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.

    6. Referncias

    Aguilar, D.J.; Kruker, J.M.; Calheiros, R. De

    O.; Silva, C.A.S. (1986). Determinao da

    vapotranspirao potencial e balano hdrico

    climtico da regio da Grande Dourados, MS.

    Dourados: EMBRAPA-UEPAE Dourados,

    150p.

    Alho, C.J.R. (2008). Biodiversity of the

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