TENDÊNCIAS DOS PARÂMETROS HIDRO-CLIMÁTICOS NO RIO PARAÍBA DO SUL

Transcrição

1 TENDÊNCIAS DOS PARÂMETROS HIDRO-CLIMÁTICOS NO RIO PARAÍBA DO SUL Gabriele Ripoli Faculdade de Engenharia Ambiental CEATEC Denise Helena Lombardo Ferreira Modelagem Matemática CEATEC Resumo: O trabalho apresentado busca utilizar modelos matemáticos e estatísticos para compreender a evolução de parâmetros hidro-climáticos das regiões do rio Paraíba do Sul. O percurso atravessado por este rio é importante, pois ele passa pela região sócio-econômica do Vale do Paraíba, tendo como principais atividades econômicas os setores industrial e de agropecuária. O curso desse rio é marcado por diversas represas, destinadas à provisão de água e eletricidade para as populações da própria bacia e também da região metropolitana do Rio de Janeiro. Para isso foram empregados informações e dados relativos às temperaturas e precipitações, obtidos a partir do Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa e dados de vazões de rios, obtidos a partir da Agência Nacional de Águas. Estes parâmetros foram relacionados com a construção de barragens, visando contribuir para uma reflexão a respeito dos impactos ambientais em diversos setores da sociedade e buscar a constituição de elementos que promovam a conservação e a preservação ambiental. Palavras-chave: Variáveis climáticas, Vazão, Testes estatísticos. Área do Conhecimento: Ciências Exatas e da Terra Matemática. 1. INTRODUÇÃO O modelo de consumo e desenvolvimento das sociedades ricas, baseado em uma economia de mercado desenfreada, vem a cada dia agredindo o meio ambiente, podendo gerar sérias consequências para as próximas gerações. No entendimento de [1], a vida moderna tem sido movida a custa de recursos esgotáveis que levaram milhões de anos para se formar, pois o avanço da tecnologia tem aumentado a interferência do homem sobre o meio ambiente de modo avassalador. O clima é considerado como elemento condicionador da dinâmica do meio ambiente, pois exerce influência direta nos processos tanto de ordem física quanto biológica, assim como na sociedade de um modo geral, visto que constitui num recurso essencial para a vida e para as atividades humanas [2]. A possibilidade de mudanças climáticas nos regimes de temperatura e precipitação pluviométrica é frequentemente apontada pela interferência do homem no meio ambiente, especialmente devido aos grandes desmatamentos e queimadas [3], além da crescente urbanização sem planejamento adequado que vem ocorrendo nas últimas décadas [4]. Atualmente, reconhece-se que várias mudanças climáticas globais ocorreram ao longo da história evolutiva planetária, induzindo, consequentemente, novas organizações nos ecossistemas. Estudos demonstram a relação entre o aquecimento atmosférico, as mudanças climáticas globais e seus efeitos na distribuição dos ecossistemas, levando a profundas alterações na atual composição da biodiversidade. Com o aquecimento global, em um futuro próximo, esperase um cenário de clima mais extremo com ocorrências mais frequentes de secas, inundações, tempestades tropicais e ondas de calor [5]. Tendo em vista que a Matemática e a Estatística podem ser usadas para auxiliar em tomadas de decisão mais objetivas e coerentes, parece oportuno aplicar essas ferramentas no estudo das questões ambientais. Neste contexto, o trabalho buscou utilizar modelos matemáticos e estatísticos para compreender a evolução de parâmetros hidro-climáticos das regiões do rio Paraíba do Sul. O percurso atravessado por este rio é importante, pois ele passa pela região sócioeconômica do Vale do Paraíba, tendo como principais atividades econômicas os setores industrial e de agropecuária. O curso desse rio é marcado por diversas represas, destinadas à provisão de água e eletricidade para as populações da própria bacia e também da região metropolitana do Rio de Janeiro.

2 2. METODOLOGIA O rio Paraíba do sul banha os estados de São Paulo, Rio de Janeiro e Minas Gerais (Figura 1) e atravessa a região socioeconômica do Vale do Paraíba, tornando-se o rio mais importante do estado do Rio de Janeiro. Tabela 1. Localização das estações de medição de vazão, temperatura e precipitação. Figura 1. Localização da bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul (Região Sudeste). O rio recebe o nome de rio Paraitinga em sua nascente, que se encontra em São Paulo na serra do Bocaína, e percorre km até sua foz em Atafona (São João da Barra), no norte fluminense. Os principais afluentes do rio Paraíba do Sul são: Jaguari, Buquira, Paraíbuna, Piabanha, Pomba e Muriaé. Os rios Pomba e Muriaé são os maiores e desaguam a 140 e 50 quilômetros, respectivamente da foz. A partir da Agência Nacional de Águas [6] e do Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa [7] foi possível obter uma base de dados relacionados à vazão, temperatura média e precipitação para vários municípios do estado de São Paulo, Rio de Janeiro e Minas Gerais. Após o levantamento e a organização dos dados, foram construídos modelos matemáticos e estatísticos empregando o programa computacional Microsoft Excel. O objetivo foi o de identificar e mapear a evolução das temperaturas, precipitações e vazões das localidades indicadas na Tabela 1. Para as análises estatísticas citadas anteriormente foram empregados os métodos de regressão linear por meio das médias móveis e das suavizações e testes não paramétricos, em particular os de Mann- Kendall [8], Pettitt [9] e Run [10]. 3. RESULTADOS FINAIS A partir dos dados coletados foram realizados testes estatísticos para médias anuais, para cada estação do ano: verão (Dezembro, Janeiro e Fevereiro), outono (Março, Abril e Maio), inverno (Junho, Julho e Agosto), primavera (Setembro, Outubro e Novembro), e Junho e Dezembro, separadamente. A partir dos dados obtidos foram feitos cálculos das médias móveis e suavizações para ajuste da linha de tendência e a análise de regressão linear para os dados de temperatura, precipitação e vazão. Por meio desse procedimento, com o uso do Excel, constituíram-se tabelas para cada período do ano com valores do coeficiente, do valor da esta- 2 tística do R-quadrado ( R ) e do intervalo de confiança 95% de cada grandeza para cada cidade considerada. A análise da tendência por meio da regressão linear das médias móveis e suavizações, utilizando o coeficiente da reta ajustada e a validade dos testes não paramétricos empregados podem indicar se a tendência é real. Algumas séries temporais apresentaram o coeficiente positivo da reta de regressão, de-

3 monstrando crescimento. Este fato ocorreu por e- xemplo para a temperatura média de São Paulo-SP (Figura 2). valor obtido para Z estiver fora dos níveis de significância de 5% ( 1,96 a +1,96) e 10% ( 1,65 a +1,65), confirma-se a presença de uma tendência, e, se o mesmo estiver dentro dos intervalos estabelecidos, indica a inexistência de tendência. Em alguns casos os três testes não paramétricos acusaram tendência, como por exemplo, os testes realizados para temperatura em Viçosa-MG no mês de dezembro (Figura 4). Figura 2. Evolução da temperatura média de São Paulo, com a média móvel dos dados e suavização, no intervalo de tempo de anos ( ) (Em azul as médias anuais de temperatura média, em vermelho as médias móveis anuais e em "x" a suavização). Outras séries por sua vez apresentaram o coeficiente da reta de regressão negativo, demonstrando decrescimento. Por exemplo a temperatura anual de Juiz de Fora/MG (Figura 3). Figure 4. Gráfico do teste de Man-Kendall com cruzamentos das curvas estatísticas U(tn) e U*(tn) dentro dos intervalos de confiança (acima). Gráfico do teste de Pettitt válido (abaixo). Figura 3. Evolução da temperatura anual de Juiz de Fora/MG, com a média móvel dos dados e suavização, no intervalo de tempo de anos ( ) (Em azul as médias anuais de temperatura, em vermelho as médias móveis anuais e em "x" a suavização). Os comportamentos dos dados usando os testes estatísticos de Mann-Kendall e Pettitt são apresentados como dentro ou fora dos intervalos de confiança, isto é, a tendência se confirma dentro dos limites críticos dos intervalos de confiança bilateral (dentro), ou não se confirma (fora). Também são apresentados os valores obtidos no teste Run, para o qual, se o Na Figura 4 observa-se que o teste de Mann-Kendall (acima) mostra a existência de uma tendência, e no teste de Pettitt (abaixo) há uma mudança brusca e o cruzamento com o intervalo de confiança. Portanto, pode-se confirmar que há uma tendência no crescimento da precipitação. O valor de Z para a série história estudada foi de - 3,251, estando fora do intervalo de 5% ( 1,96 a +1,96) e 10% ( 1,65 a +1,65), confirmando-se assim novamente a presença de uma tendência. Em outros casos, apenas um teste não paramétrico não acusou tendência. É o que se verifica para os testes de precipitação em São Paulo-SP (Figura 5) no período de Setembro-Outubro-Novembro.

4 e a variável que apresentou tendência mais significativa foi a temperatura. O estudo do rio Paraíba do Sul possibilitou entender a dimensão de sua extensão e sua grande utilidade, bem como os problemas ambientais que ele sofre. Além disso, a pesquisa realizada proporcionou melhor compreensão das ferramentas estatísticas e computacionais, mais especificamente, a planilha Excel, e melhor entendimento dos parâmetros climáticos e hidrológicos. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à PROPESQ da PUC- Campinas pela bolsa FAPIC/Reitoria concedida. Figura 5. Gráfico do teste de Man-Kendall com cruzamentos das curvas estatísticas U(tn) e U*(tn) dentro dos intervalos de confiança (acima). Gráfico do teste de Pettitt inválido (abaixo). Na Figura 5 pode-se observar que o teste de Mann- Kendall (acima) aparenta a existência de uma tendência, mas no teste de Pettitt (abaixo) não há uma mudança brusca significativa, nem o cruzamento com o intervalo de confiança, com isso não se pode confirmar que há uma tendência de crescimento da precipitação em São Paulo-SP. Para o teste Run, o valor de Z obtido foi 0,857 estando assim dentro dos níveis de significância de 5% ( 1,96 a +1,96) e 10% ( 1,65 a +1,65) confirmando mais uma vez a ausência de uma tendência. Já em outras análises, nenhum dos testes não paramétricos acusou tendência. 4. CONCLUSÕES No presente trabalho foi abordada grande quantidade de dados de temperatura, precipitação e vazão dos estados de São Paulo, Rio de Janeiro e Minas Gerais (banhados pelo rio Paraíba do Sul). As cidades selecionadas foram aquelas com séries históricas em maior quantidade de dados a fim de obter resultados mais precisos. As tendências obtidas para os testes das médias a- nual, trimestral, para Dezembro e Junho, demonstraram se equilibradas entre crescente e decrescente, REFERÊNCIAS [1] Maio, L. Energias renováveis (2006). Disponível < rgias.htm>. Acesso 12 set [2] Christofoletti, A. (1993). Implicações climáticas relacionadas com as mudanças climáticas globais. Boletim de Geografia Teorética. Rio Claro, v. 23, n.45-46, p [3] Serra Filho, R.; Cavalli, A. C.; Guillaumon, J. R.; Chiarini, J. V.; Nogueira, F. P.; Ivancko, C. M. A. M.; Barbieri, J. L.; Donizeli, P.L.; Coelho, A. G. S.; Bittencourt, I. (1975). Levantamento da cobertura vegetal natural e do reflorestamento no Estado de São Paulo. Boletim Técnico do Instituto Florestal, v.11, p [4] Karl, T. R.; Diaz, H. F.; Kukla, G. (1988). Urbanization: its detection and effect in the United States climate record. Journal of Climate, v.1 n.11, p [5] Salati, E.; Santos, A. A. dos; Nobre, C. (2013). As mudanças climáticas globais e seus efeitos nos ecossistemas brasileiros. Disponível < Acesso 12 set [6] ANA. Agência Nacional de Águas. (2013). Disponível < Acesso 20 jan [7] BDMEP-Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa do INMET (2013). Disponível < a/>. Acesso em 10 dez 2013.

5 [8] Sneyers, R.; Vandiepenbeeck, M.; Vanilierde, R.; Demaree, G. R. (1990). Climatic changes in Belgium as appearing from the homogenized series of observations made in Brussels Uccle ( ) In: Schietecat, G. D. (Ed.). Contributions à l etude des changements de climat. Bruxelles: Institut Royal Meteorologique de Belgique, Publications Série 124, p [9] Pettitt, A. N. (1979). A non-parametric approach to the change-point problem. Applied Statistics, v. 28, n. 2, p [10] Thom, H. C. S. (1966). Some methods of climatological analysis. Genève: World Meteorological Organization, 54p. (WMO Technical Note, 81).