ESTIMATIVA DA PRECIPITAÇÃO DO ESTADO DE SÃO PAULO
Jonas Teixiera Nery(1); Walter Mario Vargas; Maria de Lourdes Orsini
(1) Depto de Física, Área de Meteorologia, UEM, CEP 87020-900, PR, Brasil
e-mail: [email protected]
ABSTRACT
The objective of this paper is to present a diagnosis of the monthly and annual daily total precipitation
of the São Paulo State. Through 33 series with daily precipitation data obtained from DAEE-SP and
DNAEE-Brasilia, in the period from 1959 to 1991. The average, standart deviation, anomaly data and
analysis of Fourier it was possible to detect processes deterministics. It also used different filters and
done the classification of the best used filter. Some results that variance obtained through the Fourier
analysis is mainly explained by the annual wave. The best serie filtred not evident another process of
the State rainy.
1.INTRODUÇÃO
São numerosas as pesquisas que se pode mencionar relacionados com o estudo de precipitação
no mundo. Conrad (1941) estudou a variabilidade relativa da precipitação média anual de estações
distribuídas no mundo, encontrando tres regiões distintas. Um destes grupos apresenta excesso de
variabilidade e consistente teleconexão com o fenômeno El Niño. A partir dos anos 60 são vários os
autores que pesquisaram o evento El Niño - Oscilação Sul (ENSO) e as anomalías climáticas
associadas com ele.
Nery et al. (1996), estudou a precipitação do Brasil Meridional, em sua variabilidade diária,
mensal, anual e interanual, encontrando estruturas bem marcadas em cada um dos Estados pertencente
a esta região.
A precipitação no Estado São Paulo foi estudada por muitos autores. Monteiro (1969) mostrou
a importância dos sistemas frontais como mecanismos importantes de precipitação na área do Estado
de São Paulo. Gomes e Massambani (1984) documentou as condições sinóticas associadas a chuvas
intensas. Scolar et al. (1986) deu atenção especial para os sistemas convectivos de mesoescala e suas
relações com as condições sinóticas. Sugahara (1991), estudou flutuações na escala interanual, sazonal
e intrasazonal da precipitação na área do Estado de São Paulo, usando diferentes índices de
precipitação, radiação de onda longa emergente e análise inicializadas do ECMWF.
São Paulo é o Estado do Brasil responsável por 65% da produção nacional. Tem um parque
industrial de 115 mil indústrias, consome mais da metade da energia gerada no país e é também o
principal produtor agrícola. Esta região sofre muito com as oscilações do clima. No caso de seca, notase grandes problemas sociais além de problemas energéticos e de perdas na produção agrícola.
Os dados utilizados neste trabalho foram obtidos junto ao Departamento de Água e Energia
Elétrica de São Paulo (DAEE) e junto ao Departamento Nacional de Água e Energia Elétrica
(DNAEE), Brasília. O período foi escolhido considerando a melhor distribuição espacial e temporal,
para este estudo.
O objetivo deste trabalho e pesquisar a precipitação do Estado de São Paulo e sua flutuação, em
escala temporal para desenvolver uma climatologia com especial ênfases nas estruturas estatísticas
regionais, tais como tendência regional e, também, encontrar estruturas estatísticas temporais e
espaciais que permitam regionalizar e estratificar as precipitações no espaço e no tempo.
2.MATERIAIS E MÉTODO
Existem várias formas para estudar um conjunto de dados unidimensional. Neste estudo, o
diagrama de bloco de Tuckey (1977) foi eleita para analisar a evolução anual da distribuição de
frequência da chuva. Esta metodologia inclui informação sobre os valores extremos, sua localização
(média e mediana), escala (rango interquartil) e assimetria (diferença entre quartis e mediana). Com o
objetivo de mostrar uma maior estabilidade nos parâmetros extremos, considera-se a média dos cinco
valores extremos e máximos e mínimos como uma estimação robusta destas estimações. Um
parâmetro é considerado robusto quando não é afetado por valores extremos ou atípicos.
O estudo da variável precipitação foi realizado através da análise de anomalias e da onda anual.
Para tanto utilizou-se a variabilidade relativa (VR=σ/P, sendo σ o desvio padrão e P, a precipitação
média do período estudado) e a comparação entre o desvio padrão da onda anual e o desvio padrão da
anomalia para cada série.
Utilizou-se os dados de precipitação diária acumulada para cada estação de S. Paulo. Com esses dados
gerou-se uma nova base de dados acumulados cada dez dias. Desta forma existem tres dados de
precipitação por cada mês de informação. O primeiro equivale a precipitação acumulada entre os dias 1
e 10, o segundo entre os dias 11 e 20 e o terceiro entre os dias 21 e 31, 30, 28 ou 29, de acordo com o
mês e o ano estudado.
Calculou-se a onda anual para cada uma das séries e se traçou os campos médios de precipitação, para
cada um dos períodos de 10 dias, do ano.
A avaliação do fenômeno de seca realizou-se a nivel semestral, ano por ano, período úmido
(outubro a março) e período seco (abril a setembro), Moreno (1994). O índice utilizado para este
cálculo foi: I= (p-P)/P, sendo I índice de seca; p chuva total semestral e P chuva média semestral no
período. Os intervalos foram classificados conforme segue: I > -0.2, situação normal (não se analisou
período úmido); -0.2 > I ≥ -0.4, seca moderada; -0.4 > I ≥ -0.6, seca intensa e I < -0.6, seca extrema.
3.RESULTADOS
Através da classificação de grupos homogêneos de precipitação, Nery et al. 1998, calculou-se o
índice de seca para cada região. Nos sete grupos homogêneos pode-se observar que existem diferenças
nos percentuais de secas, nas diferentes regiões. Nas estações meteorológicas do grupo I, as secas mais
significativas ocorreram no inverno, nos anos de 1949, 1963, 1968 e 1975, com 100% da área atingida
por essa anomalia. Outros anos apresentaram somente 83% da área, dentro do grupo com seca
pronunciada, quais sejam 1948, 1950, 1951, 1961, 1962, 1969 e 1974. No verão, para o mesmo grupo,
o ano de 1968 apresentou um percentual elevado do território (83%) com anomalias negativas de
precipitação. Dentro do grupo II, somente o ano de 1968 apresentou-se com índice de precipitação
abaixo do normal, tanto no inverno (período seco) como no verão (período úmido). Os demais grupos
apresentaram anos comuns de seca tais como 1949, 1963, 1968 e 1975, nos grupos II, III, IV, V, VI e
VII.
Os resultados da função de distribuição para todas as estações, em geral se infere que a onda
anual, tanto no valor médio, como no desvio padrão apresenta idênticas características em todas as
estações, com valores mínimos em julho e agosto e máximos em janeiro e fevereiro. A comparação do
intervalo interquartil entre as estações apresentadas para cada mes mostra que os meses de maior
precipitação tem maior distância interquartil, isto significa que a variabilidade aumenta à medida que a
precipitação aumenta. Os valores extremos são os que estão mostrando uma menor variabilidade
especialmente nos máximos de chuva ou seja, em relação aos valores máximos a região, em estudo,
não perde homogeneidade apesar das distâncias.
Calculou-se a onda anual para cada uma das estações estudadas e construiu-se os campos
médios de precipitação para cada um dos 36 períodos de 10 dias. A figura 1 apresenta as isolinhas,
valores médios, para os dez primeiros dias de janeiro (a esquerda) e (a direita) os valores médios dos
dez primeiros dias de junho. Na figura 2, as isolinhas, valores médios, dos desvios padrões de
precipitação, para os primeiros dez dias de janeiro (a esquerda) e valores médios dos desvios de
precipitação, dez primeiros dias, do mês de junho. Os campos mostram um máximo na região central
do estado durante o verão. Este máximo persiste no inverno, mas não tendo a mesma intensidade do
período úmido.
Nos primeiros 10 dias de fevereiro a precipitação decadal desta região central é de
aproximadamente 140mm, enquanto nos 10 primeiros dias de julho a precipitação média, máxima é de
50mm, não foi apresentado a figura correspondente a essa situação.
Na figura 3 apresenta-se a variabilidade relativa de todas as séries analisadas. Pode-se observar
que não existe uma variabilidade da precipitação em todo o Estado. Embora chova mais no litoral e na
parte serrana deste Estado a variabilidade, em ordem de magnitude, é a mesma em toda a região
estudada.
A análise de Fourier de cada série, para o mesmo período, marca bem a onda anual com uma
variança explicada no harmônico 33, com o sinal mais forte. Este harmônico é representativo da onda
anual, visto que tomando a quantidade de dados e dividindo pelo número de harmônicos obtem-se 12
meses (onda anual).
Após a obtenção deste processo determinístico foram utilizados diferentes filtros para filtrar a
onda anual. Escolheu-se o melhor deles e aplicou-se, novamente, a transformada de Fourier, com o
objetivo de estudar a persistência das séries filtradas. Os filtros utilizados, neste estudo, foram:
FILTRO1= (X-Xm) , FILTRO2= (X/Xm)-1 e FILTRO3= (X-Xm)/σ , sendo Xm valor médio de
precipitação.
No estudo de área atingida por anomalias positivas ou negativas, figura 4 (A e B), mostram
alguns anos bem marcados, com anomalias positivas ou negativas atingindo 100% da área considerada.
Dentro do período estudado (1948 a 1988) alguns anos de El Niño e anti El Niño são marcados.
Segundo Rasmusson e Carpenter (1982) são anos de El Niño: 1951, 1953, 1957, 1963, 1965, 1969,
1972/73, 1976, 1982/83 e 1986. Anos de anti – El Niño: 1949, 1950, 1955, 1956, 1964, 1970, 1971,
1973, 1975 e 1988. Na figura 10A pode-se observar que 1957, 1965, 1973, 1976, 1982/83 e 1986, anos
de El Niño apresentaram basicamente 80% do Estado com anomalias positivas. Deve-se observar
também que outros anos considerados anos com essa variabilidade interanual, não se caracterizaram
como tal, apresentando menos de 10% da área do referido Estado com anomalias positivas. Observar
os anos de 1953 e 1969. Também houve um ano com anomalia positiva em mais de 80% do Estado de
S. Paulo, que não foi classificado como ano de El Niño. Na figura 10B, pode-se notar o mesmo tipo de
oscilação apresentado na figura 10A. Deve-se ressaltar que qualquer valor acima da média
climatológica do período, foi considerado como anomalia positiva e o mesmo sucedeu com as
anomalias negativas, ou seja: qualquer valor abaixo da média climatológica, do período, foi
considerado como anomalia negativa.
4.CONCLUSÕES
A precipitação em São Paulo está marcada por uma onda anual, com máximos em dezembro,
janeiro e fevereiro (verão) e mínimos em junho, julho e agosto (inverno).
A variação explicada, através da análise harmônica, da onda anual mostra uma maior
precipitação na região leste e nordeste. Isto está coerente com alguns aspectos físicos (orografia) e
dinâmicos (circulação marítima), presentes nesta região.
A variabilidade estudada após a utilização do filtro eficazmente obtido nos mostra que as séries
estão dominadas essencialmente por processos aleatórios e que toda a persistência está dada pela onda
anual.
Tanto o índice de seca, quanto a porcentagem de séries afetadas (anomalias positivas e
negativas) mostram que o Estado nem sempre responde as oscilações do Pacífico, de forma a aumentar
ou diminuir a precipitação na região conforme a variabilidade do índice.
5.BIBLIOGRAFIA
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TUCKEY, J. W.; 1977: Exploratory Data Analysis. Reading, Mass., Addison-Wesley.
-2 0 .0 0
-20.00
-2 1 .0 0
-21.00
-2 2 .0 0
-22.00
-2 3 .0 0
-23.00
-2 4 .0 0
-24.00
-2 5 .0 0
-5 3 .0 0
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-5 1 .0 0
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-4 6 .0 0
-4 5 .0 0
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-53.00
-52.00
-51.00
-50.00
-49.00
-48.00
-47.00
-46.00
-45.00
Figura1 – (a esquerda) valores de precipitação para os dez primeiros dias de janeiro, (a direita) valores
de precipitação para os dez primeiros dias de junho, para o período estudado.
-2 0 .0 0
-20.00
-2 1 .0 0
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Figura 2 ( a esquerda)-Valores médios dos desvios padrões da precipitação dos primeiros dez dias de
janeiro, (a direita) valores médios dos desvios padrões da precipitação dos primeiros dez dias de junho.
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-53. 00
-52. 00
-51. 00
-50. 00
-49. 00
-48. 00
-47. 00
-46. 00
-45. 00
Figura 3 - (a esquerda) – Valores dos coeficientes de variação para as séries originais de precipitação,
(a direita) valores dos coeficientes de variação das anomalias de precipitação, no período estudado.
P O R C E N TA G E M D E S É R IE S - A N O M A L IA P O S IT IVA
1 00
90
90
80
80
P O R C E N TA G E M (% )
P O R C E N TA G E M (% )
P O R C E N TA G E M D E S É R IE S - A N O M A L IA N E G AT IVA
1 00
70
60
50
40
30
20
10
A
0
70
60
50
40
30
20
10
B
0
48
50 52 54 56 58 60 62
64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86
ANOS
88
48
50 52 54 56 58 60 62
64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86
88
ANOS
Figura 4 – Porcentagem de anomalia negativa (a esquerda) e de anomalia positiva (a direita) para a
região de São Paulo, no periodo de 1948 a 1988.
TABELA I- Períodos com seca mais destacada nas regiões agrupadas pelo método multivariado, Nery
et al. 1998.
(%)TERRITÓRIO
(%) TERRITÓRIO
GRUPO I (Inverno)
GRUPO I (Verão)
1949, 1963, 1968, 1975
100% 1968
83%
1948, 1950/51, 1961/62, 1969, 1974 83% 1985
67%
1959, 1981
67%
GRUPO II (Inverno)
GRUPO II (Verão)
1950, 1951, 1952, 1963, 1967
100% 1978
73%
1949, 1961, 1968, 1975
91% 1968
55%
1964, 1969, 1981
73%
GRUPO III (Inverno)
GRUPO III (Verão)
1949, 1959, 1961, 1963, 1968, 1975 100% 1952
100%
1948, 1950, 1955, 1967, 1974, 1981 67% 1970
67%
GRUPO IV (Inverno)
GRUPO IV (Verão)
1948/52, 1961, 1963, 1968, 1975
100% 1968
75%
1966/67
75%
GRUPO V (Inverno)
GRUPO V (Verão)
1948, 1963, 1975
100% 1968
90%
1951/52, 1961, 1968, 1981
90% 1970
60%
1949/50, 1959, 1966/67, 1969
80%
1960, 1962
70%
GRUPO VI (Inverno)
GRUPO VI (Verão)
1948, 1951, 1959, 1961, 1963,1968 100% 1970
75%
1949, 1955
75%
GRUPO VII (Inverno)
GRUPO VII (Verão)
1949, 1955, 1963, 1975
100% 1968, 1976
75%
1950/51, 1968, 1974
75%