INVESTIGAÇÃO DA TENDÊNCIA NA CONTAGEM DOS DIAS SECOS E CHUVOSOS NA REGIÃO DA CAMPANHA/RS

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1 INVESTIGAÇÃO DA TENDÊNCIA NA CONTAGEM DOS DIAS SECOS E CHUVOSOS NA REGIÃO DA CAMPANHA/RS Claudia Fernanda Almeida Teixeira-Gandra 1 *; Rita de Cássia Fraga Damé 1 ; Hugo Alexandre Soares Guedes 1 ; Gisele Machado da Silva 2 ; Suélen Cristiane Riemer da Silveira 2 ; Gustavo Klumb 3 ; Patrick Veber 3 & Luiz Carlos Salgueiro Bacelar 4 Resumo A região da Campanha/RS tem enfrentado períodos de estiagens na última década, com intensidade e frequência superior à normalidade, afetando de forma decisiva a produção agrícola e, consequentemente, a economia. Nesse contexto, estudos que busquem avaliar as mudanças climáticas da precipitação, que possam afetar a agricultura, a população e a economia do estado tem sido foco dos pesquisadores. Objetivou-se aplicar metodologias estatísticas no sentido de analisar o comportamento do número de dias secos e chuvosos, em relação à tendência, em uma localidade representativa da região da campanha gaúcha. Para tanto, foi utilizada uma série de precipitação diária do município de Bagé, no período de 1961 a 2009 e contabilizados o número de dias de chuva e aqueles considerados secos, com valor da precipitação inferior ou igual a 1,0 mm. Foi avaliada a homogeneidade da série formada pela contagem de dias secos e chuvosos utilizando o teste não paramétrico run test, bem como os testes Mann-Kendall e Mann-Whitney. Os resultados obtidos mostraram que não foi detectada tendência na série para a localidade em estudo ao aplicar o teste de Mann-Kendall. No entanto foi verificada alteração quando da aplicação do teste de Mann- Whitney, para o período de 1987 a Palavras-Chave Mudança climática, precipitação, eventos extremos. TREND RESEARCH IN COUNTING DAYS DRY AND RAINY IN THE REGION OF THE CAMPANHA/RS Abstract The region Campanha/RS has faced periods of drought in the last decade, with intensity and frequency higher than normal, affecting decisively agricultural production and hence the economy. In this context, studies that seek to evaluate climate change in precipitation, which may affect agriculture, population and the state's economy has been the focus of researchers. The objective was to apply statistical methods in order to analyze the behavior of the number of dry and wet days, relative to trend, in a representative city from the region of the state campaign. To this end, a series of daily rainfall in the city of Bagé was used in the period from 1961 to 2009 and accounted for the number of rainy days and those considered dry, with value of less rainfall than or equal to 1.0 mm. The homogeneity of the series formed by the dry and rainy day count using the non parametric test "run test" and Mann-Kendall and Mann-Whitney tests were evaluated. The results showed that was not detected trend in series to the location under consideration when 1 Centro de Engenharias, Universidade Federal de Pelotas, cfteixei@ig.com.br; ritah2o@hotmail.com; hugo.hydro@gmail.com. 2 Programa de Pós-Graduação em Manejo e Conservação do Solo e da Água, Universidade Federal de Pelotas, giselesilva@cavg.ifsul.edu.br; silveira.suelen@gmail.com. 3 Centro de Engenharias, Universidade Federal de Pelotas, gustavo19klumb@hotmail.com; patrick.veber@hotmail.com. 4 Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais, luiz.bacelar@cemaden.gov.br. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 applying the Mann-Kendall test. However it was observed change when applying the Mann- Whitney test for the period Keywords Climate change, rainfall, extreme events. INTRODUÇÃO Evidências científicas sobre mudanças climáticas em nível mundial vêm despertando interesse crescente na comunidade científica em geral. Os impactos causados pelas alterações climáticas e ações antropogênicas podem ocasionar erros nos projetos hidroagrícolas nas bacias hidrográficas em estudo. De modo geral, cerca de 98% dos climatologistas no mundo concordam que o aquecimento global é um fenômeno em desenvolvimento e que, de acordo com o IPCC (2007), 95% das causas se devem à atividade antrópica. As opiniões contrárias dos 2% restantes dos pesquisadores, os chamados céticos, não são baseadas em argumentos científicos que demonstrem as incorreções dos trabalhos existentes. A Região Sul do Brasil tem grande parte de sua economia associada ao agronegócio e as características do clima e suas variações podem determinar anos favoráveis ou desfavoráveis para a produção agrícola e criação de animais, entre outros. Deste modo, a produção agropecuária do Rio Grande do Sul tem o clima como principal fator responsável por quebras de safras e, consequentemente, diminuição de lucros (Cera e Ferraz, 2015). As previsões de Marengo (2010) dão conta de que por volta de 2020, enquanto as chuvas tenderão a aumentar no oeste da Amazônia e no Sul e Sudeste do Brasil, as demais regiões provavelmente registrarão chuvas menos intensas. Por volta de 2030, o padrão dominante será uma redução na quantidade total de chuva e no número de dias úmidos na América do Sul tropical, com uma tendência para mais chuvas fortes em regiões como o oeste da Amazônia, e o Sul e o Sudeste do Brasil. Esse cenário é compatível com a previsão de aumento do número de dias secos consecutivos. Silva e Azevedo (2008) investigaram a ocorrência ou ausência de mudanças climáticas no período de 1970 a 2006, em algumas microrregiões do estado da Bahia, utilizando índices de tendências calculados a partir dos dados de precipitação diária e da temperatura diária. Os resultados demonstram que há tendência positiva de mudanças climáticas, atribuída à circulação de grande escala, enquanto a intensidade das chuvas pode ter influência na variabilidade climática. Blain (2010) buscou detectar tendências e variações climáticas em oito séries de totais anuais de precipitação pluvial do Estado de São Paulo utilizando testes paramétrico e não paramétrico. Os resultados mostraram que em 50% das localidades houve alteração na tendência do regime pluvial. Minuzzi e Caramori (2011) analisaram o comportamento climático sazonal e anual da chuva e veranicos no Estado do Paraná e encontraram, a partir do Teste de Homogeneidade Normal Padrão, que não houve pontos de mudanças estatisticamente significativos, no comportamento climático da quantidade de chuva. Entretanto, a Análise de Regressão e o teste de Kendall mostraram que, nas últimas décadas, a quantidade de chuva anual tem aumentado, principalmente na primavera, entre 16 e 42 mm década -1, na metade leste do Paraná. A necessidade de um melhor entendimento das mudanças climáticas e de uma participação mais efetiva dos atores envolvidos na discussão é primordial para que ações possam ser planejadas, no sentido de minimizar os riscos causados. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 Diante do exposto, objetivou-se investigar alterações de tendência na contagem de dias secos e chuvosos, em uma localidade representativa da região da Campanha no estado do Rio Grande do Sul. MATERIAL E MÉTODOS Foram utilizados dados diários de chuva do município de Bagé localizada nas coordenadas 31º20 S e 54º06 W, e a 242,31 m de altitude, pertencentes ao banco de dados da Agência Nacional de Águas (ANA). Para a análise do número de dias sem chuva foi considerado o período de 1961 a 2009, em que foram considerados dias sem chuva, aqueles cujos valores foram iguais a zero e menores do que 1,0 mm (Dereczynski et al., 2009). O teste não paramétrico denominado run test, ou teste de sequência, foi aplicado para avaliar a homogeneidade da série formada pela contagem de dias secos e chuvosos. Foi utilizada a recomendação da Organização Meteorológica Mundial (OMM) (Thom, 1966), em que é feita a contagem do número de ocorrências de valores observados da série temporal em estudo, situados abaixo e acima do valor da mediana. Para o teste foi considerada a hipótese de nulidade, H 0, como sendo amostra homogênea e H 1 : a amostra não é homogênea, a um nível α de probabilidade igual a 5%. Inicialmente foi realizada uma avaliação visual do comportamento da contagem de dias secos/chuvosos ao longo dos anos, em relação à média móvel com passo igual a 5 (q = 5), com o propósito de identificar o período em que houve alteração de tendência. Após a identificação visual do comportamento de tendência foram aplicados testes estatísticos não paramétricos de Mann- Kendall e Mann-Whitney. Para testar as hipóteses de tendência de longo prazo e a dos passos de mudança, as metodologias empregadas fundamentaram-se em: (a) verificação da existência ou não de tendência monotônica; e (b) detecção dos pontos de mudança, caso estas ocorram. Para tanto foram utilizados os testes não-paramétricos de Mann-Kendall (existência de tendência monotônica) e de Mann-Whitney (pontos de mudança) (Hamed, 2008). Para o teste de Mann-Kendall, a hipótese de nulidade, H 0, refere-se a não existir evidência de alteração de tendência, para um nível α de probabilidade, enquanto que a hipótese alternativa, H 1, refere-se a existir evidências de alteração de tendência nos registros. A estatística do teste dada pela expressão (1): S 1,...S > 0 var( S) Z c = (1) S + 1,...S < 0 var( S) em que, Zc estatística do teste; S estatística do teste que segue a distribuição normal, cuja média E (.) e variância var (.), representados matematicamente pelas expressões (2), (3) e (4), respectivamente. E ( S) = 0 (2) XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 n 1 n i= 1 k= i+ 1 ( ) S = sgn x k x i (3) var ( S) ( n 1) ( 2n + 5) n = (4) 18 em que, x k e x i - valores contidos na amostra com ordem k e i, respectivamente; sgn (θ) - igual a 1, 0, e -1, se θ (x k e x i ) for maior, igual ou menor do que zero, respectivamente; n - tamanho da amostra. A hipótese de nulidade é aceita se Z c Z 1-α/2, em que Z 1-α/2, é o quartil da distribuição normal padrão correspondente ao nível α (0,05) de probabilidade, usado para a aplicação do teste. Para detectar a ocorrência ou não dos pontos de mudança nas séries de precipitação analisadas foi utilizado o teste de Mann-Whitney (Chen et al., 2007), que é utilizado para testar se duas amostras independentes foram retiradas de populações com médias iguais. Desta forma a hipótese de nulidade do teste é que não existe diferença significativa entre a média do grupo 1 e do grupo 2. Para aplicar o teste, a série de dados deve ser seccionada X = (x 1, x 2, x 3,..., x n-1, x n ), de tal forma que Y = (x 1, x 2, x 3,..., x n1 ) e Z = (x n+1, x n+2, x n+3,..., x n1+n2 ). A estatística do teste de Mann- Whitney é dada pelas expressões (5 e 6): U=n n + U=n n + R (5) R (6) em que, R 1 e R 2 ordem das observações; n 1 e n 2 - número de elementos das sub-amostras X e Y, respectivamente. Para a obtenção da obtenção do valor crítico de U para n > 20 valores aplicam-se as equações 7, 8 e 9. z= µ σ μ =. σ =. (7) (8) (9) A hipótese de nulidade, H 0, é aceita se U < Ucrítico. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO O resultado da estatística Z do teste não paramétrico run test, aplicado aos dados da série formada pela contagem de dias secos/chuvosos, foi igual a 1,04, sendo inferior ao valor de Zcrítico = 1,96 (α = 5%), aceitando-se a hipótese de nulidade, ou seja, a amostra é homogênea. Na Tabela 1 são apresentadas algumas estatísticas descritivas das contagens de dias secos/chuvosos para a localidade de Bagé/RS, no período de 1961 a Considerando-se a contagem de dias secos (P <= 1,0 mm), observa-se uma média anual de 277 dias, cujo valor médio mensal é de 23,08 dias. Teixeira et al. (2013) com o objetivo de analisar o número de dias sem chuva, o índice de porcentagem normal e os valores do índice padronizado de precipitação, quanto à seca, na mesma localidade, encontraram em média 24, 24, 21 e 23 dias sem chuva nos meses de dezembro, janeiro, fevereiro e março, respectivamente. Santos e Bassegio (2011) encontraram para o município de Cascavel-PR, num período de 10 anos de dados, uma média de 24,7 dias sem chuva por mês. Tabela 1. Estatística descritiva da contagem de dias secos/chuvosos para a localidade de Bagé/RS, no período de 1961 a 2009 Contagem Média Coef. Desvio Máximo Variação Padrão (%) Mínimo Amplitude Dias secos , , Dias chuvosos 88 12, , Nas Figuras 1 e 2 são apresentados o comportamento da contagem total do número de dias chuvosos e secos, os valores de média, média móvel (q = 5), bem como o ajuste linear. Observa-se que os números de dias chuvosos representam em média 24% (88) do total de dias do ano, com uma leve tendência de crescimento ao longo dos anos analisados. De acordo com o esperado, quando é analisada a contagem de dias secos, esta representa 76% (277), comparativamente aos 365 dias do ano, apresentando um leve decréscimo no período de 1961 a Moreli et al. (2011) com o objetivo de descrever a frequência de dias secos ocorridos na cidade de Venda Nova do Imigrante/ES, encontraram que os números de dias secos representaram em média 64,3% do total de dias do ano, ou seja, 235 dias, com uma leve tendência para cima ao longo da última década. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Figura 1. Comportamento do número de dias chuvosos para a localidade de Bagé/RS, no período de 1961 a Figura 2. Comportamento do número de dias secos para a localidade de Bagé/RS, no período de 1961 a O valor da estatística de Mann-Kendall para a contagem de dias secos e chuvosos foi de - 0,069 +0,069, respectivamente, sendo inferiores ao valor crítico da estatística, no nível α de probabilidade de 5% (Z crít =1,96), indicando que não existem evidências estatísticas que comprovem a alteração de tendência na contagem do número de dias de chuva e aqueles considerados secos. Delgado e Souza (2014) estudaram a tendência climática anual da precipitação e seu aproveitamento para fins não potáveis em região da Amazônia Ocidental brasileira e também não encontraram tendências significativas ao aplicar o teste de Mann-Kendall, ou seja, há apenas aleatoriedade da precipitação ao longo da série analisada, não podendo ser levantada a hipótese de modificação climática para esta localidade. Na aplicação do teste de Mann-Whitney foi necessário seccionar a série, quando a reta do ajuste linear cortou os valores médio e média móvel de passo 5 (Figuras 1 e 2), cujas séries XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 resultantes foram de 1961 a 1986, e 1987 e Ao contrário do teste de Mann-Kendall, os resultados do teste mostraram que há evidência estatística de que as médias das séries, que foram seccionadas, apresentem diferença significativa. Como o resultado da estatística do teste (U2) para o número de dias secos foi igual a 272 e para o período chuvoso, 291, ambos inferiores ao valor crítico, U crit = 396,84, rejeita-se a hipótese de nulidade, ou seja, a média do número de dias secos/chuvosos da série de 1961 a 1986 não é igual a média de 1987 a CONCLUSÕES Não foi detectada tendência na série de número de dias secos/chuvosos para a localidade de Bagé/RS ao aplicar o teste de Mann-Kendall. No entanto foi verificada alteração quando da aplicação do teste de Mann-Whitney, para o período de 1987 a REFERÊNCIAS AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS (Brasil) (ANA). HidroWeb: sistemas de informações hidrológicas. Disponível em: < Acesso em: 05 janeiro BLAIN, G. C. (2010). Tendências e variações climáticas em séries anuais de precipitação pluvial do estado de São Paulo. Bragantia, 69(3), pp CERA, J. C.; FERRAZ, S. E. T. (2015). Variações climáticas na precipitação no sul do Brasil no clima presente e futuro. Revista Brasileira de Meteorologia, 30(1), pp CHEN, Y. N.; LI, W. H.; XU, C. C.; HAO, X. M. (2007). Effects of climate change on water resources in Tarim River Basin, Northwest China. Journal of Environmental Sciences, 19(4), pp DELGADO, R. C.; SOUZA, L. P. (2014). Tendência da precipitação e seu aproveitamento para fins não potáveis na Amazônia Ocidental, Acre. Nativa, 02(4), pp DERECZYNSKI, C. P.; OLIVEIRA, J. S.; MACHADO, C. O. (2009). Climatologia da precipitação no município do Rio de Janeiro. Revista Brasileira de Meteorologia, 24(1), pp HAMED, K. H. (2008). Trend detection in hydrologic data: The Mann Kendall trend test under the scaling hypothesis. Journal of Hydrology, (349), pp INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE (IPCC) (2007). Climate Change 2007 The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the IPCC. Cambridge Univ. Press, Cambridge. MARENGO, J. A. (2010). Mudanças Climáticas, Condições Meteorológicas Extremas e Eventos Climáticos no Brasil. In: FBDS (org) Mudanças Climáticas Eventos Extremos no Brasil. FDBS & LLOYD S, pp MORELI, A. P.; SILVA, J. G. F.; REIS, E. F.; MARTINS, C. A. da S.; PENA, F. E. (2011). Frequencia de dias secos ocorridos em Venda Nova do Imigrante ES, no período de 1977 a In: Anais do XVII Congresso Brasileiro de Agrometeorologia, Guarapari, Jul MINUZZI, R. B.; CARAMORI, P. H. (2011). Variabilidade climática sazonal e anual da chuva e veranicos no Estado do Paraná. Revista Ceres, 58(5), pp SANTOS, R. F.; BASSEGIO, D. (2011). Comportamento histórico da precipitação e ocorrências de dias secos e chuvosos em Cascavel, Paraná. Revista Thêma et Scientia, 1(1), pp XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

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