CAPÍTULO 6 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS DE DESENVOLVIMENTO

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1 6. CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS DE DESENVOLVIMENTO O presente capítulo apresenta as principais conclusões retiradas da investigação desenvolvida e identifica algumas lacunas e limitações do trabalho realizado que podem ser alvo de investigações futuras. Neste estudo analisou-se o desempenho de vários modelos de interpolação com vista ao mapeamento da distribuição espacial de 17 intervalos de totalização da precipitação (total anual, ano seco, ano húmido, médias mensais e máximas diárias anuais para períodos de retorno de 100 e de 2 anos). As técnicas de interpolação testadas foram: a interpolação polinomial; os polígonos de Thiessen; a triangulação; funções do inverso da distância; as thin plate splines; a krigagem ordinária; a regressão linear uni-variada; a regressão linear multi-variada; a krigagem com deriva externa e a cokrigagem. A avaliação do desempenho dos diversos modelos de interpolação testados foi desenvolvida a partir da técnica de validação cruzada e baseou-se: na comparação de diversas medidas de avaliação dos desvios de estimação produzidos por cada modelo; na confrontação de algumas estatísticas descritivas da precipitação estimada por cada modelo com as estatísticas equivalentes da precipitação observada; na análise dos desvios de estimação cometidos por cada modelo. Estas análises foram complementadas pela inspecção visual dos mapas produzidos através dos melhores modelos. Os resultados obtidos indicam que as técnicas multi-variadas permitem elaborar mapas de precipitação mais realistas do que os métodos de interpolação clássicos. No âmbito da interpolação multi-variada, verificou-se que as estimações de precipitação geradas com base no modelo altimétrico do território Continental 325

2 foram as mais fiáveis. Constatou-se também que os métodos de estimação que operam sobre vizinhanças móveis produzem estimativas de maior precisão do que as técnicas que utilizam a totalidade das observações disponíveis na produção de uma estimativa. Este facto é certamente devido à grande variabilidade espacial apresentada pelo fenómeno da pluviosidade no domínio considerado, que exige uma abordagem local com estimações realizadas em pequenas distâncias, onde apenas interajam as observações mais próximas. Comprovou-se igualmente, tal como alguns autores já o haviam demonstrado (Tabios e Salas, 1985; Philips et al., 1992; Goovaerts, 1999), que os métodos da família da krigagem, designadamente os que integram variáveis auxiliares, revelam melhor desempenho na estimação da precipitação do que as técnicas de estimação convencionais. Dos métodos avaliados, a técnica de krigagem que se baseia na altitude como deriva externa foi a que revelou melhor aptidão na modelação da variabilidade espacial dos 17 intervalos de totalização da precipitação analisados. Esta técnica foi desenvolvida sobre uma vizinhança móvel. Com ressalva para os valores mínimos, as estimativas de precipitação produzidas por krigagem utilizando a altitude como deriva externa, desviam-se muito pouco dos valores reais. Verificouse, contudo, que os valores mínimos das estimativas de precipitação obtidas sem recurso à técnica de validação cruzada não apresentam desvios tão significativos dos mínimos observados como os gerados através da técnica de validação cruzada. A má aptidão daquela técnica na estimação dos valores mínimos da precipitação observada deve-se ao facto de, no domínio espacial analisado, as observações mais reduzidas de precipitação estarem associados a zonas relativamente planas, onde a monitorização do fenómeno é deficitária. Na estimação da precipitação através da técnica de validação cruzada, a omissão de uma observação em áreas onde a densidade de postos é reduzida pode ocasionar erros de estimação elevados. Por outro lado, verificou-se que a associação linear existente entre a altitude e a precipitação é menos significativa em zonas de altitude reduzida. Muito embora tal tivesse sido desejado, a investigação desenvolvida não permitiu a integração de muitas das variáveis, inicialmente disponíveis ou produzidas no âmbito do estudo, nos modelos de estimação da precipitação. No que diz respeito às variáveis climáticas complementares à quantidade de precipitação, verificou-se que estas só estavam disponíveis para um número de postos que é bastante 326

3 inferior ao das observações de precipitação utilizadas, pelo que a sua aplicação na estimação da precipitação condiciona o rigor da interpolação desenvolvida e consequentemente a precisão dos mapas a criar. Para além de escassas, as variáveis climatológicas alternativas à precipitação apresentam uma distribuição espacial muito irregular. As estações climatológicas com um mínimo de trinta anos de observações para o período de referência adoptado não são mais abundantes na parte norte do território Continental, onde a grande variabilidade, quer da pluviosidade, quer do relevo, requerem uma maior densidade de amostragem do que nas áreas planas. Verificou-se igualmente que a utilização de variáveis auxiliares alternativas à altitude na modelação dos diversos intervalos de totalização da precipitação, dá origem a modelos cuja capacidade explicativa do fenómeno é sempre inferior à proporcionada pelos modelos que integram a altitude como variável auxiliar. Por outro lado, a inclusão de outras variáveis auxiliares, a par da altitude, na modelação da precipitação, revelou-se igualmente ineficaz porque prejudica a reprodução das principais estatísticas descritivas da precipitação observada e/ou causa problemas de colinearidade, que são devidos ao facto da maioria das variáveis auxiliares testadas estarem mais correlacionadas com a altitude do que com a precipitação. Uma vez que as estimativas produzidas pelos métodos de interpolação multivariados variam com a resolução espacial da informação auxiliar, as técnicas multivariadas foram testadas para vários níveis de detalhe das variáveis auxiliares. Constituiu por isso uma meta da investigação, a identificação da resolução espacial mais ajustada à produção de cada mapa de precipitação. Tendo em conta que a análise da estrutura fractal dos fenómenos possibilita, em muitos casos, identificar as escalas ou resoluções espaciais mais ajustadas à sua observação e análise, aspirou-se a que aquela abordagem pudesse auxiliar a identificar a resolução espacial mais adequada à criação de cada mapa de precipitação. Os resultados da análise fractal foram, contudo, pouco conclusivos, porque a configuração espacial das observações de precipitação determina que a distância mínima a partir da qual se pode analisar o comportamento fractal da precipitação seja de aproximadamente 6 km. Esta distância é muito superior à dimensão das células da resolução espacial de menor detalhe testada neste 327

4 estudo (1x1 km), o que inviabilizou a avaliação da dimensão fractal do fenómeno para as seis resoluções espaciais analisadas. Face ao exposto, a resolução espacial mais ajustada à produção de cada mapa de precipitação foi identificada através de uma metodologia que compara os desvios quadráticos de estimação da precipitação, obtidos por observação, para as diversas resoluções espaciais ensaiadas com a mesma técnica de interpolação. Esta metodologia revelou que a resolução espacial de 1000x1000 metros é, de entre as avaliadas, a mais adequada para cartografar 14 dos 17 intervalos de totalização da precipitação analisados, porque está associada a desvios quadráticos de estimação mais reduzidos. Para as precipitações relativas a ano húmido e aos meses de Janeiro e Dezembro, a metodologia desenvolvida mostrou que é necessário utilizar maior detalhe na modelação da variabilidade espacial dos fenómenos correspondentes. Os testes estatísticos desenvolvidos demonstraram, no entanto, que não são estatisticamente significativas as diferenças entre os desvios de estimação da precipitação associados às diversas resoluções espaciais testadas para a técnica de krigagem baseada na altitude como deriva externa. Esta conclusão é válida para todos os intervalos de totalização da precipitação estudados. Deste modo provou-se que na modelação da variabilidade espacial de cada intervalo de integração da precipitação, quando se emprega a variável auxiliar altitude a diferentes resoluções espaciais, através do método de krigagem com deriva externa, se obtêm diferenças entre as estimativas de precipitação geradas, que não são contudo estatisticamente significativas. Consequentemente, o método de krigagem baseado na altitude como deriva externa, pode ser indiferentemente aplicado a qualquer uma das seis resoluções espaciais testadas. A pesquisa de regiões com características pluviométricas afins constituiu outro objectivo do estudo. Com este tipo de análise, pretendeu-se caracterizar as regiões identificadas, com vista a um melhor entendimento da variabilidade espacial da precipitação. Pretendeu-se, simultaneamente, verificar se a aplicação de modelos de interpolação ajustados a cada região permitiria melhorar as estimativas de precipitação produzidas pelas técnicas e resoluções espaciais que tinham sido consideradas como as mais ajustadas à modelação de cada intervalo de integração da precipitação para todo o Continente. 328

5 Na subdivisão do domínio espacial em regiões homogéneas foi aplicada a análise de clusters. Esta análise foi inicialmente desenvolvida a partir dos 17 intervalos de totalização da precipitação estudados e das variáveis fisiográficas produzidas no âmbito do estudo. A resolução espacial das variáveis utilizadas na identificação das regiões foi a de menor detalhe: 1000x1000 metros. Os resultados obtidos indicaram que a inclusão das variáveis fisiográficas a par dos dados de precipitação não possibilita identificar regiões substancialmente diferentes das obtidas quando só se utilizam os dados de precipitação. A utilização das variáveis climáticas complementares à quantidade de precipitação também foi considerada desnecessária, uma vez que as classificações obtidas foram similares às produzidas a partir da utilização exclusiva de observações de precipitação. A pesquisa de regiões afins conduziu à identificação três regiões homogéneas que estão associadas a condições fisiográficas e quantitativos médios de precipitação diferenciados. Constatou-se que as três regiões homogéneas identificadas para Portugal Continental apresentam algumas analogias com as regiões bioclimáticas identificadas, em 1982, por uma equipa de investigadores do Centro de Estudos Geográficos da Faculdade de Letras de Lisboa (Alcoforado et al., 1993). Os resultados decorrentes da estimação baseada em modelos ajustados a cada região demonstraram que a subdivisão do domínio espacial em áreas homogéneas, do ponto de vista do fenómeno estudado, não contribui globalmente para aumentar a fiabilidade das estimativas, porque origina descontinuidades pronunciadas nas fronteiras entre regiões e aumenta de forma inaceitável o desvio padrão do erro de estimação da precipitação associado a uma das três regiões homogéneas identificadas. Um objectivo adicional da presente investigação centrou-se na avaliação das duas redes de monitorização adoptadas na estimação da precipitação, tendo em vista a formulação de uma proposta de reestruturação da rede de monitorização que se encontra actualmente em operação no território Continental. A investigação desenvolvida neste âmbito procurou avaliar se as redes de monitorização adoptadas reproduzem a diversidade geo-morfológica do território e se a distribuição espacial dos postos de monitorização da precipitação assegura uma cobertura equilibrada do fenómeno em todas as sub-regiões do domínio. Esta análise conduziu à identificação de zonas do território que denotam potencial 329

6 carência ou excesso de postos de monitorização da precipitação. Sendo desejável que a rede de monitorização em operação assegure reduzidas margens de erro na estimação da precipitação, as zonas anteriormente identificadas (com potencial carência ou excesso de postos de monitorização da precipitação) foram confrontadas com os locais de monitorização da precipitação actualmente existentes (ou previstos para o território Continental) e com as localizações onde o desvio padrão do erro cometido na estimação da precipitação foi considerado muito elevado. A proposta de reorganização da rede de monitorização de precipitação presentemente em operação no território Continental resultou da análise conjunta da informação mencionada. As medidas formuladas na proposta contemplam: a criação de novos postos; a reactivação de postos já extintos; a deslocação de postos já existentes para localizações pouco distantes dos actuais locais de implantação. Na análise desenvolvida, procurou-se afectar novos postos, ou deslocar postos já existentes, para as áreas que evidenciam um elevado desvio padrão do erro de estimação da precipitação e que simultaneamente apresentam características fisiográficas associadas a um potencial deficit de postos de monitorização da precipitação. Nesta análise, foram igualmente considerados os locais para os quais se tinham obtido elevados erros percentuais absolutos na estimação da precipitação através de validação cruzada. Considerando que a supressão de um posto neste locais prejudica a estimação desenvolvida com base na técnica de validação cruzada, tentou-se não só salvaguardar a sua existência, mas também reforçar a monitorização do fenómeno na vizinhança daqueles locais. No que diz respeito às áreas do território onde se verificou que a monitorização é excedentária, optou-se pela identificação de pares de postos cujo afastamento é igual ou inferior a 2 km. A análise desta informação permitirá às diversas entidades responsáveis decidir, ou não, sobre a necessidade de cessar alguns dos postos referidos. Um contributo suplementar para a caracterização da rede de monitorização de precipitação do território Continental baseou-se nas análises efectuadas com vista à selecção das séries de precipitação anual que viriam a ser posteriormente empregues na modelação da variabilidade espacial do fenómeno. 330

7 Dado que a selecção de séries de precipitação obriga normalmente à avaliação de múltiplos critérios, no presente estudo propôs-se a criação de um indicador da qualidade das séries de precipitação anual, que integra os principais parâmetros de avaliação analisados. O indicador de fiabilidade concebido permite avaliar a qualidade das séries de precipitação anual para determinado período de referência, constituindo por isso um instrumento valioso de apoio ao processo de selecção de séries de precipitação. O indicador proposto resulta da ponderação conjunta de cinco parâmetros usualmente adoptados para estudar as séries de precipitação anual: coeficiente de variação da série anual para o período de referência considerado; observações anuais em falta em cada série, no período de referência considerado; associação linear observada entre as séries de precipitação anual, no período de referência considerado; resultados dos sete testes não paramétricos aplicados para avaliar a aleatoriedade (a α=5%) das séries de precipitação anual disponíveis no período de referência considerado; avaliação do ensaio duplamente acumulado desenvolvido sobre cada série anual, para o período de referência considerado. De acordo com o indicador proposto, a grande maioria das séries anuais inicialmente apreciadas (86.4%) apresenta boa qualidade. A divulgação dos mapas de precipitação produzidos no âmbito do presente estudo constituiu um objectivo adicional da investigação levada a cabo. Neste sentido, foi desenvolvido um site na Internet que viabiliza a difusão dos mapas produzidos (três para a precipitação anual, doze para a precipitação mensal e dois para a precipitação máxima diária anual). Face aos resultados dos testes estatísticos desenvolvidos para avaliação das diferenças existentes entre os desvios de estimação da precipitação obtidos através da técnica de krigagem com deriva externa baseada na altitude a diversas resoluções espaciais, considerou-se que a resolução de 1000x1000 metros seria, de entre as testadas, a mais adequada para disponibilizar ao público os mapas de precipitação criados. 331

8 A concepção do site foi norteada pelo objectivo de satisfazer os utilizadores que não dispõem de software apropriado para visualizar ou inquirir os mapas disponibilizados. Deste modo, cada mapa é passível de visualização e interrogação on-line, podendo ainda ser transferido para o posto de trabalho do utilizador que o solicite, com vista a posteriores utilizações. Como já foi mencionado, a única carta de precipitação relativa ao território Continental que até à data se encontrava disponível em suporte digital corresponde a um mapa de isoietas em formato vectorial. Este tipo de representação inviabiliza a quantificação da precipitação associada a localizações específicas. A presente investigação possibilitou a criação de mapas em formato matricial, que são muito mais ajustados à caracterização da variabilidade espacial da precipitação. Com efeito, o trabalho desenvolvido permitiu, não só suprir as lacunas de informação actualizada com cobertura nacional verificadas neste domínio mas também, aumentar a variedade e a qualidade da cartografia disponível. Devido à inexistência de estudos que abordem do ponto de vista quantitativo, e para a totalidade do território Continental, grande parte das áreas investigadas no presente trabalho, não foi possível comparar a maioria dos resultados alcançados com os de investigações congéneres aplicadas ao Continente. Relativamente às estimativas de precipitação obtidas, procedeu-se à avaliação das principais diferenças (ainda que sem grande rigor devido à existência de modelos de dados e de níveis de detalhe muito distintos) entre o mapa desenvolvido para a precipitação total anual (1959/ /91) e o mapa de precipitação total anual ( ) que foi produzido pelo Serviço Meteorológico Nacional. Esta análise permitiu concluir que as estimativas de precipitação anual produzidas pelas duas fontes são semelhantes para quase metade do território. As diferenças mais notórias entre os dois mapas de repartição espacial da pluviosidade anual verificam-se nos intervalos de precipitação abaixo dos 600 mm e acima dos 1600 mm. Enquanto que a superfície do território Continental em que chove menos de 600 mm é maior no período , a área do país em que chove mais de 1600 mm é bastante superior no período 1959/ /91. Os resultados alcançados na estimação da variabilidade espacial dos 17 intervalos de totalização da precipitação podem ser considerados muito satisfatórios quando 332

9 comparados com os obtidos por investigações similares, desenvolvidas a nível internacional. Os desvios de estimação da precipitação produzidos no presente trabalho são bastante inferiores aos reportados na maioria das investigações conhecidas neste domínio (entre os inúmeras existentes destacam-se: Phillips et al., 1992; Hevesi et al., 1992a, 1992b; Abtew et al., 1993; Daly et al., 1994; Running et al., 1996; Prudhomme, 1999). Os erros percentuais absolutos médios (EAM%) obtidos através dos modelos seleccionados para estimar as precipitações anuais variam entre 9.3% (para a precipitação total anual) e 10.6% (para as precipitações em anos seco e húmido). Os erros percentuais absolutos médios cometidos na estimação das precipitações mensais variam entre 9.5% e 20.4%. Os erros percentuais absolutos médios associados aos modelos adoptados para estimar as precipitações máximas diárias anuais variam entre 11.5% e 13%. Os modelos seleccionados para estimar os diversos intervalos de integração da precipitação proporcionam explicações da variabilidade dos fenómenos a que se reportam, que variam entre 90% e 92% para as precipitações anuais, entre 90% e 93% para as precipitações mensais e entre 71% e 80% para as precipitações máximas diárias anuais. Os mapas desenvolvidos através do presente estudo quantificam a distribuição espacial da precipitação no território Continental. Esta informação é, como já se referiu, indispensável para o cálculo de balanços hídricos, para a estimação indirecta de caudais de ponta em cursos de água e para o desenvolvimento de estudo de recarga de aquíferos. A informação produzida é ainda essencial à modelação de diversos fenómenos ambientais, tais como a erosão hídrica do solo. Os métodos de estimação da precipitação seleccionados para quantificar a distribuição espacial da precipitação no território Continental são ainda úteis para o desenvolvimento de operações de downscaling, que são imprescindíveis a todos os que se dedicam ao estudo de modelos de circulação global. Neste sentido, os resultados deste estudo excedem largamente o âmbito da investigação levada a cabo. Os resultados obtidos através deste trabalho foram condicionados por diversos factores que importa agora realçar. No que diz respeito aos dados de precipitação, crê-se que as análises desenvolvidas poderiam ser melhoradas se o estudo integrasse séries de precipitação relativas a postos Espanhóis. No que diz respeito 333

10 às variáveis auxiliares utilizadas, quer nos modelos de estimação da precipitação, quer nas restantes análises, teria sido desejável que os modelos digitais do terreno adoptados abrangessem o território Espanhol. Por outro lado, os modelos digitais do terreno também poderiam ser beneficiados com a inclusão de informação altimétrica sobre os rios que, como já se referiu, não estava disponível no momento em que o trabalho foi iniciado. O facto da densidade de amostragem das variáveis climáticas fornecidas pelo Instituto de Meteorologia ser muito inferior à densidade dos postos de precipitação disponíveis constituiu outro aspecto limitativo do estudo, porque condicionou a inclusão daquelas variáveis nos modelos de estimação. A indisponibilidade de determinadas variáveis climáticas, tais como os quantitativos de precipitação associados a cada direcção do vento, pode também ter condicionado os resultados alcançados. A caracterização e a avaliação da rede de monitorização poderia, por exemplo, ser aperfeiçoada através da inclusão da informação sobre o regime de ventos húmidos dominantes. As dimensões das matrizes de dados obtidas para as resoluções espaciais de maior detalhe constituíram uma restrição adicional, na medida em que os recursos informáticos utilizados não permitiram a produção para o território Continental dos mapas de precipitação correspondentes. Acredita-se, no entanto, que a produção e o manuseamento de cartografia da distribuição espacial da precipitação tão detalhada só fará sentido para estudos de âmbito regional ou local. Apesar do detalhe conferido às diversas áreas abordadas neste estudo, destacamse, por fim, alguns aspectos que se entendem ser merecedores de uma investigação mais aprofundada ou mesmo mais alargada. A modelação da continuidade espacial da precipitação associada à região homogénea 3 (da Figura 5.89) constitui um dos aspectos a pormenorizar, através do ensaio de funções alternativas às testadas. Crê-se que tal permitirá identificar uma função teórica mais ajustada à modelação da continuidade espacial da precipitação nesta região. Outro aspecto que merece ser abordado é a validação indirecta dos quantitativos de precipitação estimados. Esta análise obriga à disponibilidade de variáveis externas com cobertura Continental (determinados tipos de coberto vegetal, por exemplo), que possam ser utilizadas para certificar a precipitação estimada. Não obstante tal ter sido ambicionado, a escassez de informação e/ou a sua baixa 334

11 fiabilidade para os fins em vista inviabilizaram, até ao momento, a realização deste tipo de análise. Em termos de desenvolvimentos futuros, perspectiva-se igualmente a aplicação da metodologia adoptada no mapeamento da distribuição espacial de intervalos de precipitação distintos dos analisados (precipitações com durações inferiores ao dia, por exemplo). Por outro lado, pretende-se que a informação de radar possa vir a ser utilizada como informação auxiliar na estimação da precipitação. A aplicação da metodologia adoptada na avaliação dos quantitativos precipitados sobre massas de água constitui outra área de actuação que se prevê poder abordar futuramente. As propostas para o prosseguimento da investigação desenvolvida são, finalmente, dirigidas para a modelação da variabilidade espacial de outras variáveis climáticas tais como a temperatura média do ar, cujo mapeamento urge actualizar. A metodologia adoptada pode ser facilmente aplicada a grande número de variáveis climáticas, possibilitando a inclusão de variáveis auxiliares diferentes das utilizadas. Por outro lado, grande parte das variáveis fisiográficas produzidas no âmbito do presente estudo pode ser utilizada na modelação de fenómenos alternativos ao estudado. 335

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