UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
BEATRIZ SIQUEIRA
ESTIMATIVA DE ÍNDICES DE CHUVA PARA O ESTADO DE SÃO PAULO
CAMPINAS 2016
BEATRIZ SIQUEIRA
ESTIMATIVA DE ÍNDICES DE CHUVA PARA O ESTADO DE SÃO PAULO
DISSERTAÇÃO/TESE APRESENTADA AO INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRA EM GEOGRAFIA NA ÁREA DE ANÁLISE AMBIENTAL E DINÂMICA TERRITORIAL
ORIENTADOR: PROF. DR. JONAS TEIXEIRA NERY
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA BEATRIZ SIQUEIRA E ORIENTADA PELO PROF. DR. JONAS TEIXEIRA NERY
CAMPINAS 2016
Ficha catalográfica
Universidade Estadual de Campinas Biblioteca do Instituto de Geociências Cássia Raquel da Silva - CRB 8/5752
Siqueira, Beatriz,
Si75e SiqEstimativas de índices de chuva para o Estado de São Paulo / Beatriz Siqueira. – Campinas, SP : [s.n.], 2016.
SiqOrientador: Jonas Teixeira Nery.
SiqDissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociências.
Siq1. Variabilidade. 2. Precipitação (Meteorologia) - Variabilidade. 3. Chuvas. I. Nery, Jonas Teixeira,1952-. II. Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Geociências. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Rain indexes estimates for the State of São Paulo Palavras-chave em inglês:
Variability
Precipitation variability Rainfall
Área de concentração: Análise Ambiental e Dinâmica Territorial Titulação: Mestra em Geografia
Banca examinadora:
Jonas Teixeira Nery [Orientador] Ana Maria Heuminski de Avila Emerson Galvani
Data de defesa: 12-02-2016
Programa de Pós-Graduação: Geografia
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA
ÁREA DE ANÁLISE AMBIENTAL E DINÂMICA TERRITORIAL AUTORA: Beatriz Siqueira
ESTIMATIVA DE ÍNDICES DE CHUVA PARA O ESTADO DE SÃO PAULO
ORIENTADOR: Prof. Dr. Jonas Teixeira Nery
Aprovado em: 12 / 02 / 2016
EXAMINADORES:
Prof. Dr. Jonas Teixeira Nery – Presidente
Profa. Dra. Ana Maria Heumisnki de Avila Prof. Dr. Emerson Galvani
A Ata de Defesa assinada pelos membros da Comissão Examinadora, consta no processo de vida acadêmica do aluno.
DEDICATÓRIA
Ao meu professor, orientador e amigo Jonas Teixeira Nery, com todo respeito, admiração, amor e carinho. Do fundo do meu coração, te amo.
AGRADECIMENTO
Agradeço a todos aqueles que foram meus professores em algum momento da vida, a todos os funcionários do Instituto de Geociências da Universidade Estadual de Campinas, que tornam nossas atividades possíveis todos os dias, sempre muito atenciosos e queridos. Entretanto, o agradecimento especial vai para o melhor professor que já conheci, aquele que me acolheu com “cara fechada” em 2010, quando pedi para frequentar as reuniões do Grupo Clima. Não precisei de muito tempo para perceber que a “cara fechada” era só o “cartão de entrada” para uma relação muito bonita que eu viria a construir. Ganhei um orientador, um amigo e um segundo pai, alguém pra confiar e seguir. Não consigo mesmo descrever a admiração que nutro por você. Hoje, seis anos depois, essa admiração não se restringe apenas ao grande profissional que você é! Expandiu-se para o homem querido e bem-humorado (só eu sei), o pai atencioso e preocupado, o amigo para todas as horas. Em toda a minha existência, nunca terei palavras o suficiente para agradecê-lo e talvez, nem para explicar esse carinho que sinto, mas eu sei que você sabe. Tenho muito orgulho de você e de mim por trabalhar com você, por de alguma maneira, também ter me feito querida e escolhida. Sinto uma satisfação imensa quando alguém me pergunta seu eu trabalho com o Nery e adoro responder que sim, trabalho e amo. Obrigada por me aceitar lá em 2010 e por ter me deixado ficar, obrigada por ter me transformado em bacharel, mestra e doutoranda e, mais do que isso, obrigada por ter despertado em mim a vontade de estudar, pesquisar, ser e estar onde exatamente eu estou.
RESUMO
ESTIMATIVA DE ÍNDICES DE CHUVA PARA O ESTADO DE SÃO PAULO
A precipitação pode ser muito variável em determinado local, recebendo ou não a influência de diversos fatores relacionados à posição geográfica, grau de urbanização e desenvolvimento, bem como das variáveis climáticas que interferem nas condições de excesso ou déficit de precipitação do território que se quer estudar e analisar. A consideração de todos esses fatores nos estudos sobre a dinâmica da precipitação pluvial é de extrema importância para a sua caracterização. Dessa forma, a finalidade desse trabalho é estudar a variabilidade da precipitação no estado de São Paulo, através da aplicação de índices de concentração de chuvas diárias (Índice de Concentração: IC) e mensais (Índice de Precipitação Concentrada: IPC) e índice de quantificação da seca (Índice Padronizado de Precipitação: IPP). Para tanto, foram utilizados dados do site da Agência Nacional de Águas (ANA). O período de análise foi de 1970 a 2010. Assim como o Índice de Concentração e o Índice de Precipitação Concentrada, o Índice Padronizado de Precipitação se mostraram ferramentas consistentes para o estudo de concentração de chuva e períodos menos chuvosos no estado de São Paulo, respondendo bem a variabilidade da precipitação na região associada à atuação do fenômeno ENOS e da Oscilação Decadal do Pacífico. As respostas para eventos ENOS foram consistentes com a variabilidade da chuva nessa área de estudo, ou seja, quando ocorre a fase quente no oceano Pacífico Equatorial (El Niño), chove mais no estado de São Paulo, portanto essa área se torna mais úmida e o inverso ocorre na fase fria do oceano Pacífico Equatorial. O fato de os anos de 1997 e 2010 não apresentarem anomalias intensas pode ter relação com a variabilidade da ODP nos anos em questão, pois, esta se comporta como uma “gangorra” entre a Temperatura da Superfície do Mar ao longo da costa oeste da América do Sul e o restante da bacia do Pacífico Norte.
ABSTRACT
RAIN INDEXES ESTIMATES FOR THE STATE OF SÃO PAULO
Rainfall can be quite variable in a certain place, receiving or not the influence of several factors related to the geographical location, degree of urbanization and development as well as climate variables that affect the conditions of excess or territory rainfall deficit to be studied and analyze. The consideration of all these factors in studies of the dynamics of rainfall is of utmost importance for its characterization. Thus, the purpose of this work is to study the variability of rainfall in the state of São Paulo, through the application of concentration indices of daily rainfall (Concentration Index) and monthly (Concentrated Precipitation Index) and drought quantification index (Index Standardized Precipitation) called, CI, PCI and SPI respectively. To this end, the National Agency site data were used Waters (ANA) and the analysis period was from 1970 to 2010. As the Concentration Index and the Concentrated Precipitation Index, the Standardized Precipitation Index were consistent tools for the study of rain concentration and less rainy periods in the state of São Paulo, responding well to rainfall variability in the region associated with the performance of ENSO and the Pacific Decadal Oscillation. The answers to ENSO events were consistent with the variability of rainfall in this area of study, ie, when there is the warm phase in the Pacific Ocean Equatorial (El Niño), it rains more in the state of Sao Paulo, so this area becomes wetter and the opposite occurs in the cold phase of the Pacific ocean. The fact that the years 1997 and 2010 do not show intense anomalies may be related to the variability of the PDO in the years in question; therefore, this behaves as a "seesaw" between the sea surface temperature along the west coast of South America and the rest of the North Pacific basin.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Classificação dos climas do Estado de São Paulo pelo sistema de Köppen (SETZER, 1966) modificado, com a utilização de dados agrometeorológicos de 427
localidades...15
Figura 2 - Mapa de localização do estado de São Paulo...18
Figura 3 - Regiões Administrativas do Estado de São Paulo...19
Figura 4 - Mapa pedológico do estado de São Paulo...20
Figura 5 - Atuação da ZCAS no período de 12 a 15/02/2009...27
Figura 6 - Localização das 60 séries pluviométricas diárias do estado de São Paulo utilizadas na análise e construção dos mapas de isolinhas de precipitação, de 1970 a 2010...40
Figura 7- Localização das dez séries pluviométricas diárias do estado de São Paulo, de 1952 a 2013...41
Figura 8 - Modelo variográfico...43
Figura 9 - Concentração ou curva de Lorenz para a precipitação diária na Estação 3, para o período de 1952 a 2013...45
Figura 10 - Os dados de entrada na folha de dados anual de MAKESENS_1_0...52
Figura 11- A folha “Trend Statistics” de MAKESENS...53
Figura 12 - A folha “Figure” de MAKESENS_1_0 para o caso do estado de São Paulo, de 1952 a 2013...55
Figura 13 - Precipitação média do estado de São Paulo, de 1970 a 2010, de acordo com as 60 estações pluviométricas utilizadas nos cálculos e análises dos índices...56
Figura 14 - Concentração ou curva de Lorenz para a precipitação diária na estação 5, para o período de 1952 a 2013...57
Figura 15 - Índice de concentração da precipitação no estado de São Paulo, com intervalo de 1 milímetro, de 1970 a 2010...58
Figura 16 - Índice de concentração da precipitação no estado de São Paulo, com intervalo de 5 milímetros, de 1970 a 2010...58
Figura 17- Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 3 meses de escala, no ano de 1983...61
Figura 18 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 3 meses de escala, no ano de 1985...62 Figura 19 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 3 meses de escala, no ano de 1997...63 Figura 20 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 3 meses de escala, no ano de 2010...64 Figura 21 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 6 meses de escala, no ano de 1983...64 Figura 22 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 6 meses de escala, no ano de 1985...65 Figura 23 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 6 meses de escala, no ano de 1997...66 Figura 24 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 6 meses de escala, no ano de 2010...66 Figura 25 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 9 meses de escala, no ano de 1983...68 Figura 26 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 9 meses de escala, no ano de 1985...68 Figura 27 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 9 meses de escala, no ano de 1997...69 Figura 28 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 9 meses de escala, no ano de 2010...70 Figura 29 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 12 meses de escala, no ano de 1983...70 Figura 30 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 12 meses de escala, no ano de 1985...71 Figura 31- Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 12 meses de escala, no ano de 1997...72 Figura 32 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 12 meses de escala, no ano de 2010...72 Figura 33 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 24 meses de escala, no ano de 1983...74 Figura 34 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 24 meses de escala, no ano de 1985...75 Figura 35 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 24 meses de escala, no ano de 1997...76 Figura 36 - Índice Padronizado de Precipitação para o estado de São Paulo, em 24 meses de escala, no ano de 2010...77
Figura 37 - Índice de Precipitação Concentrada da precipitação no estado de São Paulo, de 1952 a 2013...78 Figura 38 - Índice de Concentração da precipitação no estado de São Paulo, de 1952 a 2013...79 Figura 39 - Índice de Concentração da precipitação no estado de São Paulo, de 1952 a 1982...80 Figura 40 - Índice de Precipitação Concentrada da precipitação no estado de São Paulo, de 1952 a 1982...80 Figura 41- Índice de Concentração da precipitação no estado de São Paulo, de 1983 a 2013...81 Figura 42 - Índice de Precipitação Concentrada da precipitação no estado de São Paulo, de 1983 a 2013...81
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Períodos de ocorrência da Zona de Convergência do Atlântico Sul...29
Tabela 2 - Anos de El Niño e suas intensidades...30
Tabela 3 – Anos de La Niña e suas intensidades...34
SUMÁRIO
1.INTRODUÇÃO...14
1.1 Objetivo geral...17
2. REVISÃO DA LITERATURA...18
2.1 Caracterização da área de estudo...18
2.2 A Variabilidade da precipitação no estado de São Paulo...21
3. OS CONDICIONANTES DA PRECIPITAÇÃO NO ESTADO DE SÃO PAULO...26
3.1 A Zona de Convergência do Atlântico Sul...26
3.2 El Niño - Oscilação Sul...30
3.3 La Niña...32
3.4 A Oscilação Decadal do Pacífico...34
4. ÍNDICES DE CHUVA...36
4.1 Índice de Concentração (IC)...36
4.2 Índice de Precipitação Concentrada (IPC)...38
4.3 Índice de Precipitação Padronizada (IPP)...39
5. MATERIAL E MÉTODOS...40
5.1 Material...40
5.2 Métodos...41
5.2.1 Método de Krige...41
5.3 Metodologia utilizada para a estimativa do Índice de Concentração...43
5.4 Metodologia utilizada para a estimativa do Índice de Precipitação Concentrada...46
5.5 Metodologia utilizada para a estimativa do Índice Padronizado de Precipitação...47
5.6 Metodologia utilizada para aplicação do teste de Mann-Kendall...49
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES...56
6.1 Estimativas para o Índice de Concentração no estado de São Paulo...56
6.2 Estimativas para o Índice de Precipitação Concentrada no estado de São Paulo...60
6.3 Estimativas para o Índice Padronizado de Precipitação...61
6.4 Distribuição espacial e temporal de tendências da concentração diária e mensal dos índices de precipitação no estado de São Paulo...77
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS...83
1 INTRODUÇÃO
Em Meteorologia, precipitação é a designação para os hidrometeoros (chuva, neve, chuvisco, por exemplo) que caem das nuvens em direção ao solo. As precipitações denominadas chuvas podem ser de origem orográfica, térmica ou dinâmica. Todas as formas de água (líquida ou sólida), que caem das nuvens, alcançando o solo: garoa, garoa gelada, chuva fria, granizo, cristais de gelo, bolas de gelo, chuva, neve, bolas de neve e partículas de neve. Seu volume é expresso, geralmente, em milímetros (NERY et al. 2013).
Os regimes de precipitação pluvial no Brasil são diversificados, característica peculiar que se deve a sua enorme extensão territorial. A região Norte do país possui um clima equatorial chuvoso, praticamente sem estação seca. No nordeste a estação chuvosa, com baixos valores pluviométricos, restringe-se em poucos meses, caracterizando um clima semiárido.
As regiões Sudeste e Centro-Oeste são influenciadas tanto por sistemas tropicais quanto de latitudes médias, com estação seca bem definida no inverno e estação chuvosa de verão (chuvas convectivas). O sul do Brasil, devido à sua localização latitudinal é influenciado por sistemas de latitudes médias, onde os frontais são os principais causadores de chuvas durante o ano.
Nery et al. (2004) explica que o sudeste do Brasil é uma região de transição entre os clima quentes de latitudes baixas e os climas mesotérmicos de tipo temperado das latitudes médias.
Sobre a distribuição climática, os climas de inverno relativamente seco e temperaturas elevadas, até mesmo para os meses menos quentes correspondentes ao tipo Cwa de Köppen recobrem uma área superior a 100.000 km² do território paulista. Cwa constitui o ambiente climático peculiar às porções centrais e setentrionais da Depressão Periférica paulista, assim como do noroeste, centro, oeste e extremo oeste do estado.
A modalidade Cwb de Köppen, espécie de clima temperado quente com inverno relativamente seco e temperatura média dos meses mais quentes inferior a 22,0° C possui uma área de extensão bem mais restrita e descontínua no território paulista.
O tipo climático Cfa, da classificação da Köppen, que é um clima temperado quente úmido, sem estiagem, com temperatura média do mês mais quente inferior a 22,0° C e Cfb, modalidade paulista de clima temperado sem estiagem, com temperatura de verão inferior a 22,0° C.
A distribuição dos tipos climáticos tropicais no estado de São Paulo (Figura 1) apresenta-se de forma bastante sugestiva: enquanto os climas tropicais constantemente úmidos (Af) se restringem a uma faixa limitada do litoral paulista, os climas tropicais de verão úmido e inverno seco (Aw) têm sua área de domínio numa larga zona do extremo noroeste e norte do estado.
Figura 1- Classificação dos climas do estado de São Paulo pelo sistema de Köppen (SETZER, 1966) modificado, com a utilização de dados agrometeorológicos de 427 localidades.
Fonte: ROLIM, G. et al. (2007).
Sob o ponto de vista das associações de atividades econômicas, poderia ser lembrado que Af é o clima típico para a produção de banana no estado de São Paulo. Por outro lado Aw é um tipo climático que favoreceu a criação de pastagens tropicais, muito embora tenha comportado algumas lavouras tropicais relacionadas com “ilhas” de solos excepcionalmente bons, como acontece com os canaviais de Igarapava e alguns cafezais e algodoais da Alta Araraquarense. Entretanto, é Cwa que coincide com a área das grandes manchas de terras roxas e com os arenitos mais férteis do estado, onde se desenvolveram as principais lavouras subtropicais paulistas, em cuja história agrária o café teve importância ímpar.
A região Sudeste é caracterizada pela atuação de sistemas que associam características de sistemas tropicais com sistemas típicos de latitudes médias. Durante os meses de maior atividade convectiva, a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) é um dos principais fenômenos que influenciam no regime de chuvas dessas regiões (Quadro e Abreu, 1994). No estado de São Paulo, a região de estudo desta pesquisa, a precipitação distribui-se
uniformemente, com a média anual acumulada variando em torno de 1.500 e 2.000 mm (NERY et al. 2004).
A variabilidade da precipitação no território paulista é muito grande, oscila entre valores muito altos encontrados essencialmente nas encostas da Serra do Mar, entre 2.000 e 4.500 milímetros anuais e valores considerados moderados encontrados em certos pontos da Depressão Periférica, entre 1000 a 1.100 mm anuais. Nas demais áreas do estado, como as litorâneas (norte e sul) e nas regiões Centro-Oeste e Oeste/Noroeste, as precipitações variam entre 1.500 e 1.900 mm anuais (NERY et al. 2004).
Com a finalidade de estudar e analisar essa variabilidade da precipitação no estado de São Paulo, este trabalho reúne três índices de precipitação: o Índice de Concentração, o Índice de Precipitação Concentrada e o Índice Padronizado de Precipitação (IC, IPC e IPP, respectivamente) que abrangem análises de caráter diário e mensal, de modo a quantificar a distribuição das chuvas no estado, em diversas escalas de tempo.
O uso do IC e do IPC, por exemplo,tem sido muito eficiente para avaliar os extremos de precipitação e quantificar a heterogeneidade de séries de chuva. Já o IPP possui a finalidade de quantificar o déficit da precipitação nas diversas escalas de tempo por ter uma maior capacidade de detecção e monitoramento de períodos menos chuvosos. Essa ferramenta tem sido muito útil no monitoramento de secas nos Estados Unidos, principalmente pela sua flexibilidade e simplicidade de cálculo e interpretação (HAYES et al. 1999).
Não existe uma definição única de seca (Wilhite e Glantz, 1985), que pode ser de origem meteorológica, agrícola, hidrológica e socioeconômica. Assim como não existe uma definição única de seca, não há nenhum índice que atenda aos requisitos de todas as aplicações. A vantagem do IPP é a sua capacidade de cálculo para diversas escalas de tempo, o que faz com que seja possível tratar muitos dos tipos de seca descritos acima com flexibilidade temporal na avaliação das condições de precipitação, em relação ao abastecimento de água, (WMO, 2012).
Os índices de chuva foram aplicados no estado de São Paulo, com o objetivo de construir uma análise sobre a atuação dos mesmos na quantificação da variabilidade da precipitação na região. Todas as análises foram realizadas no software R, sendo que os valores de todos os índices foram calculados no mesmo através da função precintcon.spi.analysis, elaborada por Povoa e Nery (2014) e retratados através das isolinhas de precipitação, desenvolvidas no software Golden Surfer 13.
1.1 Objetivo Geral
Analisar a distribuição da precipitação no estado de São Paulo com a finalidade de estimar a variabilidade da mesma no território, de acordo com as estimativas dos índices (IC, IPC e IPP), em dois períodos distintos: 1970 a 2010 e 1952 a 2013, neste último, os 61 anos totais foram analisados, posteriormente os primeiros 30 anos (1952 a 1982) e o segundo período de 30 anos (1953 a 2013), separadamente. Para o último período também foi estimada a distribuição espacial e temporal de tendências da concentração diária e mensal dos índices de precipitação, através do método de Mann-Kendall (KENDALL, 1962; MANN, 1945).
Os objetivos específicos foram:
a) Organizar a distribuição das estações de precipitação na área de estudo;
b) Definir anos específicos para o cálculo do Índice Padronizado de Precipitação (IPP), no caso, 1983, 1985, 1997 e 2010;
c) Calcular os três índices de precipitação no software R;
d) Elaborar as isolinhas de precipitação no software Golden Surfer 13;
e) Analisar as isolinhas de precipitação obtidas para cada índice e para cada período e relacionar a variabilidade das chuvas na área de estudo com determinados fenômenos meteorológicos, como o ENOS (El Niño e La Niña), a Oscilação Decadal do Pacífico e a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS).
f) Cálculo e análise de tendências através do método de Mann-Kendall para o período de 61 anos, compreendidos entre 1952 a 2013.
2 REVISÃO DA LITERATURA 2.1 Caracterização da Área de Estudo.
O estado de São Paulo (Figura 2) está situado no sul da região Sudeste do Brasil e faz limite com os estado de Minas Gerais (N e NE), Rio de Janeiro (NE), oceano Atlântico (L), Paraná (S) e Mato Grosso do Sul (O) (IBGE, 2010).
Figura 2- Mapa de localização do estado de São Paulo.
Organização: NERY, J. T. (2015)
Segundo estimativas do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (2014), o estado possui 44.035.304 milhões de habitantes, a maior população do Brasil, distribuída em 645 municípios (Figura 3), em uma área de 248.222,362 km² (IBGE, 2010).
Figura 3- Regiões Administrativas do Estado de São Paulo.
Fonte: Fundação Seade, 2003.
Ainda segundo o governo do estado, a população consiste na mais diversificada do país e descende, principalmente, de imigrantes italianos e portugueses, embora também exista uma forte influência de ameríndios, africanos e de outras grandes correntes migratórias, como árabes, alemães, espanhóis e japoneses.
O estado é considerado o maior centro industrial da América do Sul. Concentra as mais diversificadas indústrias, como as metalúrgicas, mecânicas, de transporte, de alimentos, materiais elétricos, têxtil, química e de minerais não metálicos. Conta ainda com um grande centro agropecuário, com base nas agriculturas de cana de açúcar, laranja, milho, soja, banana, tomate, mandioca, batata, feijão, algodão herbáceo e café.
Sobre sua hidrografia, os principais rios são o Tietê, Paranapanema, Grande, Turvo, do Peixe, Paraíba do Sul, Piracicaba, além do Ribeira do Iguape, único rio de importância na
região litorânea. A maior parte do estado está situada na bacia hidrográfica do rio Paraná (IBGE, 2010).
Quanto à vegetação, o estado possui a seguinte distribuição: Mangues e Mata Atlântica no litoral e remanescente de Cerrado e de Florestas Tropical e Estacional Semidecidual no restante do território. Grandes reduções do domínio original aconteceram na cobertura vegetal de São Paulo devido à intensa expansão das atividades econômicas e da malha urbana no território.
No que diz respeito a pedologia local, segundo Lepsch (2002) o estado de São Paulo é composto por Latossolos Vermelhos, Argissolos Vermelho/Amarelos, Neossolos Quartzarênicos, Cambissolos, Nitossolos, Latossolos Argilosos Amarelos e a famosa terra-roxa, uma mistura de Latossolo com Nitossolo/Vermelho Férrico (Figura 4). A maioria do estado, ainda segundo o mesmo autor, é constituída por Latossolos Vermelhos e Argissolos Vermelho/Amarelos, estando os últimos concentrados na porção oeste do estado.
No leste predominam os Argissolos e Latossolos (Vermelho/Amarelos). A chamada terra roxa encontra-se em maior escala no sul da porção oeste do estado e apresenta uma fertilidade natural que, aliada às condições climáticas propícias e à topografia adequada é responsável pela alta produção agrícola encontrada nesta região (LEPSCH, 2002).
Figura 4- Mapa pedológico do estado de São Paulo.
2.2 A variabilidade da precipitação no estado de São Paulo.
O clima de um local ou região varia, em geral, ao longo do ano como consequência do movimento de translação em torno do Sol, denominada variabilidade sazonal. Para cada variabilidade de tipo cíclico associada a movimentos astronômicos, aproximadamente periódicos, o clima apresenta uma variabilidade natural interna, não periódica e muito complexa, que faz com que o mesmo varie de um ano para outro (NERY et al. 2013).
Os impactos da variabilidade climática podem resultar em reflexos de extrema importância nas mais diversas atividades humanas, como na pecuária, indústria e produção de energia. De fato, a sociedade e os recursos tecnológicos da qual dispõe estão adaptados às adversidades da variável climática, sem deixar de levar em consideração que as anomalias climáticas podem provocar destruição no sistema ambiental e sócio-econômico (NUNES et al. 1995).
O clima apresenta variabilidade do espaço e no tempo sazonal e interanual. A escala temporal pode variar de horas até milênios e os estudos em recursos hídricos geralmente analisam o comportamento dos sistemas hídricos dentro da escala anual, para períodos de dados normalmente da ordem de 15 a 80 anos. O estudo do comportamento climático na escala decadal ou tempos maiores permite analisar a influência do comportamento climático sobre o sistema global e, em específico, os recursos hídricos (NERY et al. 2013, p. 361-362).
Muitos autores têm estudado a questão da variabilidade climática e através de seus apontamentos e constatações realizam grandes contribuições ao tema e a diversas áreas de estudo não só da Geografia, como de tantas outras ciências. Existem muitos trabalhos isolados sobre o assunto, realizados por vários pesquisadores, em diferentes partes do mundo e que fazem uso de distintas formas de tratamento.
Em seu artigo sobre a variabilidade climática, denominado “a questão da variabilidade climática: uma reflexão crítica”, Nunes et al. (1995) reuniu ideias e teorias de vários autores sobre o tema e assim, realizou um estudo sobre as divergências e oposições encontradas nas discussões sobre o assunto.
Hare (1995) discutiu interações escalares, salientando as dificuldades em se detectar eventuais mudanças e como seria difícil que os processos globais fossem afetados por fatos ocorrentes em outras escalas. Tal ideia já havia sido explorada por Monteiro (1976) ao ressaltar que a ação modificadora do homem agiria em grau crescente da escala taxonômica (criando as menores unidades e alterando as médias, ao agir sobe propriedades extensivas do
clima), ainda que sem dominar a dinâmica da atmosfera, de onde emanam os mecanismos geradores da sucessão de seus estudos (NUNES et al. 1995).
Em seu estudo sobre variabilidade do clima regional, Shukla (1991) ressaltou que as anomalias climáticas de curto período seriam manifestações de interações entre atmosfera e biosfera e entre atmosfera e oceano em escalas regional e global. Sugahara (1991) atestou que a Oscilação Sul afeta as chuvas no estado de São Paulo, estando associada tanto a anomalias positivas quanto a negativas.
Segundo Conti (2005), nas últimas décadas não apenas os exemplos de degelo, mas também de elevação significativa do nível do mar, processos de desertificação, entre outros, vêm sendo apontados como fortes indícios do aquecimento global.
Além do processo de degelo que vem acontecendo pode-se citar outros exemplos para evidenciar o processo de aquecimento global do planeta, como a ocorrência de furacões em áreas não usuais, verões excessivamente quentes no hemisfério Norte, estiagens severas em regiões habitualmente úmidas e outros distúrbios de sazonalidade que vêm sendo interpretados como produtos da desestabilização climática (CONTI, 2005).
Quando se quer realizar um estudo sobre determinado elemento que interfere na questão da variabilidade climática, surge a problemática da inconsistência de dados, situação comum que compromete todo o resultado do trabalho.
Quando esse elemento é a precipitação pluvial, é importante conhecer a distribuição espaço/temporal da mesma no local que se quer analisar, contribuindo tanto para a sociedade quanto para a economia, de modo a orientar decisões que digam respeito às medidas necessárias para a mitigação de danos ocasionados pela irregularidade das chuvas (PICCININI, 1993).
Para o estado de São Paulo, a existência de trabalhos que descreva a variabilidade da precipitação ainda é muito inconsistente. Dias (1994) estudou a distribuição da precipitação diária na cidade de São Paulo, de 1936 a 1986, através de dados da estação meteorológica do IAG/USP. Ao final de seus estudos, a autora constatou que existe uma tendência fraca a aumento da precipitação mensal nos meses de fevereiro e maio, as acumulações de precipitação superiores a 30,0 mm/dia aumentaram também nesses meses, as acumulações inferiores a 2,0 e 5,0 mm/dia diminuíram de forma mais relevante em fevereiro e ocorreram
também em outros meses do ano. Por fim, que acumulações inferiores a 2,0 mm/dia sofreram relevante diminuição em todos os meses do ano.
Dias (1994) sugere ainda a possibilidade do efeito urbano, comum nas grandes cidades, ter contribuído na mudança ocorrida no modo como a intensidade da precipitação está distribuída.
A precipitação tem impacto direto e significativo na vida das pessoas, suas variações e mudanças frequentes acarretam repercussões na economia, meio ambiente, política e sociedade em geral. Sendo assim, é extremamente necessário que se realize análises e estudos da sua variabilidade, principalmente quando se trata do estado mais importante do país em diversos setores.
Os processos de modelagem do relevo e a formação de diferentes paisagens, com características extremamente particulares e peculiares devem-se a variabilidade da precipitação no estado de São Paulo. A existência de dois grandes domínios morfoclimáticos e fitogeográficos, o dos “Mares de Morros Florestados” (Planalto Atlântico e litoral) e dos “Chapadões recobertos por Cerrados e penetrados por Florestas-Galeria”, é um reflexo da importância e da ocorrência da precipitação pluvial sobre as diversas localidades de São Paulo (MALVESTIO, 2008).
O estado de São Paulo é uma região muito importante em todo o país, por ser referência econômica, considerado pólo da indústria e do comércio, responsável por 65 % de toda a produção nacional e também por contar com um parque industrial de 115 mil indústrias sendo o consumidor de mais da metade da energia gerada em todo o país e também o maior produtor agrícola. As oscilações climáticas causam muitos transtornos no território paulista, como problemas sociais devido a épocas de seca e problemas relacionados a perdas na produção agrícola.
Ao longo dos anos muitos autores têm tentado caracterizar a estrutura da precipitação no território paulista, justamente por se tratar de um grande pólo econômico, comercial, social, político e cultural brasileiro, de modo a influenciar todas as outras regiões do país.
Monteiro (1969) atribuiu grande relevância aos sistemas frontais como mecanismos importantes de precipitação na área do estado de São Paulo. Gomes e Massambani (1984) documentaram as condições sinóticas associadas a chuvas intensas. Scolar et al. (1982) deu
atenção especial para os sistemas convectivos de mesoescala e suas relações com as condições sinóticas.
Nery et al. (2004) realizou um estudo sobre a estrutura da precipitação do estado de São Paulo, onde concluiu a marcada influência de uma onda anual na precipitação, com máximas em dezembro, janeiro e fevereiro (verão) e mínimos em junho, julho e agosto (inverno).
O estado de São Paulo apresenta ao norte clima com menor variabilidade temporal e grande variabilidade sazonal (28 mm em junho; 256 mm em dezembro), com totais anuais da ordem de 1.500 mm. A região Noroeste é a que apresenta em média os menores totais anuais (1.200 mm) de precipitação e a terceira maior variabilidade sazonal do estado. Na região Oeste observaram-se valores anuais de precipitação de 1.440 mm e é a região que apresenta a segunda maior variabilidade sazonal em relação à distribuição da precipitação do estado, variando em média 33 mm (junho) a 302 mm em janeiro (NERY et al. 2004, p.9).
É fato, que a variabilidade da precipitação no estado de São Paulo vem sofrendo alterações com o passar dos anos. No município de Campinas, por exemplo, o número de dias nos quais houve chuva intensa (maior que 50,0 mm/h) aumentou de 12 dias nas décadas de 60 e 70 para mais de 25 dias nas décadas de 80 e 90 (VICENTE et al. 2004).
Blain et al. (2007) também realizou um estudo sobre a distribuição temporal da precipitação pluvial mensal através de dados diários de precipitação pluvial e de temperatura do ar do posto meteorológico representativo do município de Campinas-SP (22º54'S; 47º05'W; 669m), pertencente ao Instituto Agronômico da Secretaria de Agricultura e Abastecimento.
De acordo com Blain et al. (2007), a principal característica das séries de precipitação pluvial do Centro Experimental Central (Fazenda Santa Elisa), IAC, é a grande diferença entre as formas mensais de densidade de probabilidade desse posto. Nos meses úmidos, são detectadas distribuições com menores graus de assimetria. Em contrapartida, nos meses secos (maio, junho, julho e agosto) ocorrem distribuições do tipo "j" invertido.
Foi também verificado que a mediana é a medida de posição estatística que mais bem caracteriza as séries mensais de precipitação pluvial em Campinas. Consequentemente, os balanços hídricos climáticos gerados com essa ferramenta permanecem mais próximos da real dinâmica das diversas condições de tempo observadas em Campinas, quando comparados aos gerados com a média ou a moda da chuva mensal (BLAIN et al. 2007).
Quando os valores de precipitação são elevados, as inundações podem ocorrer e ocasionar danos desastrosos, ainda mais se estiverem associadas a áreas desmatadas, como as
encostas assoreadas e impermeabilizadas devido à ocupação urbana. Esse tipo de problema é muito comum na região Sudeste do Brasil, especialmente nas grandes cidades, como Rio de Janeiro e São Paulo.
Para o estado de São Paulo, Blain (2010) detectou tendências e variações climáticas em oito séries de totais anuais de precipitação através de métodos estatísticos como o teste t-Student, teste F, teste da razão da verossimilhança e teste de Mann-Kendall (MK) e como resultado concluiu que, de forma geral, não há marcantes alterações no regime anual de precipitação no estado de São Paulo. À exceção da localidade litorânea de Ubatuba, foram observadas tendências pouco significativas de elevação no regime dessa variável meteorológica, tendo em vista o deslocamento à direita das funções densidade de probabilidade, especialmente na série de Jundiaí, associadas aos últimos 30 anos.
Os eventos extremos diários de precipitação que ocorrem no estado de São Paulo foram investigados por Liebmann et al. (2001) e mostraram que entre outubro e março ocorre o maior número de dias com extremos de precipitação relativos ao inverno. Na investigação de Liebmann et al. (2001) também foi constatado que existe uma relação positiva entre as anomalias da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) sobre o oceano Pacífico leste e central e o número de eventos extremos. Esta relação fica mais evidente no leste do estado, que também apresentou o mesmo sinal de relação com as anomalias de TSM no Atlântico Sul (TEIXEIRA, 2010).
De acordo com Carvalho et al. (2002) a ocorrência de eventos extremos de chuva no território paulista está ligada diretamente a atividades da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) e a variabilidade da precipitação na área de estudo pode estar condicionada pela influência que a mesma sofre pela atuação da Zona de Convergência do Atlântico Sul e do fenômeno ENOS.
3. OS CONDICIONANTES DA PRECIPITAÇÃO NO ESTADO DE SÃO PAULO Os fenômenos meteorológicos que serão discutidos a seguir interferem diretamente no regime das chuvas no estado de São Paulo, sendo relevante que se realize um estudo completo sobre as origens e o funcionamento dos mesmos, de modo a promover melhor compreensão dos resultados.
3.1 A Zona de Convergência do Atlântico Sul.
A Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) é um fenômeno típico da América do Sul (primavera e verão), com duração de pelo menos quatro dias e pode ser facilmente identificada em imagens de satélite, por meio de uma alongada distribuição de nebulosidade de orientação NW/SE. Ela é resultado da intensificação do calor e da umidade resultantes do encontro de massas de ar quentes e úmidas da Amazônia e da porção central do Atlântico Sul (DANNI-OLIVEIRA et al. 2007).
Nos baixos níveis uma situação de ZCAS é caracterizada por convergência de umidade ao longo da orientação NW/SE, favorecida pelo Jato de Baixos Níveis (JBN), escoamento oriundo da canalização dos alísios que adentram o continente sul americano na região tropical, transportando vapor d’água proveniente do Atlântico Equatorial e da bacia Amazônica em direção ao Atlântico Sudoeste. Outra circulação importante para manter a convergência nos baixos níveis é a Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS), já que seu movimento anticiclônico sobre o oceano, centrado em aproximadamente 30ºS transporta vapor d’água em direção à costa sudeste do Brasil, intensificando a convergência de umidade existente. Tanta umidade disponível torna viável o fato da região da ZCAS ser de alta variabilidade convectiva (PALLOTTA et al. 2010).
A Zona de Convergência do Atlântico Sul está localizada na fronteira de massas de ar tropicais úmidas, em regiões de forte gradiente de umidade em baixos níveis, com geração de instabilidade convectiva por processo de advecção diferencial.
É um fenômeno meteorológico responsável pelo transporte de vapor de água da região amazônica para o sudeste brasileiro, nas estações da primavera/verão e está associada à intensas precipitações pluviais que ocorrem no mesmo. Uma das principais consequências da atuação da ZCAS é a ocorrência dos altos valores pluviométricos, principalmente no final da primavera e nos meses de verão, nas regiões afetadas, (QUADRO, 2012).
É importante frisar que para um caso de ZCAS bem estabelecida ou clássica, os campos de convergência em baixos níveis, velocidade ômega negativa em médios níveis e divergência em altos níveis se mostram em fase, ou seja, concordando espacialmente entre si, corroborando a presença de nebulosidade convectiva com certa persistência na orientação NW/SE (PALLOTTA et al. 2010).
A atuação das ZCAS (Figura 5) intensifica o processo de convecção sobre a região Sudeste brasileira, o qual favorecerá a alimentação dos seus corpos hídricos, o abastecimento urbano e a geração de energia elétrica. Por outro lado, a intensificação das chuvas, devido à permanência dessas faixas de nebulosidade por vários dias afeta outros locais da região. Esses intensos e contínuos episódios pluviais podem prejudicar principalmente a população de baixa renda residente nos grandes centros urbanos como Belo Horizonte, Rio de Janeiro e São Paulo, pois ao se fixarem nas encostas de morros e em planícies aluviais, onde o preço dos terrenos é mais baixo, essa população fica sujeita aos movimentos de massa e enchentes, (MALVESTIO, 2013).
Figura 5- Atuação da ZCAS no período de 12 a 15/02/2009.
Quadro et al. (1994) registrou que, durante o verão, pelo menos três episódios de ZCAS ocorrem por mês (um em cada mês). Em seu estudo, o autor usou o período de 1980 a 1989 e constatou que esses fenômenos podem ser uma resposta atmosférica devido à associação de vários sistemas, sendo que os mais encontrados em sua pesquisa foram vórtices ciclônicos sobre o nordeste brasileiro e sobre o oceano Atlântico Tropical e a penetração de sistemas frontais provenientes da América do Sul. As características mais marcantes observadas nos campos analisados foram:
a) Convergência de umidade em baixos e médios níveis na região de estabelecimento da ZCAS. Satyamurty e Rao (1988) sugerem que no caso da ZCAS a precipitação excede a evaporação, logo deve haver forte convergência de vapor d’água para manter a faixa de nebulosidade por intervalos de tempo prolongados (QUADRO et al. 1994);
b) Escoamento em 500 hPa mostrando um cavado sobre a costa leste da América do Sul e uma faixa de movimento vertical ascendente, ambos orientados na direção da ZCAS e um gradiente intenso de temperatura ao sul da faixa também na média troposfera (QUADRO et al. 1994);
c) Faixa de vorticidade relativa anticiclônica em altos níveis caracterizando as regiões típicas para a manifestação do fenômeno. Carvalho (1989) concluiu que, durante os meses de verão do hemisfério Sul, a ZCAS contribui intensamente na caracterização do campo médio mensal de vorticidade relativa em 200 hPa (QUADRO et al. 1994).
Kodama (1992a; 1993) promoveu um melhor entendimento sobre a Zona de Convergência do Atlântico Sul descrevendo algumas das principais características dinâmicas e termodinâmicas das bandas de nebulosidade e chuva quase estacionárias que ocorrem sobre os oceanos subtropicais em ambos os hemisférios.
Kodama (1993) reconhece a existência de três zonas frontais quase estacionárias subtropicais no leste da Ásia, conhecida como Bauí Front, nas porções subtropicais da Zona de Convergência do Pacífico Sul (ZCPS) e do Atlântico Sul, referida então como ZCAS.
Carvalho et al. (2002) caracterizaram as propriedades estruturais das ZCAS e consideraram que regiões com ROL ≤ 200Wm² estão relacionadas com os padrões espaciais de precipitação e consideraram que a ZCAS é genericamente descrita como uma região com alta variabilidade da atividade convectiva durante o verão.
O estudo de Liebmann et al. (1999) mostra que o espectro da variância do ROL apresenta vários picos estatisticamente significativos sobre a região de influência da ZCAS. Entre 10 e 100 dias a ZCAS mostra regimes de variabilidades distintos, flutuações com períodos mais curtos que 90 dias mostram máxima variância sobre a ZCAS e a região central da América do Sul e mínima sobre a região amazônica, onde a convecção em média é bastante intensa (CARVALHO et al. 2009).
A tabela a seguir (Tabela 1) retrata os períodos de ocorrência de Zona de Convergência do Atlântico Sul no Brasil:
Tabela 1 – Períodos de ocorrência de Zona de Convergência do Atlântico Sul.
Anos Mês Período (dias)
1980 janeiro de 25/01 a 01/02/80 1983 fevereiro de 11/02 a 18/02/83 1986 fevereiro de 07/02 a 14/02/86 1986 dezembro de 05/12 a 12/12/86 1987 fevereiro de 06/02 a 13/02/87 1988 fevereiro de 05/02 a 12/02/88 1989 janeiro de 06/01 a 13/01/89 1990 janeiro de 05/01 a 12/01/90 1991 março de 29/03 a 06/04/91 1991 novembro de 15/11 a 22/11/91 1992 janeiro de 24/01 a 31/01/92 1992 dezembro de 27/11 a 04/12/92 1993 janeiro de 15/01 a 22/01/93 1993 dezembro de 17/12 a 24/12/93 1994 janeiro de 21/01 a 28/01/94 1994 março de 04/03 a 11/03/94 1994 dezembro de 23/12 a 30/12/94 1995 janeiro de 20/01 a 27/01/95 1995 outubro de 20/10 a 27/10/95 1996 fevereiro de 09/02 a 16/02/96 1997 janeiro de 24/01 a 31/01/97 1998 fevereiro de 13/02 a 20/02/98 1999 janeiro de 08/01 a 15/01/99 2000 fevereiro de 04/02 a 11/02/00 2001 dezembro de 14/12 a 21/12/01 2002 fevereiro de 15/02 a 22/02/02 2003 janeiro de 10/01 a 17/01/02 2004 fevereiro de 20/02 a 27/02/04 Fonte: Malvestio (2008)
3.2 O El Niño-Oscilação Sul.
El Niño-Oscilação Sul (ENOS) é um fenômeno oceânico/atmosférico que se caracteriza pelo aquecimento anômalo das águas superficiais do centro-leste do oceano Pacífico, predominando na sua faixa equatorial. Afeta o clima regional e global, pois muda a circulação geral da atmosfera, sendo um fator responsável pelos anos considerados secos ou muito secos.
O El Niño possui duas fases, sendo uma negativa, que está associada a períodos secos nas regiões tropicais e períodos quentes e úmidos nas extratropicais; na fase positiva do fenômeno, denominado La Niña, os períodos são úmidos nos trópicos e secos e frios fora deles (MOLION, 1989). Ocorre a cada quatro anos e persiste de 6 a 15 meses. A Tabela 2 retrata os eventos de EL Niño, de 1877 a 2010.
Tabela 2 – Anos de El Niño e suas intensidades.
Fonte: CPTEC/INPE, 2011
El Niño e La Niña são alterações significativas de curta duração (12 a 18 meses) na distribuição da temperatura da superfície da água do oceano Pacífico Tropical com profundos efeitos no clima. Estes efeitos modificam um sistema de flutuação das temperaturas daquele oceano chamado Oscilação Sul e, por essa razão, são referidos como ENOS. Foi originalmente conhecido por pescadores da costa oeste da América do Sul, observando baixas
capturas, à ocorrência de temperaturas mais altas que o normal no mar costeiro do Peru (NERY et al. 2013)
Cuadrat et al. (2006) explica que o flanco equatorial do Pacífico comporta ventos que se movem de leste a oeste, os quais transportam com eles as águas oceânicas, criando duas correntes paralelas ao equador e também de direção E/W: as correntes norequatorial e sulequatorial. Tais correntes vão carregadas de águas muito quentes que se acumulam ao oeste do Pacífico e, como resultado dessa acumulação, cria-se uma contracorrente equatorial que se dirige da Ásia até a América a uma latitude aproximada de 5° ou 6° N, acumulando-se nas costas da América Central e México.
Durante o verão austral (janeiro/março) o anticiclone do Pacífico sul desce até o SW, o que debilita os alísios das costas de Chile/Peru, consequentemente debilita também a subida de águas frias desde as profundidades marítimas. Nesses momentos a contracorrente equatorial pode penetrar mais até o sul, banhando as costas peruanas e gerando uma depressão que pode originar chuvas em países como Peru e Equador. A este fenômeno se conhece por El Niño, associado a Oscilação Sul, até o ponto de denominar-se conjuntamente a todo o fenômenos como El Niño-Oscilação Sul, ENOS (CUADRAT et al. 2006).
Segundo Kayano et al. (1986) o evento ENOS (fase quente) de 1982/1983 foi um dos mais intensos e afetou o tempo e o clima da América do Sul de várias maneiras. Fisch et al. (2006) explica que no caso da região Amazônica, este episódio provocou um período extremamente seco (janeiro/fevereiro) durante a estação chuvosa na Amazônia Central. O desvio da precipitação neste período (valor observado 1982/83 menos valor climatológico) apresentou valores de até - 70 % na área de Manaus (AM), com um valor menor na parte mais próxima do oceano Atlântico (-20 % em Belém). Este comportamento se deu devido ao ramo descendente da célula de Walker deslocar-se a Amazônia, o que inibiu a formação de atividades convectivas (NOBRE et al. 1985; NOBRE et al. 1987).
Em uma análise complementar à mencionada, Kayano et al. (1986) analisaram a precipitação na América do Sul durante todo o evento do El Niño (junho de 1982 à agosto de 1983), indicando que a Amazônia sofreu uma seca durante todo este período, com total de chuva de, aproximadamente, 0,5 de desvio normalizado menor (FISCH et al. 2006).
Em anos de fase quente do ENOS, tendem a intensificar os bloqueios atmosféricos na região Nordeste que, eventualmente, podem abranger o centro-norte da região Sudeste. Segundo Oliveira:
Bloqueios atmosféricos são comumente observados onde o escoamento zonal característicos de latitudes médias é interrompido por um intenso e persistente escoamento meridional, associado à estrutura de uma célula anômala de alta pressão quase-estacionária e barotrópica resultando na bifurcação do jato. Tais estruturas de bloqueio são, em grande parte, responsáveis pela persistência do tempo, induzindo a extremos climáticos que variam desde secas e ondas de calor a invasões de ar frio, (Oliveira, 2011, p. 1).
Com a ocorrência de bloqueios atmosféricos no centro-norte da região Sudeste, os sistemas frontais tendem a permanecer estacionados ao sul da região, intensificando as precipitações.
A convergência em baixos níveis e o movimento ascendente são induzidos pela pressão mais baixa e pela presença de montanhas na região Sudeste. Surge, assim, uma circulação ciclônica sobre a região, enquanto em altos níveis prevalecem anomalias anticiclônica e de divergência, sendo que as anomalias de convergência são deslocadas para o norte (GRIMM, 2009).
Na região Sudeste do Brasil, os principais fenômenos relacionados a desastres naturais estão associados às chuvas intensas, que provocam inundação/enchente e escorregamento de solo e/ou rocha. Estes fenômenos ocorrem normalmente associados a eventos pluviométricos intensos e prolongados, nos períodos chuvosos que correspondem às estações de primavera e verão na região, (TOMINAGA, 2012).
3.3 O La Niña.
Segundo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), o La Niña é um fenômeno que se caracteriza por ser oposto ao El Niño, ou seja, é o resfriamento das águas do oceano Pacífico Equatorial. Pode ser chamado também de episódio frio, ou ainda, El Viejo, em espanhol, “o Velho”, em português.
Assim como o El Niño, o La Niña trata-se de um fenômeno natural, com uma variabilidade maior que o primeiro, alterando o comportamento climático. Os ventos alísios são mais intensos e as águas mais frias, estendem-se numa faixa de aproximadamente 10° de latitude ao longo do Equador, desde a costa peruana até 180° de longitude do Pacífico Central. Com a evaporação e os movimentos ascendentes que geram chuva, a célula de Walker, em anos de La Niña, fica mais alongada que a normal, devido à maior intensidade dos ventos alísios.
Com os ventos alísios mais intensos, a ressurgência também irá aumentar no Pacífico Equatorial Oriental, emergindo mais nutrientes das profundezas do oceano. Em geral, os
episódios La Niña têm frequência de dois a sete anos, porém tem ocorrido em menor quantidade que o El Niño durante as últimas décadas. Os episódios La Niña têm duração de, aproximadamente, 9 a 12 meses e somente alguns episódios persistem por mais de dois anos.
A intensidade máxima do fenômeno é atingida ao final do mesmo ano em que se iniciou, dissipando-se em meados do ano seguinte, podendo durar até dois anos. Muitas vezes, os episódios de La Niña favorecem a chegada de frentes frias até a região Nordeste do Brasil (NEB).
Como consequência da La Niña, as frentes frias que atingem o centro-sul do Brasil são mais rápidas e intensas, ocasionando uma redução nas chuvas, fazendo com que a frente atinja o nordeste mais facilmente. Na região Centro-Sul há estiagem com uma queda significativa nas chuvas, principalmente de setembro a fevereiro, no outono as massas de ar polar chegam com muita força. Sendo assim, já no outono temperaturas baixas são registradas.
Dessa forma, as principais características associadas ao fenômeno são:
Frentes frias rápidas sobre a região Sul do Brasil, com baixos valores pluviométricos de setembro a fevereiro, principalmente no Rio Grande do Sul; Temperaturas um pouco abaixo da média na região Sudeste do Brasil, durante
o inverno;
Frentes frias com mais facilidade de acesso na região Nordeste do Brasil; Chuvas abundantes no leste da Amazônia;
Possibilidade de chuvas acima da média no nordeste do país (NEB).
Os anos de 1976 e 1985 foram de forte incidência de La Niña. Em suma, tanto o El Niño quanto o La Niña, são resultados de alterações no comportamento normal da célula de Walker, um circuito de circulação de ventos de sentido oeste/leste que ocorre normalmente entre o Pacífico leste (costa peruana) e o Pacífico oeste (Indonésia/Austrália), ao sul do Equador.
De acordo com Grimm et al. (2004), durante episódios La Niña (Tabela 2), nota-se diminuição no número de eventos extremos no final do inverno e na primavera na região Sul e aumento na região centro/sudeste. Já em janeiro, há diminuição expressiva de eventos no centro/sudeste e aumento no sul, especialmente na parte norte da região Sul. No noroeste do Brasil há tendência à diminuição de eventos extremos no final do inverno e início da
primavera, mas em novembro há indicação de aumento de número de eventos severos tanto no norte quanto no noroeste. Neste aspecto, há uma pequena defasagem entre os comportamentos opostos exibidos durante eventos El Niño e La Niña.
Tabela 3 – Anos de La Niña e suas intensidades.
Fonte: CPTEC/INPE, 2011
Um aspecto importante é o impacto de La Niña sobre a frequência de eventos extremos na estação chuvosa da parte norte da região Nordeste, no outono do ano (principalmente em abril e maio), assim como em parte da região Norte, no outono/inverno. É interessante notar que não há grande simetria no comportamento da frequência de eventos extremos na região Norte durante episódios El Niño e La Niña. Há maior aumento de eventos extremos durante La Niña que diminuição durante El Niño (GRIMM et al. 2004).
3.4 A Oscilação Decadal do Pacífico.
A Oscilação Decadal do Pacífico (ODP) ou Pacific Decadal Oscillation (PDO), sigla que em 1995/96 Steven Hare e Robert Francis propuseram ao pesquisarem conexões entre “ciclos” da produção de salmão no Alaska e condições climáticas no oceano Pacífico. Molion (2005), afirma que as Temperaturas da Superfície do oceano Pacífico (TSM), apresentam uma configuração com variações de prazo mais longo, semelhante ao El Niño, chamada Oscilação Decadal do Pacífico.
Os eventos ODP persistem por 20 a 30 anos, enquanto o El Niño por 6 a 18 meses. Dessa forma, como o El Niño, a ODP apresenta duas fases, uma fria e outra quente (MOLION, 2005).
A primeira é caracterizada por anomalias negativas de TSM no Pacífico Tropical e simultaneamente, por anomalias de TSM positivas no Pacífico Extratropical, em ambos os hemisférios. A última fase fria ocorreu no período de 1947 a 1976. Já a fase quente, se apresenta de maneira contrária, com anomalias de TSM positivas no Pacífico Tropical e negativas no Pacífico Extratropical e estendeu-se de 1977 a 1998 (MOLION, 2005).
Segundo Molion (2005), de 1998 a 2015, está ocorrendo uma fase fria da ODP, portanto anomalias negativas das Temperaturas da Superfície do oceano (TSM) no Pacífico Tropical.
Para Zhang et al. (1997) a variabilidade temporal do oceano Pacífico é fragmentada em dois componentes: uma está relacionada com a escala de variabilidade interanual do ciclo ENOS e a outra, linearmente independente, incluindo toda a variabilidade interdecadal na qual se destaca a Oscilação Decadal do Pacífico.
Algumas anomalias das precipitações que estão relacionadas a eventos ENOS em determinadas regiões do planeta e se associadas à baixa frequência do clima, podem sofrer uma pausa, ou seja, longos períodos para que um próximo evento ocorra (GERSHUNOV et al. 1998; MCCABE et al. 1999; GUTZLER et al. 2002; KRISHNAN et al. 2003).
Gershunov et al. (1998) concluiu ainda que, a ODP e o ENOS podem ter efeitos combinados na distribuição anômala de precipitação em algumas regiões, agindo de forma construtiva, com anomalias fortes e bem definidas quando elas estão na mesma fase e de maneira destrutiva, com anomalias fracas e mal definidas quando estão em fases opostas.
Molion (2005) indicou que a ODP tenha entrado novamente na sua fase negativa (fria) a partir do ano de 1999, na qual deve permanecer até 2025, provocando um consequente aumento da frequência dos eventos La Niña. Se o sistema Terra/oceanos/atmosfera se comportar como na fase fria anterior da ODP (1947-1976), a temperatura média global deverá diminuir ao menos 0,15 °C até 2025 (DA SILVA et al. 2011).
Aceitando a hipótese que o Pacífico e sua Oscilação Decadal sejam um controlador importante do clima global, pode-se arriscar a fazer os prognósticos qualitativos que se seguem. O clima global poderá experimentar um resfriamento paulatino nos próximos 25 anos se a ODP comprovadamente permanecer em sua nova fase fria (DA SILVA et al. 2011).
Quando ocorre a fase positiva (quente) da ODP, podem também ocorrer episódios de El Niño, em maior frequência e intensidade. Já os episódios de La Niña ocorrem menos e em menor intensidade. Se a ODP está em sua fase negativa (fria), a situação é contrária, há maior ocorrência de episódios de La Niña, que tendem a ser mais intensos e menor frequência de El Niño, os quais tendem a ser curtos e rápidos (ANDREOLI et al. 2005).
4. OS ÍNDICES DE CHUVA
A irregularidade espacial e temporal da precipitação é uma característica já indicada, bem como, a possibilidade que se alcancem valores extremos, tanto de abundância quanto de escassez, que por suas consequências catastróficas e impactos sobre a sociedade são destaques nos denominados riscos ou desastres naturais. Os episódios de chuvas extraordinárias constituem um destes acontecimentos quando acarretam grandes inundações, com graves danos materiais e humanos (CUADRAT et al. 2006).
Sobre o déficit pluviométrico, Cuadrat et al. (2006) explica que um longo tempo sem chuvas está vinculado a ocorrência de outros fatores que podem contribuir para reforçar a situação, como o aumento da incidência solar no local, consequentemente da temperatura e evaporação, ou ainda, a ocorrência de algum fenômeno. Entretanto, o mais importante, está relacionado com a estrutura socioeconômica da área afetada e a conscientização da população, pois em sociedades menos desenvolvidas, com marcada espacialização regional, a vulnerabilidade ante a esses acontecimentos aumenta, devido a precária flexibilidade econômica diante desse risco natural.
Muitas são as evidências sobre a influência que eventos extremos de excesso hídrico e seca têm sobre diferentes partes do nosso planeta, afetando muitas regiões e ocasionando perdas econômicas e até mesmo de vidas (IPCC, 2007). Em função desses graves impactos tanto do excesso quanto do déficit hídrico, vários métodos vêm sendo utilizados em diversas partes do mundo para monitorar e quantificar a variabilidade da precipitação, através de dados estatísticos, entre os quais, destacam-se os índices de quantificação de chuva e/ou de seca utilizados neste trabalho.
4.1 Índice de Concentração (IC)
O IC é utilizado para a medição da sazonalidade e heterogeneidade diária. Os extremos de precipitação podem ser quantificados através da análise da frequência com que a chuva cai e também através da heterogeneidade dos valores de precipitação.
Com o objetivo de quantificar a precipitação diária e a heterogeneidade anual, em determinado local, Javier Martin-Vide (2004) desenvolveu um índice, denominado de Índice de Concentração para avaliar o relativo impacto de diferentes classes de precipitação diária e avaliar o maior valor no dia em que ocorreu a precipitação (SHI et al. 2014).
Em um determinado período e local, a probabilidade de pequenos montantes diários de precipitação é maior do que a de grande quantidade diária da mesma. Em outras palavras, se
iniciando com a classe mais baixa da precipitação diária, as frequências absolutas desta irão diminuir exponencialmente (MARTIN-VIDE, 2004).
A tendência para uma maior concentração de chuva ou de dias em que ela ocorreu resulta apenas em um aumento da frequência de precipitações pluviais diárias e intensas se o total anual permanecer o mesmo ou aumentar com o passar do tempo. Se existir uma tendência negativa no total de chuva anual, a frequência de chuvas diárias e intensas pode vir a diminuir, apesar de haver ainda uma tendência direcionada para uma maior concentração anual total em poucos dias (SHI et al. 2014).
Segundo Oliver (1980), o Índice de Concentração de Precipitação teve origem em 1962, na elaboração de um artigo por Gibbs e Martin (1962), com a finalidade de desenvolver um índice para medir a diversificação do emprego nas indústrias para uma posterior análise regional comparativa. Através do número de funcionários de uma determinada categoria industrial, os autores mostraram que essa diversificação industrial poderia ser medida em uma escala variando de zero a um. O valor zero significa que nenhuma diversificação foi constatada.
Quando o valor aproxima-se da unidade é sinal que a diversificação entre os empregados é considerada alta.
Como resultado, os autores obtiveram duas soluções hipotéticas. Na primeira, o número total de trabalhadores é o mesmo e a força de trabalho total fica concentrada em apenas uma indústria. Na segunda, cada uma das doze indústrias avaliadas para o estudo tem um número igual de funcionários. Dessa forma, o índice de diversificação varia de zero, indicando concentração total industrial, a 0,91, o que indica diversificação total (OLIVER, 1980).
Com o passar do tempo, o índice começou a ser aprimorado. O estudo de Clemente e Sturgis (1971), por exemplo, mostrou que o valor máximo de diversificação absoluta depende do número de casos utilizados na análise. Na análise realizada por Gibbs e Martin (1962), foram utilizadas doze indústrias com uma margem de aproximadamente 0,92 de diversificação, no entanto se dez indústrias tivessem sido avaliadas, o valor máximo seria 0,90. Ambos os autores também observaram que para o índice ser válido em estudos comparativos o mesmo número de categorias deve ser usado (OLIVER, 1980).
Dessa forma, o índice pode ser utilizado para outros fins, sendo um deles a avaliação da concentração de precipitação em determinado local ao longo de um ano. Nesta situação, cada “caso” seria uma estação climática e cada “categoria” seria um mês do ano.
Segundo Oliver (1980), o índice é válido para fins de comparação, já que cada “caso” seria constituído por doze “categorias” que representam as estações do ano, sem deixar de se considerar o fato da reversão da escala ser apropriada, pois se trata de uma aplicação climática. Este índice, que é estudado por curvas exponenciais, avalia as diferenças entre a precipitação percentual contribuída por diferentes classes (MARTIN-VIDE, 2004).
O IC indica a contribuição de precipitação extrema em certa duração de tempo em vários dias para o total de precipitação acumulada em intervalo de tempo a ser definido, por exemplo, um ano (SHI et al. 2014).
De acordo com SHI et al. (2014), precipitações extremas estão diretamente vinculadas a eventos de inundações, por essa razão, estudar o índice permite analisar e prever situações de risco para área de estudo.
4.2 O Índice de Precipitação Concentrada (IPC)
Com o objetivo de quantificar a precipitação mensal e a heterogeneidade da precipitação em um ano Oliver (1980) e De Luis et al. (1997) desenvolveram o Índice de Precipitação Concentrada. Em seu trabalho sobre a quantificação dos extremos de precipitação no Huai River (China), Peng Shi et al. (2014) abordam o estudo realizado por Coscarelli et al. (2012), no qual os autores verificaram que o lado oriental da região Sul da Itália apresenta altos valores em ambos os índices, IC e IPC. Entretanto, De Luis et al. (2010) ao analisar a relação entre tendências de IPC e precipitação média anual na Espanha, encontraram um comportamento inverso entre precipitação anual e sazonal dos valores do índice no local.
Se o aumento da concentração de chuva ocorrer diariamente, a frequência de precipitação diária é que vai aumentar, sendo que o total anual permanece o mesmo ou aumenta com o passar do tempo. Entretanto, se a situação for contrária, ou seja, queda no valor anual de precipitação significa que a frequência diária das mesmas pode estar diminuindo.
O estudo realizado por Mueller et al. (2011) indicou que o aumento de eventos de precipitações intensas ao longo dos últimos 35 anos foi mais acentuado na estação do verão (julho a setembro), mas foi detectado também em outras estações do ano.
