Estudo da Pluviometria no Estado de Goiás
Aplicando a Técnica de Analise Fatorial em Componentes Principais.
Roberto C. G. Pereira1, Célia Campos Braga2 e Rosidalva L. F. da Paz3
1e2
Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) –Av. Aprígio Veloso, 882, bairro do Bodocongó Campina Grande – PB – Brasil, CEP; 58.424.140, email1: [email protected], email2:
[email protected].
3
Sistema de Meteorologia e Hidrologia do Estado de Goiás (SIMEHGO), Rua 82 s/nº Palácio Pedro Ludovico
Teixeira 2ºAndar Setor Sul, Goiânia – GO. CEP 74015-908, Email:. [email protected].
ABSTRACT: The main economic activity of the state of Goias is agro-industry. The period during
which the rains and the regions that are most affected is of great importance for this type of
economy. In this study we applied the technique of Principal Component Analysis (PCA) to identify the
distribution of rainfall in the state.
Palavras-chave: Analise de componentes principais, Goiás.
1 - INTRODUÇÃO
Em Goiás uma das principais atividades econômicas é a agroindústria, por tanto, é de
grande importância para o Estado o regime das chuvas e qual o principal período que elas
ocorrem e como estão distribuídas, então se pensou em utilizar uma metodologia que
permitisse obter informações mais confiáveis da variabilidade espacial e temporal da
precipitação na região de estudo. Neste contexto, optou-se pela Análise Fatorial em Análise
em Componentes Principais (ACP), que nos últimos tempos vem sendo utilizada em todo o
mundo. A técnica da ACP foi utilizada por Eastman & Fulk (1993) para analisar as condições
ambientais e relaciona-los com eventos periódicos e não periódicos na África. Já Ceballos &
Braga (1995) aplicaram a ACP em regiões homogêneas de radiação global diária para estimar
valores em locais onde não se disponham de dados. Fragoso e Gomes (2008) aplicaram a
ACP a dados de chuva para identificar padrões de precipitação associados aos eventos
intensos de chuva no sul do Portugal, dentre outros. Este estudo visa obter padrões espacial e
temporal da precipitação no estado de Goiás e relacioná-los com os fenômenos atmosféricos
que atuam provocando chuva na região.
2 - MATERIAIS E METODOS
O Estado de Goiás está localizado no Planalto Central brasileiro, entre chapadas,
planaltos, depressões e vales, há bastante variação no relevo e o ponto mais elevado é a
Chapada dos Veadeiros a 1784m de altitude que fica na região leste. A diversidade de
topografia é um indicativo de diferentes regimes pluviométricos. A partir de junho de 1999 o
programa da Secretaria do Estado de Goiás de Ciência e Tecnologia, o SIMEHGO, com a
cooperação do INPE vem instalando e dando manutenção as estações meteorológicas que
registra entre outras variáveis a precipitação. São 20 estações conhecidas como Plataforma de
Coleta de Dados (PCDs) distribuídas pelo território do Estado de Goiás, com uma maior
concentração no centrosul e uma menor concentração nas regiões norte e leste do Estado
(Figura 1). Os dados utilizados neste trabalho serão médias mensais de precipitação do
período de 1999 a 2009.
Empregou-se a técnica da Analise Fatorial em Componentes Principais para
determinar os padrões espaciais e correlações da precipitação do estado de Goiás. A técnica
da Análise de Componentes Principais (ACP), normalmente é utiliza quando se trabalhar com
grandes amostras, porque ela tem a vantagem de reduzir ao máximo o volume total das
variáveis iniciais, com perda mínima das informações as quais são indispensáveis na
investigação das variáveis envolvidas no problema em questão (Bouroche & Saporta,1982;
Richman, 1985; Wilks, 2006). O principio matemático consiste em fazer a transformação
linear e ortogonal das variáveis iniciais sobre o critério de maximizar as variâncias, ou seja, a
ACP consiste em projetar uma nuvem de indivíduos situados em um espaço afim de dimensão
p, em um subespaço afim de dimensão q, de tal forma que sua projeção sofra a menor
deformação possível. O plano sobre o qual são efetuadas essas projeções é denominado plano
principal.
O regime de chuvas no Estado de Goiás é dividido em dois períodos um chuvoso e
outro seco (Pereira et all, 2009), o chuvoso tem seu inicio em outubro e se estende até abril do
ano seguinte com uma média mensal superior 100mm/mês, enquanto o período seco inicia-s
em maio e vai até setembro e o volume total de precipitação médio não chega a 100mm
(Figura 2).
PRECIPITACAOMEDIAMENSAL
EstadodeGoias
-13
Porangatu
Luíz Alves
Minaçu
-14
250
-15
Britânia
200
Ceres
Iporá
Anicuns
mm/mes
Itaberaí
-16
Anápolis
Goiânia
Palmeiras de Goiás Vianópolis Cristalina
150
100
-17
Jandaia
Jataí
-18
50
Vicentinópolis
Caldas Novas
Santa Helena
Goiatuba
Itumbiara
0
jan
-19
-53
-52
-51
-50
-49
-48
-47
fev mar abr mai
jun
jul
ago set
out
nov dez
-46
Figura 1 – Distribuição das estações
meteorológicas automáticas conhecidas
como PCDs no Estado de Goiás.
Figura 2 – Precipitação média mensal no Estado de Goiás no
período entre os anos de 1999 a 2009.
O principal fenômeno meteorológico responsável pela precipitação no Estado Goiás,
durante a estação chuvosa, é a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). Este
fenômeno forma-se a partir da chegada de frentes subtropicais a região central do Brasil e
associa-se à umidade proveniente da região amazônica favorecendo a ocorrência de chuvas,
por um período superior a três dias consecutivo, com volumes expressivos de precipitação
(Quadro et al, 1996). A este sistema meteorológico, em altitude (~ 10Km), tem associado a
presença de um sistema de alta pressão sobre a região do Estado do Mato Grosso, conhecida
como “Alta da Bolívia. Sobre a região Nordeste em altos níveis se forma um centro de baixa
pressão denominado de “Vórtice Ciclonico “(VCANS) e um cavado sobre a Região Sudeste
do Brasil (Sanchez e Silva 1998).
No decorrer da estação chuvosa o volume médio no Estado de Goiás é de 1386,0mm
com a ocorrência de um núcleo com valores acima da média na região sudeste(Figura 3). A
maior parte do Estado de Goiás o volume é acima dos 1200mm. Nos meses de novembro a
março a precipitação é acima dos 200mm/mês, sendo dezembro o mês mais chuvoso, pois a
média neste mês ultrapassa os 250mm/mês. Os meses de abril e outubro a precipitação média
é em torno dos 100mm/mês (meses de transição).
As características meteorológicas da estação seca é a presença de uma massa de ar
quente e seca sobre o centro do Brasil. Essa massa de ar inibe a formação de nuvens e desvia
as frentes frias que vem do sul do continente para o Oceano Atlântico. Durante este período as
chuvas são escassas, no inicio desta estação algumas massas de ar frio chegam a atingir essa
região e ocasiona as menores temperaturas do ano. Já no fim da estação são registradas as
maiores temperaturas do ano e a umidade relativa do ar diminui bastante ocorrendo valores
abaixo dos 20%. O volume da precipitação acumulado nos meses que formam a estação seca
não chega a 100mm. Na região sul do Estado ocorrem chuvas que ultrapassam essa média,
mas no restante as chuvas ficam bem a abaixo da média (Figura 4). O maior volume de chuva
na estação seca ocorre no mês de setembro, podendo atingir em média 50mm/mês, com
grande variabilidade e o desvio padrão da ordem de 44,4mm/mês (Pereira, 2009).
Estado de Goias
ESTACAO CHUVOSA
Total da precipitacao nos meses chuvosos
1800
1600
1400
1200
1000
800
Figura 3 – Total da precipitação nos meses mais
chuvosos no Estado de Goiás, que compreende o
período entre outubro a abril do ano seguinte.
Figura 4 – Total da precipitação nos meses secos
no Estado de Goiás, que compreende o período
entre maio a setembro.
3 – RESULTADOS E DISCUSSÃO
Aplicando o método de ACP aos dados de precipitação médio mensal das estações
PCDs, as três primeiras componentes explicam 85,18% da variância total da precipitação. Na
tabela 1 consta as componentes principais extraídas não rotacionada e rotacionada. Optou-se
pela rotacionada por apresentar melhor coerência espacial. A seleção dos dados foi feita
baseado no critério de Kaiser (Corrar et al.2007) que sugere manter na análise as componentes
correspondentes onde os autovalores sejam superiores a unidade.
Tabela 1 – Mostra os valores dos fatores para a variável chuva média mensal das 20 estações do Estado de GO.
Os três primeiros fatores explicam 85,18% da variância total dos dados de precipitação média
mensal.
Valores iniciais
Componentes
1
2
3
.
.
Total
6.73
2.2
1.29
.
.
% da Var
56.05
18.35
10.79
.
.
12
.
.
Valores Extraídos
com rotação
Valores Extraídos
Acum % Total
56.05 6.73
74.4
2.2
85.18 1.29
.
.
.
.
.
.
% da Var
56.05
18.35
10.79
.
.
.
Acum % Total
56.05 6.06
74.4 2.85
85.18 1.32
.
.
.
.
.
.
% da Var Acum %
50.48
50.48
23.72
74.2
10.99
85.18
.
.
.
.
.
.
O primeiro fator explica 50,48%, apresentando fortes correlações de dezembro a abril
e outubro, indicando a estação chuvosa. O padrão espacial deste fator mostra que as maiores
contribuições são observadas no sudeste, região com maior volume de precipitação
possivelmente devido a ocorrência de frentes subtropicais e ZCAS (Figura 6).
O segundo fator tem altas correlações de maio a setembro (estação seca). O padrão
espacial deste fator apresenta contribuições mais elevadas no sudoeste goiano. Isto tem forte
relação com entradas de massa de ar seco que ocorre nesta época do ano (Figura 7).
O terceiro fator tem correlações negativa (r) inferior 0,8, no mês de junho e positiva no
mês de novembro (Figura 5). O padrão deste fator tem contribuições negativa, superiores a 3,
em junho no sudoeste. Na parte central da região sudeste os valores são positivos, acima de 1.
Este fator pode está associado as massas de ar que entram no Estado, provocando queda nas
temperaturas em junho e os veranicos em novembro (Figura 8).
FATORES DAS COMPONENTES PRINCIPAIS
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0
JAN
FEV MAR ABR
MAI
JUN
JUL AGO SET OUT NOV DEZ
Fator 1
Fator 2
Fator 3
Figura 5 – Distribuição temporal dos fatores das componentes principais.
Estado de Goias
FATOR 1
Estado de Goias
FATOR 2
-12
Estado de Goias
FATOR 3
-12
-13
-12
-13
-13
4
-14
4
-14
-15
3
-15
1
2
-16
1
0
-17
-53
-52
-51
-50
-49
-48
-47
-46
-45
Figura 6 – Espacialização sobre o
Estado de Goiás do primeiro fator das
componentes principais.
-1
-18
-2
-20
-54
0
-1
-18
-3
1
-17
-1
-19
2
-16
0
-17
-18
3
-15
2
-16
4
-14
3
-2
-19
-20
-54
-3
-53
-52
-51
-50
-49
-48
-47
-46
-45
Figura 7 – Espacialização sobre o
Estado de Goiás do segundo fator
das componentes principais.
-2
-19
-20
-54
-3
-53
-52
-51
-50
-49
-48
-47
-46
-45
Figura 8 – Espacialização
sobre o Estado de Goiás do
terceiro fator das componentes
principais.
4 - CONCLUSÃO
Aplicação da ACP a séries temporais e espaciais aos dados de precipitação do Estado
de Goiás, possibilitou um melhor entendimento dos fenômenos atmosféricos que influenciam
a precipitação na região. O primeiro fator evidencia a estação chuvosa e está associada a
ocorrência das ZCAS que atuam com mais freqüências nos meses de dezembro, janeiro e
fevereiro. O segundo fator tem forte correlação com a estação seca e a transformação que as
massas de ar seco e frio sofrem quando ficam estacionadas no Brasil central. O terceiro fator
pode estar relacionado com as massas de ar que ocorrem no inicio da estação seca,
provocando fortes quedas nas temperaturas e veranicos que ocorrem no mês de novembro.
Embora a série utilizada não compreenda um período climatológico, os resultados obtidos
apresentaram coerência espacial com o regime pluviométrico da região.
5 - REFERÊNCIA BIBLIOGRAFICA
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