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

1 e 2 Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) –Av. Aprígio Veloso, 882, bairro do Bodocongó -Campina Grande – PB – Brasil, CEP; 58.424.140, email1: roberto_cgp@ig.com.br, email2:

celia@dca.ufcg.edu.br.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:. dalvapaz@yahoo.com.br.

ABSTRACT: The main economic activity of the state of Goias is agro-industry. The period duringwhich the rains and the regions that are most affected is of great importance for this type ofeconomy. In this study we applied the technique of Principal Component Analysis (PCA) to identify thedistribution 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 degrande importância para o Estado o regime das chuvas e qual o principal período que elasocorrem e como estão distribuídas, então se pensou em utilizar uma metodologia quepermitisse obter informações mais confiáveis da variabilidade espacial e temporal daprecipitação na região de estudo. Neste contexto, optou-se pela Análise Fatorial em Análiseem Componentes Principais (ACP), que nos últimos tempos vem sendo utilizada em todo omundo. A técnica da ACP foi utilizada por Eastman & Fulk (1993) para analisar as condiçõesambientais 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 estimarvalores em locais onde não se disponham de dados. Fragoso e Gomes (2008) aplicaram aACP a dados de chuva para identificar padrões de precipitação associados aos eventosintensos de chuva no sul do Portugal, dentre outros. Este estudo visa obter padrões espacial etemporal da precipitação no estado de Goiás e relacioná-los com os fenômenos atmosféricosque 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 aChapada dos Veadeiros a 1784m de altitude que fica na região leste. A diversidade detopografia é um indicativo de diferentes regimes pluviométricos. A partir de junho de 1999 oprograma da Secretaria do Estado de Goiás de Ciência e Tecnologia, o SIMEHGO, com acooperação do INPE vem instalando e dando manutenção as estações meteorológicas queregistra entre outras variáveis a precipitação. São 20 estações conhecidas como Plataforma deColeta de Dados (PCDs) distribuídas pelo território do Estado de Goiás, com uma maiorconcentração 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 doperíodo de 1999 a 2009.

Empregou-se a técnica da Analise Fatorial em Componentes Principais paradeterminar os padrões espaciais e correlações da precipitação do estado de Goiás. A técnicada 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 dasvariáveis iniciais, com perda mínima das informações as quais são indispensáveis nainvestigação das variáveis envolvidas no problema em questão (Bouroche & Saporta,1982;Richman, 1985; Wilks, 2006). O principio matemático consiste em fazer a transformaçãolinear e ortogonal das variáveis iniciais sobre o critério de maximizar as variâncias, ou seja, aACP consiste em projetar uma nuvem de indivíduos situados em um espaço afim de dimensãop, em um subespaço afim de dimensão q, de tal forma que sua projeção sofra a menordeformação possível. O plano sobre o qual são efetuadas essas projeções é denominado planoprincipal.

O regime de chuvas no Estado de Goiás é dividido em dois períodos um chuvoso eoutro seco (Pereira et all, 2009), o chuvoso tem seu inicio em outubro e se estende até abril doano seguinte com uma média mensal superior 100mm/mês, enquanto o período seco inicia-sem maio e vai até setembro e o volume total de precipitação médio não chega a 100mm(Figura 2).

-53 -52 -51 -50 -49 -48 -47 -46

-19

-18

-17

-16

-15

-14

-13

AnápolisAnicuns

Britânia

Caldas Novas

Ceres

CristalinaGoiânia

Goiatuba

Iporá

Itaberaí

Itumbiara

Jandaia

Jataí

Luíz AlvesMinaçu

Palmeiras de Goiás

Porangatu

Santa Helena

Vianópolis

Vicentinópolis

PRECIPITACAO MEDIA MENSALEstado de Goias

0

50

100

150

200

250

jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez

mm/m

es

Figura 1 – Distribuição das estaçõesmeteorológicas automáticas conhecidascomo PCDs no Estado de Goiás.

Figura 2 – Precipitação média mensal no Estado de Goiás noperíodo 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). Estefenômeno forma-se a partir da chegada de frentes subtropicais a região central do Brasil eassocia-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 apresença de um sistema de alta pressão sobre a região do Estado do Mato Grosso, conhecidacomo “Alta da Bolívia. Sobre a região Nordeste em altos níveis se forma um centro de baixapressão denominado de “Vórtice Ciclonico “(VCANS) e um cavado sobre a Região Sudestedo Brasil (Sanchez e Silva 1998).

No decorrer da estação chuvosa o volume médio no Estado de Goiás é de 1386,0mmcom a ocorrência de um núcleo com valores acima da média na região sudeste(Figura 3). Amaior parte do Estado de Goiás o volume é acima dos 1200mm. Nos meses de novembro amarço a precipitação é acima dos 200mm/mês, sendo dezembro o mês mais chuvoso, pois amédia neste mês ultrapassa os 250mm/mês. Os meses de abril e outubro a precipitação médiaé em torno dos 100mm/mês (meses de transição).

As características meteorológicas da estação seca é a presença de uma massa de arquente e seca sobre o centro do Brasil. Essa massa de ar inibe a formação de nuvens e desviaas frentes frias que vem do sul do continente para o Oceano Atlântico. Durante este período aschuvas são escassas, no inicio desta estação algumas massas de ar frio chegam a atingir essaregião e ocasiona as menores temperaturas do ano. Já no fim da estação são registradas asmaiores temperaturas do ano e a umidade relativa do ar diminui bastante ocorrendo valoresabaixo dos 20%. O volume da precipitação acumulado nos meses que formam a estação secanão 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 chuvana estação seca ocorre no mês de setembro, podendo atingir em média 50mm/mês, comgrande variabilidade e o desvio padrão da ordem de 44,4mm/mês (Pereira, 2009).

Estado de GoiasESTACAO CHUVOSA

Total da precipitacao nos meses chuvosos

800

1000

1200

1400

1600

1800

Figura 3 – Total da precipitação nos meses maischuvosos no Estado de Goiás, que compreende o

período entre outubro a abril do ano seguinte.

Figura 4 – Total da precipitação nos meses secosno Estado de Goiás, que compreende o períodoentre maio a setembro.

3 – RESULTADOS E DISCUSSÃO

Aplicando o método de ACP aos dados de precipitação médio mensal das estaçõesPCDs, as três primeiras componentes explicam 85,18% da variância total da precipitação. Natabela 1 consta as componentes principais extraídas não rotacionada e rotacionada. Optou-sepela rotacionada por apresentar melhor coerência espacial. A seleção dos dados foi feitabaseado no critério de Kaiser (Corrar et al.2007) que sugere manter na análise as componentescorrespondentes 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 médiamensal.

Valores iniciais Valores ExtraídosValores Extraídos

com rotaçãoComponentes Total % da Var Acum % Total % da Var Acum % Total % da Var Acum %

1 6.73 56.05 56.05 6.73 56.05 56.05 6.06 50.48 50.482 2.2 18.35 74.4 2.2 18.35 74.4 2.85 23.72 74.23 1.29 10.79 85.18 1.29 10.79 85.18 1.32 10.99 85.18. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .

12 . . . . . . . . .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 maiorescontribuições são observadas no sudeste, região com maior volume de precipitaçãopossivelmente devido a ocorrência de frentes subtropicais e ZCAS (Figura 6).

O segundo fator tem altas correlações de maio a setembro (estação seca). O padrãoespacial deste fator apresenta contribuições mais elevadas no sudoeste goiano. Isto tem forterelação 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 nomês 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 nastemperaturas em junho e os veranicos em novembro (Figura 8).

FATORES DAS COMPONENTES PRINCIPAIS

-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.0

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.

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-54 -53 -52 -51 -50 -49 -48 -47 -46 -45-20

-19

-18

-17

-16

-15

-14

-13

-12

Estado de GoiasFATOR 1

-54 -53 -52 -51 -50 -49 -48 -47 -46 -45-20

-19

-18

-17

-16

-15

-14

-13

-12

Estado de GoiasFATOR 2

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-54 -53 -52 -51 -50 -49 -48 -47 -46 -45-20

-19

-18

-17

-16

-15

-14

-13

-12

Estado de GoiasFATOR 3

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

Figura 6 – Espacialização sobre oEstado de Goiás do primeiro fator dascomponentes principais.

Figura 7 – Espacialização sobre oEstado de Goiás do segundo fatordas componentes principais.

Figura 8 – Espacializaçãosobre o Estado de Goiás doterceiro fator das componentesprincipais.

4 - CONCLUSÃO

Aplicação da ACP a séries temporais e espaciais aos dados de precipitação do Estadode Goiás, possibilitou um melhor entendimento dos fenômenos atmosféricos que influenciama precipitação na região. O primeiro fator evidencia a estação chuvosa e está associada aocorrência das ZCAS que atuam com mais freqüências nos meses de dezembro, janeiro efevereiro. O segundo fator tem forte correlação com a estação seca e a transformação que asmassas de ar seco e frio sofrem quando ficam estacionadas no Brasil central. O terceiro fatorpode 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 obtidosapresentaram coerência espacial com o regime pluviométrico da região.

5 - REFERÊNCIA BIBLIOGRAFICA

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