Climatologia de índices de extremos de chuvas sobre a bacia Amazônica

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1 Climatologia de índices de extremos de chuvas sobre a bacia Amazônica María Valverde e Jose Marengo Centro de Ciências do Sistema Terrestre (CCST) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), Cachoeira Paulista, , São Paulo Brazil. maria.valverde@cptec.inpe.br RESUMO: Este trabalho teve como objetivo elaborar uma climatologia de índices de extremos climáticos de chuva sobre a bacia Amazônica. Na variabilidade anual observou-se que os índices climáticos CDD (número de dias secos consecutivos) e R95p (chuva percentil 95th) foram sensíveis para identificar anos de secas, com máxima freqüência de CDD e mínima intensidade de R95p. Também se verificou que chuvas extremas 50 e 80 mm (R50mm e R80mm), ocorrem com ou sem eventos El Niño. Por outro lado, anos de secas não necessariamente acontecem com uma diminuição de R50mm e R80mm. As estações de Santarém, Cachimbo e Manaus mostraram uma tendência negativa de CDD. A estação de Rio Branco mostrou tendências positivas de CDD, e capturou a seca de A análise da modelagem mostra para cenários futuros um aumento (diminuição) de CDD (R95p) para uma área média da bacia Amazônica, sendo mais intensa na climatologia ABSTRACT: This aim of this work is to elaborate the climatology of extremes indices of rain in the Amazonian basin. The annual variability of extreme precipitation indexes, such as, maximum length of dry spells (CDD) and RR> 95p (R95p) were sensitive for identification periods of droughts. Also, it verified that extreme rains greater than or equal to 50 and 80 mm (R50mm and R80mm), occur with or without events El Niño. On the other hand, years of droughts are not necessarily associated with a diminution of R50mm e R80mm. Santarém, Cachimbo and Manaus stations presents a negative tendency of CDD. However, Rio Branco station showed positive tendencies in the value of CDD, and captured the drought of The analysis of the models for future scenarios show an increase (decrease) of the index CDD (R95p) for the area of the Amazonian basin, and are stronger in the climatology. 1. INTRODUÇÃO A bacia Amazônica é a maior bacia hidrográfica do planeta, com cerca de km 2, dos quais aproximadamente km 2 estão situados em território brasileiro. Esta bacia se constitui num dos reservatórios de água mais importantes que subministra e sustenta o recurso hídrico sobre o território Brasileiro. A precipitação é a sua maior fonte, por esse motivo conhecer a sua variabilidade em termos de extremos (pouca ou muita chuva) é importante para avaliar a disponibilidade hídrica sobre a bacia. Acumulados de chuva maior que 50 mm por dia, na maioria dos casos estão associados com alagamentos ou enchentes, e são as áreas urbanas as de maior risco. Por esse motivo é necessário o monitoramento. Este trabalho tem como objetivo elaborar uma climatologia de índices extremos de precipitação sobre a bacia Amazônica, utilizando dados observados de precipitação diária. Alem disso, é feita uma análise com dados de chuva derivados do modelo climático ETA, para o clima presente e para cenários futuros. O comportamento da precipitação expressado através dos diferentes índices analisados em este estudo pode servir de auxilio para avaliar diferentes alterações na disponibilidade hídrica que podem afetar principalmente as áreas urbanas e as áreas de floresta, gerando alagamentos, enchentes ou secas. Palavras-chaves: Índices climáticos de chuva, bacia amazônica, 1

2 2. DADOS E METODOLOGIA Utilizaram-se os dados de precipitação diária do Climate Prediction Center (CPCp) com resolução espacial de 1 0 lat x 1 0 lon, para a série de dados de 1979 até 2005, período no qual houve uma maior densidade de dados sobre a região amazônica (Silva et al., 2007). Foram utilizados dados de precipitação diária de cinco estações sobre a região de estudo (Tabela 1). Também, utilizou-se as saídas da precipitação diária, do modelo regional climático ETA_HadCM3. Este modelo origina-se da versão ETA/CPTEC climático modificado para gerar cenários futuros, e regionalizado com o modelo global HadCM3 do Hadley Center Reino Unido. Utilizaram-se as séries para o clima controle de , e para climatologias futuras , do cenário A1B (Nakicenovic et al 2000). Tabela I Estações em superfície sobre a bacia Amazônica Estação Lat Lon Alt (m) Período Cachimbo S W Boa Vista N W Manaus S W Santarém S W Acre S W Foram calculados oito índices relacionados com extremos de chuva (Alexander, 2005), definidos como número de dias com chuva maior ou igual que 30mm, 50mm, 80mm e 100mm (Rnnmm), o índice CDD, que contabiliza o número de dias secos consecutivos, RX1day que expressa o acumulado de chuva em 1 dia, e R95p associado com dias extremamente úmidos, acima do percentil 95. Estes índices avaliam as mudanças na intensidade, freqüência e duração de eventos de precipitação. Os índices foram calculados para os dados do CPCp, para as estações meteorologicas, e para os dados de chuva derivados do modelo ETA_HadCM3. Para a estatística dos dados do modelo utilizaram-se diagramas de boxplot os quais detectam máximos e mínimos, quartiles, medianas e prováveis outliers. Esta climatologia inclui análises de tendências, e da variabilidade interanual e decadal. 3. RESULTADOS A Figura 1 mostra a tendência anual de quatro índices para o período de O indice CDD mostra áreas de tendências positivas (26 dias/ano) sobre o setor sudeste da bacia, e em menor intensidade sobre algumas áreas do setor nordeste e sudoeste, sugerindo um aumento no número de dias de estiagem. Em relação aos dias extremamente umidos (R95p), os setores sudoeste e sudeste mostraram tendências negativas, com diminuição de até 400 mm/ano na região sudoeste. Em relação ao índice R20m observaram-se tendências positivas no setor norte e sul da bacia ( até 14 dias/ano). Somente na parte central (leste e oeste) se observam áreas com tendências negativas. O indice RX1day mostrou um padrão espacial similar à R20mm com tendência positiva (20mm/ano) no setor sudeste e norte, e tendências negativas numa faixa estreita da região central da bacia. A Figura 2a mostra a variabilidade interanual dos índices CDD e R20mm, e do índice de oscilação do Sul (IOS) para toda a área da bacia. Observa-se que no ano de 1997 se teve o maior número de dias secos consecutivos (CDD), um menor valor do índice R20mm, e um IOS negativo. Este ano foi um evento do El Niño forte (Rasmusson e Carpenter, 1983), o qual afetou em geral toda a bacia Amazônica. Nelson (2001) mostrou que no ano de 1997 as áreas de fogo sobre a floresta rasteira Amazônica alcançaram proporções maiores á 2

3 registradas no El Niño Por outro lado, nos períodos de e 1987 nos quais se registraram eventos de El Niño (IOS negativo) não evidenciaram altos valores de CDD, o que confirma a idéia seca durante episódios de El Niño não sempre acontecem. A seca extrema de 2005, não foi bem definida pelo índice CDD para a área total da bacia. Isto por que a seca se concentrou mais na região do sudoeste da bacia. A Figura 2b, mostra o índice CDD para a estação de Rio Branco (Acre) localizada sobre o sudoeste da bacia, e verifica-se que no ano 2005 se teve um pico de 60 dias, associado com a seca ocorrida nesse ano. Também, esta estação foi sensível a seca de 1987 onde se notou outro máximo de CDD, porém não tão intenso como á de A seca de 2005 esteve associada com anomalias positivas de temperatura sobre o oceano Atlântico Tropical norte (Marengo et al, 2008). Também, na figura 2b mostra-se a variabilidade interanual do índice R50mm (PPP 50mm/dia), e observase que nos anos de 1997 e 2005 também aconteceram altos valores de R50mm, o que sugere que em estes eventos de secas, também se registraram chuvas fortes, em curtos períodos. Especificamente no ano de 1994 (El Niño), se registrou a maior freqüência de dias de R50mm. Por outro lado, observa-se uma tendência positiva de CDD sobre a estação de Acre. CDD R95p RX1day R20mm Figura 1 Tendência anual de índices climáticos de chuva para a bacia Amazônica derivados dos dados do CPCp a) b) Figura 2 Variabilidade interanual do indice CDD e R20mm para a area media da bacia amazonica (a), e para o indice CDD sobre a estacao do Acre. A Figura 3 mostra a variabilidade interanual do índice CDD e R50mm para as estações de Santarém, Cachimbo e Manaus, para diferentes períodos. Observa-se que todas as estações apresentam forte variabilidade interanual, sendo que a estação de Cachimbo apresentou valores mais altos de CDD, em relação às outras estações. Nos anos 1963 e 1976, as três estações coincidiram em valores máximos de CDD, associados às secas que aconteceram nesses períodos. A estação de Cachimbo localizada no sudeste da bacia é a que mostrou maior sensibilidade á seca de 1963, mostrando 125 dias secos consecutivos, o que se associou também com uma menor freqüência de R50mm. Embora algumas séries de tempo não estejam completas, pode-se inferir as tendências dos índices, onde as tres estações mostram tendências negativas do CDD durante os períodos analisados. Por outro lado, a estação de 3

4 Santarém apresentou uma tendência positiva de R50mm, coincidindo com uma ligeira tendência negativa do índice CDD, durante o período de a b ) ) Fig. 3 Tendências lineares dos índices CDD (a) e R50mm (b) para três estações (Santaré m, Cachimbo e Manaus) localizadas sobre a Bacia Amazônica. As linhas indicam tendências lineraes das séries de CDD e R50. A Figura 4 mostra a análise decadal para os índices R30mm, R50mm, R80mm e R100 mm. As regiões norte e nordeste, representadas pelas estações Boa Vista e Santarém mostraram um maior (menor) número de R30mm, R50mm e R80mm na década de 1990 (1980). O menor número de dias pode estar associado com a ocorrência de eventos de El Niño forte que aconteceram na década de 1980 ( e ) e que afetaram, em media, a ocorrência de eventos extremos de chuva. Por outro lado, na década de 1990, também se registraram eventos fortes de El Niño ( , ), mas estes não se associaram com ausência de chuvas fortes (R50mm e R80mm). A estação de Manaus foi mais sensível para os El Niño na década de 1970, pois apresentou uma redução de R50mm. A estação de Cachimbo foi sensível aos El Niño da década de 1980, inclusive desde a década de 1960 começou a apresentar uma diminuição dos índices R30mm, R50mm e R80mm. A estação de Acre foi mais sensível na diminuição do índice R30mm, R50mm e R100mm, na década de 2000, isto se relaciona com a seca de 2005 que afetou a região sudoeste da bacia. Fig, 4 Análise decadal dos índices R30mm, R50mm, R80mm e R100mm para as estações de Santarém, Cachimbo, Manaus, Boa Vista e Acre. A Figura 5 mostra o diagrama de box plot dos índices CDD, RX1day e R95p derivados dos dados de chuva diária do modelo ETA_HadCM3 para a área de bacia Amazônica. Observa-se a evolução dos índices para a climatologia presente e para as três climatologias futuras. Nas climatologias e nota-se uma diminuição no número de dias secos consecutivos, assim como uma redução nos valores máximos de CDD, em relação á Para a climatologia de , observa-se um incremento de CDD, 4

5 podendo-se apresentar um máximo de até 72 dias consecutivos sem chuvas. Por outro lado, o RX1day, mostrou um ligeiro aumento ao longo das três climatologias futuras, em relação a mediana do valor de , sendo que na climatologia de , se observa um aumento no valor mínimo e máximo de RX1day. Por outro lado, R95p, mostra um aumento no intervalo dos valores máximos e mínimos, diferentemente do clima atual ( ). Isto sugere que existiram anos em que a intensidade de precipitação em dias muito úmidos pode cair de 320 mm ( ) para 250 mm/ano como é o caso da climatologia Fig. 5 Diagramas de boxplot para os índices CDD, RX1day e R95p, derivados do modelo ETA_HadCM3, para a área media da bacia Amazônica, e para o clima presente ( ) e para os cenários futuros , e CONSIDERAҪÕES FINAIS A análise de índices climáticos extremos de chuva sobre a bacia Amazônica evidenciou alta variabilidade interanual e interdecadal sobre os diferentes setores da bacia. Os indices analisados mostraram grande sensibilidade para identificar anos de secas (CDD e R95p), e para detectar eventos de chuvas extremas (R50mm e R80mm), os quais ocorreram com ou sem eventos do El Niño. Por outro lado, anos de secas (evidenciados por altos valores de CDD) não necessariamente estiveram associados com uma diminuição de R50mm e R80mm. Individualmente cada estação analisada (Santarém, Cachimbo e Manaus) mostrou uma tendência a diminuição de CDD. No entanto, a estação de Acre mostrou tendências positivas no valor de CDD. A análise da modelagem mostrou para cenários futuros um aumento (diminuição) de CDD (R95p) para uma área média da bacia Amazônica, sendo mais intenso na climatologia Resultados derivados de modelos numéricos para cenários futuros, ainda apresentam incertezas e precisam ser calibrados. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Alexander, L. V., X. Zhang, T. C. Peterson, J. Caesar, B. Gleason, A. Klein Tank, M. Haylock, D. Collins, B. Trewin, F. Rahimzadeh, A. Tagipour, P. Ambenje, K. Rupa Kumar, J. Revadekar, G. Griffiths, L. Vincent, D. Stephenson, J. Burn, E. Aguilar, M. Brunet, M. Taylor, M. New, P. Zhai, M. Rusticucci, J. L. Vazquez-Aguirre, 2005: Global observed changes in daily climate extremes of temperature and precipitation. J. Geophys. Res., 111, D05109, doi: /2005jd MARENGO J. A. ; NOBRE, C. ; TOMASELLA, Javier ; Marcos Oyama ; SAMPAIO, G. ; CAMARGO, Helio ; ALVES, Lincoln Muniz. The drought of Amazonia in Journal of Climate, v. 21, p , Nakicenovic, N., et al. Specia Reports on Emission Scenarios SRES, edited by N. Nakicenovic and R. Swart. Cambrigde Univ. Press, New York, Nelson, W. B. Fogo em Florestas da Amazônia Central em Simposiom Brasileiro de Sensoramiento Remoto, Anais X SBSR, Foz de Iguacu, pp , Silva, B. V., Kousky, V., Shi, W. e Higgins W. An Improved Gridded Historical Daily Precipitation Analysis for Brazil. Journal of Hydrometeorology. V. 8, Aug, p RASMUSSON, F. M.; CARPENTER, T. H. Variations in tropical sea surface temperature and surfacewind fields associated with the Southern Oscillation/El Niño. Monthly Weather Review, v.110, n.5, p