ANÁLISE OBSERVACIONAL E ESTATÍSTICA DOS DADOS METEOROLÓGICOS DAS ESTAÇÕES CONVENCIONAL E AUTOMÁTICA DE RECIFE/PE Edmundo Wallace Monteiro Lucas ( ), Raimundo Jaildo dos Anjos ( ), Francisco de Paula Manhaes Soares ( ), Sidney Figueiredo de Abreu ( ), RESUMO: Neste trabalho efetuou-se um estudo comparativo de dados de temperatura do ar, temperatura máxima, temperatura mínima, temperatura do ponto de orvalho, umidade relativa, pressão atmosférica e precipitação, obtidos de uma estação meteorológica automática (AUT) e de uma estação meteorológica convencional (EMC) nos três horários :, : e 8: UTC, localizadas no mesmo sítio na cidade de Recife/PE. De modo geral, a comparação dos dados de temperatura do ar, temperatura máxima e mínima, pressão atmosférica e precipitação apresentaram bons resultados, umidade relativa e temperatura do ponto de orvalho merecem uma atenção especial. O estudo comparativo entre estações automática e convencional identificou erros sistemáticos que podem variar a cada pane da estação automática, mostrando que deve ser feito um monitoramento detalhado dos dados das estação automática (AUT). ABSTRACT: This work is a comparative study based on data of air temperature, maximum temperature, minimum temperature, dew point temperature, relative humidity, air pressure and precipitation collected from an Automatic Meteorological Station (AUT) and a Conventional Meteorological Station (EMC), in three distinct hours :, : and 8: UTC; these stations are located in the same site in the city of Recife/PE. In general, the comparison of data of air temperature, maximum temperature, minimum temperature, atmospheric pressure and precipitation got good results; however, relative humidity and dew point temperature need special attention. The comparative study between automatic and conventional stations has detected systematic errors on data, which can vary in each failure of the automatic station, what reveals that a detailed monitoring of automatic station data is needed. Palavras Chaves: correlação, viés. ( )Instituto Nacional de Meteorologia. End.: Eixo Monumental Via S Sudoeste Cruzeiro/DF CEP: 768-9. e-mail: edmundo.lucas@inmet.gov.br, raimundo.anjos@inmet.gov.br, francisco.manhaes@inmet.gov.br, sidney.abreu@inmet.gov.br, Fone: (xx6) 449.
INTRODUÇÃO Com a entrada em operação no ano de das estações meteorológicas automáticas, o Instituto Nacional de Meteorologia implantou no segundo semestre de 4, um novo modelo operacional para toda a sua rede de estações meteorológicas. Esta nova proposta visa o controle unificado e integrado dos procedimentos de manutenção preventiva e corretiva, tendo em vista o novo contexto, pelo qual a meteorologia nacional está passando. Redução no tempo de coleta dos dados, maior número de informações em menor espaço de tempo e monitoramento em tempo real, entre outras, são algumas das vantagens da automação dos dados meteorológicos. Por outro lado, a qualidade dos dados meteorológicos das estações automáticas dependem das boas condições dos seus sensores, o que requer uma nova estratégia de gestão em manutenção preventiva e corretiva, substituição de sensores e equipamentos, e isso requer dotações orçamentárias em níveis significativos. Na última década vários pesquisadores realizaram estudos comparativos entre os dados meteorológicos obtidos por Estações Meteorológicas Automáticas (AUT) e Estações Meteorológicas Convencional (EMC), entre estes, destacamos os trabalhos de Sentelhas et al (997), Fisch e Santos (997), Souza et al (), Teixeira et al (). Sousa et al. () fizeram um estudo comparativo entre as estações meteorológicas automática e convencional em Maringá-PR, onde estudou as temperaturas máxima, média e mínima, pressão e a umidade relativa média do dia. Os autores obtiveram valores de correlação de,9 e,96 para a temperatura média e pressão, respectivamente. A variação média dos valores de temperatura média ficou em,4 ºC e a diferença média de pressão em,8 atm. Teixeira et al. () compararam o coeficiente de cultura (Kc) da goiabeira obtido a partir de dados de uma estação meteorológica automática denominada de (EMA) e uma estação meteorológica convencional (EMC), e encontraram variações entre as fases de crescimento vegetativo e o termino da colheita de frutos. Segundo os autores essa diferença é devido aos maiores valores de ETo obtidos com a estação automática. O trabalho apresentado é parte de estudo comparativo contínuo para um período de anos entre os dados meteorológicos da AUT e EMC da estação meteorológica do Recife, instalada na mesma localidade (sitio), e objetiva avaliar a eficácia e controle de qualidade dos dados das AUT s, através de correlações estatísticas entre ambos, e posteriormente para sua utilização no Modelo INMET/MBAR. Neste trabalho será utilizado apenas os meses de abril, maio e junho de 6, como trabalho piloto referente ao período chuvoso da cidade de Recife/PE.
DADOS ESTUDADOS E METODOLOGIA Os dados utilizados neste trabalho foram obtidos das Estações Meteorológicas de Superfície Automáticas (AUT) e Convencional (EMC) do Recife (Latitude: 8º S, Longitude: 4º 55 W e Altitude: 8,5m), pertencente ao Instituto Nacional de Meteorologia. O dados comparativos compreendeu o período entre de abril e de junho de 6, totalizando 9 dias. Os elementos meteorológicos avaliados foram: temperatura do ar, temperatura máxima, temperatura mínima, temperatura do bulbo úmido, umidade relativa do ar, pressão atmosférica ao nível do mar e precipitação. A comparação foi realizada com os valores lidos na hora da coleta dos dados às :, : e 8: UTC, e constituiu na diferença entre as leituras das duas estações, também conhecida como viés bruto: = m AUT - m EMC. Os dados das respectivas estações meteorológicas foram comparados através de gráficos dos viés da série temporal entre as duas estações e, em seguida calculados a média, variância, desvio padrão, o coeficiente de variação, o coeficiente de determinação (R²) e o coeficiente do índice de concordância de Willmott (d), (Willmott et al., 985). O índice de Willmott indica o grau de associação entre duas características a partir de uma série de observações, é um valor adimensional, variando de para nenhuma concordância e para uma boa concordância. Observemos que o coeficiente de variação (CV) é uma maneira de se expressar a variabilidade dos dados tirando a influência da ordem de grandeza da variável. O CV é uma solução quando o desvio padrão, uma medida de dispersão, é relativo à média e como duas distribuições podem ter médias diferentes, o desvio dessas duas distribuições não é comparável. Importante ressaltar que houve interrupção dos dadas da estação automática entre os dias 6 e de maio, conforme demostrado nos gráficos dos viés dos horários em estudo no período. Nota-se que alguns parâmetros meteorológicos distintos para as estações AUT e EMC são observados em horários sinóticos diferentes conforme tabela abaixo, devido as observações EMC. Tabela Observações usadas nos três horários sinóticos. Descrição : UTC : UTC 8: UTC Temperatura do Ar (ºC) X X X Temperatura do Ponto de Orvalho (ºC) X X X Temperatura Máxima (ºC) X Temperatura Mínima (ºC) X Umidade Relativa (%) X X X Pressão Atmosférica (hpa) X X X Precipitação (mm) X
RESULTADOS E DISCUSSÃO De um modo geral, os dados de temperatura do ar, pressão atmosférica e precipitação, apresentaram bons resultados para os três horários sinóticos, com a média do viés próximos de zero, desvio padrão baixo e os coeficiente de determinação (R²) e coeficiente de Willmott (d) alto acima de.9. Observa-se diferentes metodologia das estações AUT e EMC para obter os dados de temperatura máxima e temperatura mínima observada, porém apresentando bons resultados nos índices estatísticos. Os dados de umidade relativa e principalmente temperatura do ponto de orvalho merecem especial atenção, pois a média de variação do viés e o desvio padrão foram altos, e os coeficiente de determinação (R²) e coeficiente de Willmott (d), apresentou valores relativamente baixos, apresentando menor correlação entre os dados da EMC e AUT estudados (Tabelas, e 4). Esses índices, no entanto, não mostram um problema mais sério que só é percebido quando se faz a visualização da série temporal do viés (Figuras, e ). Nesses gráficos identifica-se mudanças bruscas no nível médio de oscilação, verificado em torno do dia de 7 de abril nos dados de temperatura do ar, umidade relativa e temperatura do ponto de orvalho, e em outros eventos em dias aleatórios essas oscilações bruscas no viés pode ser causado por pane dos instrumentos da AUT ou erros de observadores da EMC. Comparando os dados de coeficiente de determinação (R²) e coeficiente de Willmott (d), observase em alguns casos que o coeficiente de Willmott superestima os resultados. Tabela - Estatísticas dos viés das variáveis de comparação entres as estações as : UTC. Descrição Média Variância DP CV R² d Tar -,47,,5 -,74,95,994 UR, 6,4 4,,,568,785 Td,4,4,66 -,6,56,68 Patm -,47,8,4 -,9,96,976 Tabela - Estatísticas dos viés das variáveis de comparação entres as estações as : UTC. Descrição Média Variância DP CV R² d Tar -,,7,5-5,,95,996 Tmin,,,47,7,76,9 UR -5,5 9,, -,6,86,869 Td,4,6,5 -,45,766,698 Patm -,8,8,6 -,76,99, Prp -,5,,4-7,5,998,999 Tabela 4 - Estatísticas dos viés das variáveis de comparação entres as estações as 8: UTC. Descrição Média Variância DP CV R² d Tar -,,4,7,,94,997 Tmax -,8,47,69,4,765,9 UR -4,4 9,5,4 -,69,8,86 Td,,5,7 -,57,56,584 Patm -,68,4,7 -,55,98,974
CONCLUSÃO Os dados comparados das estações AUT e EMC de temperatura do ar, pressão atmosférica ao nível do mar e precipitação, apresentaram bons resultados, porém deve haver maior cuidado quanto aos sensores de umidade, e produtos derivados com temperatura do ponto de orvalho, devido a menor correlação encontrada em comparação aos outros parâmetros estudados. O estudo comparativo entre estações automática e convencional identificou erros sistemáticos que podem variar a cada pane da estação automática. Deve ser feito um acompanhamento mais detalhado dos dados das AUT, para posteriormente aplicações em diversos usos. Posteriormente estudos com uma série maior de dados poderá verificar o comportamento entre os dados das estações perante variabilidade anual dos dados, bem como tempo de resposta útil dos sensores da AUT. BIBLIOGRAFIA FISCH, G.; SANTOS, J.M. Comparação entre observações meteorológicas convencionais e automáticas na Região do Vale do Paraíba, SP. In: Congresso Brasileiro de Agrometeorologia,, 997, Piracicaba. Anais... Piracicaba: Sociedade Brasileira de Agrometeorologia, p.4648, 997. SENTELHAS, P. C. et al. Análise comparativa de dados meteorológicos obtidos por estação convencional e automática. Revista Brasileira de Agrometeorologia, Santa Maria, v.5, n., p.5, 997. SOUSA, I. A.; et al. Estudo comparativo entre elementos meteorológicos monitorados por estações convencional e automática na região de Maringá, estado do Pará. Acta Scientiarum. Technology, Maringá, v.5, n., p.7,. TEIXEIRA, A. H. C. et al. Estimativa do consumo hídrico da goiabeira, utilizando estações agrometeorológicas automática e convencional. Rev. Bras. Frutic., Jaboticabal - SP, v. 5, n., p. 457-46,. WILLMOTT, C. J. et al. Statistics for the evaluation and comparison of models. Journal Geophisis. Res.. Ottawa, v.9, n.c5, p. 8995-95, 985. Temperatura do ar ( C) - : UTC 5 9 759 7 597 4 8 648 5 5-5 5 Umidade Relativa do ar (%) - :UTC 6 6 6 6 6 6 5 5 5 Temperatura do ponto de orvalho ( C) - :UTC 5 9 759 7 597 4 8 648,5,5 -,5 Pressão atmosférica (hpa) - :UTC,5 5 9 759 7 597 4 8 648 Figura - Série temporal dos viés das estações de Recife no período estudado as : UTC.
Temperatura do ar ( C) - : UTC 6 6 6 6 6 6 5 5 5 Temperatura mínima do ar ( C) - : UTC,5,5 -,5,5 5 9 7 5 9 7 5 9 7 4 8 6 4 8 Umidade relativa do ar (%) - : UTC 5 5-5 5 5 9 7 5 9 7 5 9 7 4 8 6 4 8 Temperatura do ponto de orvalho ( C) - : UTC 5 9 7 5 9 7 5 9 7 4 8 6 4 8 Pressão atmosférica (hpa) - : UTC 5 9 7 5 9 7 5 9 7 4 8 6 4 8 Precipitação (mm) - : UTC 8 6 4-4 -6-8 5 9 7 5 9 7 5 9 7 4 8 6 4 8 Figura - Série temporal dos viés das estações de Recife no período estudado as : UTC. Temperatura do ar ( C) - 8: UTC 5 9 7 5 9 7 5 9 7 4 8 6 4 8 Temperatura máxima do ar ( C) - 8: UTC 5 9 7 5 9 7 5 9 7 4 8 6 4 8 5 5-5 5 Umidade relativa do ar (%) - 8: UTC 5 9 759 7 597 4 8 648 Temperatura do ponto de orvalho ( C) - 8: UTC 5 9 7 5 9 7 5 9 7 4 8 6 4 8 Pressão atmosférica (hpa) - 8: UTC 5 9 7 5 9 7 5 9 7 4 8 6 4 8 Figura - Série temporal dos viés das estações de Recife no período estudado as 8: UTC.