ANOMALIAS DA TSM DO ATLÂNTICO E PACÍFICO E SUAS INFLUÊNCIAS NAS CHUVAS DO CEARÁ

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1 ANOMALIAS DA TSM DO ATLÂNTICO E PACÍFICO E SUAS INFLUÊNCIAS NAS CHUVAS DO CEARÁ Alysson Daniel Ribeiro Gonçalves 1 & Arthur Jordan de Azevedo Toné 1 & Daniel Antonio Camelo Cid 1 & Felipe Viana Pimentel 1 & Franciso Ícaro Lopes da Silva 1 & Maria Patrícia Sales Castro 1 & Paula Nobre de Andrade 1 & Tyhago Aragão Dias 1 & Udinart Prata Rabelo 1 & Ticiana M. de Carvalho Studart 2 Resumo Esta pesquisa tem como objetivo avaliar a relação entre as precipitações no Estado do Ceará e as anomalias climáticas nas mudanças das temperaturas dos oceanos Pacífico e Atlântico (TSM na área do Niño 3.4 e o GRADM). Para a realização das análises foi necessário calcular a média climatológica do período de estudo na qual foi utilizada para se obter os desvios anuais de precipitação. Esses desvios foram calculados pela diferença entre a média climatológica e a precipitação total em cada ano. Os resultados mostram que existe uma forte relação entre a variabilidade de precipitação e as ocorrências das anomalias mensais de TSM. Eventos de El Niño favoreceram a ocorrência de desvios negativos de precipitação. Palavras-Chave TSM, GRADM, El Nino, Ceará ATLANTIC AND PACIFIC OCEANS SST ANOMALIES AND THEIR INFLUENCE ON CEARÁ STATE RAINFALL Abstract This research evaluates the relationship between Ceará annual precipitation and Pacific and Atlantic oceans SST anomalies (SST in the Niño 3.4 area and the Gradm). To carry out the analysis was necessary to calculate the climatological average of the study period, which was used to obtain the annual deviations of precipitation. These deviations were calculated as the difference between total and climatological average rainfall each year. The results show that there is a strong relationship between the variability of precipitation and the occurrence of the monthly anomalies of TSM. El Niño events favored the occurrence of negative deviation precipitation. Keywords SST, GRADM, El Niño, Ceará. 1 Mestrandos e Doutorandos em Recursos Hídricos na Universidade Federal do Ceará. aly.fox@hotmail.com, mej.arthur.jordan@gmail.com, danielcamelocid@gmail.com, felipimentel@gmail.com, icaro_lsp@hotmail.com, patricia.sales@gmail.com, paulanobreandrade@gmail.com, tyhago86@gmail.com, udinart@gmail.com. 2 Professora do Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental Universidade Federal do Ceará. Campus do Pici, Centro de Tecnologia, Bl. 713, Fortaleza, Ceará, Brasil, CEP , Fone: (85) , Fax:(85) ticiana@ufc.br XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 1. INTRODUÇÃO O estado do Ceará apresenta, em maior predominância de seu território, um clima semiárido, como solos pobres e secos, mostrando historicamente um cenário de escassez hídrica, prejudicando o desenvolvimento das atividades econômicas e sociais. Um dos fatores para essa carência de água está relacionado ao regime de chuvas local. A grande variabilidade anual e interanual da precipitação são características marcantes na Região Nordeste do Brasil (NEB) (Menezes et al ). Isso ocorre em decorrência dos fenômenos da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) e das frentes frias. Nobre e Melo (2001), ao citar Hastenrath, 1984, relatam que a variabilidade interanual da pluviometria na região Nordeste está associada a variações de padrões de Temperatura da Superfície do Mar (TSM) sobre os oceanos tropicais, os quais afetam a posição e a intensidade da Zona de Convergência Intertropical sobre o Oceano Atlântico. Logo, é possível perceber a forte variabilidade anual do estado do Ceará. Daí surge a importância de conhecer a quadra chuvosa e sua variabilidade interanual, verificando em quais meses há mais e menos índices de precipitação. A ZCIT é o fenômeno responsável pela ocorrência de chuvas na região norte do estado e atua com maior frequência nas chuvas durante os meses de março, abril e maio, denominando a estação chuvosa. Já as frentes frias provenientes do sul do Brasil, são os fenômenos que provocam chuvas na região sul do Ceará, geralmente nos meses de dezembro e janeiro, a conhecida pré-estação chuvosa. As frentes frias e as ondulações que vêm do leste são sistemas sinóticos de baixa previsibilidade, pois os fatores de suas origens não são bem conhecidos, já a ZCIT apresenta alta previsibilidade. A precipitação no estado do Ceará, embora com sua grande variabilidade temporal e espacial, pode-se afirmar que é dirigida principalmente pelos sistemas de circulação de grande escala El Niño, La Niña e Dipolo do Atlântico (Nóbrega et al 2000). As condições térmicas anômalas nos oceanos podem afetar o regime de chuvas do NEB e consequentemente o Ceará O presente trabalho está fundamento nas análises dos regimes de precipitação que ocorrem nas regiões do estado cearense. Desta feita, vai avaliar a relação entre as anomalias climáticas nas mudanças das temperaturas dos oceanos pacífico e atlântico e as precipitações no estado do Ceará. É importante relatar que a região do Sul do Ceará não está inclusa nas análises contidas neste trabalho, pois o sistema sinótico que atua sobre ela não é resultante do comportamento anômalo térmico dos oceanos, mas sim das frentes frias. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O Nordeste brasileiro (NEB), ainda que localizado em uma posição geográfica próxima à linha do Equador, apresenta clima característico de regiões semiáridas, com baixos índices pluviométricos (cerca de 800 mm/ano) e estações chuvosas definidas em poucos meses (STUDART, 2006). O Ceará, de maneira particular, possui 86,8% de sua região inserida no semiárido brasileiro (Figura 1), com estação chuvosa de janeiro a maio e estação seca de junho a dezembro, estando grande parte de seus rios sem água no segundo semestre do ano (PACTO DAS ÁGUAS, 2009). Além disso, as altas taxas de evaporação são características do estado, podendo chegar até a 2100 mm/ano (ANA, 2012; PACTO DAS ÁGUAS, 2009). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 Figura 1 Região semiárida cearense (IPECE, 2015) Dentre os fatores que contribuem para a irregularidade temporal e espacial das chuvas no Ceará, é possível citar a variabilidade climática existente nos Oceanos, de modo particular o Pacífico e o Atlântico, em conjunto com suas interações com a atmosfera. Para o Pacífico, a variabilidade preponderante e que tem impacto na circulação geral da atmosfera é o fenômeno do El Niño Oscilação Sul (ENOS) (LUCENA et al., 2010). Tal fenômeno caracteriza-se pela variação anômala da pressão atmosférica tropical em resposta ao aquecimento na temperatura das águas do leste do Pacífico. A modificação da circulação geral (Célula de Walker) causa movimentos anômalos descendentes em diferentes partes da atmosfera tropical que contribuem para a redução da precipitação no NEB (ALVES & REPELLI, 1992; ARAGÃO, 1998; STUDART, 2006). De fato, diferentes trabalhos atestam a relação entre o ENOS e a precipitação sazonal em tal região (ANDREOLI & KAYANO, 2007; ALVES & REPELLI, 1992; ROPELEWSKI & HALPERT, 1986). Sobre o Atlântico, tem-se o Gradiente Inter-Hemisférico ou Meridional da temperatura da superfície do mar (GRADM) e que também tem influência na precipitação sobre o NEB. Nesse caso, tal gradiente envolve variações na Temperatura da Superfície do Mar (TSM) e está associado a alterações no sistema de ventos alísios nos dois hemisférios do planeta em escala de tempo sazonal, interanual e decadal (LUCENA et al., 2010; MOURA & SHUKLA, 1981; WAINER et al., 2010). As variações decadais no Atlântico são bem definidas e tão intensas quanto às variações interanuais e são caracterizadas por anomalias na TSM de sinais opostos nas regiões norte e sul do Oceano ocasionando um gradiente térmico norte-sul e inter-hemisférico geralmente denominado Dipolo (HUANG & SHUKLA, 1997). O GRADM tem considerável influência no regime de chuvas do NEB (HUANG & SHUKLA, 1997; WAINER et al., 2010; WAINER & SOARES, 1997). Ele está correlacionado com o deslocamento meridional da Zona de Convergência Intertropical, principal causa da precipitação no norte do Nordeste Brasileiro (WAINER & SOARES, 1997; STUDART, 2006). Hastenrath& Heller (1977) evidenciaram que os anos de precipitação escassa no NEB estão relacionados com a ocorrência de GRADM positivo no Atlântico Tropical (valores das anomalias do TSM positivos ao XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 norte e negativos ao sul do equador), enquanto que nos anos de intensa precipitação tal comportamento é revertido. Além disso, os fenômenos do El Niño e da La Ninã corroboram para a ocorrência de anos secos e úmidos, respectivamente. Lucena et al. (2010) ainda observam que a resposta do regime de chuvas para região norte do NEB (em que o Ceará se insere) é mais sensível ao GRADM que aos eventos climáticos sobre o Pacífico (ENOS). Ao comparar alguns dados de suas pesquisas no NEB com dados de um modelo atmosférico da França referidos à plotagem da estação chuvosa de fevereiro a maio contra as anomalias de TSM nos oceanos Pacífico e Atlântico no período de 1970 a 1988, Aragão (1998) concluiu que os dois oceanos tem grande importância na determinação das anomalias de chuva no Nordeste, com maior interferência nos anos com excesso de precipitação. Segundo Ribeiro (2011) procura-se identificar as causas climáticas e os mecanismos do regime de chuva e vazão no NEB. Tais estudos são discutidos em Uvo et al. (200), Uvo & Graham (1998), Uvo et al. (1998), Marengo et al. (1998) e Xavier (2001). O estudo realizado por Souza Filho & Lall (2003) buscou solucionar a não linearidade e não normalidade das relações estatísticas para investigar a dependência da vazão com a TSM na região de interesse. Para tanto, fez a modificação necessária dos métodos clássicos de análise linear e multivariada (RIBEIRO, 2011). Vasconcelos Júnior (2014) analisou a variabilidade interanual da estação chuvosa (EST) e o impacto da Oscilação de Madden-Julian (OMJ) nos extremos de precipitação no norte do Nordeste do Brasil (nneb), buscando uma relação entre os regimes chuvosos e os modos de variabilidade climática de grande escala, além de identificar o efeito da OMJ sobre eventos extremos de precipitação. Assim, notou que a variabilidade temporal do início/fim da EST apresentou período entre 2 e 4 anos, o qual está associado ao efeito do ENOS. Em estudos realizados para a temperatura da superfície do mar, encontra-se resultados semelhantes aos encontrados por Souza Filho&Lall (2003), que mostra que há a maior correlação para as zonas de Niño 3.4 e região do Dipolo do Atlântico (RIBEIRO, 2011). 3. METODOLOGIA A Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos - FUNCEME, classifica o estado do Ceará em 8 macrorregiões climatologicamente homogêneas: Ibiapaba, Jaguaribana, Litoral Norte, Litoral de Fortaleza, Litoral do Pecém, Maciço de Baturité, Cariri, Sertão Central e Inhamus. No presente artigo para cada macrorregião foi escolhido um posto que possuísse a maior série histórica de registros pluviométricos. Neste trabalho, decidiu-se retirar a região do Cariri em função desta possuir sistema sinótico diferente das outras regiões do Estado, que apresentam no trimestre Março, Abril e Maio maior concentração de chuva. Os dados de cada macrorregião foram retirados do site Hidroweb da ANA. Na tabela 1 encontram-se: macrorregião, total de municípios, total de postos pluviométricos, o código e Nome do mesmo que possui maior quantidade de registros e período de observação, respectivamente. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 Tabela 1 Postos pluviométricos utilizados Macrorregião Total de Municípios Total de Postos Código do Posto Nome do Posto com Maior Série Histórica Período de observação Ibiapaba CROATÁ Jaguaribana JAGUARUANA Litoral Norte SOBRAL Litoral do PICI Fortaleza Litoral do SÃO LUÍS DO CURU Pecém Maciço de BATURITÉ Baturité Sertão Central e Inhamus QUIXERAMOBIM Os dados de chuvas foram analisados verificando-se a existência de falhas no registro. Os anos que possuíam alguma falha mensal foram retirados das análises para que não comprometessem o total anual observado. Foram utilizadas as anomalias mensais de TSM na área do Niño 3.4 e o GRADM, disponíveis no site National Weather Service Climate Prediction Center ( A série compreende valores de anomalias entre os anos de 1912 a As coordenadas geográficas dos preditores selecionados para o estudo encontram-se na Tabela 2: Tabela 2 Tabela de Anomalias: Anomalias Latitude Longitude Niño Norte a 5 Sul 120 Oeste a 170 Leste TSA 0 a 20 Sul 30 Oeste a 10 Leste TNA 5,5 Norte a 23,5 Norte 15 Oeste a 57,7 Oeste Para representar a TSM no clima presente foram obtidos junto ao International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set (ICOADS) dados de reconstrução estatística da TSM mensal (ERSST.V3B) para o período entre janeiro de 1854 e dezembro de 2014 através do site: Nessa reconstrução de alta frequência, as TSMs são obtidas pelo ajuste a um conjunto de modos espaciais, sendo usados também os dados de gelo marinho para melhorar os dados de altas latitudes, realizando melhor uma correção dos erros de viés, sedo dessa forma a melhor reconstrução oceânica disponível. Esses dados apresentam a TSM de todas as bacias oceânicas em uma grade de 2 x2, sendo utilizado apenas o mesmo período correspondente aos dados observacionais de precipitação de cada registro histórico. A partir desses registros foi calculado os índices de El Niño Oscilação Sul (ENOS), mais especificamente o El Niño 3.4 e Gradiente Inter-Hemisférico do Atlântico (GRADM), conforme a Tabela 2. Devido a caracterização da precipitação sobre a região ser muito influenciada pela ZCIT, foram verificadas as TSMs durante os meses de dezembro, janeiro e fevereiro (DJF) e sua influência na precipitação durante os meses climatologicamente propícios, ocorrido em março, abril e maio (MAM). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Foi calculada a correlação (R) entre a precipitação em cada um dos sítios pluviométricos com o ENOS e com o GRADM com o intuito de verificar a influência de cada bacia oceânica sobre as diferentes regiões. A significância dessas correlações foi calculada pelo método T-Student (t), que leva em consideração o tamanho da amostragem (n), sendo dada por: R n 2 t = 2 (1) 1 R Para este trabalho, uma análise comparativa foi realizada com os totais trimestrais calculados da série histórica de cada macrorregião com os valores do GRADM. Onde foram gerados gráficos com índices de anomalias e suas respectivas linhas de tendências para cada área do Oceano Pacífico e Atlântico. Também foram gerados gráficos para representar a média anual e a correlação para cada macrorregião estudada. 4. RESULTADOS E DISCURSSÃO Foram calculados os totais anuais de precipitação para cada posto. Destes totais, calcularamse média, desvio padrão e coeficiente de variação da série histórica. Na tabela 3 encontram-se esses resultados. A figura 2 apresenta gráfico dos totais anuais de cada posto. Tabela 3 - Média, desvio padrão e coeficiente de variação dos postos pluviométricos analisados. Croatá Pici Jaguaruana Baturité Quixeramobim São Luiz do Sobral Curú Media (mm) 625, ,58 738, ,31 754,46 936,63 828,66 Desvio Padrão 340,16 494,23 370,59 364,56 294,60 472,18 343,91 CV 0,54 0,35 0,50 0,34 0,39 0,50 0, Croatá Fortaleza Jaguaruana Maciço de Baturité Quixeramobim São Luiz do Curú Figura 2 Média anual observados nos postos pluviométricos analisados O posto Pici, localizado na Região Litoral de Fortaleza, apresentou o maior índice pluviométrico dos postos estudados, com 1421,58 mm, seguido do posto Baturité, localizado na região do Maciço de Baturité, com 1069,31 mm. O posto que apresentou menor média pluviométrica está localizado na região do Sertão Central e Inhamuns (posto Quixeramobim) com média anual de 754,46 mm. A Região da Ibiapada, posto Croatá, apresentou maior coeficiente de Sobral XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 variação dentre as regiões, CV igual 0,54, seguido por São Luiz do Curu (região do Pecém) e Jaguaruana (Região Jaguaribara), ambas com CV igual a 0,5. O posto do Baturité apresentou menor CV (0,34). Conforme apresentado na Tabela 4, as correlações dos índices de precipitação com os ENOS e os índices de precipitação com o GRADM entre as sete cidades representativas nas macrorregiões climatologicamente homogêneas apresentam correlações negativas, tanto para o Atlântico Tropical quanto para o Pacífico Equatorial. Isso demonstra que a precipitação é antifase com sistemas de ENOS, bem como GRADM. Tabela 4 Tabela de Correlações Fortaleza Quixeramobim Jaguaruana Croatá São Luiz do Curu Maciço de Baturite Sobral Número de Dados Correlação c/ ENSO Probabilidade Unicaudal Probabilidade Bicaudal Correlação c/ GRADM Probabilidade Unicaudal Probabilidade Bicaudal Todas as análises apresentam significância superior a 99%, com exceção da cidade de Croatá, devido ao baixo número de registros utilizados para análise (30 pontos). Contudo, apresentam o mesmo padrão para os demais setores do estado do Ceará. Os valores apresentados na Tabela 4 da correlação da precipitação com os ENOS e a correlação com o GRADM, embora tenha valores relativamente pequenos, para a climatologia, esses valores tem um impacto significante. Os resultados apresentados na probabilidade unicaudal e bicaudal demonstram a significância da correlação em erro percentual. A cidade de Croatá apresenta maior correlação com o ENOS demonstrado por um índice de -0,419 enquanto as cidades de Fortaleza, Quixeramobim, São Luiz do Curú e Maciço de Baturité tem maior correlação com os eventos ocorridos com o Atlântico. Cidades como Jaguaruana e Sobral demonstram sensibilidade significativa com as duas bacias oceânicas. Os resultados apresentam que o ENOS tem influência sobre a precipitação no Estado do Ceará, porém, as correlações com o GRADM são mais significativas, demonstrando que as TSMs do Atlântico, responsáveis pelo deslocamento meridional e setentrional da ZCIT é mais preponderante para os índices de precipitação em detrimento ao Pacífico. 5. CONCLUSÕES Os resultados sugerem que a climatologia do Ceará está intrinsicamente ligada à configuração de padrões oceânicos, que é um forte preditor à posição da ZCIT, a qual é o principal sistema de grande escala que força a precipitação na grande maior parte do Estado. É muito comum que as maiores precipitação acumuladas nos postos aconteçam no mesmo ano, pois todos têm o mesmo mecanismo de grande escala. Sendo assim, o estudo de padrões oceânicos se torna necessário para entendimento da climatologia do Estado. È importante ainda analisar qual a influência direta que essa variável, sozinha, tem, dado que o sistema climático é não linear e uma variável que provoca, sozinha, uma variação tão significativa necessita que seus padrões de flutuação sejam conhecidos. REFERENCIA ALVES, J. M. B., REPELLI, C.A. A variabilidade pluviométrica no setor Norte do Nordeste e os Eventos El Niño-Oscilação Sul (ENOS). Revista Brasileira de Metereologia, 1992 vol 7 (2), p XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 ANDREOLLI, R. V., KAYANO, M. T. (2007). Multi-escalas da variabilidade da temperatura da superfície do mar no atlântico tropical. INPE, São José dos Campos, SP. 12 p. ARAGÃO, JOSÉ ORIBE ROCHA DE. O impacto do ENSO e do Dipolo do Atlântico no Nordeste do Brasil. Bull. Inst. fr. études andines p HANSEN, J.E., R. et al. A closer look at United States and global surface temperature change. J. Geophys. Res., 106, doi: /2001jd HASTENRATH, S., HELLER, L. Dynamics of climatic hazards in Northeast Brazil. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, v.103, p , HIDROWEB SISTEMAS DE INFORMAÇÕES HIDROLÓGICAS. Dados Hidrológicos Séries Históricas. Disponível em < rq=false&tipoarq=1&seriehist=true> Acesso: 18 abril 2015 HUANG, B., SHUKLA, J., Characteristics of the Interannual and Decadal Variability in a General Ciculation Model of the tropical Atlantic Ocean. Center for Ocean-Land-Atmosphere Studies, Institute of Global Environment and Society, Inc. Calverton, Maryland INTERNACIONAL COMPREHENSIVE OCEAN-ATMOSPHERE DATA SET (ICOADS). NOAA extended reconstructed sea surfasse temperature (SST) V3b. Disponível em: < Acesso em: 20 maio 2015 LUCENA, D. B., SERVAIN, J., GOMES FILHO, M. F. (2010). Evolução do impacto de eventos climáticos extremos nos oceanos pacífico e atlântico sobre a estação chuvosa no nordeste do Brasil. In Clima do Atlântico Tropical e Impactos Sobre o Nordeste (CATIN). Org. Sevain, J., Campos, J. N. B., Martins, E. S. P. R., Reis Junior, D. R., 1ed., FUNCEME/IRD, Fortaleza - CE, v. 1, p MOURA, A. D., SHUKLA, J. (1981). On the Dynamics of Droughts in Northeast Brazil: Observations, Theory and Numerical Experiments with a General Circulation Model. CNPq/INPE NASA/GSFC. 23 p. NATIONAL WEATHER SERVICE CLIMATE PREDICTION CENTER. KAPLAN EXTENDED V2. Disponível em < Acesso em: 15 abril 2015 RIBEIRO, D. C. M.. Modelo de previsão de vazão aplicado ao nordeste brasileiro utilizando a informação climática para auxiliar a operação de hidrossistemas. Dissertação de Mestrado. DEHA, UFC, p. ROPELEWSKI, C.F., HALPERT, M. S. North American Precipitation and Temperature Patterns Associated with the El Niño/Southern Oscillation (ENSO). Climate Analysis Center/NMC/NWS/NOAA. Whashigton, DC STUDART, T. M. C. Hidrologia. Apostila didática. UFC, VASCONCELOS JÚNIOR, FRANCISCO DAS CHAGAS. Pré-estação chuvosa e a estação chuvosa do norte e do Nordeste brasileiro: aspectos interanuais, intrasazonais e extremos. Tese de Doutorado. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG), USP, p. WAINER, I., SERVAIN, J., CLAUZET, G. (2010). Is the decadal variability in the tropical atlantica precursor to the NAO. In Clima do Atlântico Tropical e Impactos Sobre o Nordeste (CATIN). Org. Sevain, J., Campos, J. N. B., Martins, E. S. P. R., Reis Junior, D. R., 1ed., FUNCEME/IRD, Fortaleza - CE, v. 1, p WAINER, I., SOARES, J. (1997). North northeast Brazil rainfall and is decadal-scale relationship to wind stress and sea surface temperature. In Geophysical Research Letters, vol 24, nº 3, p XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8