VARIABILIDADE ESPAÇO-TEMPORAL DOS EVENTOS EXTREMOS DIÁRIOS DE PRECIPITAÇÃO PARA O ESTADO DE SÃO PAULO
Mercel José dos Santos,12Rita Yuri Ynoue1 1IAG-USP-Brasil - São Paulo - [email protected]2
RESUMO: Este trabalho descreve as variabilidades espaciais e temporais dos eventos extremos
diários de precipitação que ocorreram no período de 1979-2010, ao mesmo tempo, estuda sua relação com as características pluviométricas do Estado de São Paulo. Utilizaram-se análises de precipitação diária, com resolução espacial de 0,5◦de latitude/longitude, fornecidas pelo Climate
Predction Center (CPC). Foi observado que o verão destaca-se com maiores valores de eventos extremos, enquanto que no inverno essa quantia é mínima. A orografia foi decisiva na caracteri-zação espacial dos eventos extremos.
ABSTRACT: This work describes the spatial temporal variability of the daily extremes events
of precipitation that occurred from 1979 through 2010, and its relationship with the rainfall cha-racteristics of the São Paulo State, Brazil. It was utilized analysis of daily precipitation from the Climate Prediction Center (CPC), gridded at a spatial resolution of 0.5 latitude/longitude. The maximum values of extreme events were observed at summer, on the other hand, the minimum values occur at winter. The orography was decisive in the spatial characterization of extremes events.
INTRODUÇÃO
Eventos extremos de precipitação (EEPs) são os que apresentam desvios relativamente grandes acima ou abaixo do padrão médio de precipitação, para uma determinada região. Estes desvios podem ser aplicados a escalas diárias, mensais, sazonais, anuais entre outros (BARBOSA, 2007). Os EEPs geralmente estão associados a precipitações intensas, principais responsáveis pelas en-chentes, inundações, desabamentos e, consequentemente mortes nas grandes regiões metropolita-nas do Brasil (PEREIRA FILHO e BARROS, 1998). Nas zometropolita-nas não urbanizadas, EEPs provocam erosões, destroem estradas, prejudicando, desta forma, as atividades agrícolas e transporte rodo-viário.
Diante do impacto social causado pelos EEPs, torna-se necessário um estudo climatológico desse fenômeno, visando encontrar padrões relacionados às forçantes climáticas. No intuito de caracte-rizar as regiões mais suscetíveis à ocorrência EEPs, o estudo da sua distribuição espacial é primor-dial. Dessa forma, os objetivos desse trabalho são: i) Avaliar variabilidade anual e interanual dos EEPs para o Estado de São Paulo, assim como sua distribuição espacial, ii) Analisar a relação dos EEPs com as características pluviométricas do Estado de São Paulo.
METODOLOGIA
Os dados de precipitação foram acumulados diários fornecidos pelo Climate Predction Center (CPC) da National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Estes são análises de pre-cipitação diária global, sobre a região continental, derivadas de medições pluviométricas de
esta-ções em superfície. As análises foram geradas através da interpolação ótima, técnica de análise objetiva que considera os efeitos orográficos (CHEN et al. 2008). Os dados estão disponíveis desde primeiro de janeiro 1979 até os dias atuais e apresentam resolução espacial de 0,5◦de
lati-tude/longitude. Foram utilizados apenas aqueles que se encontram dentro do domínio do Estado de São Paulo (Figura 3a), totalizando 106 pontos de grade, para o período de 1979-2010.
Assim como, Carvalho et al. (2004) e Weykamp (2006), a caracterização dos eventos de precipi-tação foi baseada no limiar correspondente ao percentil 95. Os limiares foram determinados para cada mês e para cada ponto de grade dentro do limite do Estado de São Paulo. Deste modo, um evento extremo de precipitação em um ponto de grade (EEPPG) ocorre quando o total pluvio-métrico diário excede este limiar. A abrangência espacial de ocorrência de EEPPG foi o critério adotado para classificar os eventos de chuva extrema diária para o Estado de São Paulo (EEPSP). Assim, foi considerado um EEPSP, quando, na mesma data, a precipitação diária foi superior ao percentil 95 em no mínimo 18 pontos de grade, que corresponde a 17% da área do Estado. O percentilαpfoi determinado mediante à seguinte relação:
Prob(x ≤ αp) = Z α
p
0
f(x)dx = F(αp) = p (1)
em que, x é o total pluviométrico diário igual ou superior a um milímetro;f(x) a função densidade
de probabilidade, sua integral de 0 aαpresulta na função de distribuição de probabilidadeF(αp);
e p, a probabilidade de quex ≤ αp, ou seja, o percentilαp. Uma discussão mais detalhada dessa
técnica pode ser vista em Xavier e Xavier (1998).
Neste estudo foi usada a função densidade de probabilidade do tipo gama:
f(x) = (x/β) α−1
exp(−x/β)
βΓ(α) (2)
onde,α é o parâmetro de forma; β, parâmetro de escala; e Γ(α), a função gama ordinária. Estes
parâmetros são determinados em função da média e do desvio padrão, conforme Wilks (2005). A relação dos eventos extremos com as características pluviométricas do Estado de São Paulo foi estabelecida mediante o coeficiente de correlação de Pearson (Wilks 2005).
RESULTADOS
A variabilidade da quantidade anual de EEPSP para o período de 1979 a 2010 é destacada pelos anos de 1983, por apresentar maior número de eventos, 1994 e 2001 pelos menores (Figura 1b). Os maiores valores de frequência anual de dias chuvosos (FAMDC) (Figura 1a) e acumulados anu-ais de precipitação (AAMP) (Figura 1b), grandezas médias para o Estado de São Paulo, também corresponderam ao ano de 1983. Enquanto que, o menor valor de FAMDC ocorreu no ano de 2007 e de AAMP em 1984. O ano de 1983 foi marcado pela ocorrência de El Nino, considerado como um dos mais intensos dentro do período de estudo (OLIVEIRA et al. 1998). De modo geral, o período de estudo apresentou maior frequência de anomalias negativas da quantia anual de EEPSP. Por outro lado, as ocorrências de ENOS (El niño oscilação Sul) fase quente foram mais
frequen-tes em relação à fase fria (Figura 1a). Os sinais das anomalias da quantidade de EEPSP anual coincidiram em 65 % dos anos com os sinais das anomalias de AAMP, ou seja, em oito anos (não necessariamente em sequência), ambas variáveis, apresentaram anomalias positivas, enquanto que em treze anos foram negativas. Quanto ao sinal das anomalias da FAMDC, este coincidiu com o sinal das anomalias de EEPSP em 22 dos anos. A correlação entre os AAMPs (FAMDCs) e as quantias de EEPSP, calculada com valores anuais, foi de 0,79 (0,43).
A variabilidade anual da quantidade de EEPSP apresenta um ciclo bem definido, de modo que esses valores são máximos no verão e mínimos no inverno. Em termos quantitativos, 38% das ocorrências de EEPSP, para o período de estudo, foram no verão, e 14% no inverno. Janeiro foi o mês de máxima ocorrência de EEPSP e agosto o de mínima, que condiz em aproximadamente 13,5 e 3,6% do total de EEPSP respectivamente (Figura 2b). Esses resultados foram condizentes com os de Liebmann et al. (2001), que utilizaram dados do Departamento de Águas e Energia do Estado de São Paulo, e a determinação dos extremos foi com base em limiares que corresponderam um percentual da precipitação média anual. Carvalho et al. (2002) ressaltam que aproximadamente 65% dos eventos extremos ocorridos nos meses de dezembro, janeiro e fevereiro, para o período de 1979-1996, concordaram com atividade convectiva, intensa e extensa, da Zona de Convergên-cia do Atlântico Sul (ZCAS). As demais ocorrênConvergên-cias, aproximadamente 35%, coincidiram com a ZCAS em atividade convectiva reduzida. A distribuição anual do número de EEPSP apresenta similaridade marcante com variabilidade anual da precipitação e da frequência de dias chuvosos média para o Estado de são Paulo (Figura 2a, 2b). Suas respectivas correlações são: 0,93 e 0,95. Esta semelhança não é tão destacada quando compara a variabilidade anual do percentil médio para o Estado de São Paulo (PMSP), figura 2a, com a distribuição anual de EEPSP.
A distribuição espacial climatológica dos eventos extremos é caracterizada por máximos valores na região costeira do Estado e mínimos no Planalto Ocidental. Outra região marcada é a da Serra da Mantiqueira, pois apresenta valores elevados de eventos extremos, quando comparados com a região do planalto Ocidental. Vale ressaltar o elevado gradiente do número de eventos, em relação às demais regiões, observado na região costeira (Figura 3d). Estas características também são ob-servadas nos campos climatológicos de precipitação anual e frequência de dias chuvosos (Figura 3b, 3c). Feições semelhantes quanto a distribuição espacial de dias com chuva e de precipitação foram observadas por Prado et al (2006). As correlações entre o campo climatológico de eventos extremos com precipitação e a frequência anual média de dias chuvosos foram: 0,8 e 0,84, nesta ordem. As correlações apresentadas neste trabalho possuem significância estatística, baseada no teste t Student (α = 0,05) (Wilks 2005).
CONCLUSÕES
O período 1979-2010 possui frequência de anomalias negativas do número anual de EEPSP pre-dominante. Quanto ao ENOS, neste período ocorreu maior frequência de El Niño.
A variabilidade interanual do número anual de EEPSP apresenta forte correlação com AAMP, e correlação moderada com a distribuição interanual da FAMDC.
in-verno, sendo janeiro e agosto os meses de maior e menor ocorrência respectivamente. O ciclo anual do PMSP apresenta menor simetria com EEPSP, em relação aos ciclos da precipitação e da frequência de dias chuvosos.
Os maiores valores EEPs localizam-se na região costeira do Estado e na Serra da Mantiqueira, en-quanto que os menores são observados no Planalto Ocidental. Esta distribuição espacial apresenta semelhança com a precipitação média anual e a frequência de dias chuvosos.
AGRADECIMENTOS:CAPES, IAG/USP. REFERÊNCIAS
Barbosa, J. P. M., 2007: Estudo sobre a evolução dos eventos extremos de precipitação no setor paulista da serra do mar. XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, São Paulo.
Carvalho, L. M. V., C. Jones, and B. Liebmann, 2002: Extreme precipitation events in southern South America and large-scale convective patterns in the South Atlantic Convergence Zone. J. Climate, 15, 2377-94.
Carvalho, L. M. V., C. Jones, and B. Liebmann, 2004: The South Atlantic Convergence Zone: In-tensity, form, persistence, and relationships with intraseasonal to interannual activity and extreme rainfall. J. Climate, 17, 88-108.
Chen, M., W. Shi, P. Xie, V. B. S. Silva, V. E. Kousky, R. W. Higgins, and J. E. Janowiak, 2008: Assessing objective techniques for gauge-based analyses of global daily precipitation. J. Geophys. Res.,113, D04110.
Liebmann, B., C. Jones, and L. M. V. Carvalho, 2001. Interannual variability of daily extreme precipitation events in the state of São Paulo, Brazil. J. Climate, 14, 208–218.
Pereira Filho, A. J., M. T. L. BARROS, 1998: Flood warning system for megacities: a Brazilian perspective. International Conference on Hydrology in a changing environment, British Hydrolo-gical Society.
Prado, L. F, A. J. Pereira Filho, G. A. Lobo, R. HALLAK, 2006: Climatologia da precipitação no Estado de São Paulo no período de 1947 a 1997. XIV Congresso Brasileiro de Meteorologia, Florianópolis.
Oliveira, G.S., J. A. Marengo, and V. Kousky, 1998: O Final do Episódio El Niño 1997 1998 e o Desenvolvimento e a Intensificação do Episódio La Niña 1998/1999. X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Brasília- DF.
Weykamp, F. V., 2006: Eventos extremos de precipitação no sul/sudeste da América do sul asso-ciados a jatos de baixos níveis São Paulo. Universidade de São Paulo. (Dissertação de mestrado em meteorologia).
Wilks ,D.S., 1995: Statistical methods in the atmospheric sciences.San Diego. Academic Press. Xavier, T. M. B. S., A. F. S. Xavier, 1998: Quantis para Séries Pluviométricas do Estado do Ceará e Caracterização de Períodos Secos ou Excepcionalmente Chuvosos . X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Brasília- DF.
32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 1979 1983 1987 1991 1995 1999 2003 2007
Frequência Média de Dias Chuvosos (%)
Anos Média=40,2 %
a) Freq. Méd. Dias Chuv.
El Niño For. El Niño Fra. El Niño Mod. La Niña For. La Niña Fra. 10 15 20 25 30 35 40 45 1979 1983 1987 1991 1995 1999 2003 2007 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200
Número de Eventos Extremos Acumulado Anual Médio (mm)
Anos Média=14,5
Média=1466,3 mm
b) Núme. de Event. Extr.
Prec. Acu. Anual Méd.
Figura 1: Variabilidade interanual das propriedades estatísticas da precipitação para o Estado de São Paulo no período de 1979 a 2010: a) Frequência anual média de dias chuvosos (FAMDC), b) Número anual de eventos extremos (EEPSP) e acumulados anuais médios de precipitação (AAMP).
10 20 30 40 50 60 70 80
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 22
24 26 28 30 32 34 36
Frequência Média de Dias Chuvosos (%)
Percentil 95%
Meses
a) Freq. Méd. Dias Chuv.
Percentil 95% Médio 10 20 30 40 50 60 70
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 30 70 110 150 190 230 270
Número de Eventos Extremos Acumulado Mensal Médio (mm)
Meses
b) Núme. de Event. Extr.
Prec. Acu. Mensal Méd.
Figura 2: Variabilidade anual das propriedades estatísticas da precipitação para o Estado de São Paulo: a) Frequência mensal de dias com precipitação maior ou igual a 1mm e percentil médio, b) Número mensal de eventos extremos e acumulados mensais de precipitação médios.
Figura 3: a)Localização espacial dos pontos de grade dos dados do CPC, as demais são distribuições es-paciais climatológicas das propriedades pluviométricas para o Estado de São Paulo: b) Campo de precipitação (mm), c) Frequência de dias chuvosos (%) e d) Número de eventos extremos (EEPPG).
