IMPACTOS DA VARIABILIDADE INTERANUAL E INTERDECADAL NA
FREQUÊNCIA DE EVENTOS EXTREMOS DE CHUVA SOBRE O SUL DO BRASIL
Ieda Pscheidt¹ e Alice Marlene Grimm²
RESUMO: Variabilidade climática de longo período altera a freqüência de eventos severos de
chuva sobre o Sul do Brasil. O El Nino - Oscilação Sul (ENOS) modula a freqüência dos extremos
sobre esta região com maior intensidade durante o mês de novembro. São analisadas para este
período duas áreas, uma no litoral (área A) e outra ao sudoeste (área D), que apresentam variação
significativa no número de eventos extremos durante as fases opostas de ENOS. A área D mostra-se
mais intensamente influenciada por essa variabilidade interanual. Para as mesmas duas áreas
verifica-se que a freqüência da precipitação extrema é também modulada por variabilidade em
escala interdecadal. Os mais fortes impactos são também observados na área D.
ABSTRACT: Low frequency climate variability modifies the frequency of severe rainfall events
over Southern Brazil. The El Niño – Southern Oscillation (ENSO) modulates the frequency of
extreme events over this region with more intensity during November. Two areas are analyzed for
this period: one near the coast (area A) and another one to the southwest (area D), which present
significant variation in the frequency of extreme rainfall events during opposite ENSO phases. This
interannual variability influences more intensely area D. The frequency of extreme precipitation in
these two areas is also modulated by climate variability in interdecadal time scale. The strongest
impacts are also observed over area D.
Palavras-Chave: eventos extremos de chuva, variabilidade interanual, variabilidade interdecadal.
INTRODUÇÃO
O El Niño - Oscilação Sul (ENOS) impacta fortemente a freqüência de eventos extremos de
precipitação sobre o Sul do Brasil durante a primavera, principalmente durante o mês de novembro,
de ano de episódio El Niño (EN) e/ou La Niña (LN) (Grimm et. al., 1998).
Grimm e Pscheidt (2001) verificaram para esta região que durante EN a freqüência destes
eventos aumenta muito em relação aos anos normais e que diminui consideravelmente em anos LN.
Vários trabalhos mostram que além da variabilidade interanual, a variabilidade climática em
escala de tempo interdecadal também causa impactos em todo o globo afetando a ocorrência das
chuvas.
No presente trabalho pretende-se verificar a influência do ENOS na freqüência de extremos
de precipitação sobre o Sul do Brasil no mês de novembro com maior detalhamento espacial que
em Grimm e Pscheidt (2001) e analisar se a variabilidade interdecadal também modula a freqüência
da chuva severa sobre esta região.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1. Instituto Tecnológico Simepar, Centro Politécnico da UFPR, Campus III, Jd das Américas, Cx. Postal 19100, CEP
81531-990, Curitiba, Paraná. Tel: (41)3320-2000, e-mail:[email protected].
2. Universidade Federal do Paraná, Depto de Física, Centro Politécnico, Campus III, Jd das Américas, Cx. Postal
19044, CEP 81531-990, Curitiba, Paraná. Tel: (41)3361-3097, e-mail:[email protected].
DADOS E METODOLOGIA
Dados
Foram utilizados dados diários de chuva para o mês de novembro de 1950 a 2000 de 4.036
estações meteorológicas distribuídas pela região Sul do Brasil, São Paulo, Mato Grosso do Sul,
Argentina, Paraguai e Uruguai provenientes de vários órgãos como a Agência Nacional de Águas
(ANA), Departamento de Águas e Energia Elétrica (DAEE), Instituto Ambiental do Paraná (IAP),
Serviço Meteorológico da Argentina, Serviço Meteorológico do Paraguai e Serviço Meteorológico
do Uruguai. Estes dados de estações foram interpolados em uma grade regular com resolução de 1°
de latitude/longitude.
Para o mesmo período foram usados dados de Temperatura da Superfície do Mar (TSM)
global mensais de áreas 1°X1° obtidas do conjunto HadISST1 (Rayner et al. 2003), interpolados
em uma grade de resolução 10°X10°. Por fim, foram utilizados ainda índices de oscilação climática
interdecadal obtidos do Climate Diagnostics Center, como o Índice de Oscilação Decadal do
Pacífico (IODP), Índice de Oscilação do Atlântico Norte (IOAN), Índice de Oscilação Multidecadal
do Atlântico (IOMA) e Índice de Oscilação Antártica (IOA).
Métodos
Foi calculada a chuva acumulada móvel de 3 dias em cada quadrícula (1°X1°) e o valor total
atribuído ao dia central. Foram ajustadas distribuições gamma aos 51 valores de cada dia do período
e a precipitação substituída por seu correspondente percentil. Aqueles em que o percentil foi igual
ou maior a 85 foram considerados eventos severos de chuva. Os extremos ocorridos em cada uma
das categorias de anos EN, LN e neutros do período foram contabilizados e então efetuada a
diferença dos números médios destes eventos entre anos EN e neutros e também entre LN e neutros.
Utilizou-se o teste T de Student (diferença entre médias) para calcular o nível de significância. As
áreas em que a diferença apresentou nível de confiança igual ou maior a 90% foram consideradas
significativas. Os anos EN e LN aqui usados foram os mesmos utilizados por Grimm (2003).
Para cada área, a série de número de extremos foi correlacionada com a TSM mensal.
A fim de reter variabilidades com freqüências maiores ou iguais ao ENOS as séries destes
números foram posteriormente submetidas a um filtro gaussiano de 9 pontos e então
correlacionadas com a TSM mensal não filtrada e com os índices de oscilação interdecadal.
Utilizou-se o método de Monte Carlo para o cálculo da significância.
As séries de número de eventos severos de cada quadrícula sobre todo o Sul do Brasil, sem a
separação por áreas significativas, foram submetidas ao filtro gaussiano e posteriormente à Análise
de Componentes Principais (ACP) em modo de decomposição S. Os componentes principais (CPs)
retidos foram correlacionados com a TSM mensal não filtrada e com os índices de oscilação
climática interdecadal.
RESULTADOS
A diferença dos números médios de eventos extremos de chuva entre novembro de anos EN e
neutros e entre LN e neutros mostram áreas com aumento significativo destes eventos durante a fase
negativa de ENOS (EN) (figura 1(a)) e redução na fase positiva (LN) (figura 1(b)). São enfatizadas
aqui apenas as análises para as áreas A (litoral) e D (sudoeste), uma vez que as áreas B e C estão
contidas em D e também por apresentarem resultados bastante semelhantes aos desta última.
A variabilidade do número de extremos em A e D mostra-se modulada pela variabilidade da
TSM associada principalmente ao ENOS (figuras não mostradas). A correlação entre o número de
extremos e a TSM indica que o aumento/redução dos eventos está geralmente associado ao
aumento/redução da TSM no Pacifico tropical leste, Pacifico sul extratropical e oceano Indico, e
associado à redução/aumento da TSM no Pacifico subtropical sul e tropical oeste (figuras não
mostradas). As correlações significativas referentes à área D, no entanto, apresentam maiores
coeficientes e regiões oceânicas mais abrangentes em relação àquelas referentes à área A.
O número de eventos severos em A e D é também modulado por variabilidades com
freqüências inferiores ao ENOS (figuras 2(a) e 2(b)). Nota-se que após 1970 ocorre mudança na
oscilação que vinha se apresentando desde 1950, principalmente para os extremos na área D.
Correlações entre a série filtrada da área A e a TSM (figura 3(a)) mostram valores
significativos positivos principalmente sobre o Pacífico tropical leste, ao sul do equador, e com
sinal contrário, no Pacífico sul subtropical e no Pacífico norte extratropical. Padrões estes que são
semelhantes aos padrões das anomalias encontradas nos modos de Variabilidade Interdecadal e
Multidecadal do Pacífico (Enfield e Mestas-Nuñez, 1999). Há ainda alguns padrões de correlação
no Atlântico norte que lembram as anomalias da Variabilidade Multidecadal do Atlântico (Enfield e
Mestas-Nuñez, 1999). Para a área D (figura 3 (b)), a correlação mostra regiões com valores
significativos positivos sobre o Pacífico tropical leste, ao sul e ao norte do equador, sobre o oceano
Índico e o Atlântico sul. Correlações negativas são encontradas sobre o Pacífico sul subtropical e
Atlântico norte. Também neste caso existem características que lembram anomalias presentes
especialmente no modo da Variabilidade Multidecadal do Atlântico e alguns aspectos da
Variabilidade Interdecadal do Pacífico (no Pacífico Leste).
O aumento (redução) do número de extremos está associado ao aumento (redução) da TSM
nas regiões em que foram encontradas correlações positivas, simultaneamente à redução (aumento)
da TSM nas áreas de correlação negativa.
A série filtrada de número de eventos severos na área D apresenta correlação significativa
com o IOMA e IODP, cujos valores são de -0,32 e +0,36 com os níveis de confiança de 96,2% e
98,4%, respectivamente. Para a área litorânea (área A), no entanto, as correlações com os índices de
oscilação interdecadal não são significativas.
(a)
(b)
Figura 1: Diferença do número médio de eventos extremos de chuva durante o mês de novembro entre anos (a) El Niño
e neutros e (b) La Niña e neutros no período 1950 a 2000.
(a)
(b)
Figura 2: Série temporal original (em cinza) e filtrada (em preto) do número de eventos severos de chuva ocorrido em
novembro na área (a) A e (b) D no período 1950 a 2000.
(a)
(b)
Figura 3: Correlação entre a série filtrada de número de eventos severos de chuva ocorrido na área (a) A e (b) D e a
TSM global não filtrada para o mês de novembro no período 1954 a 1996.
A ACP, em modo S, do número filtrado de extremos sobre toda a região Sul do Brasil, reteve
11 CPs que explicam uma variância acumulada de 97%. Aqui, no entanto, é mostrado apenas o
primeiro modo, que explica 55,1% da variância.
(a)
(b)
(c)
Figura 4: (a) Primeiro fator retido da ACP, em modo S, do número filtrado de eventos extremos de chuva na região Sul
do Brasil em novembro do período 1954 a 1996. O respectivo CP é mostrado em (b) e a correlação entre o primeiro CP
e a TSM global não filtrada em (c).
O primeiro fator (figura 4(a)) mostra uma variação homogênea quanto ao número desses
eventos sobre toda a região. Verifica-se um núcleo mais intenso sobre grande parte da área D, que
já é significativamente impactada em escala de tempo interanual. Pelo primeiro CP (figura 4(b)) são
vistas duas fases de uma oscilação que dominantemente modula os extremos em freqüência inferior
ao ENOS. Ocorre uma inversão de fase em torno do ano de 1973, o que concorda com a
Variabilidade Multidecadal do Atlântico e a Variabilidade Interdecadal do Pacífico, e outra em
1986, o que pode ser explicado pela inversão da Variabilidade Multidecadal do Pacífico, sendo os
valores altos entre 1973 e 1986 explicados pela atuação combinada destes três modos. Ao se
multiplicar este CP pelo fator, observa-se, portanto, que nesse período houve aumento de eventos
severos sobre a região, com maior intensidade sobre a área D, em relação ao período de 1950-1973.
Através da correlação entre o CP e a TSM notam-se valores significativos negativos sobre o
Pacífico tropical sul, oceano Índico e oceano Atlântico sul (figura 4(c)). Sobre o Pacífico
subtropical sul, Atlântico norte e o Pacífico norte, por sua vez, predomina correlação positiva. Isto
indica que se o CP torna-se positivo (negativo), ou seja, ocorre redução (aumento) no número de
extremos sobre todo o Sul, em especial sobre a área D (núcleo mais intenso) em escala interdecadal,
há redução (aumento) na TSM em áreas de correlação negativa, simultaneamente ao aumento
(redução) da TSM em regiões de correlação positiva. Este CP é ainda significativamente
correlacionado com o IOMA e IODP. Para o primeiro caso a correlação é de +0,3 e nível de
confiança de 95,6 %, enquanto que para o segundo o valor é -0,34 e nível de confiança de 97,8 %.
Estes resultados mostram ainda que CP positivo/negativo (redução/aumento no número de
extremos) esta associado à fase positiva/negativa da Variabilidade Multidecadal do Atlântico, à fase
negativa/positiva da Variabilidade Interdecadal do Pacifico e à fase positiva/negativa da
Variabilidade Multidecadal do Pacifico. Este aspecto concorda com os resultados encontrados na
análise de extremos de chuva para a área D, separadamente.
CONCLUSÕES
Foram encontradas áreas sobre o Sul do Brasil com variação significativa no número de
eventos severos de chuva em escala de tempo interanual e interdecadal. Em escala interanual
verifica-se que a freqüência dos eventos é modulada por variabilidade associada aos ENOS. Ocorre
aumento no número de extremos em sua fase negativa, nas áreas A, B e C, e redução na fase
positiva, sobre a área D. Em escala interdecadal, principalmente para a área D, ocorre mudança na
oscilação do número dos eventos em torno de 1970 concordando com a inversão de fase das
Variabilidades Multidecadal do Atlântico e Interdecadal do Pacífico. Padrões destas variabilidades
são encontrados nos campos de correlação entre o número de extremos e a TSM.
Quando é realizada uma ACP do número filtrado dos eventos severos sobre toda a região Sul,
encontra-se uma variação bastante homogênea quanto a ocorrência dos extremos em escala de
tempo interdecadal apresentando um núcleo mais forte sobre a área D. Esta análise mostra ainda
que existe aumento no número dos eventos entre 1973 e 1986 em relação ao período 1950-1973,
sobre toda a região, em especial sobre o sudoeste. Isto concorda com a inversão de fase da
Variabilidade Interdecadal do Pacifico e Multidecadal do Atlântico ocorrido em torno de 1973 e da
Variabilidade Multidecadal do Pacifico em torno de 1986. Estes resultados reforçam aqueles
verificados anteriormente para a área D em separado, realçando o fato de que a freqüência de
eventos severos de chuva sobre o sudoeste da região Sul do Brasil também é fortemente impactada
por variabilidade interdecadal além da variabilidade interanual.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Rayner, N.A, D.E. Parker, E.B. Horton, C.K. Folland, L.V. Alexander, D.P. Rowel, E.C. Kent e A.
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