XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002

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1 SOBRE O IMPACTO DO FENÔMENO EL NIÑO-OSCILAÇÃO SUL NA AFLUÊNCIA DE RESERVATÓRIOS DO SISTEMA HIDROELÉTRICO BRASILEIRO Francisco de Assis Souza Filho 1, Alexandre Araújo Costa 2, José M. Brabo Alves 3 1, 3 Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos (FUNCEME) Av. Rui Barbosa, 1246, Aldeota, CEP: Fortaleza-Ce, , assisfilho@funceme.br 2 Universidade Estadual do Ceará Departamento de Física e Química Abstract A preliminary study on the impact of El on the affluence in reservoirs of the Brazilian hydroelectric system is presented. Previous studies on El effects in Southeast Brazil precipitation indicate the absence of a clear influence of the El Sourthern Oscillation (ENSO) phenomenon in the rainfall regime of that region. However, a season-dependent signature of El influence was detected in the affluence of the reservoirs of the hydroelectric system. 1 - Introdução As vazões afluentes aos reservatórios estão sujeitas a incertezas. A regularização do reservatório para a produção de energia elétrica, além do regime fluvial, está submetida a outras variáveis climáticas (evaporação), assim como, e principalmente, às regras de operação do reservatório que podem incorporar a demanda para outros usos, conflitantes entre si e com o uso hidroelétrico. Neste cenário, faz-se importante o acompanhamento da evolução do sistema do ponto de vista hidrológico e da operação do hidrossistema com vistas à tomada de decisão com melhor nível de informação. Neste trabalho, em particular, abordou-se a questão de possíveis impactos do fenômeno El sobre a afluência das barragens de Furnas, Três Marias e Sobradinho, peças fundamentais do sistema hidrelétrico brasileiro. A chamada "Oscilação Sul" representa o sinal mais forte da variabilidade interanual nos trópicos, sentida principalmente sobre o Indo-Pacífico, mas com reflexos na circulação geral (Philander 1990). Sua escala temporal é da ordem de 3 anos, mas o espectro de variáveis meteorológicas apresenta um sinal correspondente a uma "banda larga" na faixa de períodos de 2 a 10 anos (Trenberth 1976). O fenômeno El (que, juntamente com o sinal atmosférico associado, convencionou-se chamar de El / Oscilação Sul, ou (ENOS) caracteriza-se pelo aquecimento das águas do Oceano Pacífico Tropical. O surgimento de anomalias na temperatura da superfície do mar (TSM) na bacia está associado a modificações nos padrões de circulação atmosférica, sendo portanto, o ENOS, um fenômeno acoplado oceano-atmosfera. O ENOS produz anomalias climáticas significativas em diversas regiões do planeta, como discutido por Ropelewski e Halpert (1987) é mostrado na Figura 1. A fase do ciclo anual da precipitação mantém-se aproximadamente o mesmo (Philander 1990), porém os impactos são significativos sobre a sua amplitude. O efeito mais óbvio do ENOS sobre a distribuição de precipitação é o deslocamento da região de maior atividade convectiva climatologicamente localizada sobre o Pacífico Oeste em direção ao centro da bacia, produzindo anomalias negativas de precipitação sobre a Oceania, incluindo grande parte da Austrália e anomalias positivas ao longo do Equador, particularmente a leste da linha da data. Em torno dessa anomalia positiva, a anomalia negativa sobre a Oceania se expande ao norte e ao sul, na forma de "bumerangue" (Figura 1). Na mesma Figura, verifica-se que os principais impactos do ENOS sobre a precipitação na América do Sul se traduzem em anomalias de sinais opostos nas porções norte (particularmente norte e leste da Amazônia e setor norte do Nordeste brasileiro) e sul do continente (Sul brasileiro, nordeste argentino, Uruguai e Paraguai). 1380

2 Figura 1 - Diagrama esquemático mostrando as diferentes regiões em que um aumento (linhas tracejadas) e diminuição (linhas sólidas) da precipitação durante episódios de El. Os meses, que indicam quando as regiões são afetadas, geralmente coincidem com o período da estação chuvosa no local (o Nordeste Brasileiro é uma exceção, em que apenas parte da estação chuvosa está incluída no período indicado). O ano em que as anomalias positivas de TSM aparecem e se amplificam no Pacífico tropical é denotado por (0); o sinal (+) se refere ao ano subseqüente. Adaptado de Ropelewski e Halpert (1987). Dependendo de sua intensidade, o ENOS, no Brasil, pode provocar secas de moderadas a fortes no norte e leste da Amazônia e norte do Nordeste. A influência sobre o setor norte da América do Sul se faz sentir de Julho do ano em que ocorre a configuração do fenômeno (ano "zero") a Março do ano seguinte. A anomalia positiva ao sul do continente é particularmente intensa entre Novembro do ano zero a Fevereiro do ano seguinte. Enquanto as regiões Amazônica, Nordeste e Sul do Brasil apresentam um sinal claro de modificação nos acumulados de precipitação, particularmente em determinadas épocas do ano, na Região Sudeste o sinal quanto à redução ou incremento de chuvas não é claro. A influência do fenômeno ENOS é mais claro nas temperaturas médias. Durante anos de episódios quentes (fase de El ), há um aumento das temperaturas, particularmente durante a estação de inverno (junho, julho e agosto). A análise de Rasmusson e Wallace (1983), no entanto, sugere que esta "ausência de sinal" pode deixar de existir em anos de El forte. Os estudos do CPTEC/INPE não identificaram impactos do ENOS sobre o padrão de ocorrência de chuvas na região sudeste do Brasil (Nobre, Marengo, Oliveira, comunicações pessoais), onde localizam-se as nascentes de alguns dos principais rios do sistema hidroelétrico brasileiro. Nesse estudo, procura-se identificar o sinal climático do fenômeno ENOS nas vazões dos rios. Este procedimento justifica-se uma vez que as áreas das bacias hidrográficas dos rios em análise são extensas, tendo uma característica fortemente integradora do campo de precipitação, eliminando eventuais ruídos do sinal em escalas menores. 2 - DADOS E METODOLOGIA O presente estudo utilizou os dados da série de vazão afluente nas barragens de Três Marias, Furnas e Sobradinho, utilizadas pelo setor hidroelétrico na forma apresentada pelo estudo de transposição das águas da bacia do São Francisco. A série histórica mensal de vazões utilizada é de 1931 a Os anos de ENOS (La Niña e El ) e Neutros (sem El ) no período de análise foram escolhidos na página do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC/INPE) - A análise estatística teve como base as curvas de distribuição de probabilidade das séries de vazões das referidas barragens, e alguns testes estatísticos também foram executados. 1381

3 3 - RESULTADOS E CONCLUSÃO XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, Afluência em Sobradinho A distribuição de probabilidades de ocorrência dos valores de afluência no reservatório de Sobradinho sugere, ao se analisar as vazões médias anuais, que o fenômeno ENOS não exerce influência significativa sobre o comportamento dessa barragem (Figura 2). Ao se separar os dados de afluência por estação do ano, no entanto, percebe-se que, enquanto a distribuição de probabilidade das vazões médias do outono em Sobradinho seguem um comportamento similar ao observado para os valores anuais (Figura 2b), a distribuição de probabilidades das vazões médias do verão recebe influência do ENOS (Figura 2c). Nesse último painel, verifica-se, por exemplo, que em 60% dos anos em que ocorreram episódios quentes no Pacífico, a vazão no reservatório de Sobradinho no verão foi igual ou inferior a 4400 m 3 s -1, ao passo que, em 60% dos anos sem El, a afluência no reservatório foi de até 5000 m 3 s -1 (indicado no gráfico) Ao mesmo tempo, constata-se que vazões acima de 6000 m 3 s -1 são muito pouco prováveis em anos de El, em contraste com uma probabilidade significativa de aproximadamente 15% para a ocorrência desses valores de afluência em anos de La Niña ou neutros. Uma análise estatística da ocorrência de vazões críticas, normais e favoráveis nas três barragens anteriormente mostra que, em Sobradinho, a probabilidade da ocorrência de anos críticos é menor durante anos de El (11,8%) do que em anos de La Niña e neutros (25,6%). Ao mesmo tempo, a probabilidade de ocorrência de anos favoráveis é menor em anos sem El (37,2% contra 47,1% quando este fenômeno está presente), como indicado na Tabela 1. Sobradinho Sobradinho- Outono Vazao (m3/s) Normal La Nina Sem Sem Vazão (cms) a) b) Sobradinho Sem Vazão (mcs) c) Figura 2 - Curva de distribuição de probabilidade (acumulada) de afluências em anos com El e sem El e Normais (figura a) em Sobradinho: (a) vazão média anual; (b) vazão média no outono; (c) vazão média no verão. 1382

4 3.2 - Afluência em Furnas XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002 Os dados de vazão observados em Furnas sugerem que, em oposição ao verificado em Sobradinho, não há sinal perceptível do El desfavorável ao incremento da afluência nos meses do verão. De acordo com a Figura 3c, o comportamento da vazão nesse reservatório durante o verão é praticamente o mesmo em anos com e sem episódios quentes. Durante o outono, no entanto, o comportamento da afluência em Furnas é tal que vazões mais intensas se tornam mais prováveis quando a fase quente do ENOS está atuando. Por exemplo, a probabilidade de vazões médias superiores a 1500 m 3 s -1 durante o outono é inferior a 10% durante os anos sem El, mas em anos com El chega a cerca de 25% (Figura 3b). O comportamento outonal da vazão em Furnas leva ao aparecimento de um sinal climático do ENOS sobre a afluência média anual desse reservatório, de modo que vazões mais intensas são mais prováveis em anos de El do que em anos de La Niña e neutros (Figura 3a) Furnas Furnas_Outono NINO SemNINO Sem Vazão (m3/s) Vazão (mcs) a) b) Furnas_Verão Sem Vazão (mcs) c) Figura 3 - Curva de distribuição de probabilidade (acumulada) de afluências em anos com El e sem El em Furnas: (a) vazão média anual; (b) vazão média no outono; (c) vazão média no verão. 1383

5 Tabela 1 - de Ocorrência de Vazões Críticas, Normais e Favoráveis em ano de El, Sem El e toda a série histórica na barragem de Sobradinho. Sobradinho Crítico % 11.8% Normal % 41.2% Favorável Mais 8 10% 47.1% Sem Crítico % 25.6% Normal % 37.2% Favorável Mais 16 10% 37.2% Todos Crítico % 21.67% Normal % 38.33% Favorável Mais % 4% Tabela 2 - de Ocorrência de Vazões Críticas, Normais e Favoráveis em ano de El, Sem El e toda a série histórica na Barragem de Furnas. Crítico % 23.5% Normal % 41.2% Favorável Mais 6 10% 35.3% Sem Crítico % 27.9% Normal % 23.3% Favorável Mais 21 10% 48.8% Todos Crítico % 26.7% Normal % 28.3% Favorável Mais 27 10% 45.0% Afluência em Três Marias Qualitativamente, o reservatório de Três Marias apresenta um comportamento semelhante ao de Furnas, tanto no que diz respeito à inexistência clara do sinal do ENOS sobre a vazão no reservatório nos meses de verão, quanto ao aumento da probabilidade de vazões mais intensas ocorrerem durante o outono, nos anos em que o fenômeno El está atuante (Figura 3). Em Três Marias, a probabilidade de uma vazão crítica é menor quando a fase quente do ENOS está ativa (Tabela 3). Ao mesmo tempo, essa mesma probabilidade é duas vezes maior nos anos sem El. Vale ressaltar, no entanto, que a probabilidade de uma vazão favorável é praticamente a mesma no conjunto de anos com e sem El (respectivamente 41,2% e 41,9%). 1384

6 Três Marias Três Marias - Outono Sem NINO Sem Vazao (m3/s) Vazão (m3/s) a) b) Furnas_Verão Sem Vazão (mcs) Figura 4 - Curva de distribuição de probabilidade (acumulada) de afluências em anos com El e sem El em Três Marias: (a) vazão média anual; (b) vazão média no outono; (c) vazão média no verão. Tabela 3 - de Ocorrência de Vazões Críticas, Normais e Favoráveis em ano de El, sem El e toda a série histórica na Barragem de Três Marias. Crítico % 17.6% Normal % 41.2% Favorável Mais 7 10% 41.2% Sem Crítico % 34.9% Normal % 23.3% Favorável Mais 18 10% 41.9% Todos Crítico % 30.0% Normal % 28.3% Favorável Mais 25 10% 41.7% 1385

7 XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, Comportamento de outros reservatórios e análise de significância Além das barragens supracitadas, foram analisadas as afluências nos reservatórios de Tucuruí, Boa Esperança e Serra da Mesa. No que tange aos dois primeiros, não se obteve sinal discernível do ENOS sobre suas afluências, sendo que o valor médio anual das vazões em anos de El e sem El é bastante similar. O barramento de Serra da Mesa, por sua vez, apresentou um sinal favorável ao aumento da vazão no reservatório durante os anos de El. Uma análise dos resultados mostra a existência de significância estatística no sinal detectado em Serra da Mesa e Furnas, considerando-se o ano inteiro. Para os reservatórios de Sobradinho e Três Marias, não há significância estatística para o ano como um todo, mas o sinal é significativo, respectivamente durante o verão e o outono. O sinal observado em Furnas também tem significância estatística para os meses de outono, corroborando a tese de que este reservatório e o de Três Marias apresentam comportamento similar. Esta análise é sumarizada na Tabela 4. Tabela 4 - Análise de Significância da vazão esperada em anos de El ser superior a anos sem El. Três Sobradin Boa Serra Tucur Furna Furnas Sobradin Três Maria ho Esperan da ui s (Outono ho Marias s ça Mesa ) (Verão) (Outono) Média Desvio Padrão Sem Média Desvio Padrão MLT Média Desvio Padrão Diferença ( Desv. Pad Sem Dif. t(dif>0) Probabilid ade de 87% 61% 60% 97% 72% 97% 91% 100% 90% Sinal (- Sem ) Vale ressaltar nos dados da Tabela 4 que o sinal é positivo, para as barragens de Furnas (ano inteiro e outono), Três Marias (outono), Serra da Mesa (ano inteiro). Assim, os dados apontam para um favorecimento de vazões elevadas em anos de El. Já o contrário ocorre para o reservatório de Sobradinho (verão), cujas vazões são desfavorecidas em anos de episódios quentes. 5 - Sumário O presente estudo visou identificar sinais da influência do El em algumas das principais barragens do sistema hidroelétrico brasileiro, com destaque para os reservatórios de Sobradinho, Furnas e Três Marias. Estudos anteriores mostram a inexistência de sinal climatológico discernível no que tange à influência do fenômeno ENOS sobre as precipitações no Sudeste Brasileiro (com a possível exceção de anos de El muito 1386

8 intenos). A presente análise mostra, no entanto, que é possível identificar influências do El sobre a vazão de pelo menos quatro reservatórios, com significância estatística. No caso dos reservatórios de Furnas e Serra da Mesa, o sinal é positivo (ou seja, favorável em anos de El ) e significativo para o ano inteiro. No caso de Três Marias, o sinal detectado foi positivo e com significância estatística para os meses de outono. Já para o reservatório de Sobradinho, o sinal é negativo e significativo para os meses de verão. As vazões afluentes aos reservatórios estão sujeitas a incertezas. A regularização do reservatório para a produção de energia elétrica, além do regime fluvial, está submetida a outras variáveis climáticas (evaporação), assim como, e principalmente, às regras de operação do reservatório que podem incorporar a demanda para outros usos, estes conflitantes entre si e com o uso hidroelétrico. Neste cenário faz-se importante o acompanhamento da evolução do sistema do ponto de vista hidrológico e da operação do hidrossistema relacionada à tomada de decisão com melhor nível de informação. 6 - Referências PHILANDER, S. G.: El, La Niña and the Southern Oscillation. Academic Press. San Diego, 293 pp, RASMUSSON, E. M., CARPENTER, T. H.: Variations in tropical sea surface temperature and surface wind fields associated with the Southern Oscillation / El. Monthly Weather Review, v. 110, p , 1982 ROPELEWSKI, C.F, HALPERT,.M. S.: Global and regional scale precipitation associated with the El / Southern Oscillation. Monthly Weather Review, v. 115, p , 1987 TRENBERTH, K. E.: Spatial and temporal variations in the Southern Oscillation. Monthly Weather Review, v. 102, p ,