por foco de análise eventos de ressaca que atingiram a costa.
1.1 Justificativa
A região selecionada para o estudo foi a Região Metropolitana da Baixada Santista, São Paulo, Brasil. A seleção foi mediada, como já supracitado, pela importância da compreensão de eventos climáticos e meteorológicos em zonas costeiras densamente povoadas, além de se tratar de uma questão política preventiva à desastres naturais causados por eventos extremos, como é o caso das ressacas, observadas de forma frequente nesta região e geralmente atreladas a algum tipo de consequência destrutiva.
Dada sua vocação turística como motor de atração populacional, o número de indivíduos praticamente dobra em períodos de veraneio (ZUNDT, 2006), o que eventualmente está atrelado à um aumento no número de acidentes nas regiões praieiras acarretadas pelas condições marítimas inconstantes, demandando um maior esforço do Corpo de Bombeiros da Baixada Santista.
Para prevenir tais casos, em 2019 foi antecipado o projeto de verão, onde 50 guarda-vidas temporários (GVT) foram contratados pela Prefeitura de Guarujá - uma das cidades contempladas pela região de estudo - por meio da Secretaria de Defesa e Convivência Social (Sedecon), visando assim coibir os casos de afogamento para temporada de verão de 2019-2020 (Prefeitura de Guarujá, 2019).
Desta forma, no intuito de auxiliar o trabalho dos profissionais atuantes nessa região, faz-se necessária a análise do histórico de eventos e dados estatísticos em relação aos períodos do ano que apresentam maiores médias de alturas para as ondas, a fim de permitir uma melhor gestão e segurança das praias da região por parte dos órgãos responsáveis cabíveis, no intuito de proporcionar os diversos usos que o mar oferece de forma segura e controlada.
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2. Objetivo
2.1 Objetivo Geral
O objetivo central deste estudo será realizar uma análise histórica e estatística do clima de ondas da Região Metropolitana da Baixada Santista, São Paulo, Brasil. Levando em consideração diferentes fontes de informação, aqui exemplificadas como sendo resultados de simulações, juntamente com dados históricos de unidades competentes e registros locais de eventos extremos na área de estudo.
2.2 Objetivos Específicos
O presente trabalho tem como objetivos específicos:
- Obtenção de dados de ondas e vento, com a maior proximidade possível da região costeira e buscando a melhor resolução disponível.
- Analisar estatisticamente os dados obtidos, determinando as características médias das ondas.
- Avaliar a variabilidade temporal da região, identificando os períodos do ano com maior e menor ocorrência de eventos extremos do local de estudo, no intuito de obter um estudo prático de utilização analítica.
- Comparar os resultados obtidos com as situações reais, com a finalidade de validar as simulações numéricas utilizadas.
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3. Materiais e Métodos
3.1 Área de Estudo
A região de estudo, oficialmente formalizada como Região Metropolitana em 1996, contempla nove municípios: Peruíbe, Itanhaém, Mongaguá, Praia Grande, São Vicente, Cubatão, Santos, Guarujá e Bertioga (Figura 1). Abrange cerca de 1% da área do estado e tem uma população fixa de cerca 2.048.654 milhões de habitantes, segundo dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2018).
Figura 1. Baixada Santista (Fonte: Prefeitura de Santos, acesso em: 5 de Agosto de 2020)
3.1.1 Eventos Extremos
Segundo a definição da Estratégia Internacional de Redução de Desastres (EIRD, 2012), os desastres configuram-se por duas características primárias. Sendo necessário, primeiramente, que ocorra algum evento natural, como chuvas e terremotos, por exemplo, sendo estes eventos definidos como ameaças naturais. No entanto, tais eventos por si só não podem ser definidos como desastres, uma vez que secundariamente populações precisam estar em condições vulneráveis que possam de alguma forma sofrer consequências derivadas desses eventos, seja no âmbito social, econômico ou em primeira instância, de risco à vida mediante óbitos imediatos ou posteriores.
Sendo assim, os desastres naturais resultam da combinação tanto de processos sociais e econômicos quanto eventos espontaneamente presentes na natureza, sendo estes últimos passíveis de interferência antrópica, tornando ainda mais difícil a separação desses fatores, tido cada vez mais como um processo relacionado devido a atuação humana, geralmente atrelada à processos econômicos.
12 Dentro desses desastres, têm-se os fenômenos conhecidos por “ressaca”, definido como a elevação do nível do mar causado pelo aumento da maré astronômica (induzida pela atração de corpos celestes) e/ou maré meteorológica, acompanhado de ondas com amplitude incomum, que ao chegar à costa podem inferir em danos de diferentes amplitudes. Enfatiza-se também uma influência maior da maré meteorológica no aumento do nível do mar citado (Bitencourt et al., 2002).
É válido enfatizar que eventos extremos são definidos a partir da probabilidade de ocorrências, que são baixas, estando eles associados aos maiores picos de medições dentro da análise proposta neste estudo. Enquanto um desastre natural deve ser entendido como uma consequência de um evento extremo, sendo que nem sempre um evento extremo resultará necessariamente em algum tipo de desastre. É possível presenciar eventos extremos que não causem nenhum tipo de desastre, mas raramente desastres naturais não possuem relação em algum nível com algum tipo de evento extremo.
No caso das ressacas, sendo o reflexo de um evento extremo em alto-mar provocando uma agitação desproporcional de ondas na faixa de areia, foi associado, em nosso trabalho, aos dias em que ocorreram as maiores médias de altura significativa de ondas, demonstrado nos tópicos subsequentes.
3.1.2 Características Gerais de Ondas
Na Figura 2 observa-se as principais características de uma onda senoidal monocromática, complementada pela Tabela 1, apresentando as propriedades relativas ao conceito e suas respectivas definições.
13 O estudo de ondas aqui representado se faz valer de uma análise de alguns parâmetros, sendo eles: altura significativa de onda, direção de pico e período de pico. A altura significativa de onda é um parâmetro estatístico que pode ser entendido como sendo a média do terço das maiores ondas de uma observação, dentro de um tempo estipulado. A direção de pico está intimamente relacionada com a direção das ondas com o maior conteúdo energético. Enquanto o período de pico denota o intervalo de tempo em que as ondas com o maior conteúdo energético chegam a determinado local de análise (Godoi et al., 2011).
Tabela 1 - Principais propriedades de uma onda de gravidade do mar e suas definições Crista O ponto mais elevado da onda
Cava A depressão encontrada entre duas ondas
Altura (H) Distância vertical entre uma crista e a cava mais próxima desta Comprimento (λ) Distância horizontal de um ponto pré-definido em uma onda até o
mesmo ponto na onda seguinte
Inclinação Razão entre a altura e o comprimento (H/λ)
Nível Basal do Mar Nível médio do mar na ausência de ondas
Amplitude Deslocamento vertical máximo do nível basal
Período (T) Intervalo de tempo para que cada ponto do meio de propagação da onda execute uma oscilação completa
Frequência (f) É o número de oscilações de onda, por um certo período de tempo
Salienta-se ainda a relação matemática existente entre a energia e altura significativa da onda, havendo uma relação diretamente proporcional entre os conceitos, dada pela seguinte equação:
𝐸 =
1
16
𝜌
𝑔𝐻
2
onde: E é a energia (J/m2) ρ é a densidade da água (kg/m3) g é a aceleração da gravidade (m/s2)14 H é a altura significativa da onda (m)
3.1.3 Sistema R
O R é uma linguagem e um ambiente digital para elaboração de análises através de computação estatística. Trata-se de um projeto open source pautado no conceito de free software, podendo ser utilizado sem custos de licença, além de possuir versões para MacOS, GNU/Linux, Unix e Windows. O sistema tem uma extensa coleção de pacotes adicionais, todos gratuitos. É usado para diversos trabalhos no campo estatístico, e está em constante atualização, tendo sido utilizada a versão 1.3 do RStudio (Figura 3) nas análises aqui demonstradas, disponível gratuitamente em http://rstudio.org/.
Figura 3. Interface inicial do RStudio.
O RStudio conta com uma gama de comandos que permitem a análise de dados quantitativamente extensos, tornando-o ideal para o fim a que se destina o presente trabalho, uma vez que os dados aqui dimensionados e que serão utilizados para a obtenção das informações estatísticas se distribuem em 31.947 linhas separadas em 18 variáveis, tornando a análise extremamente dificultada sem a utilização de uma ferramenta com essa finalidade.
3.2 Dados
Serão utilizados dados da rodada do modelo WAVEWATCH 3 (WW3) cedidos pelo Centro de Hidrografia da Marinha do Brasil – CHM, com resolução espacial de 0,09º (cerca de 10 km) para a região do Brasil (Carvalho et al., 2019). O intervalo de análise será de 2004
15 à 2014, com resultados mensais, configurando onze anos de dados aplicáveis ao trabalho estatístico. Os dados fornecidos pela marinha se fazem valer seguindo os parâmetros de altura significativa da onda, período da onda primária, período médio, direção da onda primária e velocidade do vento analisado. Vinculado aos dados citados, será feita a consulta de jornais regionais sob análise e outras formas de registros históricos da ocorrência de eventos de ressaca na região de estudo, formando integralmente a amostra de dados que formarão a análise estatística da periodicidade, ou não, desses eventos. O WW3 é um modelo de terceira geração que inclui parametrizações para crescimento das ondas devido à ação dos ventos e interações não lineares entre as ondas, além de dissipação devido a encapelamento (quebra da ponta da onda), ao atrito com o fundo e a quebra forçada pela batimetria (WW3DG, 2019).
Os dados coletados através do modelo WAVEWATCH 3 possuem suas informações de configuração como sendo:
● Resolução Temporal: 3h
● Resolução Espacial: 0,1° X 0,1°
● Limites Espaciais de Análise: 49,9°S a 14,9°N e 72°W a 18,1°W ● Intervalo Temporal: 2004 a 2014 (onze anos)
3.2.1 Parâmetros Estatísticos dos Dados
Três pontos foram delimitados (Figura 4) para representar a porção sul (46.6°W, 24.3°S), central (46.3°W, 24.2°S) e norte (46°W, 24°S) da região de estudo. Tendo sido a base de dados dividida de forma a contemplar as três regiões seguindo os cinco parâmetros de análise supracitados: altura significativa (hs); período médio da onda (mwp); período médio
da onda primária (pmwp); direção da onda primária (pwdir) e velocidade do vento (vw).
Além disso, têm-se também a divisão do dia em 8 partes, com intervalo de 3 horas, gerando uma precisão maior.
A Altura Significativa da Onda representa a média calculada a partir de 1/3 das maiores ondas em um período pré-definido. Para simulação utilizada no WW3, é empregado o valor de quatro vezes o desvio padrão da altura média, ou seja, a raiz da variância, sua unidade sendo metro (m).
16 Período médio da onda é a média do intervalo de tempo para que cada ponto de propagação da onda execute uma oscilação completa para um determinado número de ondas. Sua unidade é o segundo (s).
Período médio da onda primária corresponde ao período médio das ondas de maior energia, sejam elas geradas localmente, no caso de ventos fortes, ou do sistema dominante de ondas (swell), no caso de geração remota das ondas. É uma unidade de tempo dada em segundo (s).
Direção de onda primária corresponde ao ângulo azimutal da direção da onda propagada de maior energia. No WW3, o ângulo é fornecido em graus (°), a onda vem da direção do ângulo e vai para o centro. Na linguagem marítima costuma-se usar as coordenadas da “rosa dos ventos”, ondas de Sul (S) vem da direção Sul, ondas de Sudeste (SE) vem da direção Sudeste, e assim por diante.
A velocidade do vento é o próprio conceito físico aplicado, diz respeito à rapidez com que o vento passa em determinada circunstância espacial e temporal, dada no sistema internacional em metro por segundo (m/s).
Optou-se por utilizar pontos fixos em vez de média por área com a intenção de não suavizar os dados, considerando o interesse em valores extremos.
Vale ressaltar que o WAVEWATCH apesar de fornecer dados com precisão na ordem de duas casas decimais, ao gerar o arquivo com os dados de interesse, acaba por gerar também dados discrepantes (valores nulos) que no arquivo inicial se encontram representados pelo número “-99.00”. Esses dados, dentro de uma análise estatística, podem gerar valores que não condizem com a realidade apresentada no documento. Visando isso, através da própria ferramenta do RStudio todos esses valores discrepantes foram desconsiderados das análises, justamente para não interferir no processo de geração de gráficos. Como esses valores não representam nem 0,5% dos dados totais, a remoção desses não irá interferir de forma considerável nas considerações finais.
17 Figura 4. Pontos pré-estabelecidos para a análise isolada. (Fonte: Google Maps)
3.3 Método de Análise
Foi calculada a média de cada parâmetro para os três pontos de estudo (norte/centro/sul) ao longo dos 11 anos e também a média geral e demonstradas junto com os valores máximos e mínimos para efeito de ambientação com escala de valores.
O parâmetro mais importante é o da altura significativa das ondas, visto que as ressacas advêm da relação com a energia das ondas, e como vimos antes, a energia está intimamente relacionada com a altura significativa das ondas.
Os outros parâmetros servem para tentarmos detectar alguma correlação no processo de eventos extremos.
Depois os dados das alturas significativas das ondas foram separados em meses para que pudéssemos visualizar os meses que mais se destacaram para cima ou para baixo e foram separados para análise um mês de alta e um mês de baixa com seus respectivos histogramas de frequência e boxplots.
Foi realizado também um estudo estatístico das alturas significativas das ondas separadas por ano, a fim de detectar quantas ressacas aconteceram em cada ano.
Para corroborar os dados de nosso trabalho, eles foram comparados com outro estudo que fornecia um histórico de ressacas no litoral sudeste do Brasil e algumas notícias que foram
18 publicadas na mídia. A partir daí projetamos os meses e suas respectivas quantidades de ocorrência de eventos extremos. Por fim foram analisados os outros parâmetros fornecidos pela marinha e detectados alguns padrões.
4. Resultados
4.1 Resultados Simulados
Para parâmetro de início de estudo, a Figura 5 demonstra o mapa da altura significativa (hs) para o primeiro momento de análise (0h de 1 de Janeiro de 2004).
Figura 5. Distribuição da altura significativa de onda para o dia 1 de janeiro de 2004 às 0h, proveniente do
modelo WW3 realizado pelo CHM. (Fonte do mapa de fundo: Google Maps)
Para análise primária, foram feitos os cálculos através do próprio RStudio para a obtenção de dados que pudessem denotar alguma informação, a partir da análise de medidas de tendência central em cada um dos cinco parâmetros adotados, além do valor máximo e mínimo de cada uma das variáveis, no intuito de organizar dados que pudessem vir a ser discrepantes. Nas tabelas 2, 3, 4, 5 e 6 são apresentados os valores mínimos e máximos de cada um dos parâmetros estudados, separados em três linhas correspondentes aos três pontos de análise (norte/centro/sul) além da média geral calculada a partir das médias pontuais, para cada um dos parâmetros citados.
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Tabela 2. Altura Significativa (hs) para cada um dos 3 pontos no intervalo de 11 anos.
Máximo (m) Média (m) Mínimo (m)
Norte 2,67 0.97 0,23
Centro 3,15 1.07 0,26
Sul 2,92 1.04 0,26
MÉDIA GERAL 2,91 1.03 0,25
Tabela 3. Período Médio de Onda (mwp) para cada um dos 3 pontos no intervalo de 11 anos.
Máximo (s) Média (s) Mínimo (s)
Norte 17.55 9.53 5.53
Centro 17,00 9.40 5.47
Sul 16.24 9.32 5.60
MÉDIA GERAL 16.93 9.42 5.53
Tabela 4. Período Médio da Onda Primária (pmwp) para cada um dos 3 pontos no intervalo de 11 anos. Máximo (s) Média (s) Mínimo (s)
Norte 23,35 10,92 5,84
Centro 23,25 10,77 5,84
Sul 21.80 10,67 5,85
MÉDIA GERAL 22,8 10,79 5,84
Tabela 5. Direção da Onda Primária (pwdir) para cada um dos 3 pontos no intervalo de 11 anos. Máximo (º) Média (º) Mínimo (º)
Norte 204,22 159.99 97,01
Centro 204,19 156,26 92,54
Sul 202 153,65 89,52
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Tabela 6. Velocidade do Vento (vw)para cada um dos 3 pontos no intervalo de 11 anos.
Máximo (m/s) Média (m/s) Mínimo (m/s)
Norte 15,42 4,07 0,02
Centro 16,28 4,29 0,04
Sul 14,11 4,00 0,02
MÉDIA GERAL 15,27 4,12 0,08
Podemos perceber que os valores obtidos para os três pontos (norte/centro/sul) apresentam valores muito próximos entre si, estando somente a altura significativa (hs) apresentando uma amplitude maior, sendo de 2,67 metros no ponto norte e 3,15 metros no ponto central.
4.1.1 Análise Mensal
Para efeito de comparação estatística através dos meses, foi tomado o parâmetro de Altura Significativa de Onda (hs) como variável primária de análise isolada. Foram separados todos os dados correspondentes aos onze anos disponíveis (2004 a 2014) e distribuídos de forma gráfica para obter em quais meses, ao longo desse período, a altura significativa de onda foi menor ou maior.
Percebe-se através da interpretação da Figura 6 que, tomando por referência gráfica o ponto Norte da área de estudo, os meses de abril (4) e setembro (9) apresentam as maiores alturas significativas, ultrapassando os valores de 2.5 metros. No entanto, é importante observar que o mês de maio (5), como também observado nas Figuras 7 e 8, apresentam valores que se afastam mais do valor nulo e, portanto, apresentam uma constância maior de ondas maiores do que 0,5 metro.
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Figura 6. Dados de Altura Significativa (hs) com base no ponto norte na variável meses.
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Figura 8. Dados de Altura Significativa (hs) com base no ponto sul na variável meses.
Os gráficos nos permitem ainda observar que o mês de junho (6) possui uma distribuição mais compacta em relação aos demais meses, apresentando poucos dados dispersos, variando de 0,23 m a 2,67 m, como já observado (Tabela 2). Outro ponto relevante é a presença de dados que fogem muito da tendência esperada, em setembro (9), chegando a valores próximos aos 3,0 metros, que se confirmam nos três pontos (Norte, Centro e Sul).
A fim de comprovar as informações apresentadas, foram selecionados dois meses que contenham dados de forma discrepantes entre si para observação comparativa.
Foram selecionados os meses de maio (5) e dezembro (12), pois eles apresentam, como já visto, dados bastante divergentes entre si. Para fácil visualização foram feitos dois processos de apresentação, representados como um histograma (Figuras 9 e 10), para visualização das frequências, e um boxplot para a visualização das médias e outliers.
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Figura 9. Histograma da frequência de Alturas Significativas de Onda para os meses de Maio.
Figura 10. Histograma da frequência de Alturas Significativas de Onda para os meses de Dezembro.
Apenas pelos histogramas, já é possível perceber a diferença entre o que é observado nos dois meses escolhidos no decorrer dos onze anos, informação confirmada através do que é visto nos boxplots de ambos os meses (Figuras 11 e 12).
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Figura 11. Boxplot referente a maio (em metros). Da esquerda para a direita: Norte | Centro | Sul
Figura 12. Boxplot referente a dezembro (em metros). Da esquerda para a direita: Norte | Centro | Sul
O boxplot fornece informações importantes que confirmam o que foi previamente observado. As medianas de altura significativa (hs) dos meses de dezembro (12) se encontram abaixo do valor de 1,0 metro, enquanto o valor referente ao mesmo parâmetro para os meses de maio (5) estão acima de 1,0 metro, confirmando a discrepância dos valores referentes a esses meses dentro dos dados distribuídos.
A Figura 13 mostra ainda, um resumo de toda a análise estatística feita referente aos meses, apresentando um gráfico com as médias gerais de altura significativa (hs) em metros, durante os onze anos aplicáveis. É possível perceber a já citada discrepância entre maio (5) e dezembro (12), quanto à média geral.
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Figura 13. Média geral de Altura Significativa (hs) em metros, por mês.
4.1.2 Análise Anual
Da mesma forma, para melhor visualização e interpretação dos dados, foram tomados os dados anuais se fazendo valer do mesmo parâmetro de altura significativa (hs) empregado anteriormente (Figuras 14, 15 e 16), além d e uma análise tomando as médias anuais totais, apresentadas na Figura 17. No intuito de cruzar informações, os dados simulados foram distribuídos de forma a permitir fácil identificação dos anos em que as ondas apresentaram seus valores mais elevados, e em quais os valores foram mais próximos de zero.
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Figura 14. Dados de Altura Significativa (hs) com base no ponto norte na variável anos.
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Figura 16. Dados de Altura Significativa (hs) com base no ponto sul na variável anos.
As informações coletadas mostram muitas coisas em comum, entre elas valores discrepantes em 2010, com ondas que ultrapassam a marca de 3,0 metros de altura. Ao mesmo tempo em que 2012 também marcou a presença de dados discrepantes nas três porções de análise. Além disso, verificando a Figura 17, têm-se que os anos com as maiores médias de altura foram 2008; 2010 e 2013. Estando 2010 com a maior média, com ondas de 1,1 metro como média anual, enquanto 2005 apresenta a menor média dos onze anos, marcando cerca de 0,99 centímetros como média anual.
28 4.2 Comparação Histórica
O primeiro evento de ressaca e maré alta registrado na região da Baixada Santista ocorreu em 1541, apelidado nos registros históricos como o “maremoto” de São Vicente, causando a destruição total da então Vila de São Vicente e, mais tarde, a transferência do porto para outro local da Ilha, onde foi fundada a Vila de Santos e posteriormente as primeiras infraestruturas do Porto de Santos (SOUZA et al., 2015).
Para efeito comparativo, tomaremos como parâmetro de análise histórica primária, os eventos documentados entre os anos de 2004 a 2011, encontrados a partir do documento “Eventos de Ressaca e Maré Alta na Baixada Santista (SP) entre 1961 e 2011”, realizado por um grupo de pesquisadores coordenados por Célia Regina de Gouveia Souza, pesquisadora Científica (IG-SMA/SP) e Professora Convidada de Pós-Graduação em Geografia Física (FFLCH). Esse documento foi exposto no XV Congresso da Associação Brasileira de Estudos do Quaternário (ABEQUA). Além disso, para análise posterior, foram utilizados veículos de imprensa que tenham registro de eventos de ressacas nos anos que o estudo citado acima não contempla (2012,2013 e 2014).
O documento de análise histórica supracitado se trata de um estudo estatístico dos eventos de ressaca durante um período de 50 anos (1961-2011), utilizando dados arquivados de instituições públicas federais, em especial o Banco Nacional de Dados Oceanográficos/DHN e Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos/INPE, e estaduais, como o Sistema Integrado de Gerenciamento de Recursos Hídricos do Estado de São Paulo, além de utilizar notícias de veículos de imprensa de abrangência local e nacional.
A distribuição de dados pode ser observada de forma simplificada na Figura 18, onde o número de eventos é mostrado no decorrer dos oito anos disponíveis para análise (2004-2011). O artigo base utilizado para esse estudo conta ainda com informações que embora estejam representadas graficamente, não inferem nenhum tipo de análise comparativa, como o nível das marés, uma vez que estas não foram consideradas para o estudo estatísticos dos dados simulados.
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Figura 18. Distribuição de eventos de Ressaca e Maré Alta no decorrer de 8 anos.
Para formar o espaço amostral comparativo dos resultados do WAVEWATCH3, foi selecionada uma amostra dos 400 maiores valores (1,25% do total), contemplando os 5 parâmetros de análise. Os valores selecionados correspondem aos valores com maiores médias de alturas significativas dos 11 anos observados (2004-2014). O processo de análise foi feito através de intervalos de dez centímetros, e dentro desse estudo foi definida a altura significativa mínima de 2,10 metros como parâmetro mínimo para configurar uma ressaca, uma vez que comparativamente é o valor que mais se aproxima da realidade, sendo que reduzindo esse parâmetro para 2,0 metros, por exemplo, os valores destoavam completamente do que era apresentado ano a ano no documento base.
A Figura 19 denota ainda a comparação direta entre o número de ressacas observados na análise simulada, contraposto com os dados estatísticos reais. Observa-se valores próximos quanto ao número de ressacas em quase todos os anos apresentados, com exceção de 2009 e 2010.
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Figura 19. Comparação entre dados obtidos na simulação e dados obtidos no artigo histórico (SOUZA et
al, 2015).
O ano com maior número de ressacas foi 2010, com 15 ressacas e 3 eventos de maré alta, seguido de 2009, com 11 ressacas e 4 de maré alta (SOUZA et al., 2015, p.283). Os dados simulados destoam das informações previamente citadas, uma vez que os anos que apresentam maior incidência de eventos extremos (2009 e 2010) são os únicos dentro do observado que possuem uma diferença maior do que 2 eventos.
Essa discrepância pode ter ocorrido por 2 motivos. O documento histórico, se fazendo valer da utilização de referências técnicas, em sua maioria obtidas através de órgãos públicos e especializados, possuem em detalhes o período de duração de um evento extremo e os parâmetros que o compõe, e portanto, eventos possuem a sua duração variável dentro do documento. Já nos dados simulados, o estudo foi pautado na separação de dados discrepantes em datas pré-estabelecidas, como dias (Figura 19), meses e anos, e portanto, o número de eventos obtidos difere do observado historicamente, uma vez que intervalos distintos foram utilizados e os dados simulados não oferecem tais tipos de informações. Outro motivo plausível seria a utilização de um ponto de referência longe da costa, o que geraria valores discrepantes em comparação aos pontos escolhidos para a análise simulada, uma vez que historicamente foram observadas ondas de mais de 5,0 metros de altura, enquanto no estudo simulado os maiores valores não passavam de 3,5 metros.
31 Além disso, como já citado, a pesquisa acima se estende até o ano de 2011, gerando uma defasagem de três anos para o estudo comparativo. No entanto, foram separadas três reportagens de veículos eletrônicos que noticiaram eventos de ressaca na baixada santista nos três anos faltantes.
De acordo com os dados simulados, no dia 7 de junho de 2012 - cinco dias após a notícia citada (Figura 20) - foram identificadas ondas de 2,05 metros, valor que está dentro do que a amostra estipula como maiores alturas significativas.
Figura 20. Informação referente ao evento de ressaca registrado no dia 02/06/12. (Fonte: G1, 2012)
Ainda nos dados simulados, foram identificadas ondas de 2,15 metros referentes ao dia 14 de abril de 2013, três dias antes da notícia registrada (Figura 21).
Figura 21. Informação referente ao evento de ressaca registrado no dia 17/04/13. (Fonte: G1, 2013)
Quanto ao ano de 2014, não existem quaisquer eventos próximos à data estipulada na notícia referente ao mesmo ano (Figura 22), tendo sido feito o último registro de alturas significativas grandes no dia 11 de maio do mesmo ano, com ondas que chegavam a 1,95 metros.
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Figura 22. Informação referente ao evento de ressaca registrado no dia 27/05/14. (Fonte: G1, 2014)
No entanto, quando observado de forma isolada o dia com o maior valor observado de média de altura significativa, temos um dia com valores discrepantes. O dia 9 de abril de 2010 apresentou a maior média entre os 3 pontos analisados, sendo de 2,83 metros. Tal informação é validada através da notícia retratada na Figura 23 e 24, que data do dia 08 de abril de 2010, provocada por um ciclone extratropical que atuou na costa sudeste do país naquele ano.
Figura 23. Informação referente ao evento de ressaca registrado no dia 08/04/2010. (Fonte: O Globo, 2010)
33 Pensando na relação de frequência de eventos, e na distribuição dos dados obtidos tomando como parâmetro os meses distribuídos durante os anos, percebe-se (Figura 25) uma clara concentração de eventos extremos nos meses que compreendem o intervalo entre abril (4) e setembro (9), em contraponto ao restante dos meses, que possuem um valor extremamente reduzido de eventos com grande altura significativa quando comparados aos citados anteriormente.
Ressalta-se ainda a divisão do número de ressacas por oito (Figura 25), uma vez que as medições foram feitas de 3 em 3 horas, configurando oito subconjuntos de dados formando um único dia.
Figura 25. Número de eventos extremos por mês nos onze anos de análise.
4.3 Comparação Geral e Amostral de Parâmetros de Onda
A altura significativa representa o principal parâmetro entre os dados obtidos na simulação, sendo assim, se torna importante denotar se há ou não alguma correlação ou padrão entre a altura significativa das ondas (hs) e os quatro demais parâmetros: período médio da onda (mwp); período médio da onda primária (pmwp); direção da onda primária (pwdir) e velocidade do vento (vw).
Se faz necessário ainda frisar que os dados simulados são medidos a uma distância entre 21 km e 25 km da costa. Essa é uma distância segura provável, próxima à faixa de
34 areia, onde o leito não interfere nas alturas significativas de onda, uma vez que ao aproximarmos da zona de rebentação, existe o empolamento das ondas e consequentemente o aumento de suas alturas significativas.
Visto isto, podemos caracterizar a análise proposta como sendo um estudo de ondas em águas profundas. Tem-se também que os outros parâmetros que não a altura significativa também são medidos no mesmo local, próximos a costa, sendo portanto válido salientar que os dados obtidos não correspondem aos que seriam observados em alto mar, onde as ondas se originam, estando a análise restrita portanto, ao litoral.
Para isso, as Figuras 26, 27, 28 e 29 mostram a relação comparativa entre as médias gerais e as médias amostrais com maior altura significativa (hs). As médias gerais representam as 32.000 linhas obtidas através do WW3, representando todos os dados, já a média da amostra representa a média das 400 maiores medições de altura significativa, traduzidos como dias de ressaca na análise realizada.
Temos valores muito próximos (Figura 26) quando comparamos as médias referentes ao período médio de onda (mwp), mostrando que não existe relação aparente entre a média geral dos valores simulados e a média dos eventos extremos para esse mesmo parâmetro.
35 O mesmo ocorre na análise das médias do parâmetro de período médio da onda primária (pmwp), uma vez que a diferença é ainda menor (Figura 27) do que a observada no parâmetro anterior.
Figura 27. Comparação baseada na média geral e amostral dos valores de período médio da onda primária
(pmwp).
Já no parâmetro de direção de onda primária (pwdir), os valores possuem uma discrepância um pouco maior (Figura 28), indicando que provavelmente existe uma relação, mesmo que pequena, entre os eventos extremos com alturas significativas maiores e a angulação da onda primária. No entanto, se partirmos do princípio que a direção média geral (156º) e a direção média da amostra (166º) estão dentro da gradação Sul-Sudeste (SSE), concluiremos que tal diferença não se demonstra significativa.
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Figura 28. Comparação baseada na média geral e amostral dos valores de direção da onda primária (pwdir).
Quanto ao parâmetro de velocidade do vento (vw), observa-se uma discrepância mais acentuada do que as observadas anteriormente (Figura 29), indicando uma relação íntima entre a ocorrência de eventos extremos com a velocidade do vento observado na região de estudo.
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5. Conclusão
Foi de amplo êxito a obtenção dos dados simulados da marinha correspondentes aos anos de 2004 a 2014, inclusive relativamente próximos à costa litorânea da Baixada Santista, com pontos distantes entre 21 km e 25 km da faixa de areia.
Através do software RStudio, os dados obtidos foram passíveis de análise e plotagem gráfica para a observação comparativa, como as médias e a variação para cada um dos parâmetros analisados.
Foi possível caracterizar os anos e os meses de incidência de maiores eventos extremos. Os valores calculados a partir das médias obtidas ressaltam os maiores picos de altura como sendo nos anos de 2008, 2010 e 2013. Enquanto que a análise mensal mostra que os meses de maio, agosto e setembro possuem os maiores valores de onda, em média.
A análise comparativa pautada nos dados históricos obtidos apontou ampla correlação, embora quando comparada ao artigo referencial apresentasse dois anos discrepantes em relação aos demais (2009 e 2010). Observamos também que os resultados do modelo ficaram próximos em números de ressacas aos resultados de SOUZA et al., 2015. Os dados ainda se mantiveram relacionados quando comparados com arquivos de jornais eletrônicos que possuíam datas de publicação para efeito comparativo, sendo assertivamente corroborado com o maior valor de altura significativa ocorrendo concomitantemente a um evento de ressaca na Baixada Santista no ano de 2010.
É possível perceber também que dos parâmetros secundários analisados, a velocidade do vento costeiro é o parâmetro que parece apresentar alguma influência nos resultados obtidos, podendo ser objeto de um próximo estudo.
O estudo aqui apresentado, embora se utilize de parâmetros comparativos para firmar fatos, pode vir a representar uma pesquisa analítica de extrema importância política e social quando feito de forma a expressar dados reais de prática aplicação, pois como já explicitado, ele infere uma análise com muitas utilizações, sejam elas de bem estar social ou preventivas, denotando assim a importância de pesquisas do tipo na esfera pública, no intuito de gerar um avanço social gradual e uma maior compreensão das relações entre natureza e sociedade e seus proveitos e riscos para uma convivência pacífica e proveitosa.
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