ANÁLISE DA VARIABILIDADE DE BAIXA FREQUÊNCIA DA PRECIPITAÇÃO SOBRE O ESTADO DA PARAÍBA
Maria Isabel Vitorino1, Célia Campos Braga2, José Ivaldo de Brito Bastos2
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Sistema de Proteção da Amazônia (SIPAM), Centro Técnico Operação de Manaus, Divisão de
Meteorologia, Manaus – AM. 2Universidade Federal de Campina Grande (UFCG), Unidade
Acadêmica de Ciências Atmosféricas(UACA)
Abstract
In this work are shown the wavelet Morlet scalograms for the associated annual precipitation oscillations of the scales of time of 2 the 25 years on the localities of different homogeneous regions in the state of the Paraíba. Morlet wavelet transformed applied to temporal series of the annual precipitation of 1962-2001 obtained to detect the oscillations of low frequency. The series are of homogeneous subregion of the precipitation that obtained through the Analysis of hierarchic cluster. The results indicate that the precipitation oscillation of low frequency occur in way differentiated in the state of the Paraíba over coastal areas, marsh and western of the state. That areas have tropical moist climate the dominant oscillations the scale of 20, 12 , 9, 5 e 2 years. However, the subregion located in the central part of the state, precipitation oscillations are more evident in time scales of 12, 6, 4 e 3 years. This suggest that climatic prognostics for such areas can be carried through from the monitoring of the dipolo the equatorial Atlantic.
Resumo
Neste trabalho são mostrados os escalogramas da ondeleta Morlet para as oscilações de precipitação anual associada às escalas de tempo de 2 a 25 anos sobre as localidades de diferentes regiões homogêneas no estado da Paraíba. Essas flutuações foram obtidas da aplicação da transformada em ondeletas Morlet a séries temporais de precipitação anual de 1962-2001 que visa detectar as oscilações de baixa freqüência. As séries são de subregiões homogêneas de precipitação que foram obtidas através da Análise de agrupamento hierárquico. Os resultados indicam que as oscilações de precipitação de baixa freqüência ocorrem de modo diferenciado no estado da Paraíba, ou seja, no litoral, brejo e oeste do estado, onde as áreas são de clima tropical
úmido as oscilações dominantes compreendem as escalas de 20, 12, 9, 5 e 2 anos. No caso das
subregiões localizadas na região central do estado as oscilações de precipitação mais evidentes são de 12, 6, 4 e 3 anos, exceto a decadal de 20 anos. Isto sugere que prognósticos climáticos para tais áreas possam ser realizados a partir do monitoramento do dipolo do Atlântico equatorial.
1. Introdução
O Estado da Paraíba ocupa 56.584.6 Km2 de área territorial brasileira englobando 223
municípios, com uma população estimada de 3.436.716 habitantes. A Paraíba está situada no extremo leste da região nordeste do Brasil. Tem 98% de seu território inserido no Polígono da Seca, faz limite ao norte com o Rio Grande Norte, ao sul com Pernambuco, a leste com Oceano Atlântico e a oeste com o Ceará.
O clima na Paraíba varia de acordo com o relevo do Estado. Por exemplo, na Baixada Litorânea e na encosta leste da Borborema predomina o clima tropical úmido, com chuvas de outono/inverno e estação seca durante a primavera/verão. As chuvas registram seus maiores índices no litoral, diminuindo em direção ao interior até atingir um mínimo nas regiões do Cariri e Curimataú, na encosta oeste da Borborema, porém, nos topos mais elevados do planalto da Borborema o índice pluviométrico é relativamente alto. Neste planalto predomina o clima semi-árido quente, com exceção da encosta leste. Uma outra tipologia climática ocorre a Oeste do Estado, no planalto do rio Piranhas, com clima tropical úmido caracterizado por apresentar chuvas de verão e inverno seco. Essas variações do clima ocorrem também em função da variabilidade climática modulada pelas anomalias de temperatura da superfície do mar (TSM) sobre os oceanos Pacífico e Atlântico. Além disso, as oscilações de escalas de tempo decadal, interdecadal e quase-bienal tem modulado a atmosfera tropical (Hastenrath e Heller, 1977; Moura e Shukla, 1981;
Zebiak, 1993 ; Chang e Li, 1997; Moron, 1997; Souza et al., 1998). Neste contexto, este trabalho tem por objetivo caracterizar as oscilações de baixa frequência presentes no sinal da precipitação anual de subregiões classificadas homogêneas no estado do Paraíba, buscando compreender os mecanismos de circulação que determinam a chuva na região.
2. Material e Método
2.1 - Dados de Precipitação
Foram utilizados dados mensais das precipitações de estações meteorológicas e dos postos pluviométricos distribuídos no Estado da Paraíba no período de 1962 a 2001. Esses dados se encontram disponíveis na Unidade Acadêmica de Ciências Atmosféricas (UACA) do Centro Tecnológico de Recursos Naturais da Universidade Federal de Campina Grande, e foram cedidos pela Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste (SUDENE) e Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e Agência Nacional das Águas (ANA).
2.2 Análise de Agrupamento (Cluster)
A análise de agrupamento ou classificação tem por objetivo evidenciar a existência de grupos homogêneos no seio de uma população. O método de classificação utilizado foi método hierárquico, com principais aspectos que produzem seqüência de partições em classes cada vez mais vastas e obtém a construção de uma seqüência de partição em n, n-1, n-2,..., classes embutidas uma nas outras no sentido de uma distância e um critério de agrupamento.
Para auxiliar na delimitação das áreas homogêneas empregou-se a distancia euclidiana e o critério de agrupamentos hierárquico proposto por Ward 1963, por apresentar melhor coerência espacial dos dados de precipitação anual. Maior informação no que diz respeito a esta técnica poderá ser encontrada em Wilks (1995).
Selecionou-se em cada uma das seis subregiões homogêneas uma localidade para representá-las, quais sejam: João Pessoa (1), Alagoa Nova (2), Alagoa Grande (3), Monteiro (4), Gurjão (5) e Catingueira (6). Estas mesmas subregiões homogêneas foram encontradas por Brito e Braga (2005) ilustradas na Figura 1.
Figura 1. Regiões Homogêneas da Precipitação no Estado da Paraíba obtidas por Brito e Braga (2005).
2.3 – Transformada em Ondeletas
A transformada em Ondeletas (TO) surgiu na década de 1980 com Morlet (1982). Este método satisfaz o Príncipio de Heisenberg, através das janelas flexíveis, as quais alargam-se enquanto estão se analisando as baixas frequências e se estreitam quando focaliza as altas frequências. O termo ondeleta refere-se a um conjunto de funções com forma de pequenas ondas geradas por dilatações e translações de uma função W(t) de variável real t, algumas vezes chamada de ondeleta-mãe (Vitorino et al., 2006; Weng e Lau, 1994).
Na literatura existem muitas funções utilizadas para gerar várias ondeletas (Daubechies, 1992; Foufoula-Georgiou e Kumar, 1994). Neste trabalho será utilizada a função ondeleta Morlet por possui características semelhantes àquelas do sinal da precipitação anual, tais como simetria ou assimetria, variações bruscas e suaves.
A TO foi aplicada às séries temporais de precipitação anual de 1962 a 2001 representativas das seis subregiões homogêneas do estado da Paraíba para caracterizar as oscilações de baixa frequência relacionadas com as escalas de tempo decadais, interdecadais e bienais.
3. Resultados
Em geral, as Figuras abaixo que mostram os escalogramas (Figuras b) de fase e amplitude evidenciam diferentes intensidades de amplitudes e fases. As informações de chuva anual localizadas próximas ao litoral da Paraíba e regiões de orografia acentuada indicam maiores variações na precipitação (Figs. 2, 3 e 7), como por exemplo o litoral (João Pessoa), o planalto da Borborema (Lagoa Nova) e o planalto leste do Rio das Piranhas no oeste do estado (Catingueira).
As Figuras 2 e 3 mostram que as localidades de João Pessoa e Alagoa Nova apresentam características de tempo-escala semelhantes, principalmente nas escalas decadais (20 anos) e interdecadais (9 e 12 anos). Observa-se que durante os anos de 1964, 1985 e 1989 (Anos de LaNiña) ocorreram as maiores precipitações do período de 1962 a 2001. Estas precipitações estiveram associadas com a fase positiva (cor amarelo, favorável a chuva) das oscilações de 2, 5, 12 e 20 anos. Estudos sugerem que as oscilações de 12 e 20 estejam relacionadas com variações da temperatura da superfície do mar no Oceano Atlântico que interferem na ocorrência da chuva no nordeste do Brasil (Hastenrath e Heller, 1977; Moura e Shukla, 1981; Zebiak, 1993 ; Chang e Li, 1997). Segundo Chang e Li (1997) o dipolo da alta dos Azores e a baixa da Groelândia são responsáveis pelas oscilações interdecadais de 12 anos e o dipolo de TSM entre o Atlântico norte e o sul originam as flutuações decadais. No caso das oscilações de 2 e 5 anos podem estar relacionadas com a oscilação bienal (Moron, 1997).
(a) (b)
Figura 2: Precipitação anual da subregião 1 (Joao Pessoa), série
temporal (a) e escalograma de fase e amplitude da ondeleta Morlet (b), amarelo (fase positiva) da chuva e azul (negativa).
Figura 3: idem a Figura 2, exceto a subregião 2 (Alagoa Nova).
Alagoa Grande (Figura 4) apresenta oscilações de precipitação anual análoga as subregiões 1 e 2 ( Figs. 2 e 3), mas com menor amplitude. Isto é observado porque esta localidade se encontra a jusante (escapa) da serra do Gurinhém, acidente geográfico que produz uma diminuição das chuvas nas áreas da sua encosta. Portanto, mesmo estando situada no brejo, Alagoa Grande apresenta precipitações relativamente baixas fazendo com que a amplitude das flutuações seja inferior as das áreas circunvizinhas, como, por exemplo, Alagoa Nova. Neste caso as oscilações que mais se destacam são as de 6 a 10 anos, praticamente durante todo o período de 1962 a 2001.
As subregiões de Monteiro e Gurjão (Figuas 5 e 6) apresentam sinais de oscilações apenas nas escalas de tempo de 12 a 6 anos. Na alta frequência estas oscilações são marcadas pelas escalas de 3 a 4 anos, principalmente durante o período de 1980 a 1985 que inclui o ano de La Niña de 1984. No entanto, a subregião da Catingueira (Figura 7) indica variabilidade atmosférica análoga as subregiões do litoral e brejo (Figs. 2 e 3). Isto leva a sugerir que a variabilidade de TSM se relaciona com a precipitação anual sobre a Paraíba de modo distinto. Além disso, podemos levantar a possibilidade de que é interessante o monitoramento das áreas de TSM que geram as oscilações interdecadais a decadais afim de realizar prognósticos climáticos para o estado da Paraíba.
(a) (b)
Figura 4. idem a Figura 2, exceto a subregião 3 (Alagoa Grande). (a) (b)
Figura 5: idem a Figura 2, exceto a subregião 4 (Monteiro)
As subregiões 1, 2 e 6 localizadas nas subregiões do litoral, brejo e oeste do estado revelam maiores amplitudes de chuva que implica na maior variação das fases da ondeleta Morlet. Em
geral, os seis grupos representativos das regiões homogêneas de precipitação mostram a atuação marcante dos sinais das oscilações decadal e interdecadal, exceto para os grupos 4 e 5 que apresentam apenas sinais da oscilações interdecadal (6 a 12 anos). Além disso, foram observados oscilações variadas no tempo na banda de 2 a 6 anos (bienal) para todos os grupos.
(a) (b)
Figura 6: idem a Figura 2, exceto a subregião 5 (Gurjão).
Para as cidades de Monteiro e Gurjão, situadas na região do Cariri, as amplitudes são inferiores as demais localidades, devido ao baixo índice pluviométrico, pois, as chuvas dificilmente ultrapassam os 1000 mm/ano. Mesmo apresentando uma alta variabilidade interanual a amplitude é limitada pelo baixo índice.
Por outro lado, Catingueira está localizada na região de maior variabilidade interanual da precipitação no estado da Paraíba. Nesta região ocorrem fortes chuvas associadas a Vórtice Ciclônico da alta troposfera e a Zona de Convergência do Atlântico Sul, fazendo com que o total anual ultrapasse os 1500 mm/ano, bem como pode ocorrer secas extremas, em anos de El Nino, como chuva inferior a 400 mm/ano. Esta flutuação interanual das chuvas produz amplitude comparável as das regiões úmidas, como Joao Pessoa e Alagoa Nova.
(a) (b)
Figura
7: idem a Figura 2, exceto a subregião 6 (Catingueira).
Conclusão
O Estado da Paraíba apresenta intensa variabilidade espacial e temporal da precipitação
4. Discussão e
interanual que esta relacionada com a modulação das flutuações da temperatura da superfície (TSM) dos oceanos Pacífico e Atlântico. A influencia do Oceano Pacifico na Paraíba ocorre
principalmente através da variação interanual que responde pelas alterações do índice de oscilação sul e do Oceano Atlântico pelas oscilações a partir do gradiente de TSM equatorial.
Em geral, as subregiões do litoral e brejo são bastantes semelhantes em termos de escalas
. Referências Bibliográfica
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17,
decadais (14 a 20 anos), intercadais (9 a 12 anos) e bienais (2 a 5 anos). No caso da subregião localizada no sertão da Paraíba (oeste do estado) a pluviometria também esta associada com as oscilações decadais, interdecadais e bienais. Apenas a subregião do agreste, ou seja, aquela localizada na região intermediária ao litoral e sertão apresenta oscilações interdecadais e bienais de menor amplitude, porém marcadas pela variação na escala interdecadal. Estas oscilações de precipitação refletem a grande influência da TSM do Atlântico e do Pacifico na ocorrência de chuva anual no estado da Paraíba. É sabido que os padrões oceânicos-atmosféricos exercem influência direta no posicionamento dos sistemas precipitantes da região, como por exemplo: a zona de convergência intertropical, os vórtices ciclônicos de altos níveis, os sistemas frontais e os sistemas de brisa.
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