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ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE TEMPERATURAS MÉDIAS E MÁXIMAS
DIÀRIAS, POR MEIO DE CURVAS DE PERMANÊNCIA, PERÍODO DE 1970 A
2015, DA CIDADE DE JUIZ DE FORA - MG
SAMUEL ALVES MACIEL
1LUIZ ANTÔNIO DE OLIVEIRA
2Resumo
Este trabalho objetiva analisar o comportamento das temperaturas médias e máximas diárias da cidade de Juiz de Fora - MG, de 1970 a 2015, a partir da aplicação de curvas de permanência. Foram utilizados dados de temperatura média e máxima diária (°C), da estação meteorológica de Juiz de Fora, série histórica de 46 anos. Como metodologia determinaram-se as determinaram-seguintes operações: amplitude da variação, número do intervalo de clasdeterminaram-ses, amplitude do intervalo de classes e frequência de ocorrência (simples e acumulada). A partir dos resultados, pode-se inferir que os maiores valores registrados de temperaturas médias e máximas diárias, pertinentes aos últimos 16 anos, têm se mantido permanentes (%) em uma maior quantidade de dias em relação as séries históricas abordadas.
Palavras-chave:Temperatura média, Temperatura máxima, Frequência de ocorrência.
Abstract: This work aims to analyse the behaviour of average and maximum daily temperaturesof the city of Juiz de Fora - MG, from 1970 to 2015, from the application of curvesof permanency. It was used data of average and maximum daily temperature (°C) of the meteorological station of Juiz de Fora, historical series of 46 years. As methodology it was determined the following operations: rangeof variation, number of class intervals, range of class intervals and frequency of occurrence (simple and cumulative). From the results, it can be inferred that the highest values recorded for average and maximum dailytemperatures, relevant to the past 16 years, have remained permanent (%) in a larger amount of days in relation to the historical series addressed.
Key-words: Average temperature, Maximum temperature, Frequency of occurrence.
1 - Introdução
Dentre os elementos constituintes do clima (precipitação, temperatura, umidade relativa do ar, velocidade e direção dos ventos, radiação) a temperatura é um dos principais condicionantes para caracterização climática de uma determinada área. Desta forma, diversos estudos tem se voltado para compreensão da variabilidade térmica dos lugares, essencialmente aqueles que possuem atividades relacionadas aos setores da agricultura, pecuária, indústria, saúde, planejamento ambiental, e demais.
As expressões normalmente utilizadas, como temperatura do ar à superfície e temperatura do ar à sombra, exemplificam a temperatura reinante em um ponto da atmosfera que esteja situado próximo à superfície da Terra. Em específico, a temperatura média refere-se à média aritmética de todas as temperaturas obrefere-servadas a intervalos regulares e curtos,
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1 - Mestrando do Programa de Pós-graduação em Geografia (PPGEO) da Universidade Federal de Uberlândia (UFU). E-mail de contato: samuelgeo56@gmail.com
2 Docente do Instituto de Geografia da Universidade Federal de Uberlândia (UFU). E-mail de contato:
71 em um dado período. Já, as temperaturas máximas são aquelas verificadas em uma dada escala de tempo, onde se registram as temperaturas extremas deste mesmo intervalo. Sendo que, a amplitude térmica seria a diferença entre as temperaturas extremas observadas em um dada período, dia, mês ou ano. (VAREJÃO-SILVA, 2001).
Geralmente, a distribuição de temperatura numa área é expressa por meio de linhas isotérmicas, enquanto que a variação da temperatura representada em escala temporal é ilustrada em gráficos. Existem inúmeros fatores que influenciam a distribuição de temperatura sobre a superfície terrestre ou em parte dela, dentre os quais, destacam-se a quantidade de insolação recebida, a natureza da superfície, a distância a partir dos corpos hídricos, o relevo, a natureza dos ventos e as correntes oceânicas. (AYOADE, 1996).
As curvas de permanência são um importante recurso para avaliar a variabilidade de temperaturas de uma determinada área ao decorrer do tempo. Usualmente, estas são utilizadas em estudos hidrológicos para valores de vazões de um rio. Em Pinto (2006), pode-se encontrar essa mesma afirmativa, pois para o autor tal método define o complemento da função de distribuição de vazões diárias, mensais ou anuais, ou de qualquer outro intervalo de tempo, que ilustra de modo gráfico, a relação existente entre a magnitude e a frequência com que estas vazões são igualadas ou superadas em um dado intervalo de tempo. A curva, permite então, uma visão concisa do comportamento hidrológico de uma bacia.
Tucci (2004) afirma que existem dois procedimentos principais para a determinação da curva de permanência, sendo eles, um que utiliza a metodologia empírica e outro que elabora o ajuste de uma função matemática. A primeira, consiste em estabelecer intervalos de classes da variável selecionada. Os intervalos podem ser determinados de acordo com a magnitude da variável procurando garantir uma quantidade razoável de valores que caiam em cada período. A segunda, procura representar a curva por meio da distribuição log-normal, pois o ajuste de uma distribuição, neste caso, facilitará a regionalização das informações desejadas.
Portanto, por meio das curvas de permanência utilizadas nesta pesquisa será possível identificar a relação entre a magnitude e a frequência de temperaturas médias e máximas diárias, associando a cada valor encontrado o percentual de tempo em que as mesmas foram igualadas ou excedidas ao longo de um dado período de análise.
A área de estudos deste trabalho compreende o município de Juiz de Fora, situado na Zona da Mata do estado de Minas Gerais, conforme ilustrado na figura 01. Juiz de Fora está localizado geograficamente entre as coordenadas geográficas de 21°45'50'' de latitude sul e 43°21'00'' de longitude oeste. Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2010) sua população é de 516.247 habitantes, compreendendo uma área de 1.435,664 km².
72 De acordo com os pressupostos teóricos e a relevância da temática abordada, este estudo tem como objetivo analisar o comportamento das temperaturas médias e máximas diárias da cidade de Juiz de Fora - MG, no período de 1970 a 2015, a partir da utilização de curvas de permanência.
Figura 01 - Mapa de localização do município de Juiz de Fora - MG e do posicionamento da estação meteorológica.
Fonte dos dados: IBGE (2016) Organização: MACIEL, S. A. (2016)
2 - Materiais e Métodos
Para elaboração deste trabalho inicialmente foi construído um referencial teórico - conceitual a cerca do tema estudado. Na fase de processamento foram utilizados dados de temperatura média e máxima diária (°C), período de 24 horas, da estação meteorológica de Juiz de Fora, código OMM: 83692, série histórica de 46 anos (1970 a 2015). Neste período, em função de falhas na série histórica foram eliminados 4 anos de dados, o que por sua vez, não prejudicaram os resultados da pesquisa. Os dados foram disponibilizados em sítio eletrônico pelo Banco de dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa (BDMEP) do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET).
Os valores de temperaturas médias mensais e das operações matemáticas que envolvem os passos realizados para determinação das curvas de permanência, foram executados em planilha eletrônica do Microsoft Excel com a finalidade de se elaborar tabelas e gráficos e também recorreu-se ao uso do software SPSS Statistics 17.0 para aplicação da estatística básica.
73 Inicialmente, já com o número de elementos da amostra (n) definido para construção das curvas de permanência, determinou-se, então, a amplitude da variação das temperaturas pertinentes as séries históricas, como especificado na equação 01:
A = TMax − Tmin Equação 01
Onde: A = amplitude dos dados de temperatura; Tmax = Maior valor de temperatura; e Tmín = Menor valor de temperatura.
Assim, pode-se estabelecer o número de intervalo de classes (N), verificado na equação 02:
N = 1 + 3,3 ∗ log n Equação 01
Onde: N = número de intervalos de classes e n = número de elementos da amostra de temperaturas média ou máximas diárias.
Para realização da distribuição dos dados, de acordo com a amplitude total do intervalos de classes (K), utilizou-se a seguinte equação 03:
K =A
N Equação 03
Onde: K = amplitude do intervalo de classes; A = amplitude dos dados de temperatura e N = número de intervalo de classes.
Com estas operações realizadas, calculou-se ainda, os valores de frequência de ocorrência (simples e acumulada) das temperaturas dentro de cada intervalo. Finalmente, plotou-se o gráfico das curvas de permanência, onde apresenta-se o limite inferior de cada intervalo (ordenada) e a frequência relativa acumulada (abscissa).
Em síntese, no tratamento estatístico dos dados de temperaturas médias e máximas diárias, realizado no Microsoft Excel, foram determinados os seguintes parâmetros: número de elementos da amostra (n), neste caso o total de dias registrados com valores de temperatura; o valor mínimo (TMin) e o valor máximo (TMax), a amplitude dos dados (A); número do intervalo de classes (N); e amplitude do intervalo de classes (K) . Estes foram executados tanto para a série histórica completa (1970-2015), quanto para cada intervalo que foi dividido em décadas (1970 - 1979, 1980 - 1989, 1991 a 1999, 2000 a 2009 e 2010 a 2015). Pois, a análise pontuada a cada 10 anos também permitiu a avaliação da existência de padrões ou não, quanto ao comportamento das temperaturas utilizadas.
Por último, a elaboração do mapa de localização do município e da estação meteorológica da cidade de Juiz de Fora - MG, foi realizada no software ArcGIS 10.2.2, com a base cartográfica da área extraída diretamente do sítio eletrônico do (IBGE).
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3 - Resultados
As tabelas 01 e 02, apresentam os resultados encontrados para os cálculos realizados com dados de temperaturas médias e máximas diárias, com a finalidade da plotagem dos gráficos das curvas de permanência. Na maioria das décadas estabelecidas, o intervalo de classe (N) calculado variou de 27 a 28 classes, com exceção do período total de 1970 a 2015, onde determinou-se 33 e 32 classes. Quanto a amplitude do intervalo de classes (K), esta foi 0,5 a 0,6 para as temperaturas médias e 0,7 a 0,9 para as temperaturas máximas, de acordo com cada década ou série histórica completa, como definido.
Tabela 01 - Valores calculados para elaboração das curvas de permanência de Temperaturas Médias Diárias (1970 - 2015), da cidade de Juiz de Fora - MG.
Série Histórica Amostra (N) Mínimo (TMin) Máximo (TMax) Amplitude (A) Intervalo de Classes (N) Amplitude do Intervalo de Classes (K) 1970 - 1979 3376 9,6 27,0 17,4 28 0,6 1980 - 1989 2696 8,7 26,3 17,5 27 0,6 1990 - 1999 2924 8,3 26,7 18,4 27 0,6 2000 - 2009 3554 9,3 26,6 17,2 28 0,6 2010 - 2015 2049 9,7 27,0 17,3 27 0,6 1970 - 2015 14599 8,3 27,0 18,7 33 0,5
Fonte dos dados: INMET (2016). Organização: MACIEL, S. A. (2016).
Tabela 02 - Valores calculados para elaboração das curvas de permanência de Temperaturas Máximas Diárias (1970 - 2015), da cidade de Juiz de Fora - MG.
Série Histórica Amostra (N) Mínimo (TMin) Máximo (TMax) Amplitude (A) Intervalo de Classes (N) Amplitude do Intervalo de Classes (K) 1970 - 1979 3042 11,4 36,0 24,6 28 0,8 1980 - 1989 2719 10,9 33,9 23,0 27 0,8 1990 - 1999 3056 8,4 34,4 26,0 28 0,9 2000 - 2009 3585 12,7 35,0 22,3 28 0,7 2010 - 2015 2054 12,6 36,6 24,0 26 0,9 1970 - 2015 14816 8,4 36,6 28,2 32 0,8
Fonte dos dados: INMET (2016). Organização: MACIEL, S. A. (2016).
A análise do gráfico 01 apresenta os valores de temperatura média mensal para área de estudos deste trabalho, no intervalo de 1970 a 2015. Neste, pode-se verificar que os menores valores médios mensais de temperatura foram registrados entre os meses de junho a agosto (16,7 °C, 16,4 °C e 17,2 °C), enquanto que os maiores valores de temperatura média estão demarcados entre os meses de dezembro a março (20,9 °C, 21,6 °C, 22,1 °C e 21,2°C. A amplitude térmica anual é moderada (5,7 °C), variando de 16,4°C a 22,1 °C.
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Gráfico 01 - Temperaturas médias mensais da cidade de Juiz de Fora - MG, (1970-2015). Fonte dos dados: INMET (2016).
Organização: MACIEL, S. A. (2016).
Os gráficos que se sequem (02, 03 e 04) ilustram o comportamento dos valores de temperaturas médias diárias, por meio das curvas de permanência, no que se refere a variabilidade dos dados entre a divisão por décadas da série histórica utilizada neste trabalho. Inicialmente, os gráficos 02 demonstram que para década de 1970 a 1979, do total de 3376 dias com registro de dados, 371 dias corresponderam a temperaturas iguais ou superiores a 23,4 °C, o que representou 4% do total da amostra. Enquanto que os 96% restantes, tiveram temperaturas que variaram de 9,6 °C a 22,8 °C.
Gráfico 02 - Curvas de Permanência de temperaturas médias diárias da cidade de Juiz de Fora - MG. Fonte dos dados: INMET (2016).
Organização: MACIEL, S. A. (2016).
Entre o intervalo de 1980 a 1989, apenas em 2% do total das temperaturas médias diárias analisadas, estas foram iguais ou superiores a 23,0 °C, o que totalizou 214 dias da série histórica completa. Os demais anos (98%) tiveram valores de temperaturas situados entre 8,7 °C a 22,4 °C. Isso demonstra, que de uma década para a outra as maiores temperaturas médias diárias registradas (iguais ou superiores a 23,0 °C), no total ocorreram
76 em um intervalo menor de dias, sendo 157 dias de diferença de um período em relação ao outro.
Continuando a análise dos dados por década, verifica-se nos gráficos 03 que para o período de 1991 a 1999, apenas em 1% dos casos, as temperaturas médias diárias estiveram iguais ou acima de 23,2 °C, o que correspondeu a 327 dias no total para estes valores. Enquanto que, para 2000 a 2009, em 2% do total da amostra, as temperaturas demarcadas foram iguais ou maiores que 23,5 °C, o que foi totalizado em 362 dias.
Gráfico 03 - Curvas de Permanência de temperaturas médias diárias da cidade de Juiz de Fora - MG. Fonte dos dados: INMET (2016).
Organização: MACIEL, S. A. (2016).
Embora, desta vez, as temperaturas médias diárias registradas ao decorrer das décadas de 1990 e dos anos 2000 vieram sendo demarcadas em um maior período de dias dentro das séries históricas (327 e 362 dias), mesmo assim, pode-se constatar que em relação as percentagens dentro deste mesmo período (1% e 2%), foram menores que as registradas nas décadas de 1970 e 1980 (4% e 2%). O que por sua vez, pode significar uma diminuição da permanência das mais altas temperaturas médias diárias em escala temporal.
Já, em específico, as temperaturas pertencentes ao intervalo de tempo entre 2010 a 2015, pelo entendimento do gráfico 04, pode-se inferir, que neste período de 6 anos, dos 2049 dias de registros, em 466 dias, as temperaturas estiveram situadas em 23,0 °C, ou acima deste valor, o que corresponde a 7% do total da amostra. A diferença de 104 dias de permanência de temperaturas médias no tempo, iguais ou maiores a 23,0 °C das séries históricas de (2000 a 2009) e (2010 a 2015), demonstra que em um menor intervalo de tempo (6 anos), houve um aumento das maiores temperaturas médias diárias ao decorrer dos anos, representando assim, uma possível variabilidade térmica.
77 Ressalta-se que no intervalo de 1970 a 1979 em 5% de permanência do período total, os maiores valores de temperatura média atingiram a 27,1 °C. E somente na década de 2010 a 2015 este fato voltou a ocorrer. Agora em 2% de frequência absoluta analisada os mais altos valores de temperatura média tornaram a ser registrados com 27,1 °C.
Gráfico 04 - Curva de Permanência de temperaturas médias diárias da cidade de Juiz de Fora - MG. Fonte dos dados: INMET (2016). Organização: MACIEL, S. A. (2016)
Os gráficos 05 e 06, corroboram com os resultados, a partir de informações referentes a valores de frequência absoluta, juntamente com a representação da curva de permanência de temperaturas médias diárias da área de estudos para 1970 a 2015. No intervalo total de 14.599 dias, as temperaturas variaram, principalmente, entre 17,5 °C a 22,1 °C, o que significou na série histórica, 8661 dias nestes valores. Por outro lado, em 14% dos anos as temperaturas foram iguais ou superiores a 20,4 %C, o que representou 6454 dias da amostra total. Enquanto que em 12% do tempo de permanência, as temperaturas estiveram iguais ou abaixo de 13,5 °C, o que totalizou 494 dias.
Gráfico 05 - Frequência Absoluta de temperaturas médias diárias da cidade de Juiz de Fora - MG. Fonte dos dados: INMET (2016). Organização: MACIEL, S. A. (2016)
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Gráfico 06 - Curva de Permanência de temperaturas médias diárias da cidade de Juiz de Fora - MG. Fonte dos dados: INMET (2016)
Organização: MACIEL, S. A. (2016)
Os gráficos a seguir (07 ao 10), trazem as curvas de permanência de temperaturas máximas diárias da cidade de Juiz de Fora - MG, de acordo com o comportamento de cada ao decorrer da divisão por décadas. Inicialmente, pela análise dos gráficos 07, durante os anos existentes entre 1970 a 1979, constatou-se que de um total de 3.402 dias, apenas em 4,2% de permanência, as maiores temperaturas máximas diárias foram iguais ou superiores a 30,8 °C, o que totalizou 267 dias. O restante, apresentou temperaturas máximas situadas entre 11,4 °C a 30,0 °C, sendo estas, 95,8% do tempo. Já na década de 1980 a 1989, começou-se a verificar que o intervalo de permanência das maiores temperaturas máximas registradas é menor que o período que o antecede (1970-1979), sendo de 1,3%, os valores iguais ou acima a 30,4°C.
Gráfico 07 - Curvas de Permanência de temperaturas médias diárias da cidade de Juiz de Fora - MG. Fonte dos dados: INMET (2016)
79 Com as curvas de permanências dispostas nos gráficos 08, durante o período de tempo, de 1991 a 1999, verificou-se que as temperaturas máximas maiores que 30,0 °C, continuaram a permanecer em um intervalo menor de dias em relação as séries históricas anteriores. Em 0,3% de frequência relativa, as temperaturas máximas foram iguais ou maiores a 30,2 °C, que por sua vez, representaram 246 dias. Todavia, entre 2000 a 2009, as maiores temperaturas máximas diárias, já começaram a se manifestarem em períodos mais extensos de permanência. Neste caso, em 5% da amostra, as temperaturas máximas demarcadas foram iguais ou superiores a 30,2 °C, o que caracterizou 444 dias.
Gráfico 08 - Curvas de Permanência de temperaturas médias diárias da cidade de Juiz de Fora - MG. Fonte dos dados: INMET (2016)
Organização: MACIEL, S. A. (2016)
Durante os anos posteriores, de 2010 a 2015 (gráfico 09), este mesmo comportamento se repetiu. Agora, em 10% de todos os anos analisados, as maiores temperaturas máximas registradas foram iguais ou maiores que a 30,0 °C, o que totalizou 428 dias. Isto, demonstra que nos últimos 16 anos, cada vez mais, as mais altas temperaturas máximas registradas na série histórica estudada, tem se mantido permanente em um maior período de dias.
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Gráfico 09 - Curvas de Permanência de temperaturas médias diárias da cidade de Juiz de Fora - MG. Fonte dos dados: INMET (2016)
Organização: MACIEL, S. A. (2016)
Por fim, os gráficos 10 e 11, trazem informações sobre os valores de frequência absoluta e a representação da curva de permanência de temperaturas máximas diárias da área de estudos. No intervalo total de 14.816 dias, as maiores temperaturas máximas variaram, principalmente, entre 22,2 °C a 28,2°C, o que significou na série histórica, 9.019 dias nestes valores. De outro modo, em 5% dos anos as maiores temperaturas máximas foram iguais ou superiores a 27,4 °C, o que representou 5014 dias da amostra total. Enquanto que em 0,4% do tempo de permanência, as menores temperaturas máximas estiveram iguais ou abaixo de 17,0 °C, o que totalizou 1132 dias.
Gráfico 10 - Frequência Absoluta de temperaturas máximas diárias da cidade de Juiz de Fora - MG. Fonte dos dados: INMET (2016)
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Gráfico 11 - Curva de Permanência de temperaturas máximas diárias da cidade de Juiz de Fora - MG.
Fonte dos dados: INMET (2016) Organização: MACIEL, S. A. (2016)
4 - Conclusões
A partir do desenvolvimento deste trabalho, pode-se verificar que os materiais e métodos aplicados a elaboração das curvas de permanência, se demonstraram satisfatórios para o tratamento estatístico e para o entendimento do comportamento das temperaturas.
Com os resultados encontrados, pode-se inferir que tanto para os maiores valores de temperaturas médias diárias, quanto para os mais altos valores de temperaturas máximas diárias, por volta, dos últimos 16 anos registrados, estes têm se mantido permanentes em uma maior quantidade de dias em relação as séries históricas analisadas.
5 - Referências
AYOADE, J. O.. Introdução a climatologia para os trópicos. 4. ed. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 1996. 332 p.
INMET. BDMEP - Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa. 2016. Disponível em: <http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=bdmep/bdmep>. Acesso em: 10 mar. 2016.Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE. Censo demográfico. 2010. Disponível em: <http://www.ibge.gov.br/>. Acesso em: 05 mar. 2016.
PINTO, Jorge Antonio de Oliveira. Avaliação de métodos para regionalização de curva de permanência de vazões para a bacia do Rio das Velhas. 2006. 219 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia, Escola de Engenharia da Ufmg, Belo Horizonte, 2006. Disponível em: <http://www.bibliotecadigital.ufmg.br/dspace/bitstream/handle/1843/BUDB-8APMNM/avalia__o_de_m_todos.pdf?sequence=1>. Acesso em: 5 mar. 2016.
TUCCI, Carlos E. M.. Regionalização de vazões. In: TUCCI, Carlos E. M.. Hidrologia: Ciência e Aplicação. 3. ed. Porto Alegre: UFRGS/ABRH, 2004. Cap. 15. p. 573-619.
VAREJÃO-SILVA, Mário Adelmo. Meteorologia e Climatologia. 2. ed. Brasília: Inmet, Gráfica e Editora Pax, 2001. 532 p.
