Palavras-Chave: Índice de Umidade, Evapotranspiração, Minas Gerais.

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1 USO DE SISTEMA DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS E GEOESTATÍSTICA PARA A CARACTERIZAÇÃO DO CLIMA DE MINAS GERAIS COM BASE NO ÍNDICE DE UMIDADE DE THORNTHWAITE Luiz Gonsaga de Carvalho 1 ; Marcelo de Carvalho Alves 2 ; Marcelo Silva de Oliveira 3 ; Rubens Leite Vianello 4 ; Gilberto C. Sediyama 5 ; Antonio Augusto Aguilar Dantas 1 Pedro Castro Neto 1. RESUMO - Objetivou-se no presente trabalho utilizar a Geoestatística para espacializar o índice de umidade de Thornthwaite (Iu) obtido por meio do balanço hídrico climatológico, com a evapotranspiração potencial (ETp) estimada pelo método de Thornthwaite (TW) e pelo método de Penman-Monteith-FAO (PM). Embora este último seja utilizado para estimar a evapotranspiração de referência (ETo), neste trabalho considerou-o como estimador da ETp. Os dados utilizados foram referentes a estações climatológicas do INMET e pluviométricas da ANA para o estado de Minas Gerais. No caso das estações da ANA, regressões múltiplas foram utilizadas para estimar a temperatura média mensal. Posteriormente calculou-se o balanço hídrico climatológico de Thornthwaite e Mather (1955) de cada localidade para se obter o índice de umidade. Procedeu-se à espacialização do Iu com os métodos de interpolação pelo inverso da potência da distância (IPD) e krigagem ordinária (KO). Tanto o método da KO quanto o método do IPD apresentaram altos coeficientes de correlação quando comparados aos valores observados, entretanto o método da KO foi mais acurado e preciso do que o método do IPD. Com o uso de Sistema de Informações Geográficas compararam-se as áreas dos tipos climáticos classificados com base no Iu verificandose a predominância de tipos climáticos mais úmidos quando o método de TW foi utilizado para calcular a ETp do que o método de PM. ABSTRACT In the present work Geoestatistics was used to map the Thornthwaite humidity index (Hi) obtained through the climatological soil water balance, with the potential evapotranspiration (ETp) calculated by the Thornthwaite (TW) and the reference evapotranspiration (ETo) by the Penman-Monteith - FAO (PM) methods. PM was considered in this work to calculate the ETp, however, this method is used to calculate the reference evapotranspiration (ETo). The climatological data basis were obtained from INMET and rainfall data from ANA s stations for the State of Minas Gerais, Brazil. Because the ANA's stations no temperature data were provided, multiple regressions were used to calculate the monthly average temperature. Then, the climatological soil water balance was calculated by Thornthwaite and Mather (1955) for each region to obtain the humidity index (Iu). The inverse distance weighting (IDW) and ordinary kriging (OK) interpolation methods were used to map the Iu. The OK and the IDW presented high correlation coefficients when compared with the observed values. However, the OK was more accurate than IPW. Using Geographical Information Systems it was possible to, based on Iu, to compare climatic types and to verify the predominance of more humid climatic types when the TW method was used to calculate the ETp than the PM method. Palavras-Chave: Índice de Umidade, Evapotranspiração, Minas Gerais. INTRODUÇÃO O zoneamento climático é de extrema importância para subsidiar a implantação e planejamento de diversas áreas de desenvolvimento sócio-econômico e ecológico de uma região (Vianello e Alves, 1 Universidade Federal de Lavras (UFLA), Departamento de Engenharia DEG/UFLA, CP 37, CEP , e- mail: lgonsaga@ufla.br; 2 Departamento de Agricultura DAG/UFLA, marcelocarvalhoalves@gmail.com; 3 Departamento de Ciências Exatas DEX/UFLA, marcelo.oliveira@ufla.br; 4 5 o Distrito de Meteorologia INMET, rubens.vianello@inmet.gov.br; 5 Universidade Federal de Viçosa, Departamento de Engenharia Agrícola DEA/UFV, g.sediyama@ufv.br.

2 1991). Assim, conhecendo-se o regime dos principais elementos climáticos, pode-se propor estratégias para otimizar o aproveitamento dos recursos naturais com melhor relação custobenefício nos cultivos agrícolas, bem como para planejar o desenvolvimento sustentável de determinada região (Mitchell et al., 2004). Dessa forma, objetivou-se no presente trabalho calcular o índice de umidade (Iu) com base no balanço hídrico climatológico de Thornthwaite & Mather (1955) de estações pluviométricas da ANA e climatológicas do INMET. METODOLOGIA Os dados utilizados foram oriundos das Normais Climatológicas ( ), (BRASIL, 1992), e dados de estações pluviométricas da Agência Nacional de Águas (ANA), disponíveis na internet ( (Figura 1). Utilizou-se de equações de regressão múltipla para estimar a variável primária, temperatura, nas estações da ANA (Sediyama & Mello Jr., 1998) e regressão linear para relacionar a evapotranspiração potencial estimada por Penman-Monteith-FAO (PM) com a estimada por Thornthwaite (TW), de forma a gerar Iu relativo aos dois métodos de cálculo da evapotranspiração potencial (ETp). Ressalta-se que a evapotranspiração de referência (ETo), estimada pelo método PM ficou denominada, para os propósitos deste trabalho, de evapotranspiração potencial por se tratar de um estudo climatológico. Os resultados foram espacializados por diferentes técnicas de análise Geoestatística, a fim de caracterizar a estrutura e magnitude de dependência espacial do clima de Minas Gerais. Utilizou-se de Sistema de Informações Geográficas para calcular áreas geográficas no estado de forma a comparar os Iu s gerados em função das ETp s calculadas por PM e TW. Figura 1. Localização das estações climatológicas do INMET e estações pluviométricas da ANA utilizadas para calcular o índice de umidade de Thornthwaite (1948) no estado de Minas Gerais. RESULTADOS

3 Pelo resumo das análises de regressões efetuadas entre as ETp s, conforme apresentado na Tabela 1, verifica-se que, apesar dos valores de r 2 serem relativamente baixos, com a ETp calculada por TW subestimando a ETp por PM, notou-se que a reta ajustada obteve sempre o mesmo comportamento, ou seja com correlação positiva. Quanto à interpolação dos valores de Iu, tanto o método da krigagem ordinária (KO) quanto o método do inverso da potência da distância (IPD) apresentaram altos coeficientes de correlação quando comparados com os valores observados, entretanto o método da KO foi mais acurado e preciso do que o método do IPD em todas as situações avaliadas. De forma semelhante, Ashraf et al. (1997) estudaram métodos para espacializar a evapotranspiração de referência em 17 estações localizadas nos EUA, em Nebraska, Kansas e Colorado e também verificaram melhor desempenho da KO do que o método do IPD. Observaramse nos mapas do Iu anual com a ETp estimada por PM e TW (Figura2), regiões mais úmidas abrangendo boa parte do triângulo mineiro, sul de minas, alto São Francisco e zona da mata de Minas Gerais. Regiões ao norte e nordeste de Minas Gerais foram classificadas como de clima subúmido seco a semi-árido. Observando-se os mapas referentes ao período chuvoso (outubro a março), pôde-se constatar a predominância de Iu classificado entre condições climáticas que variam entre subúmido a superúmido. No entanto, algumas regiões ao norte de Minas Gerais apresentaram Iu subúmido seco a semi-árido. Já no período seco (abril a setembro), boa parte de Minas Gerais apresentou Iu subúmido seco a árido. Deve-se ressaltar que a variabilidade espacial do clima é fortemente influenciada por mudanças climáticas e fenômenos climáticos atípicos, como o El Niño e a La Niña, os quais não foram considerados no presente trabalho, já que o Iu foi calculado com base em valores médios mensais referentes ao período de 1961 a 1990 (Brasil, 1992). Tabela 1. Modelos de regressão utilizados para correlacionar a evapotranspiração (ETp) pelo método de Penman-Monteith-FAO (Allen et al., 1998) com a ETp estimada por Thornthwaite (1948), nos meses de janeiro a dezembro, a partir das Normais Climatológicas ( ) para todo o estado de Minas Gerais Mês Modelo r 2 Janeiro Y = 2, , x 0,48 Fevereiro Y = 2, , x 0,48 Março Y = 1, , x 0,55 Abril Y =1, , x 0,53 Maio Y = 0, , x 0,58 Junho Y =0, , x 0,50 Julho Y =0, , x 0,49 Agosto Y =0, , x 0,60 Setembro Y =0, , x 0,63 Outubro Y =1, , x 0,63 Novembro Y =1, , x 0,51 Dezembro Y =1, , x 0,52

4 Figura 2. Representação do índice de umidade anual (Iu_Anual - a, d, g, j), dos períodos chuvoso (outubro a março) (Iu_PC - b, e, h, l) e seco (Iu_PS - abril a setembro) (c, f, i, m), a partir do balanço hídrico climatológico de Thornthwaite & Mather (1955), com a evapotranspiração potencial estimada pelo método de Penman-Monteith-FAO (PM - a, b, c, d, e, f) e Thornthwaite (TW - g, h, i, j, l, m), com base nas normais climatológicas ( ), no estado de Minas Gerais, espacializados por krigagem ordinária (KO - a, b, c, g, h, i) e inverso da potência da distância (IPD - d, e, f, j, l, m). Por outro lado, ainda na Figura 2 por meio dos mapas dos Iu gerados pelos interpoladores de IPD e KO, pôde-se verificar as áreas com maior probabilidade de ocorrer um tipo climático adverso, como seca ou excedentes de chuvas, de acordo com sua localização geográfica, de forma a

5 evidenciar, quando associado à demais informações ambientais e socioeconômicas, áreas mais vulneráveis ou de maior aptidão para determinado tipo de empreendimento (Mitchell et al., 2004 e Hansen, 2002). Observaram-se contrastes climáticos em Minas Gerais, pois, de acordo com Vianello & Alves (1991), ocorre nesse estado, maior diversidade de fatores influenciadores do clima, como montanhas elevadas (± 2700 m), depressões intermontanas (± 300 m), e com isso, áreas semi-áridas e regiões com elevadas precipitações ao longo de todo o ano. Com o uso de Sistema de Informações Geográficas foi possível comparar as áreas dos tipos climáticos classificados com base no Iu e verificar a predominância de tipos climáticos mais úmidos quando o método de TW foi utilizado para calcular a ETp do que o método de PM, (Figura 3). Assim, observou-se maior ocorrência de áreas influenciadas pelos tipos climáticos úmido B4 (80 Iu < 100) e superúmido (Iu 100) somente quando o Iu foi calculado com a ETp estimada por TW do que por PM. Além disso, no caso da ETp estimada por PM, observam-se maiores áreas sob influência dos tipos climáticos caracterizados como semi-árido (-40 Iu < -20), subúmido seco (-20 Iu < 0), subúmido (0 Iu < 20) e úmido B1 (20 Iu < 40) do que por TW. Figura 3. Áreas (km 2 ) dos tipos climáticos relativos aos mapas de krigagem ordinária, classificados conforme o índice de umidade (Thornthwaite, 1948), com a evapotranspiração potencial estimada pelos métodos de Thornthwaite (TW) e de Penman-Monteith-FAO (PM). Como os impactos do clima na produção agrícola acarretam na vulnerabilidade das populações rurais, não só pela variabilidade devido ao clima, mas também pela imprevisibilidade (Hansen, 2002), espera-se com os diferentes métodos de interpolação do clima e de estimação da ETp apresentadas neste trabalho, contribuir para embasar a tomada de decisão adequada para

6 minimizar os riscos e impactos negativos de fenômenos adversos na ecologia e sócio-economia de Minas Gerais. CONCLUSÕES Com o uso de Sistema de Informações Geográficas e Geoestatística foi possível caracterizar os tipos climáticos de Minas Gerais com base em diferentes métodos de cálculo da evapotranspiração e de espacialização do índice de umidade no estado. O método de interpolação por krigagem ordinária apresentou melhor desempenho do que o método do inverso da potência da distância, em todas as situações avaliadas. Observou-se a ocorrência de uma diversidade de tipos climáticos em Minas Gerais, variando de semi-árido a superúmido com predominância dos tipos sub-úmido à úmido. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M. Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirements. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations - FAO, p. (FAO Irrigation and Drainage Paper, 56). ASHRAF, M.; LOFTIS, J. C.; HUBBARD, K.G. Application of geostatistics to evaluate partial weather station networks. Agricultural and Forest Meteorology, v. 84, p , BRASIL. Ministério da Agricultura e Reforma Agrária. Secretaria Nacional de Irrigação. Departamento Nacional de Meteorologia. Normais climatológicas ( ). Brasília: p. HANSEN, J. W. Realizing the potential benefits of climate prediction to agriculture: issues, approaches, challenges. Agricultural Systems, v.74, p , MITCHELL, N.; ESPIE, P.; HANKIN, R. Rational landscape decision-making: the use of mesoscale climatic analysis to promote sustainable land management. Landscape and Urban Planning, v. 67, p , SEDIYAMA, G.; MELLO Jr., J. C. Modelos para estimativas das temperaturas normais mensais médias, máximas, mínimas e anual no estado de Minas Gerais. Revista Engenharia na Agricultura. Viçosa, v.6, n.1, p.57-61, THORNTHWAITE, C. W. Na approach towards a rational classification of climate. Geographycal Review, London, n. 38, p , THORNTHWAITE, C.W.; MATHER, J.R. The water balance. Centerton, NJ: Drexel Institute of Technology - Laboratory of Climatology, p. (Publications in Climatology, vol. VIII, n.1). VIANELLO, R.L.; ALVES, A.R. Meteorologia básica e aplicações. Viçosa: Imprensa Universitária/UFV, p.