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