2012-05-18 - Estudo da Sazonalidade das Chuvas no MS.pdf
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Revista Brasileira de Geografia Fsica 01 (2012) 73-86
Marcuzzo, F. F. N.; Costa, H. C. 73
ISSN:1984-2295
Revista Brasileira de Geografia Fsica
Homepage: www.ufpe.br/rbgfe
Estudo da Sazonalidade das Chuvas no Estado do Mato Grosso do Sul e Sua
Distribuio Espao-Temporal
Francisco Fernando Noronha Marcuzzo1, Helen de Camargos Costa2 1Pesquisador em Geocincias/Hidrologia. CPRM/SGB (Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais / Servio Geolgico do Brasil). Rua Banco da Provncia, n 105 - Santa Teresa - Porto Alegre/RS - CEP 90.840-030. Fone: (51) 3406-7324. E-mail: [email protected] 2Engenheira Ambiental. Consultoria Ambiental. Rua A2 Qd 2 Lt 10 Vila redeno - Goinia - Gois CEP:74850020. Fone: (62) 8561-5918. E-mail: [email protected]
Artigo recebido em 01/02/2012 e aceito em 27/02/2012
R E S U M O
O estado do Mato Grosso do Sul se encontra em confluncia com um dos principais sistemas atmosfricos da Amrica do Sul e com mais de um tipo de regime pluviomtrico. Portanto, obtendo-se relevncia nos estudos que privilegiem a distribuio espao-temporal das chuvas no estado. Com o objetivo de analisar a variao sazonal da precipitao pluvial no estado do Mato Grosso do Sul, realizou-se um estudo da variabilidade espacial e temporal das chuvas. Foram utilizadas mdias mensais e anuais sazonais de precipitao das sries histricas de dados pluviomtricos obtidos da Rede Hidrometeorolgica Nacional, da Agncia Nacional de guas. A interpolao matemtica utilizada foi o Topo to Raster. Para o tratamento estatstico calculou-se as mdias temporais da precipitao para o perodo de 30 anos, necessrias para o clculo do ndice de anomalia de chuva, o qual serve para classificar perodos de anos secos ou midos de acordo com a mdia local. Como resultados so apresentados a distribuio espacial, temporal e sazonal das chuvas. Palavras-chave: Pluviometria, espacializao de chuvas, precipitao pluviomtrica.
Study of Seasonal and Space-Time Distribution Rains in Mato Grosso do
Sul State A B S T R A C T
The Mato Grosso do Sul state is in confluence with a major weather systems in South America and more than one type of rainfall, thus obtaining important in studies that emphasize spatial and temporal distribution of rainfall in the state. Aiming to analyze the seasonal variation of rainfall in the Mato Grosso do Sul state, there was a study of spatial and temporal variability of rainfall. We used monthly mean seasonal and annual precipitation series of historical rainfall data obtained from the National Hydrometeorological Network of Brazil. The interpolation model used was the Top to Raster. The statistic used to calculate the average rainfall for the time period of 30 years, needed to calculate the rainfall anomaly index, which serves to classify periods of dry or wet years according to the local average. Results are presented as the spatial, temporal and seasonal rains. Key-words: Pluviometry, Spatialization of rainfall, pluviometric precipitation.
1. Introduo
As precipitaes pluviomtricas
representam um importante papel de ligao
entre fenmenos meteorolgicos e escoamento
superficial. O estudo de chuvas intensas de
extrema importncia para projetos hidrulicos
relacionados drenagem urbana e agrcola, * E-mail para correspondncia: [email protected] (Marcuzzo, F. F. N.).
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como: galerias pluviais, bueiros, vertedores,
estudos contra eroso e enchentes, entre outros
que consideram a intensidade da precipitao.
Em ambiente de mltiplos usos, o bom
conhecimento das necessidades dos diversos
usurios e das disponibilidades hdricas
fundamental para uma boa gesto; entretanto,
as incertezas hidrolgicas, as variaes das
demandas e o grande nmero de variveis
representativas dos processos fsicos, qumicos
e biolgicos, conferem elevado nvel de
complexidade anlise dos sistemas de
recursos hdricos (Carvalho et al., 2009).
Os recursos hdricos no Brasil so
abundantes, mas nem sempre bem distribudos
e estudados nas diferentes regies do pas.
Trata-se de melhor distribu-los no espao e no
tempo, e principalmente de preserv-los
planejando e projetando de forma a aperfeioar
os sistemas de aproveitamento de recursos
hdricos. Para isto, deve-se em primeiro lugar
conhecer-se a hidrologia de sistemas. Deve-se
antes de tudo observar os fenmenos
hidrolgicos peculiares s bacias em estudo e a
partir dos dados observados, elaborarem
estudos compreensivos de forma a caracterizar
e prever seu comportamento objetivando a sua
melhor utilizao (Swami & Mattos, 1975).
Em um estudo de precipitao
pluviomtrica mensal provvel em Boa vista,
estado de Roraima, Arajo et al (2001)
observaram que, alm do conhecimento da
precipitao pluvial, importante conhecer o
balano hdrico climtico, o qual indica a
disponibilidade de gua para as plantas em
dado tipo de solo. Neste sentido, a metodologia
mais utilizada a desenvolvida por
Thornthwaite & Mather (1955), que consiste
no balano entre a precipitao e a
evapotranspirao potencial para determinada
capacidade de gua disponvel. Para isso, h a
necessidade de se definir a capacidade de gua
disponvel, a chuva total e a evapotranspitao
potencial em cada perodo. Com essas trs
informaes, o balano hdrico climatolgico
permite obter evapotranspitao real,
deficincia ou excedente hdrico e o total de
gua retirada do solo em cada perodo (Pereira,
2005).
O balano hdrico um sistema contbil
de monitoramento de perda da gua do solo e
resulta da aplicao do princpio de
conservao da massa em um volume de solo
vegetado (Pereira et al. 1997). A variao do
armazenamento representa o balano entre as
entradas (precipitao) e sadas (evaporao e
transpirao) de gua do volume de controle,
em um intervalo de tempo. Os resultados de
evapotranspirao, precipitao e o respectivo
balano hdrico podem ser utilizados no
zoneamento agro climtico, na determinao da
demanda hdrica potencial das culturas
irrigadas, no planejamento da pesquisa e para
identificar o regime hdrico de uma regio
(Aguilar et al., 1986).
Furlan 2009, em variabilidade temporal
e espacial das chuvas e do balano hdrico no
estado de Rondnia, estudou os efeitos que a
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mudana na cobertura vegetal pode ter sobre a
dinmica climtica e pluviomtrica dessa
regio, com o objetivo de verificar se os atuais
ndices de desmatamento em Rondnia,
ocorridos nos ltimos 30 anos, so suficiente
para contribuir para a modificao do regime
hdrico e pluviomtrico. Para este estudo
utilizou 29 postos pluviomtricos, com dados
obtidos da Agncia Nacional das guas,
concluindo que as analises de tendncia no
identificaram mudanas no regime
pluviomtrico no perodo analisado.
Em um estudo sobre a precipitao
irregular do nordeste, observou-se a
necessidade do monitoramento por meio de
emprego de ndices climticos. Com base
neles, pode-se desenvolver um sistema de
acompanhamento das caractersticas dos
perodos secos ou chuvosos, obtendo
informaes anuais, sazonais ou mensais, com
as quais se pode conhecer profundamente a
climatologia de uma regio, e verificar os
impactos que o clima global causa sobre a
distribuio pluviomtrica local, ou seja, a
regionalizao da precipitao para
determinado local (Da Silva, 2009).
Santos et al. (2009), em um estudo de
Intensidade-Durao-Frequncia (IDF) de
chuvas para o estado do Mato Grosso do Sul,
observaram que a relao IDF de chuvas
intensas, tem sido usada como ferramenta
importante na previso de eventos extremos
empregados na elaborao de obras de
drenagem, nos mais diversos campos da
engenharia. No mesmo estudo relataram a
grande variabilidade de valores de intensidade
de precipitao observada nas regies do
estado, o qual evidencia a necessidade de
considerao das informaes locais para a
realizao de estudos e projetos hidrulicos,
interferindo na segurana no dimensionamento
e nos custos da obras.
Modelos matemticos tem sido
aplicados descrio de fenmenos naturais,
por se tratarem de abstraes da realidade
encontrada, uma tentativa de representao de
uma ou todas propriedades de um fenmeno,
sistema ou objeto, que tem como propsito
compreender melhor a resposta de processos, a
partir de observaes realizadas ou mesmo
deduzir efeitos (Tucci, 1998).
Assim, nos estudos de interpolao dos
parmetros da equao de chuvas intensas com
uso do inverso de potncias da distncia,
Ceclio et al. (2003), ressaltam que a
determinao das equaes de chuvas intensas
apresenta, em muitos casos, grandes
dificuldades em funo da escassez de
informaes dessa natureza, da baixa densidade
da rede de pluvigrafos e do pequeno perodo
de observaes disponvel. Alm disso, a
metodologia exige para sua obteno, um
exaustivo trabalho de tabulao, anlise e
interpretao de uma grande quantidade de
pluviogramas. Por esta razo, ainda hoje
poucos trabalhos tm sido desenvolvidos com
tal finalidade, constituindo grande entrave na
realizao de projetos de obras hidrulicas mais
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confiveis e econmicos.
Mello et al (2008), em um estudo de
continuidade espacial de chuvas intensas no
estado de Minas Gerais, observaram que um
dos principais ramos de pesquisa em hidrologia
e climatologia consiste da aplicao do
geoprocessamento. Por meio da anlise de
tcnicas para uma melhor interpolao espacial
das chuvas intensas, gerando mapas com boa
aplicabilidade aos projetos.
O processo mais utilizado para essa
representao o traado das isoietas, que so
curvas que unem os pontos de igual altura de
precipitao para um perodo determinado. O
conhecimento do regime pluviomtrico geral
da regio e dos fatores que podem influenciar
na distribuio imprescindvel, para um
traado razovel das curvas isoietas (Garcez et
al., 1998).
Mello et al. (2003), trabalhando com
krigagem e inverso do quadrado da distncia
para interpolao dos parmetros de equao
de chuvas intensas, observaram que para
estimar os parmetros de chuvas intensas,
trabalha-se com regresso mltipla no-linear,
utilizando-se sries histricas de dados de
chuvas mximas, com vrios tempos de
durao, extrados de pluviogramas cotados.
Quando no se dispe deste instrumento, pode-
se trabalhar com dados pluviomtricos de
chuvas mximas dirias anuais, aplicando-se o
processo de desagregao de chuvas, que
bastante comum.
Com todas as abordagens descritas
acima, este estudo tem como objetivo principal
analisar a variao sazonal da precipitao
pluvial no estado do Mato Grosso do Sul, e
como ocorre a variabilidade espao-temporal
das chuvas.
2. Material e Mtodos
2.1 Caracterizao da vegetao, clima e dos
mecanismos de formao de chuvas no estado
do Mato Grosso do Sul
O estado do Mato Grosso do Sul (Figuras
1 e 2), com dois milhes de habitantes
distribudos em 78 municpios (SEMAC,
2009), ocupa a parte sul do Centro-Oeste do
Brasil e seus limites geogrficos so: ao norte,
os estados de Mato Grosso e Gois; ao leste,
Minas Gerais, So Paulo e Paran; ao sul,
Paran e o Paraguai e, a oeste, os pases do
Paraguai e Bolvia. A rea total do estado de
357.124,962 km2.
No que se refere cobertura vegetal, o
estado apresenta trs tipos: mata atlntica,
cerrado e pantanal, sendo a mata atlntica o
mais prejudicado dos biomas, a qual j perdeu
quase toda sua rea de ocorrncia, restando
apenas 22% de sua formao vegetal original.
O bioma cerrado, por sua vez, encontra-se em
situao semelhante, pois segundo o mesmo
estudo, na regio restam somente 32% de sua
vegetao original. J a regio pantaneira
registra-se a ocorrncia de cerca de 91% da
ocorrncia de sua cobertura vegetal original
(SEMAC, 2009)
No estado do Mato Grosso do Sul
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localizam-se duas das doze Regies
Hidrogrficas do Brasil: a do Paraguai, a oeste,
e a do Paran, a leste (Figura 2). A Regio
Hidrogrfica do Paraguai, constituda pela
bacia do rio Paraguai, ocupa uma rea de
187.636,301 km representando 52,54% da rea
total do estado. A Regio Hidrogrfica do
Paran, constituda pela bacia do rio Paran,
ocupa uma rea total de 169.488,663 km, o
que representa aproximadamente 47,46% da
rea total do estado (SEMAC, 2009).
Por possuir uma posio geogrfica
intracontinemtal, a regio Centro-Oeste sofre
influncias da dinmica atmosfrica que afeta a
Amrica do Sul, determinando assim um
padro climtico do tipo tropical mido
(Kppen apud Campos, 2002).
Figura 1. Biomas, territrio e nome dos municpios do estado do Mato Grosso do Sul.
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A SEMAC, 2008, em estudo sobre o
Zoneamento Ecolgico Econmico para o
estado do Mato Grosso do Sul concluiu que o
clima predominante no estado o tropical
mido, apresentando estao chuvosa no vero
e ntida estao seca no inverno, com
temperatura mdia do ms mais frio superior a
18C e precipitaes superiores a 750 mm
anuais.
Segundo Campos (2002), devido
posio longitudinal da Amrica do sul, a
dinmica atmosfrica da regio est vinculada
atuao dos centros de ao inter e
extratropicais positivos, com suas altas
presses subtropicais e negativos,
representados pelas depresses Amaznica e do
Chaco. Estes centros negativos esto
associados a duas massas de ar ciclnicas que
atuam com mxima intensidade no vero:
massa equatorial continental e a tropical
continental. Os encontros da massa equatorial
continental com a polar atlntica so
responsveis pelas chuvas frontais.
Figura 2. Localizao das estaes pluviomtricas com srie histrica de 30 anos de coleta de
dados diria, diviso territorial dos biomas e bacias no estado do Mato Grosso do Sul.
2.2 Dados utilizados
Foram calculadas mdias mensais e
anuais sazonais, com sries histricas de dados
pluviomtricos obtidos da Agncia Nacional de
guas (ANA). Utilizaram-se apenas as sries
com 30 anos de dados dirios, resultando em
37 pontos de observao no estado do Mato
Grosso do Sul.
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2.3 Interpolao matemtica pelo mtodo do
Topo-to-Raster
A funo Topo-to-Raster um mtodo de
interpolao baseado no programa ANUDEM
desenvolvido por Hutschinson, que foi
especificamente feito para a criao de
Modelos de Elevao Digital (DEM)
hidrologicamente corretos.
O programa interpola os dados de
elevao em uma grade regular, de modo
iterativo, gerando grades sucessivamente
menores, minimizando a soma de uma de
penalizao de rugosidade (roughness penalty)
e a soma dos quadrados dos resduos
(diferenas das elevaes medidas e calculadas
pela funo).
Cada elevao em um determinado local
dada por (Hutchinson et al., 2009):
i i i i iz f(x , y ) w= + (3)
em que, f(x,y) - a funo de interpolao,
definida por uma funo B-spline; cada wi -
uma constante positiva que representa o erro de
discretizao do ponto i; e cada i - uma
amostra de uma varivel aleatria de mdia
zero e desvio padro igual a um.
Assumindo que cada ponto est
localizado aleatoriamente dentro da clula do
modelo, a constante wi definida por:
i iw hs / 12= (4)
em que, h - o espaamento da grade e si - a
medida de inclinao da clula da grade
associada com o ponto (xi,yi). A funo f(x,y)
ento estimada resolvendo uma aproximao
na grade regular via mtodo das diferenas
finitas que minimiza:
( )2n
i i i ii 1
z f(x , y ) / w J(f )= + (5)
em que, J - a funo de suavizao da funo
f(x,y); - o parmetro de suavizao, a
constante wi varia com cada iterao, em uma
caracterstica adaptativa local (locally adaptive
feature) j que a cada iterao do programa um
novo valor de inclinao disponibilizado para
cada clula da grade conforme o mtodo
iterativo avana.
O programa utiliza um mtodo multi-grid
simples para minimizar a equao em
resolues cada vez melhores, comeando de
uma grade inicial larga at uma grade que
tenha resoluo definida pelo usurio,
respeitando restries que garantem uma
estrutura de drenagem conectada.
3. Resultados e Discusso
3.1 Anlise da Precipitao Pluviomtrica
Mensal no estado do Mato Grosso do Sul
A Figura 3, composta pelos mapas de
chuva de janeiro e fevereiro (vero), com a
massa de ar equatorial continental (quente e
mida) predominante, explicita maior
precipitao na regio sudoeste (cerrado)
registrando ndice de pluviosidade mximo de
360 mm em janeiro. Na regio da Serra da
Bodoquena ocorrem as chuvas orogrficas,
pois os ventos midos se elevam e se resfriam
pelo encontro de uma barreira montanhosa. Na
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mesma Figura, na regio pantaneira (noroeste)
ocorre reduo na pluviosidade, registrando
ndice de precipitao mnimo de 125 mm em
fevereiro.
A Figura 4 refere-se precipitao mdia
dos meses de maro e abril, fim do vero e
inicio do outono. Nesse perodo ocorre um
declnio na quantidade de chuvas, com
mximas de 325 mm em maro, na regio da
Bodoquena, baixando esta mdia para 240 mm
em abril, na mesma regio. As mnimas
ficaram em 125 mm para o ms de maro na
regio sudeste, regio pantaneira, baixando
para 60 mm no ms de abril, na mesma regio.
Na Figura 5 tem-se uma transio: com o
fim da estao chuvosa no ms de maio (a),
para o inicio da seca no ms de junho (b), onde
os ndices mais elevados de chuva: 165 mm
para maio e 120 mm para junho, ocorrem na
regio sul do estado, regio de mata atlntica.
O ms de junho caracterizado como
incio do perodo seco, e a massa de ar polar
atlntica (fria e mida) tem sua maior
incidncia a partir desse ms. Como mostra a
Figura 5 (b), no ms de junho foram
registrados ndices mnimos mdios de
precipitao de 20 mm, em toda a regio norte,
nordeste e noroeste do estado. A regio centro
ao sul do estado obteve uma pluviosidade
maior, registrando ndices de 120 mm,
evidenciando assim o incio do perodo seco.
A Figura 6 mostra a precipitao mdia
mensal dos meses de julho e agosto. Sendo a
estao inverno, que caracterizada como
perodo de seca, os ndices de precipitao
mxima ficaram entre 50 e 60 mm,
concentrados na regio sul do estado, regio de
mata atlntica. Observa-se que o menor ndice
de precipitao pluviomtrica foi 10 mm,
registrado no ms de agosto, na regio
pantaneira noroeste do estado, apresentado na
Figura 6 (b).
O ms de setembro (Figura 7a), no final
do inverno, registra a transio do perodo seco
para o perodo mido, com chuvas na regio
central (cerrado) e sul (mata atlntica) do
estado, e ndices de precipitao mximos de
120 a 180 mm. No noroeste do estado, no
entanto, foi registrada baixa pluviosidade, com
ndice de 45 a 60 mm, na regio pantaneira.
Para o ms de outubro, mostrado na
Figura 7 (b), as mdias pluviomtricas j
foram maiores, com valores mximos entre 180
e 210 mm, ao sul do estado, sendo que no
noroeste ainda foram registrados os valores
mnimos de 60 mm, como no ms anterior.
A Figura 8, referente a precipitao
pluviomtrica dos meses de novembro e
dezembro, na estao primavera, a massa de ar
predominante tropical atlntica,
caracterizando o perodo como mido e de
temperatura elevada. Ocorre um aumento na
precipitao mdia nesses meses, at o ms de
janeiro (Figura 3a), onde se pode observar os
ndices de maior precipitao no estado, 340 e
360 mm respectivamente em dezembro e
janeiro.
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(a) (b)
Figura 3. Precipitao pluviomtrica mdia mensal nos meses de janeiro (a) e fevereiro (b).
(a) (b)
Figura 4. Precipitao pluviomtrica mdia mensal nos meses de maro (a) e abril (b).
(a) (b)
Figura 5. Precipitao pluviomtrica mdia mensal nos meses de maio (a) e junho (b).
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(a) (b)
Figura 6. Precipitao pluviomtrica mdia mensal nos meses de julho (a) e agosto (b).
(a) (b)
Figura 7. Precipitao pluviomtrica mdia mensal nos meses de setembro (a) e outubro (b).
(a) (b)
Figura 8. Precipitao pluviomtrica mdia mensal nos meses de novembro (a) e dezembro (b).
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4. Concluses
A mdia total pluvial se distribui desigual
no territrio do Mato Grosso do Sul, separado
por trs unidades fisiogrfica, bioma cerrado,
pantanal e mata atlntica. Assim, observado
que para o bioma cerrado, o de maior
ocorrncia no estado, acumula a ocorrncia de
35% de toda a precipitao mdia para o
perodo histrico estudado. O pantanal,
localizado a oeste do estado, fica com um total
de pluviosidade de 27% da srie histrica
utilizada. A mata atlntica registra, 37% da
precipitao do estado.
5. Agradecimentos
Os autores agradecem a CPRM/SGB
(Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais
/ Servio Geolgico do Brasil - Empresa
Pblica de Pesquisa do Ministrio de Minas e
Energia) pelo fomento que viabilizou o
desenvolvimento deste trabalho.
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