ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE DADOS DE PRECIPITAÇÃO E DE NÍVEIS DE ÁGUA ESTIMADOS VIA PRODUTO MERGE E SATÉLITE ENVISATNA BACIA
AMAZÔNICA
Leonardo Alves Vergasta¹ Robson Azevedo de Oliveira¹ Guilherme Cordeiro Figliuolo¹
Aline Corrêa de Sousa¹ Phillipe Arantes Pereira2
Francis Wagner Silva Correia1 Joecila Santos da Silva³
Stéphane Calmant4 Frédérique Seyler5
1
Universidade do Estado do Amazonas- UEA;
Bacharelado em Meteorologia; Escola Superior de Tecnologia- EST Av. Darcy Vargas, 1200, 69065-020, Manaus-AM, Brasil;
email: vergastinha@gmail.com; robsonaz@ig.com.br; guilhermecordeiro_f@hotmail.com; alinecorrea.acs@gmail.com; francis.wagner70@gmail.com
2
Universidade Federal do Amazonas - UFAM;
Bacharelado em Engenharia da Computação; Faculdade de Tecnologia - FT; Av. Gen. Rodrigo Otavio, 3000, Coroado I, 69077-000 Manaus - AM , Brasil;
email: apphillipe@gmail.com
3
Universidade do Estado do Amazonas – UEA; Centro de Estudos do Trópico Úmido – CESTU;
Av. Djalma Batista 3578, Flores, 69050-010, Manaus-AM, Brasil; email: jsdsilva@uea.edu.br
4
Institut de Recherche pour le Développement – IRD; UMR 5566 LEGOS CNES/CNRS/IRD/UT3; 14 av. Edouard Belin, 31400, Toulouse, France;
e-mail: stephane.calmant@ird.fr
5
Institut de Recherche pour le Développement – IRD; UMR 228 ESPACE-DEV (IRD,UM2,UR,UAG)
Centre IRD de Guyane, 0,275 km Route de Montabo, BP 165 97323, Cayenne, cedex Guyane Française
e-mail: frederique.seyler@ird.fr
Abstract: The aim of this research was to compare MERGE rainfall and ENVISAT altimetry data in the Amazon River for. MERGE rainfall data is a new technique to combine TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) satellite precipitation estimates with surface observations (Surface Synoptic Observations-SYNOP data) over the South American continent. The combination of data estimated by TRMM and the precipitation of surface are interpolated to a regular grid interpolation method using as the objective analysis of Barnes. The
measures and estimates were compared at the virtual stations along the river. The satellite radar altimetry denotes good results of the water level for the period 2002-2010. The surface water level is measured within a terrestrial reference frame with a repeatability from 35 day. Using a 3D method (VALS Tool) for define the virtual station, were computed and analyzed time series of water stage together with the rainfall climatology series of MERGE rainfall data. The results show variations of the difference between the maximum and minimum rainfall, and water level, stations upstream has a gap lower than the stations located further downstream the river.
Palavras-chave: radar altimetry, hydrometeorologoly, Amazon basin, altimetria espacial, hidrometeorologia,
bacia Amazônica 1. Introdução
Alimentados pelas águas advindas de precipitações pluviais ou da contribuição subterrânea os rios são cursos de água que transportam escoamentos concentrados com superfícies livres (Silva et al., 2003), fazendo assim, parte integrante do ciclo hidrológico por apresentarem a forma mais visível de escoamento superficial da bacia hidrográfica (Chistofoletti,1981). A vazão é a principal grandeza que caracteriza um rio (Villela e Mattos, 1975) sendo variável no tempo e no espaço e tida como estocástica (Tucci, 2001) correspondente ao regime fluvial ou regime hidrológico do rio.
A vazão média anual na foz do rio Amazonas é de 238.000 m3 s-1 (Ronchail et al., 2006) que representa 20% da vazão de água doce afluente ao Oceano Atlântico (Tucci, 2006), caracterizando assim a bacia Amazônica como a maior bacia hidrográfica do mundo que abrange uma área de drenagem de aproximadamente 6.869.000 km²( Silva, 2010) . Está posicionada entre os paralelos de 5° de latitude Norte e 20° de latitude Sul, e entre os meridianos de 48° e 79° de longitude Oeste. Por tratar-se de uma bacia transfonteiriça também está presente em território de outros países da América do Sul, ou seja, além do Brasil, ocupa a Bolívia, Peru, Equador, Venezuela, Colômbia e Guiana.
Propõe-se neste trabalho fazer uma análise comparativa dos dados de chuva do MERGE, com dados altimétricos do satélite ENVISAT entre os anos de 2002 e 2010, no sistema Ucayali-Solimões-Amazonas. Tendo como objetivo entender quais as influências que a chuva exercem no nível de água, foram escolhidos 4 estações ao longo do sistema, a primeira próximo a nascente (Ucayali_708), outra próximo à Tabatinga-AM (Amazonas_751), a seguinte nas proximidades de Coari (Amazonas_321) e a última próximo à Parintins (Amazonas_435).
2. Área de Estudo
A área de estudo consiste na calha principal do sistema Ucayali-Solimões-Amazonas, da bacia Amazônica. O rio Amazonas nasce no Nevado de Misme, Cordilheira oriental dos Andes peruanos, entre as cidades de Cuzco e Arequipa, a uma altitude de aproximadamente 5.300 m, à montante do rio Apurimac, que formará o rio Ucayali. Após a confluência com o rio Marañon, passa a se chamar Amazonas, mudando para Solimões quando entra no Brasil. Chegando próximo da cidade de Manaus, encontra-se com o rio Negro, voltando a chamar-se Amazonas. Quanto à extensão do rio existem controvérsias, mas é estimado em aproximadamente 6.992,15km (SILVA, 2010). Apresenta afluentes nos dois hemisférios e, dentre os principais, da margem esquerda encontram-se o Japurá, o Negro e o Trombetas; na margem direita, o Juruá, o Purus, o Madeira, o Xingu e o Tapajós.
Neste estudo foram escolhidos quatro pontos distintos sistema Ucayali-Solimões-Amazonas, um próximo a sua nascente no Ucayali (Latitude: -11,95; Longitude: -72,92), outro próximo à Tabatinga (Latitude: -4,38; Longitude: -69,79), o seguinte próximo à Coari (Latitude: 2,51; Longitude: 62,94) e o último ponto nas proximidades à Parintins (Latitude: -2,62; Longitude: -56,77).
Figura 1. Estação Ucayali_708, próximo a nascente do rio Amazonas.
Figura 2. Estação Amazonas_751, próximo de Tabatinga.
. Figura 4. Estação Amazonas_435, próximo de Parintins.
3 Metodologias
3.1 Dados Altimétricos
Foram desenvolvidos programas em linguagem Fortran para cada algoritmo padrão de tratamento das Formas de Ondas do satélite ENVISAT (Ocean, Ice-1, Ice-2 e Sea-ice) que permitem calcular a posição à 20Hz (i.e., 1/20éssimo de segundo) da medida altimétrica com data, latitude, longitude e altura do plano de água a partir da equação da órbita do satélite com as devidas correções ambientais e geofísicas que permitem a criação das bases de dados para utilização no programa Virtual Altimetry Station – VALS (VALS, 2011).
Uma seleção inicial dos dados altimétricos foi executada através de um polígono delimitado pelas latitudes e longitudes mínimas e máximas, utilizando-se o programa Google Earth com seu mosaico de imagens em segundo plano para identificação do corpo de água. Os dados selecionados são visualizados no programa VALS, mostrando o perfil hidrológico altimétrico ao longo do traço, onde cada linha corresponde a uma passagem do satélite permitindo-se refinar a seleção dos dados individualmente, excluindo-se as medidas indesejáveis. Os dados para cada passagem do satélite permitem estimar as séries temporais de altura do nível da água, calculando-se a média e a mediana para cada ciclo. Adicionalmente, as alturas elipsoidais de nível de água das séries temporais serão convertidas em altitudes, utilizando-se o modelo de ondulação geoidal EGM2008 desenvolvido por Pavlis et al. (2008).
3.2 Dados do Merge
O MERGE é uma técnica nova que visa combinar os dados do satélite TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) com os dados de observação de superfície (Surface Synoptic Observations - SYNOP) sobre o continente da América do Sul (Vila et al.,2009).
4. Resultados e discussão
Através da análise dos 4 gráficos gerados convencionou-se realizar a comparação entre a média de precipitação e a média da cota altimétrica, para o período de 2002 a 2010, das estações do Ucayali_708, Amazonas_622, Amazonas_321 e Amazonas_435.
Figura 5. Gráfico de cota (linhas contínuas) e precipitação (barras) para a estação do Ucayali_708.
Na Figura 5, próximo a nascente no rio Ucayali, verifica-se que os valores máximos e mínimos de precipitação são registrados no mês de Dezembro e Agosto, respectivamente, enquanto que os máximos e mínimos de cota são observados nos meses de Maio e Setembro, respectivamente. Desta forma evidencia-se a defasagem de 5 (cinco) meses para que o máximo de precipitação (400 mm/mês) apresente efeitos na cota (73 m), no período de cheia. Para o período de estiagem observa-se defasagem de 1 (um) mês para que o mínimo de precipitação (40 mm/mês) apresente efeitos na cota, com valor mínimo de 68 m.
Figura 6. Gráfico de cota (linhas contínuas) e precipitação (barras) para a estação do Amazonas_751 (Tabatinga). 0 100 200 300 400 500 600 66 71 76 81 86 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 C ot a (m ) Meses Média 2002-2010 Ucayali_708 MERGE ENVISAT Pr e ci p it aç ão (m m /M ê s) 0 100 200 300 400 500 600 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 C ot a (m ) Meses
Média 2002-2010 Amazonas_622 (Tabatinga)
MERGE ENVISAT Pr e ci p it aç ão (m m /M ê s)
Na Figura 6, próximo à Tabatinga, os valores máximos e mínimos de precipitação são registrados no mês de Março e Agosto, respectivamente, enquanto que os máximos e mínimos de cota são observados nos meses de Abril e Setembro, respectivamente. Ressalta-se a defasagem de 1 (um) mês para que o máximo de precipitação (400 mm/mês) apresente efeitos na cota (69 m), no período de cheia. Para o período de estiagem observa-se defasagem de 1 (um) mês para que o mínimo de precipitação (40 mm/mês) apresente efeitos na cota, com valor mínimo de 62 m.
Figura 7. Gráfico de cota (linhas contínuas) e precipitação (barras) para a estação do Amazonas_321 (Coari).
Tem-se na Figura 7, próximo à Coari, os valores máximos e mínimos de precipitação obtidos nos meses de Março e Julho, respectivamente, de forma similar os máximos e mínimos de cota são observados nos meses de Junho e Outubro, respectivamente. A defasagem observada é de 3 (três) meses tendo em vista o máximo de precipitação (310 mm/mês) interferindo no nível da cota (31 m) no período de cheia. Na estiagem observa-se defasagem de 3 (três) meses para que a cota apresente variação significativa.
Figura 8. Gráfico de cota (linhas contínuas) e precipitação (barras) para a estação do Amazonas_435 (Parintins). 0 100 200 300 400 500 600 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cot a (m ) Meses
Média 2002-2010 Amazonas_321 (Coari)
MERGE ENVISAT Pr ec ip it aç ão (m m /M ês) 0 100 200 300 400 500 600 6 11 16 21 26 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 C ot a (m ) Meses
Média 2002-2010 Amazonas_435 (Parintins)
MERGE ENVISAT Pr e ci p it aç ão (m m /M ê s)
Evidenciam-se na Figura 8, para a estação próxima à Parintins, os valores máximos e mínimos de precipitação no mês de Abril e Setembro, respectivamente, e os máximos e mínimos de cota destacados nos meses de Maio e Novembro, respectivamente. Assim observa-se a defasagem de 1 (um) mês entre o máximo de precipitação(410 mm/mês) e o máximo de cota(14 m), no período de cheia. Para o período de estiagem observa-se defasagem de 2 (dois) meses entre o mínimo de precipitação (50 mm/mês) e o mínimo de cota (7 m).
5. Conclusões
A partir deste estudo preliminar tanto com os dados de precipitação quanto com dados altimétricos foi possível estimarem-se os regimes pluviométricos e hidrológicos no sistema Ucayali-Solimões-Amazonas. Com isso, pode-se afirmar que os dados do produto MERGE e do satélite ENVISAT podem ser uma alternativa para obtenção de dados in situ. O passo seguinte é ampliar a grade para toda a bacia Amazônica, realizando estudos regionais.
Agradecimentos
Este estudo se insere nos projetos de pesquisa CASAM (CNPq), DS BIODIVA e CLIVAR (FAPEAM), Dinâmica Fluvial do Sistema Solimões-Amazonas (CPRM) e FOAM (CNES/TOSCA). Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela bolsa de Iniciação Científica cedida ao primeiro autor. Ao Centre de Topographie des Océans et de l'Hydrosphère - CTOH do en Geophysique et Océanographie Spatiales - LEGOS, pelos Geophysical Data Records - GDRs e as correções troposféricas correspondentes e àEuropean Space Agency- ESA pela garantia do uso dos dados da missão ENVISAT disponibilizados para o estudo.
Referencias Bibliográficas
CHRISTOFOLETTI, A. (1981). Geomorfologia fluvial. São Paulo: Edgard Blucher. MONTGOMERY, D. G. e RUNGER, G. C., 2003, Estatística aplicada e probabilidade para engenheiros 2 ed., Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. ISBN: 85-216-1360-1
GOOGLE EARTH (2011), Google Earth, versão 6.0.3.2197. Google Inc.
PAVLIS, N. K. et al. (2008). Factor J.K. An Earth Gravitational Model to Degree 2160: EGM2008. Em: Proceedings of the 2008 General Assembly of the European Geosciences Union, Vienna, Austria, 13-18/04/2008. Disponível em: http://earth-info.nga.mil/GandG/wgs84/gravitymod/egm2008/egm08_wgs84.html RONCHAIL, J., GUYOT, J. L., VILLAR, J. C. E., FRAIZY, P., COCHONNEAU, G., OLIVEIRA, E., FILIZOLA, N., ORDENEZ, J. J., 2006, Impact of the Amazon tributaries on major floods at Óbidos, Em: Proceedings of the Fifth FRIEND World Conference held at Havana, Climate Variability and Change— Hydrological Impacts, pp. 1-6. Cuba, November 2006. IAHS Publ. 308
SILVA, R. C. V. et al. (2003). Hidráulica Fluvial. v. 1, Rio de Janeiro: COPPE/UFRJ. ISBN: 85- 285-0059-4
SILVA, J. S. et al. (2010) Water levels in the Amazon Basin derived from the ERS 2- ENVISAT radar altimetry missions. Remote Sensing of Environment, 114(10):2160-2181, doi: 10.1016/j.rse.2010.04.020
SILVA, J. S., 2010, Altimetria Espacial em Zonas Úmidas da Bacia Amazônica - Aplicações Hidrologicas. Saarbrücken (GE), Édition Universitaires Européennes. ISBN: 978-613-1-52979-5
VILA, D. A., , L. G. G. de Goncalves, D. L. Toll, and J. R. Rozante, 2009: Statistical evaluation of combined daily gauge observations and and rainfall satellite estimates over continental South America. J. Hydrometeor., 10, 533–543.
TUCCI, C. E. M. (org), 2001, Hidrologia: ciência e aplicação. 2 ed., Porto Alegre: Editora da Universidade/UFRGS, ABRH.
VALS Tool, 2011, Virtual ALtimetry Station, Versão 1.0.3, 05/2011, COCHONNEAU, G. e CALMANT, S. Disponível em: http://www.mpl.ird.fr/hybam/outils/logiciels_test.php
VILLELA, S. M.; MATTOS, A., 1975, Hidrologia aplicada. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil.
ISBN: 75-0386 UNEP (2004). Barthem, R. B., Charvet-Almeida, P., Montag, L. F. A. and Lanna, A.E. Amazon Basin, GIWA Regional assessment 40b. University of Kalmar, Kalmar, Sweden.
