MONITORAMENTO DA OCORRÊNCIA DE SECA NO ESTADO DO CEARÁ PEDRO V. DE AZEVEDO 1 ALCIDES O. SILVA 2,
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1 MONITORAMENTO DA OCORRÊNCIA DE SECA NO ESTADO DO CEARÁ PEDRO V. DE AZEVEDO 1 ALCIDES O. SILVA 2, 1. Doutor em Agrometeorologa, Professor Assocado, Undade Acadêmca de Cêncas Atmosfércas, CTRN/ UFCG, Av. Aprígo Veloso, 882, Unverstáro, Campna Grande - PB, Fone: (83) , pvera@dca.ufcg.edu.br 2. Doutorando em Meteorologa da UFCG/CTRN/DCA, Campna Grande PB; Apresentado no XVII Congresso Braslero de Agrometeorologa 18 a 21 de Julho de 2011 SESC Centro de Tursmo de Guarapar, Guarapar - ES. RESUMO: Dados de pluvometra, temperatura do ar e capacdade de água dsponível do solo foram usadas na análse da freqüênca de ocorrênca de seca nas mesorregões Noroeste, Norte, Metropoltana, Sertões, Jaguarbe, Centro-Sul e Sul do Estado do Ceará. Os resultados evdencaram que o ISSP, ndependentemente da mesorregão analsada, subestmou a freqüênca de ocorrênca de secas no Estado. O ISSP dentfcou eventos extremos de umdade na mesorregão Norte e maores restrções hídrcas nas mesorregões Noroeste e Sertão. Durante anos de ocorrênca do fenômeno El Nño, tanto o ISSP quanto o ISBMM apresentaram elevado grau de acerto na dentfcação de eventos de seca, partcularmente para a mesorregão do Sertão. O ISSP mensal apresentou uma auto-regressão de prmera ordem altamente sgnfcatva (r 2 > 0,90). Palavras-chave: Índces de seca; Modelo auto-regressvo. TITLE: Monthly forecastng of occurrence of droughts n Ceará state ABSTRACT: Data of ranfall, ar temperature and sol water capacty were used for analyzng the occurrence of drought n the mesoregons of the Ceará state: Northeast, North, Metropoltan, Hnterlands, Jaguarbe, Central-South and South. The results showed that the PDSI, ndependently of the mesoregon analyzed, underestmated the droughts occurrence n Ceará state. The PDSI dentfed extreme humdty events n the North mesoregon and hgher water restrctons n the Northeast and Hnterlands mesoregons. For the years of El Nño both PDSI and MBMDI showed a hgher performance n the dentfcaton of drought events, partcularly n the hnterlands mesoregon. The monthly PDSI showed a frst order autoregresson hghly sgnfcant (r 2 > 0.90). Keywords: Drought ndexes, Auto-regresson model 1. INTRODUÇÃO Na busca por uma defnção a mas precsa possível de seca, város índces têm sdo desenvolvdos, objetvando quantfcar a magntude das secas. A maora desses índces tenta sumarzar nformações acerca das condções anormas de pluvometra e seus efetos potencas. Neste contexto, os índces de seca varam em grau de complexdade, desde uma smples medda de seca meteorológca, tal como os desvos de precptação em relação à normal clmatológca, até modelos paramétrcos de relação água-planta, os quas ncorporam as condções de umdade do solo e o manejo do uso da terra para áreas clmatologcamente homogêneas (ALLEY, 1985; Azevedo & Slva, 1994). Hstorcamente, a regão Nordeste do Brasl é afetada por grandes secas ou enchentes. Nessa regão, a ocorrênca de seca é regstrada com muta freqüênca, sobretudo na regão sem-árda, onde a méda pluvométrca anual é em geral muto baxa em relação à da evapotranspração. O Estado do Ceará está nserdo no setor norte do Nordeste do Brasl e apresenta grande parte de seu terrtóro stuado dentro da faxa de clma sem-árdo, o que proporcona a ocorrênca de secas com grande freqüênca em város níves de ntensdade e de dfícl montoramento e prognóstco. Nesse contexto, a presente pesqusa objetvou a análse da freqüênca de ocorrênca mensal de seca nas dferentes Mesorregões do Estado do Ceará. Materal e Métodos
2 Área de Estudo: O Estado do Ceará (lattudes: 2 e 8 S e longtudes: 37 e 42 W) é composto por 7 mesorregões: Noroeste, Norte, Metropoltana, Sertões, Jaguarbe, Centro-Sul e Sul. Dados: Neste trabalho foram utlzadas séres temporas de temperatura do ar (méda, mínma e máxma), precptação pluvométrca e capacdade de água dsponível do solo (CAD). Metodologa: Os coefcentes admensonas de Palmer ( α β, γ e δ ), foram obtdos por: ET R α = ; β = ; PE PR γ = RO RO PRO = S ' ; L δ = (1) PL Esses coefcentes foram utlzados no cálculo das condções clmatcamente apropradas: ET = α PE R = β PR ; ; RO = γ PRO ; L = δ PL (2) A precptação necessára para atender às demandas fo obtda como: P = ET + R + RO L (3) Com base na defcênca (d = P P ) e no índce de anomala de umdade (Z = dk), proposto por Palmer (1965), onde k é o fator de ponderação regonal, o índce de severdade de seca de Palmer (ISSP) fo então calculado pela equação: Z ISSP t = ISSP 1 + 0, 103 ISSP 1 (4) 3 O Índce de Seca de Bhalme e Mooley Modfcado (Azevedo & Slva, 1994; Fernandes et al., 2010), em função do índce de umdade (M k ) fo extraído do balanço hídrco: ( p ETP) M k = + R, onde R = ET r /ET p (5) ( p ETP) A ntensdade de seca do mês k é dada por: I k = M k d + ( 1+ c) k 1 Onde c e d são constantes obtdas através da reta de regressão. Modelo de prevsão do índce de seca Os valores mensas do índce de severdade de seca de Palmer (ISSP) foram autocorrelaconados através do modelo auto-regressvo de prmera ordem como segue: X µ + ρ X µ ε (7) ( )( x ) = x x Onde X é o valor de X no tempo ; µ x a méda de X; ρ x (1) o coefcente de correlação seral de prmera ordem; e ε +1 o erro de estmatva do modelo, com E(ε) = 0 e VAR(ε) = σ² ε. Resultados e Dscussão Mesorregão Noroeste a) Comportamento mensal do índce de seca O comportamento temporal mensal dos índces de severdade de seca de Palmer (ISSP) e de Bhalme e Mooley Modfcado (ISBMM) para a localdade de Carré é apresentado na Fgura 1a. Observou-se que, em alguns períodos, esses índces assumram valores postvos e negatvos de forma assmétrca. Essa assmetra entre os índces pode ser observada no período de março a junho de 1973, quando o ISSP apresentou condções de extrema umdade enquanto que o IBMM apresentou condções de seca extrema. De acordo com Sansgolo (2004) o comportamento destes dos índces é bem dstnto, pos eles têm fundamentos físcos dferentes, vsto que o ISSP, além da precptação anda nclu o balanço hídrco no solo. Já no período de 1977 a 1979, tanto o ISSP como o ISBMM apresentaram valores postvos, com valores superores do ISSP em relação àqueles do ISBMM, enquanto que no período de 1980 a 1983, tanto o ISSP como o ISBMM apresentaram condções de seca (valores negatvos) para esta localdade, novamente com o ISSP sobreestmando o ISBMM. O I (6)
3 ISSP alcançou condções de extremamente úmdo nos anos de 1985, 1990 e Nesse período, o ISBMM manteve-se alternando entre anos úmdos e secos. Apenas nos períodos de 1988 a 1990 e de 1994 a 2001, estes índces apresentaram concordânca. b) Modelo de prevsão do ISSP mensal A aplcação do modelo de auto-regressão de prmera ordem para Carré-CE, no o período de Jan/1977 a Dezembro/2002 (Fgura 1.b) ndca que ISSP x-1 explca aproxmadamente 90% da varabldade de ISSP x. Assm, a prevsão do valor mensal do índce de severdade de seca de Palmer (ISSP) pode ser obtda como ISSP x = 0,929*(ISSP x-1 ) + 0,227, com R 2 = 0,863. Desta forma, a prevsão do ISSP para Jan/2003 será de 1,55. Fgura 1 a) Comportamento dos valores mensas dos índces de seca IBMM e ISSP; b) Auto-regressão de prmera ordem para o índce de severdade de seca de Palmer (ISSP) mensal para a localdade de Carré - CE Mesorregão Norte a) Comportamento mensal do índce de seca O comportamento mensal do ISSP e do ISBMM, durante o período de 1973 a 2002 para Aracoaba é apresentado na Fgura 2.a. O ISBMM apresentou calores postvos durante todo período analsado, e o mesmo sobreestmou o ISSP na maor parte do anos, com exceção de alguns pcos regstrados nos anos de 1975, 1976, 1980, 1985, 1986, 2001 e Smlarmente ao ISBMM, o ISSP manteve-se postvo, porém, com ampltudes maores. b) Modelo de prevsão do ISSP mensal Na Fgura 2.b é observado o resultado da auto regressão, para a cdade de Aracoaba, baseada na teora de Markov. Nesta fgura fo perceptível a presença de correlção lnear postva entre os exo x (ISSP x-1 ) e exo y (ISSP x ), resultando no coefcente de determnação (r 2 ) gual a 0,92, explcando cerca de 92% da varabldade do ISSPx. Como resultado do modelo de regressão fo obtda a segunte equação da reta: ISSPx = 0,,9603*( ISSPx -1 ) + 0,1007. Logo, a prevsão do ISSP para o mês de janero de 2003 teve como valor 3.48, o que ndca condções de muta umdade para esta cdade. Fgura 2 a) Comportamento dos valores mensas dos índces de seca IBMM e ISSP; b) Auto-regressão de prmera ordem para o índce de severdade de seca de Palmer (ISSP) mensal para a localdade de Aracoaba-CE Mesorregão Metropoltana a) Comportamento mensal do índce de seca A Fgura 3.a mostra o comportamento mensal dos índces ISSP e ISBMM para o período de 1973 a Em geral, ambos os índces osclaram entre valores postvos e
4 negatvos, chegando a concdr cdr alguns pcos ao longo do período, apresentando uma classfcação bastante varada de umdade. No período compreenddo entre os anos de 1973 a 1976, observou-se que o ISSP apresentou valores varando de 3 a 4, enquanto que o ISBMM varou entre valores postvos s e negatvos, chegando a atrbur condções de seca moderada (ISBMM = 2). Autores como Yumro et al. (2010) já evdencaram que o ISSP geralmente é subestmado por outros índces de seca. O ISSP manteve-se postvo (ISSP 4,00) entre 2000 e 2001, sobreestmando o ISBMM, que apresentou comportamento smétrco. b) Modelo de prevsão do ISSP mensal A localdade de Fortaleza apresentou correlação postva (Fg. 3.b), com elevado ajustamento dos dados à reta (r 2 = 0,84), ou seja, ISSP x 1 explcando 84% do ISSP x. Para janero/2003, ISSP = 2,81, sendo essa localdade consderada como moderadamente úmda. Índces de seca ISSP ISBMM Fgura 3 a) Comportamento dos valores mensas dos índces de seca IBMM e ISSP; b) Auto-regressão de prmera ordem para o índce de severdade erdade de seca de Palmer (ISSP) mensal para a localdade de Fortaleza CE Mesorregão Sertão a) Comportamento mensal do índce de seca Fgura 4.a apresenta o comportamento mensal dos índces ISSP e ISBMM durante o período de 1973 a 2002 em Boa Vagem. Ambos os índces apresentaram um comportamento smétrco, com o ISSP sempree postvo e, na maor dos anos, sobreestmando o ISBMM. Entre 1984 e 1991, exceto o ano de 1988, o ISSP evdencou condções de umdade extrema. b) Modelo de prevsão do ISSP mensal Na Fgura 4.b é apresentado o modelo de rgressão para Boa Vagem. Observa-se uma correlação postva, com r 2 > 0,92 garantndo um ajuste bastante elevado dos dados ao modelo de regressão, através da equação: ISSP x = 0,9638*( ISSP x 1 ) + 0,1097, com ISSP = 0,78 (condções de umdade aproxmadamente normal) para janero de Índces de seca ISSP ISBMM Fgura 4.a) - Comportamento dos valores mensas dos índces de seca IBMM e ISSP; b) Auto-regressão de prmera ordem do índce de severdade de seca de Palmer (ISSP) mensal para a localdade de Boa Vagem CE Mesorregão Jaguarbe a) Comportamento mensal do índce de seca Na Fgura 5.a é observado o comportamento mensal dos índces ISSP e ISBMM para Iracema. Em geral verfca-see um comportamento smétrco ao longo do período analsado. Percebe-se que, na maora dos anos, o ISSP sobreestmou o ISBMM, porém em períodos dstntos fo observado um comportamento nverso. Entre 1973 e níco de 1976, os índces analsados mostraram-se se postvos, ndcando não haver restrção hídrca nessa localdade. Em
5 1976 (ano de El Nño), o ISSP manteve-se postvo enquanto que ISBMM manteve-se negatvo, mas com condções de umdade aproxmadamente normal. O período de 1982 a 1984 fo marcado por decréscmo do ISSP e aumento do ISBMM. Nos anos de 1997 e 1998, foram observadas pequenas restrções hídrcas (El Nño), enquanto que em 1999, ambos os índces apresentaram-se postvos, devdo à ocorrênca de evento La Nña. b) Modelo de prevsão do ISSP mensal O modelo de prevsão do ISSP mensal para Iracema é apresentado na Fgura 5.b. Observa-se uma correlação postva com r 2 explcando 88% da varação de ISSP x. A partr da equação: ISSP x = 0,9371*( ISSP x 1 ) + 0,1538, a prevsão do ISSP para jenero/2003 gual a 1,85, caracterzando uma condção lgeramente úmda. Nesse mês, o total pluvométrco observado não ultrapassou a 10 mm/mês, sendo janero e março, os meses mas chuvosos. Fgura 5 a) Comportamento dos valores mensas dos índces de seca IBMM e ISSP; b) Auto-regressão de prmera ordem para o índce de severdade de seca de Palmer (ISSP) mensal para a localdade de Iracema CE Mesorregão Centro-Sul a) Comportamento mensal do índce de seca O comportamento mensal dos índces ISSP e ISBMM para Iguatú é apresentado na Fgura 5.a. Em geral, esses índces apresentaram comportamentos smlaress aos observados na mesorregão Jaguarbe, ou seja, ISSP postvo na maora dos anos e ISBMM osclando entre valores postvos e negatvos. Stuação semelhante fo observada no período de 1994 a De acordo com o ISSP, os anos mas secos foram 1975, 1983, 1984, 1987, 1988, 1989 e b) Modelo de prevsão do ISSP mensal O modelo de prevsão do ISSP para a localdade de Iguatú apresentou uma correlação lnear postva, na qual o coefcente de determnação (r 2 ) explcou aproxmadamente 83% da varabldade do ISSP. Como resultado, o valor do ISSP para o mês de janero de 2003, fo de 2,69, ndcando condções moderadamente úmdas para esse local. Fgura 6 a) Comportamento dos valores mensas dos índces de seca IBMM e ISSP; b) Auto-regressão de prmera ordem para o índce de severdade de seca de Palmer (ISSP) mensal para a localdade de Iguatú CE Mesorregão Sul (Carr) a) Comportamento mensal do índce de seca O comportamento mensal dos índces ISSP e ISBMM para Brejo Santo, durante o período de 1973 a 2002 é apresentado ma Fgura 7.a. De acordo com o ISSP, não foram observados períodos secos nesta localdade. Ao contráro. o ISBMM osclou entre condções extremamente úmdas e períodos de seca severa. Observou-se que os dos índces apresentaram pcos de mesma magntude, ndcando eventos de umdade extrema nos anos de 1973, 1974, 1975, 1979 e Esta mesma classfcação também fo
6 observada nos anos de 1981, 1985, 1986, 1988, 1990, 1997 e no ano de 2002, entretanto percebeu-se que nestes anos o ISSP sobreestmou os valores do ISBMM. b) Modelo de prevsão do ISSP mensal A Fgura 7.b evdenca a aplcação do modelo de auto-regressão de prmera ordem para a localdade de Brejo Santo, para o período analsado. O coefcente de determnação (r 2 = 0,82) explca 82% da varabldade de ISSPx, ou seja, ISSPx = 0,9041*( (ISSPx-1) + 0,3531, com prevsão do ISSP = 3,83 para o mês de janero de Fgura 7: a) - Comportamento dos valores mensas dos índces de seca IBMM e ISSP; b Auto-regressão de prmera ordem para o índce de severdade de seca de Palmer (ISSP) mensal para Brejo dos Santos CE CONCLUSÕES Com base nos resultados obtdos, pode-se conclur que: 1. Independentemente da mesorregão analsada, o índce de severdade da seca de Palmer (ISSP) subestma a freqüênca de ocorrêncas de secas no estado do Ceará. Entretanto, o ISSP estabelece melhor os períodos de umdade extrema no estado, evdencando o seu bom desempenho no montoramento de eventos chuvosos; 2. O índce de Bhalme & Mooley Modfcado (ISBMM) mostrou-se mas sensível às varações de umdade no solo, com bom desempenho na dentfcação de períodos secos e úmdos e do grau de severdade de seca; 3. Durante os anos de ocorrênca do fenômeno El Nño, tanto o ISSP quanto o ISBMM apresentam elevado grau de acerto na dentfcação de eventos de seca, partcularmente para a mesorregão do Sertão; 4. Os valores mensas do ISSP para todas as mesorregões do Estado do Ceará apresentam uma auto-regressção de prmera ordem altamente sgnfcatva (r 2 > 0,90). 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA ALLEY, W. M. The Palmer Drought Severty Index as a Measure of Hydrologc Drought, Water Resources Bulletn, 21(1), AZEVEDO, P. V.; SILVA, V. P. R. Índce de seca para a mcrorregão do agreste da Borborema no Estado da Paraíba. Revsta Braslera de Meteorologa, 9(1): 66-72, FERNANDES, D. S.; HEINEMANN, A. B.; PAZ, R. L. F.; AMORIM, A. O. Desempenho de índces quanttatvos de seca na estmatva da produtvdade de arroz de terras altas. Pesqusa Agropecuára Braslera, v.45, n.8, p , SANSIGOLO, C. A. Análse comparatva do desempenho dos índces de seca de Palmer (ISSP) e da precptação normalzada (SPI) em Praccaba, SP ( ). Ro de Janero- RJ. Revsta Braslera de Meteorologa, v.19, n.3, , PALMER, W. C. Meteorologcal drought. Washngton, (US Weather Bureau Res. Nº 45). 58p, YUMIKO, M.; ANUNCIAÇÃO, T.; ANDRÉ, R. G. B. Regonalzação do Índce de Severdade de Seca de Palmer para o Estado do Ro de Janero. In: XVI CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, Belém do Pará. Anas
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