Análise de Agrupamento: Estudo de Padrões do Vento à Superfície no Litoral do Nordeste do Brasil Pollyanna Kelly de Oliveira Silva ¹, Célia Campos Braga 2, Maria Regina da Silva Aragão 2, Samira de Azevedo Santos 3 1, 3 Bolsista CNPq/UFCG, Programa de Pós-Graduação em Meteorologia, DCA/UFCG, Campina Grande, PB, e-mail: pollyanna_kelly@yahoo.com.br ; samiraasantos@hotmail.com 2 Profa. Doutora, Unidade Acadêmica de Ciências Atmosféricas, DCA/UFCG, Campina Grande, PB, e- mail: celia@dca.ufcg.edu.br; regina@dca.ufcg.edu.br ABSTRACT: In this work the goal is to regionalize the surface winds in the coastal area of northeast Brazil (NEB) using the method of hierarchical cluster analysis by Ward. Data were collected at weather stations located in eight airports and made available online through the meteorological network of the Brazilian Air Force Command (REDEMET). Monthly averages of the wind components for the year 27 are used. The clustering of the zonal wind component resulted in four homogeneous groups: Group I is formed by stations located on the eastern coast (Recife, Maceió, Aracaju) ; Group II is formed by the Natal and Salvador stations; Group III has one station, João Pessoa; Group IV is formed by the stations located on the northern coast (Fortaleza and São Luís). The clustering of the meridional wind component and of the two components altogether resulted in three homogeneous groups: Group I is formed by the Fortaleza, Natal and Recife stations, where the trades are stronger, and winds on the southeast quadrant predominate, probably due to the South Atlantic subtropical high dominance; Group II formed by the stations located further south (Maceió, Aracaju and Salvador), and João Pessoa; and Group III representing the São Luís area, which shows no association with other stations, probably due to lower intensities and predominance of winds on the northeast quadrant. Keywords: METAR code, airport, multivariate analysis, Ward 1. INTRODUÇÃO Diversos trabalhos têm aplicado técnicas multivariadas a variáveis meteorológicas visando atender diferentes necessidades. Esteban-Parra et al. (1998) aplicaram tais métodos a dados de precipitação da Espanha. Gong & Richman (1995) usaram vários métodos de classificação com diferentes medidas de similaridade para analisar dados diários de precipitação da América do Norte central e leste, e observaram que os métodos de K-means e Ward foram os que apresentaram melhores resultados. Green et al. (1993) aplicaram a análise de componentes principais a séries temporais de temperatura e vento do sul da Califórnia encontrando uma relação bem definida entre a temperatura e vento, pois os meses agrupados foram coincidentes. Correia (2) e Barreto (21) utilizaram componentes principais e agrupamento para identificar padrões de variabilidade sazonal e horária do vento à superfície na região Nordeste do Brasil (NEB). O presente estudo tem como objetivo identificar regiões homogêneas do vento à superfície na região litorânea do NEB. Para classificação dessas regiões utilizou-se a análise multivariada de agrupamento hierárquico proposta por Ward (1963).
2. MATERIAL E METODOLOGIA Os dados utilizados foram coletados nas horas inteiras (UTC) nas estações meteorológicas dos aeroportos situados na costa leste e norte do Nordeste do Brasil (NEB): Dep. Luis Eduardo Magalhães (SBSV), Santa Maria (SBAR), Zumbi dos Palmares (SBMO), Guararapes (SBRF), Presidente Castro Pinto (SBJP), Augusto Severo (SBNT), Pinto Martins (SBFZ) e Marechal Cunha Machado (SBSL) localizados nas cidades de Salvador, Aracaju, Maceió, Recife, João Pessoa, Natal, Fortaleza e São Luís, respectivamente (Fig. 1). Eles foram obtidos na página eletrônica da REDEMET (Rede de Meteorologia do Comando da Aeronáutica), na forma do código METAR. Foi escolhido para análise o ano de 27 por apresentar totais pluviométricos irregulares: acima ou abaixo da média histórica dependendo dos meses. Os METAR foram decodificados utilizando um programa em linguagem Fortran que identifica os dados de direção e velocidade do vento. A partir da direção ( θ) e velocidade (V) foram obtidas as componentes zonal e meridional do vento: = e = A média diária (vento de grande escala ou vento sinótico) foi obtida usando: = e = A partir da média diária foi calculada a média mensal das componentes. A análise de agrupamento tem como objetivo identificar grupos homogêneos dentro de uma população (Corrar et al., 27; Wilks, 26). Neste trabalho é usado o método de classificação hierárquico, com critério de agrupamento proposto por Ward (1963). A distância utilizada para medir a similaridade ou dissimilaridade dos dados foi a euclidiana padronizada ao quadrado. A técnica foi utilizada para analisar as matrizes da componente zonal (u), da componente meridional (v) e das duas componentes (zonal e meridional) em conjunto. Figura 1 Distribuição espacial das estações (aeroportos) utilizadas no estudo. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Sabe-se que o regime de vento na área litorânea do NEB está associado com diversos sistemas de circulação atmosférica, de várias escalas. Sistemas de mesoescala e circulações
locais (brisa marítima e terrestre) atuam em todo o litoral. A Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS), os Vórtices Ciclônicos de Ar Superior (VCAS), e os Distúrbios de Leste afetam o litoral norte e leste, enquanto que a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) influencia o litoral norte. Além dos sistemas já citados, há também a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) e os Sistemas Frontais, que atuam preferencialmente sobre o litoral da Bahia. A sequência de agrupamentos encontra-se na forma de dendrograma, em que no eixo das abscissas estão as estações e no eixo das ordenadas o nível de agregação. A determinação do número de grupos no dendrograma é feita de maneira visual, utilizando-se a técnica de inércia entre saltos. Levando em consideração os procedimentos de corte foram obtidos quatro grupos para a componente zonal, e três grupos para a componente meridional e para a análise conjunta das duas componentes. Na análise da componente zonal do vento a curva de inércia e o corte transversal no dendrograma (Fig. 2) possibilitaram classificar as estações nos seguintes grupos homogêneos: Grupo I: Recife (RF), Maceió (MO) e Aracaju (AR); Grupo II: Natal (NT) e Salvador (SV) ; Grupo III: João Pessoa (JP); Grupo IV: São Luís (SL) e Fortaleza (FZ). No agrupamento dessas estações a componente zonal indica que o Grupo I associa algumas das estações do litoral leste, provavelmente por maior influência da ASAS. O Grupo III não se associa aos demais mostrando sua individualidade e o Grupo IV associa as estações localizadas na costa norte. O mesmo procedimento é utilizado para a componente meridional e para as duas componentes (zonal e meridional), em conjunto, resultando em três grupos homogêneos, nos dois casos (Fig. 3 e 4): Grupo I: Fortaleza (FZ), Natal (NT), Recife (RF) ; Grupo II: João Pessoa (JP), Maceió (MO), Aracaju (AR) e Salvador (SV); Grupo III: São Luís (SL). A associação das estações do Grupo I pode estar relacionada com a maior influência da ASAS, pois nessas estações os ventos alísios são mais intensos. No Grupo II estão as três estações situadas mais ao sul no litoral do NEB, e João Pessoa. Essa associação também está relacionada com a ASAS e nelas há predominância de ventos do quadrante sudeste, além do quadrante nordeste, dependendo da época do ano (não mostrado). O Grupo III, formado apenas por São Luís, mostra a não associação com as demais estações provavelmente devido a predominância de ventos do quadrante nordeste (não mostrado), e por apresentar ventos alísios menos intensos. 4. CONCLUSÕES Neste trabalho são discutidos resultados das análises de dados médios mensais do vento à superfície para o ano de 27. Utilizou-se a análise de agrupamento hierárquico com método de Ward, sendo possível identificar grupos homogêneos no regime de ventos no litoral do NEB. Na análise da componente zonal foram identificados quatro grupos, mostrando a variabilidade da componente nessa área. O primeiro compreende três estações do litoral leste (Recife, Maceió, Aracaju), o segundo Natal e Salvador, o terceiro João Pessoa, e o quarto as estações do litoral norte ( São Luís e Fortaleza). Essas associações podem estar relacionadas com a intensidade média da componente devido a atuação da ASAS. Na análise da componente meridional e conjunta das duas componentes (zonal e meridional) resultaram três grupos: Grupo I: associa as estações de Fortaleza, Natal e Recife, que apresentam ventos alísios mais intensos e do quadrante sudeste, devido a atuação predominante da ASAS. Grupo II: está mais ao sul no litoral do NEB, compreendendo as estações de Maceió, Aracaju, Salvador, além de João Pessoa, esta situada mais ao norte. Nestas estações
predominam ventos do quadrante sudeste, além de ventos do quadrante nordeste dependendo da época do ano. Grupo III: formado apenas por São Luís, não mostrando associação com as demais estações, provavelmente devido a menor intensidade dos ventos alísios e a predominância de ventos do quadrante nordeste. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CORRAR, L.J.; PAULO, E.; FILHO, J.M.D. Análise Multivariada: para os cursos de administração, ciências contábeis e economia. Ed. Atlas. São Paulo, 27. CORREIA, A.A. Padrões de Variabilidade do Vento à Superfície no Nordeste do Brasil. Campina Grande, 2. 66p. Dissertação (Mestrado em Meteorologia) - Universidade Federal da Paraíba. BARRETO, A.B. Estudo do Ciclo Diário do Vento à Superfície no Nordeste do Brasil, Campina Grande, 21. 56p. Dissertação (Mestrado em Meteorologia) Universidade Federal da Paraíba. ESTEBAN-PARRA, M.J.; RODRIGO, F.S.; CASTRO-DIEZ, Y. Spatial and temporal patterns of precipitation in Spain for the period 188-1992. International Journal of Climatology, v.18, p. 1557-1574, 1998. GONG, X.; RICHMAN, M.R. On the application of cluster analysis to growing season precipitation data in North America East of the Rockies. Journal of Climate, v.8, p.897-924, 1995. GREEN, M.C.; FLOCCHINI, R.G.; MYRUP, L. O. Use of temporal principal component analysis to determine seasonal periods. Journal of Applied Meteorology, v. 32, p.986-995, 1993. WARD, J. H. Hierarchical grouping to optimize an objective function. Journal of the American Statistical Association. Alexandria, v.58, n.31, p.236-244, 1963. WILKS, D. S. Statistical Methods in the Atmospheric Sciences. 2ª Edition. California: Elsevier Science & Technology Books. Academic Press, 26. 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 Figura 2 Definição de região homogênea da componente zonal média mensal do ano de 27: curva de inércia e dendrograma.
35 3 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 6 7 Figura 3 Definição de região homogênea da componente meridional média mensal do ano de 27: curva de inércia e dendrograma. 4 35 3 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 6 7 Figura 4 Definição de região homogênea das duas componentes (zonal e meridional) médias mensais do ano de 27: curva de inércia e dendrograma.