Avaliação da precipitação e sua influência sobre as áreas inundadas no Pantanal. Elisabete Caria Moraes Gabriel Pereira Francielle da Silva Cardozo

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1 Avaliação da precipitação e sua influência sobre as áreas inundadas no Pantanal Elisabete Caria Moraes Gabriel Pereira Francielle da Silva Cardozo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE Caixa Postal São José dos Campos - SP, Brasil {bete, gabriel,cardozo}@dsr.inpe.br Abstract. The use of products from the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) satellite and from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) aboard TERRA and AQUA satellites for monitoring the rainfall and flood pulse of the Pantanal Biome allows mitigating the socioeconomic and environmental problems caused by variations in their amplitudes. The maximum and minimum rainfall in the wet season over the past 15 years in Pantanal fluctuates approximately 18.3% (180 mm) related with season average. This issue is caused by the biggest wetland inundations in 2000 and 2011, and the extreme reduction in 2012, representing, respectively, an increase of 31.2% and a decrease of 75.2% compared to the average flooded area in the period correspondent from 2000 to Moreover, the reduction of flooded area for Pantanal Biome in 2012, compared with average flooded area ( ), was 81%, or km 2. Also, the rainfall patterns in the Brazilian Pantanal does not fully explain the expansion or reduction of the flooded area (incident rainfall in the wet season explains 53% of the flood pulse), but gives evidence of the dynamics of the pulse in the following year, since the extent of the flooded area should be affected by fluctuations in groundwater storage of the Pantanal, as well as by the incident rainfall on the Plateau. Palavras-chave: satellite images, precipitation, wetland, Pantanal, imagens de satélite, precipitação, áreas inundadas, Pantanal. 1. Introdução O Pantanal, como maior planície tropical contínua da Terra sujeita a inundação periódica intra e inter-anual, é composto por vários ecossistemas e apresenta uma das maiores diversidades biológicas do mundo (Silva e Abdon, 1998). Este bioma apresenta grande importância socioeconômica para o país, devido ao relevante desenvolvimento agropecuário existente na região, fator que induz o aumento dos processos de desmatamento e de queimadas na região, mas mesmo assim o Pantanal ainda é considerado bastante preservado (Pereira, et al., 2007 e Moraes et al., 2009). Durante quase todo o ano de 2012 as profundidades ao longo do Rio Paraguai no Pantanal estiveram abaixo de sua média climatológica, situação contrária ao observado no ano de 2011, ano em que foi registrado uma das maiores cheias das últimas décadas, e cujas águas atingiram áreas mais altas, que normalmente não inundam (Cardozo, 2009). Segundo a Agência Fluvial de Cáceres (2012) o Rio Paraguai atingiu em alguns pontos a profundidade de 85 cm no dia 18 de setembro de Este valor foi o segundo pior índice desde a década de 60, quando o rio chegou a marcar um nível de 75 cm. Dados meteorológicos da estação de Cáceres mostram que a precipitação incidente no dia 14 de setembro ocorreu após 87 dias de estiagem e que os 3,2 mm de água não foram suficientes para aumentar o nível do rio. O comportamento das inundações está diretamente relacionado ao regime de precipitação no bioma do Pantanal, no entanto existem áreas permanentemente secas ou inundadas ao longo dos anos (Paz et al., 2011; Moraes et al., 2012). O conhecimento espacial, temporal e sazonal deste regime pluviométrico é de extrema importância para o monitoramento dos impactos causados pelo excesso ou falta prolongada de chuvas nas diversas sub-regiões do Pantanal, pois a precipitação impacta fortemente as atividades socioeconômicas, tanto no que diz respeito ao turismo, fortemente desenvolvido na região, como as atividades agropecuárias. O Pantanal possui uma rede meteorológica escassa e por ser uma região de difícil acesso o sensoriamento remoto torna-se uma ferramenta extremamente útil para a obtenção de informações 7216

2 tanto meteorológicas como de uso e cobertura da superfície em todo o bioma. Estudos recentes no Pantanal mostram a viabilidade do uso de imagens dos sensores Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), a bordo dos satélites Terra e Aqua, na determinação e monitoramento de áreas inundadas (Freitas et al., 2007; Santos et al., 2009; Cardozo et al., 2009) e do uso do Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) na estimativa da precipitação (Collischonn et al. 2006; Viana e Álvala, 2011), pois ambos apresentam boa precisão quando comparados com dados de superfície na bacia do Alto Paraguai. Diante do exposto, este trabalho objetiva através de imagens de satélites, Terra e TRMM, espacializar, avaliar e comparar a influência da precipitação sobre a determinação de áreas inundadas no Pantanal nos anos de 2011 e 2012, considerados anos extremos de precipitação e de áreas inundadas dos últimos 13 anos. 2. Metodologia de Trabalho 2.1 Área de Estudo A área de estudo, composta pelo Bioma do Pantanal Brasileiro, está situada em uma planície contínua da porção centro-sul do Continente Sul-Americano, abrange km 2 e situa-se entre as coordenadas são 59º 15 W e 22º 10 S; e 54º 5º W e 15º 30 S. Este bioma apresenta altitude média de 100 metros, variando de 60 metros na região central a cotas acima de 500 metros em suas extremidades limites brasileiras, o que favorece a ocorrência de um complexo sistema de cheias. Apresenta leves ondulações, com morros isolados e depressões rasas, sendo cortado por grande quantidade de rios pertencentes à Bacia do Alto Paraguai. Segundo Ambiente Brasil (2012) o clima no Pantanal é predominantemente tropical, sofre influências das massas de ar frio provenientes das porções mais meridionais, com penetração rápida pelas planícies dos pampas e do chaco, e apresenta características de continentalidade com diferenças marcantes entre as estações úmida (outubro a março) e seca (abril a setembro). A temperatura média anual deste bioma é de 25º C, tendo seus valores médios anuais de máximos e mínimos em torno de 34º C e 15º C, respectivamente, sendo que a precipitação média anual dos últimos 14 anos foi de aproximadamente 1220 mm, variando de 239 mm na estação seca a 1002 mm na estação úmida (Viana e Alvalá, 2011). 2.2 Metodologia Para o monitoramento das áreas inundadas e da precipitação no Pantanal foram utilizadas imagens do sensor MODIS, produtos MOD43B3, e do satélite TRMM produtos 3B43 V7. Os dados de albedo e as reflectâncias fotossinteticamente ativa (PAR) e na faixa do infravermelho próximo e médio (NIR/SWIR) oriundos do produto MODIS representam estes parâmetros para cada 8 dias com resolução espacial de 1km, considerando os melhores valores em relação a não influência de nebulosidade, de aerossóis e de sombras. Além disto, na definição destes valores também são ponderados os valores dos pixels quanto à qualidade radiométrica e quanto à proximidade do nadir, ou seja, são desprezados os pixels com inclinação do sensor superior a 30º em relação à visada vertical. As imagens utilizadas compreendem o período de fevereiro de 2000 a setembro de 2012 dos tiles H12V10 e H12V11, que engloba a área do Pantanal. O produto final gerado a cada de 8 dias é composto pelos pixels mais representativos do albedo ou reflectâncias (PAR e NIR/SWIR) da superfície. Na delimitação da área alagada adotou-se a metodologia de Cardozo (2009). Os produtos 3B43 V7 do TRMM são mapas de precipitação média mensal originários de uma rodada mensal dos subprodutos do algoritmo 3B42, que combina as estimativas de precipitação das bandas do microondas com dados de uma rede global de pluviômetros da Climate Assessment and Monitoring System e produtos globais pluviométricos gerados pelo Global Precipitation Climatology Center. Este algoritmo é executado uma vez por mês e gera um mapa de precipitação mensal, que é disponibilizado no segundo ou terceiro mês subsequente. Estes mapas de precipitação mensal apresentam resolução espacial de 0,25º de 7217

3 latitude e de longitude. Neste estudo foram tratados os mapas mensais de precipitação do Pantanal e seu entorno para o período de janeiro de 1998 a agosto de 2012, extraindo-se a precipitação média mensal do Pantanal deste período. Este monitoramento dos índices pluviosidade no Pantanal é fundamental no entendimento do regime de inundação deste bioma. 3. Resultados e Discussão Os mapas de precipitação mensal extraídos do TRMM possibilitaram avaliar a dinâmica de precipitação do Bioma Pantanal de janeiro de 1998 a agosto de Através destes mapas obteve-se a climatologia mensal da precipitação incidente na região e a representação de seu comportamento através de um gráfico de box-plot como mostra a Figura 1. Figura 1. Box-plot da precipitação mensal do Bioma Pantanal para o período de janeiro de 1998 a agosto de Através da distribuição da mediana observa-se que a variabilidade mensal da precipitação é condizente com o esperado, ou seja, maior variabilidade no período úmido e menor no período seco. Também foi possível identificar os meses com valores atípicos (outliers) muito superiores aos demais índices dos meses de sua ocorrência, como por exemplo os extremos ocorridos nos meses de maio e junho de 2012, cujos valores de precipitação foram, respectivamente, 134% e 331% acima da média mensal. Os outros outliers ocorreram em julho de 2000 e 2009, e em outubro de 2004, cujos referentes índices de precipitação foram 199%, 151% e 46,6% superiores as suas respectivas médias. A análise da precipitação mensal dos últimos 15 anos mostrou que 80,7% da precipitação anual incidente no Bioma Pantanal ocorrem na estação úmida, o que representa 1004 mm de chuva, enquanto que na estação seca a incidência de precipitação é de 239 mm. Também se verificou que os anos com maiores e menores índices de precipitação no Pantanal foram 2011 e A Figura 2 apresenta a distribuição da precipitação mensal destes dois anos e a média mensal de 1998 a agosto de 2012, bem como a diferença percentual destes anos em relação à média do período todo. A estação úmida de 2011 apresentou um índice de precipitação de 18,5% superior à média dos últimos 15 anos, que representa 185 mm a mais de precipitação para a estação, porém observa-se que para os três primeiros meses deste ano a precipitação foi muito superior a média desta estação úmida (57,4% ou 255 mm no trimestre). No entanto, a estação úmida de 2012 mostrou-se mais seca que a média desta estação, sofrendo uma redução do índice pluviométrico de 18% ou 182 mm. Com exceção de outubro de 2011 todos os outros meses da estação úmida de 2012 tiveram suas intensidades diminuídas, cujas variações situaram-se entre 28,6% em novembro de 2011 a 12,1% em fevereiro de

4 Observa-se também que a forte chuva comum para a estação úmida incidiu somente no início da estação seca de 2012, conforme ressalta a Figura 3. Figura 2. Comparação entre os valores mensais da precipitação incidente no Bioma Pantanal nos anos de 2011 e 2012 e as médias mensais dos últimos 15 anos. Na Figura 3 constata-se que para maio e junho de 2012 ocorreram desvios positivos em relação à média dos últimos 15 anos para todo o Pantanal, sendo que os maiores índices de precipitação para o mês de maio, superiores a 90 mm da média climatológica, ocorreram praticamente em todo o Pantanal pertencente ao estado de Mato Grosso e ao norte do Pantanal do Mato Grosso do Sul. Para junho as maiores precipitações, desvios superiores a 60 mm da média, ocorreram a leste do Pantanal de MT e a norte, leste e sul do Pantanal de MS. No entanto, desde julho o Bioma Pantanal enfrenta uma forte estiagem com redução da precipitação em torno de 89% da média climatológica, percentual que representa 35,7 mm a menos de precipitação média dos meses de julho e agosto. Figura 3. Estratificação dos desvios da precipitação média mensal de 2012 em relação à média mensal do período de 1998 a 2012 para os meses de (a) maio (b) junho Na Figura 4 a precipitação média incidente na região que envolve o bioma é espacializada para as estações úmida e seca tanto para o período de 15 anos, quanto para os anos de 2011 e Através desta espacialização observa-se que em 2011 praticamente todo o Bioma Pantanal apresentou a distribuição da precipitação acima da média na estação úmida, cujos maiores índices pluviométricos incidiram nas regiões próximas ao planalto que o contorna. Na estação seca de 2011 observa-se que a redução da precipitação ocorreu em algumas regiões do bioma, como a oeste e próximo ao planalto (setores leste, nordeste e sudeste). Em relação à 2012 verifica-se que, com exceção do nordeste e sul do bioma, os índices de precipitação 7219

5 foram abaixo da média para a estação úmida, enquanto que para a estação seca a precipitação foi acima da média para praticamente toda a região, com índices superiores a 80 mm na região sul e nordeste do bioma. Estação úmida Estação seca Figura 4. Mapas de precipitação para as estações úmida e seca. Média anual de 1998 a 2012 para as estações úmidas (a) e seca (b); médias de 2011 para as estações úmidas (c) e seca (d); e médias de 2012 para as estações úmidas (e) e seca (f). 7220

6 A Figura 5 exibe os valores das áreas alagadas no bioma Pantanal para os anos hidrológicos (outubro a setembro do ano posterior) de 2000 a 2012 e os valores das precipitações acumuladas nestes anos hidrológicos, bem como aqueles referentes às estações úmidas e secas deste período. Verifica-se que há certa periodicidade no pulso de inundação do Pantanal e que a precipitação incidente na estação úmida explica 53% deste pulso, uma vez que a correlação entre a precipitação acumulada na estação chuvosa e a área alagada no período de 2000 a 2012 apresentaram uma correlação de 0,73, enquanto que a correlação com a precipitação total acumulada no ano hidrológico foi de 0,69. Os anos que apresentaram as maiores áreas alagadas foram 2000 e 2011, com extensões de aproximadamente 42% da área do Pantanal, enquanto que 2012 foi o ano com maior redução de área alagada, aproximadamente 81% ou km 2 em relação ao ano anterior, ou seja representa 7,9% da área deste bioma. A segunda maior redução da área alagada ocorreu em 2009, inundando 15,6% da área do Pantanal. Considerando que a área média alagada no período de 2000 a 2011 foi de km 2, verifica-se que, comparativamente a este período, 2012 apresentou uma redução de 75,2% da área média alagada do Pantanal. Figura 5. Área alagada anualmente para o período de 2000 a setembro de 2012 e médias anuais das precipitações acumuladas de 1999 a agosto de 2012 para cada ano hidrológico e para cada estação seca e úmida. As espacializações anuais das áreas alagadas do Pantanal para os anos de 2000 a setembro de 2012 são apresentadas na Figura 6. Nota-se o pulso de inundação interanual do Pantanal, sendo evidente a forte estiagem ocorrida no ano de 2012, onde boa parte da área alagada são regiões de inundação permanente do bioma. Também se observa a grande inundação ocorrida nos anos de 2000 e 2011 em toda a planície pantaneira, porém elas apresentaram padrões distintos, uma vez que em 2011 extensas áreas inundadas ocorreram ao sul do leque do Taquari e do Pantanal, enquanto que em 2000 extensas áreas alagadas ocorreram na região norte do leque do Taquari. O atraso ou a diminuição do índice de precipitação após a estação seca é uma parte essencial da explicação da inundação no ano subsequente, podendo contribuir como um sinal de alerta para a previsão de secas ou cheias severas no bioma. A análise da Figura 7 permite avaliar a defasagem das inundações decorrentes das cheias do rio Paraguai, uma vez que este rio costeia a parte oeste do Pantanal brasileiro. As áreas ao sul do Pantanal foram fortemente alagadas na estação seca de 2011 e, uma vez que a precipitação na estação seca de 2011 foi inferior ao volume de água precipitada em 2012, como mostra a Figura 4 e 5, e que em 2012 esta região apresentou poucas áreas alagadas, constata-se que a forte cheia na região sul do Pantanal em 2011 é decorrente do volume de águas provenientes da região norte deste rio e dos seus afluentes, principalmente os Rios Miranda, Aquidauana e Negro. Através da Figura 7 também se concluí que em 2012 as áreas alagadas ao Sul do bioma na estação úmida devem ser resquícios de áreas alagadas existentes 7221

7 Anais XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 13 a 18 de abril de 2013, INPE na estação seca de 2011, visto que as chuvas nesta região foram inferiores ao valor médio da estação úmida. Em geral, as áreas alagadas em 2012 são aquelas permanentemente alagadas. Figura 6. Mapas anuais de áreas alagadas para Pantanal de 2000 a setembro de Figura 7. Mapas das áreas alagadas para Pantanal de 2011 e de 2012 para as estações úmidas e secas. 4. Conclusão O movimento das águas forma a cada ciclo hidrológico paisagens diferentes, obrigando o Pantaneiro a se adaptar as diversidades surgidas a cada ano, visto que grande parte da sociedade da região vive da agropecuária e do turismo. 7222

8 O uso de imagens de satélites permite monitorar o regime de precipitação e o pulso de inundação do bioma Pantanal. Além disto, a espacialização dos índices de precipitação obtidas através do TRMM possibilita a identificação de áreas que poderiam sofrer maiores impactos devido ao stress provocado pelas chuvas, visto que 80,7% da precipitação anual incidente no Bioma Pantanal ocorrem na estação úmida, o que representa 1004 mm. Constatou-se que nos últimos 15 anos, os anos de 2011 e 2012 foram os que apresentaram as maiores variações na intensidade da precipitação, com aumento de 18,5% (185 mm) e redução de 18% (182 mm) na precipitação durante a estação úmida, respectivamente. Estes índices se refletiram no pulso de inundação, visto que os mesmos apresentaram as maiores e menores extensões de áreas alagadas, as quais representaram um aumento 31,2% e uma redução de 75,2% em relação à área média alagada no período de 2000 a Cabe ressaltar que o ano 2000 apresentou o valor de área alagada equivalente ao observado em Verificou-se que o comportamento pluviométrico no bioma Pantanal não foi proporcional à quantidade de área alagada, pois a precipitação incidente na estação úmida explica somente 53% deste pulso, portanto a precipitação incidente no bioma não explica totalmente a expansão ou redução da área inundada, a qual deve ser afetada pelas flutuações dos lençóis freáticos do Pantanal, bem como pela precipitação incidente no Planalto da Bacia do Alto Paraguai, região de origem dos principais rios do Pantanal. 5. Referências Bibliográficas Agência Fluvial de Cáceres. Disponível em: < Acesso em 08. Nov Ambiente Brasil. Pantanal Clima e Hidrografia. Disponível em: < natural/biomas/pantanal_-_clima_e_hidrografia.html>. Acesso em 07.Nov Cardozo, F. S.; Pereira, G.; Silva, G. B. S.; Silva, F. B.; Shimabukuro, Y. E.; Moraes, E. C.. Discriminação de áreas alagadas no Pantanal sul-matogrossense a partir de imagens orbitais. In: Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, 2009, Corumbá-MS. Anais do II Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, p , Collischonn, B; Collischonn, W; Allasia, D. Tucci, C. Estimativa de precipitação por sensoriamento remoto passivo: desempenho do satélite TRMM sobre a Bacia do Alto Paraguai até Descalvados. Revista Brasileira de Cartografia, v. 59, n. 01, Freitas, R, M.; Adami, M.; Sugawara, L. M.; Shimabukuro, Y. E.; Moreira, M. A. Dinâmica da resposta espectral de duas sub-regiôes do Pantanal Sul-Matogrossense. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (SBSR), 12, 2007, Florianópolis. Anais... São José dos Campos: INPE, Artigos, p CD-ROM, On-line. ISBN Disponível em: < /doc/ pdf> Acesso em: 05.nov Moraes, E. C.; Pereira, G.; Arai, E. Uso dos produtos EVI do sensor MODIS para a estimativa de áreas de alta variabilidade intra e interanual no bioma Pantanal. Geografia, v. 34, número especial, p , Paz, A. R. da ; Collischonn, W. ; Tucci, C. E. M. ; Padovani, C. R. Large-scale modelling of channel flow and floodplain inundation dynamics and its application to the Pantanal (Brazil). Hydrological Processes, v. 25, p , Pereira, G.; Moraes, E. C.; Arai, E.; Oliveira, L. G. L. Estudo preliminar da estimativa da reflectância e albedo de microssistemas pantaneiros a partir de imagens de satélite. Revista Brasileira de Cartografia, v. 59/01, p , Santos, J. S. dos; Pereira, G.; Shimabukuro, Y. E.; Rudorff, B. F. T. Identificação de áreas alagadas no Bioma Pantanal Brasil Utilizando dados multitemporais Terra/Modis. Geografia, v. 34, número especial, p ,

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