Distribuição espacial da precipitação média anual para o Estado da Bahia. Annual rainfall mean spatial distribution at Bahia State, Brazil

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1 Distribuição espacial da precipitação média anual para o Estado da Bahia Yasmine Soares Cardoso 1, Samuel de Assis Silva 2, Matheus Reis Lopes 3 1 Graduanda em Agronomia, Universidade Estadual de Santa Cruz, Departamento de Ciências Agrárias e Ambientais, Rod. Jorge Amado, Salobrinho, Ilhéus, BA, soares.yasmine@gmail.com 2 Prof. Assistente, Dr. Em Engenharia Agrícola, Universidade Estadual de Santa Cruz, Departamento de Ciências Agrárias e Ambientais, sasilva@uesc.br ³ Graduando em Agronomia, Universidade Estadual de Santa Cruz, Departamento de Ciências Agrárias e Ambientais, Rod. Jorge Amado, Salobrinho, Ilhéus, BA, matheus_lopes@outlook.com Resumo Atualmente as alterações ocorridas na precipitação pluviométrica e em suas características tem sido um fator preocupante para a população. Este trabalho teve por objetivo avaliar a variabilidade espacial da precipitação pluviométrica no Estado da Bahia com base nos valores das coordenadas geográficas das estações de medição. Foram utilizados os valores de precipitação pluvial levantados para 71 postos pluviométricos localizados na área do estado, avaliando-se a média mensal das séries históricas usadas. Os dados foram submetidos primeiramente à análise estatística clássica e depois foi realizada a modelagem da variabilidade espacial. Posteriormente se aplicou a análise geoestatística, sendo os dados submetidos a procedimentos de interpolação que estima valores sem tendência e com desvios mínimos em relação aos valores conhecidos. A utilização da geoestatística permitiu definir e, neste caso, quantificar a dependência espacial existente para os dados de precipitação pluviométrica no Estado da Bahia. Palavras-chave: variabilidade espacial; coordenadas geográficas; estações de medição. Annual rainfall mean spatial distribution at Bahia State, Brazil Abstract - Currently the changes in rainfall and their characteristics has been a worrying factor for the population. This study aimed to evaluate the spatial variability of rainfall in the State of Bahia, Brazil based in the values of the geographic coordinates of the measuring stations. We used rainfall values from 71 rain gauge stations located within the state area, evaluating the monthly average from the available time series. The data were first submitted to the classical statistical analysis and then the spatial variability modelled. Later, geostatistical analysis were applied, and the data submitted to interpolation procedures which estimates values without trend and with minimal deviations in relation to known values. The use of geostatistics enabled to define and quantify the existing spatial data dependence for rainfall in the state of Bahia. Key words: spatial variability; geographic coordinates; measurement stations. Introdução Atualmente as alterações ocorridas na precipitação pluviométrica e em suas características tem sido um fator preocupante para a sociedade. A chuva é um dos elementos climáticos mais diretamente relacionados à produção agrícola, devido ao seu caráter aleatório, aumentando, em consequência, os riscos na programação das atividades do setor agrícola (MELO JUNIOR et al., 2006). Sendo que sua distribuição é de maneira irregular tanto em escala temporal, como espacial. A obtenção da correta distribuição espacial para precipitação é relevante no planejamento agrícola, no que diz respeito à instalação de culturas e sua influência na agricultura (SANTOS, 2010). A quantificação das chuvas com intensidades superiores ao suporte do ambiente é importante no planejamento agrícola e ambiental para o correto dimensionamento das obras, tanto na construção civil quanto na conservação do solo (VIEIRA; CARVALHO, 2001). O estudo da variabilidade temporal da precipitação permite definir o grau de correlação temporal das amostras e tem mostrado ser uma poderosa ferramenta de aplicação prática, permitindo estimar precipitações com variância mínima (SILVA et al., 2003). O conhecimento da variabilidade da precipitação dá suporte a qualquer atividade econômica e limita os impactos dos distúrbios no ambiente físico e dimensões humanas correlatas (CANO; BRANDÃO, 2002). Para tal, a utilização de métodos de estatística espacial, associados a procedimentos de interpolação considerados não viezados, tem favorecido o entendimento do comportamento dos fenômenos nesses dois ambientes (tempo e espaço). III Simpósio de Geoestatística em Ciências Agrárias 1

2 O objetivo deste trabalho foi avaliar a variabilidade espacial e temporal da precipitação pluviométrica no Estado da Bahia a partir das coordenadas geográficas das estações de medição, utilizando-se métodos de estatística e geoestatística. Material e Métodos Foram utilizados os dados de precipitação pluvial de 24 horas expressas em altura de lâmina d água (mm), obtidas a partir de 71 postos pluviométricos da Agência Nacional de Águas (ANA) distribuídas por todo o território do Estado da Bahia. A seleção dos postos pluviométricos a serem utilizados seguiu o critério da consistência e disponibilidade de dados de séries históricas maiores ou iguais a uma normal climatológica (30 anos). Os dados foram obtidos à partir do sistema online da ANA, denominado HidroWeb, onde se encontra disponível, de forma gratuita, todo o banco de dados referente aos postos distribuídos pelo Estado da Bahia. Inicialmente os dados foram agrupados e determinado o valor da precipitação média mensal para cada posto localizado no Estado. Em seguida os valores de precipitação média mensal foram submetidos à uma análise estatística clássica para determinação das medidas de dispersão e tendência central. Foi definido também a normalidade dos dados através dos testes de Shapiro-Wilks ao nível de 5% de probabilidade. Essas análises estatísticas clássicas foram realizadas através do software Assistat. A modelagem da variabilidade espacial da precipitação foi realizada para os intervalos mensais de toda a série histórica, sendo apresentado no fim o variograma médio para o fenômeno. A definição do modelo de variabilidade foi realizada por meio de ajuste de variogramas clássicos de Matheron, tendo como base as pressuposições de estacionaridade da hipótese intrínseca. O variograma foi estimado pela Equação 1: N ( h) 1 ( h) [ z( xi ) z( xi h)] 2N( h) i 1 2 em que: ƴ*(h) é a semivariância para um vetor; N(h) é o número de pares experimentais de observações da precipitação ou erosividade Z(xi), Z(xi+h), separados por um vetor h. Na avaliação da variabilidade espacial, o vetor h foi representado pela distância física, em metros, entre os pares experimentais Z(xi). O ajuste dos modelos teóricos aos variogramas experimentais foi realizando utilizando o software geoestatísticos GS+. Foram determinados os coeficientes: efeito pepita (C 0 ), patamar (C 0 + C 1 ), variância estrutural (C 1 ) e alcance (a), parâmetros esses, fundamentais para a compreensão da estrutura da dependência espacial do fenômeno. Na escolha dos modelos foi utilizado o critério dos mínimos quadrados, optando-se na seleção por modelos com maior valor de R 2 (coeficiente de determinação), menor SQR (soma de quadrado dos resíduos) e maior valor do coeficiente de correlação obtido pelo método de validação cruzada. Após a aplicação da análise geoestatística os dados foram submetidos a procedimentos de interpolação para mapear a estrutura da dependência espacial da precipitação em todo o território do Estado da Bahia. A interpolação foi realizada através do interpolador geoestatístico da krigagem ordinária, que estima valores sem tendencia e com desvios mínimos em relação aos valores conhecidos, ou seja, com variância mínima. A interpolação foi realizada utilizando o software GS+ e os mapas contruídos no software Surfer. Resultados e Discussão As principais estatísticas da precipitação média mensal para o Estado da Bahia estão na Figura 1. A média e a mediana apresentaram-se distantes, indicando uma distribuição assimétrica dos dados, com maior concentração dos dados à esquerda em relação a uma curva de distribuição normal, conforme se contata no gráfico de caixas. Nesse gráfico se evidencia também a grande amplitude dos dados, o que já era de se esperar, visto que a variável em estudo apresenta grande variação em função das regiões de amostragens, conforme relatado por Silva e Lima (2011). Os dados de precipitação apresentaram distribuição platicúrtica, com afastamento significativo do valor de referência. Esta estatísticas indica um distanciamento dos dados da normalidade, o que foi confirmado pelo teste Shapiro-Wilk s (p 0,05). De acordo com Silva e Lima (2012) a normalidade dos dados só é uma exigência na geoestatística nos casos em que trabalhamos com métodos probabilísticos, o que não acontece nesse estudo. Cressie (1991) afirma que é conveniente, apenas, que a distribuição não apresente extremidades muito alongadas, o que poderia comprometer as análises. III Simpósio de Geoestatística em Ciências Agrárias 2

3 Média: 142,97 mm Mediana: 112,25 mm CV (%): 55,01 Cs: 0,35 Ck: -1,16 W: 0,9198* Precipitação Figura 1 Gráfico de caixa e estatística descritiva para a precipitação média mensal no Estado da Bahia. Na Figura 2, o variograma na análise geoestatística indica que a precipitação apresenta dependência espacial, ajustando-se às semivariâncias dessa variável o modelo esférico, com alcance de m. Em um estudo realizado por Carvalho e Assad (2005), no Estado de São Paulo, o modelo ajustado para a precipitação foi o esférico. Silva e Lima (2011) estudando a variabilidade espacial da precipitação no Estado do Espírito Santo também ajustaram modelo esférico aos dados de precipitação. Esse valores de alcance indicam que os pontos localizados numa área com raio menor ou igual ao alcance apresentam precipitações similares e estão espacialmente dependentes entre si, podendo estimar com maior precisão valores não medidos nessa área. Figura 2 Modelo e Parâmetros (C0; C0+C; a; R²; IDE, IRSS; R²VC) do variograma isotrópico para a precipitação média mensal no Estado da Bahia. Analisando o mapa temático da precipitação construído por krigagem ordinária, observa-se que os menores índices ocorrem em regiões específicas do estado, mas coincidentes com porções do agreste baiano. III Simpósio de Geoestatística em Ciências Agrárias 3

4 Figura 3 Mapa temático da precipitação pluviométrica no Estado da Bahia. A maior proporção do estado apresenta precipitação média mensal inferior a 200 mm. Braga et al. (1998) afirmam que o Estado da Bahia apresenta volumes de precipitação muito superiores aos demais estados nordestinos, o que tende a minimizar os efeitos das secas, não fosse os problemas de distribuição temporal de precipitação, as quais tendem a se concentrar em determinados meses em detrimento a outros. De acordo com esses autores, a região central do Estado, por exemplo, é altamente influenciada pela Chapada Diamantina que promove alternância entre localidades, porém precipitação média mensal ao redor de 110 a 150 mm. Os maiores índices de precipitação concentram-se na região litorânea do estado. Com valores superiores a 200 mm e até mesmo pequenas regiões com índices superiores a 300 mm. Esses valores podem ser atribuídos, entre outros fatores, à ação direta de massas de ar vinda do oceano, como acontece com massa tropical atlântica, que atua independente durante o verão e que no inverno encontra a única massa de ar frio atuante no Brasil, a massa polar atlântica, cujo encontro provoca frequentes chuvas frontais do litoral nordestino. Braga et al. (1998) afirmam que o Estado da Bahia, devido a sua posição geográfica, seu território é influenciado por sistemas atmosféricos de várias escalas, em diferentes épocas do ano, fazendo com que, haja significativa variação de precipitação ao longo do seu território. Conclusão A utilização da geoestatística permitiu definir e neste caso quantificar a dependência espacial existente para os dados de precipitação pluviométrica no Estado da Bahia, sendo capaz de determinar e expressar a continuidade espacial do fenômeno. A precipitação média mensal na maioria do estado não ultrapassou 200 mm sendo somente maior em regiões litorâneas. O levantamento de dados para análises pluviométricas não depende unicamente do número de postos pluviométricos e sim também distribuição deles ao longo da área a ser amostrada, além de que deve-se levar em consideração que os dados precisam conter 30 anos de séries históricas para serem tidos como confiáveis. Referências BRAGA, C.C., de MELO, M.L.D., MELO, E.C.S. Análise de agrupamento aplicada a distribuição da precipitação no Estado da Bahia. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 10, Brasília-DF. Anais... Sociedade Brasileira de Meteorologia. p , CANO, W.; BRANDÃO, C. A. (Coords). A Região Metropolitana de Campinas: urbanização, finanças e III Simpósio de Geoestatística em Ciências Agrárias 4

5 meio ambiente. Campinas:Unicamp, p. CARVALHO, J. R. P.; ASSAD, E. D. Análise espacial da precipitação pluviométrica no Estado de São Paulo: Comparação de métodos de interpolação. Engenharia Agrícola, v. 25, n. 2, p MELO JÚNIOR, J.C.F. de; SEDIYAMA, G.C.; FERREIRA, P.A.; LEAL, B.G.; MINUSI, R.B. Distribuição espacial da frequência de chuvas na região hidrográfica do Atlântico, Leste de Minas Gerais. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.10, n.2, p , SANTOS, W. O. Ajuste da evapotranspiração de referência estimada através de 10 métodos em Mossoró-RN à diferentes distribuições densidade de probabilidade f. Monografia (Graduação em Agronomia)- Universidade Federal Rural do Semi Árido (UFERSA), Mossoró-RN. SILVA, J. W.; GUIMARAES, E. C.; TAVARES, M. Variabilidade temporal da precipitação mensal e anual na estação climatológica de Uberaba-MG. Ciência e Agrotecnologia, v. 27, n. 03, p , maio/jun SILVA, S.A.; LIMA, J.S.S. Número de postos pluviométricos necessários para a estimativa da precipitação mensal no Estado do Espírito Santo, Brasil. Revista Brasileira de Meteorologia, v.26, n.4, p , SILVA, S.A.; LIMA, J.S.S. Multivariate analysis and geostatistics of the fertility of a humic rhodic hapludox under coffee cultivation. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 36, p , 2012 VIEIRA, S.R.; CARVALHO, J.R.P. de. Estudo da periodicidade temporal de chuvas em bacia hidrográfica dos Rios Turvo/Grande - uma proposta. Campinas: Embrapa Informática Agropecuária, p. (Documentos, 10). III Simpósio de Geoestatística em Ciências Agrárias 5