ESTIMATIVA DA PRECIPITAÇÃO DO ESTADO DE SÃO PAULO Jonas Teixiera Nery(1); Walter Mario Vargas; Maria de Lourdes Orsini (1) Depto de Física, Área de Meteorologia, UEM, CEP 87020-900, PR, Brasil e-mail: jonas@met.inpe.br ABSTRACT The objective of this paper is to present a diagnosis of the monthly and annual daily total precipitation of the São Paulo State. Through 33 series with daily precipitation data obtained from DAEE-SP and DNAEE-Brasilia, in the period from 1959 to 1991. The average, standart deviation, anomaly data and analysis of Fourier it was possible to detect processes deterministics. It also used different filters and done the classification of the best used filter. Some results that variance obtained through the Fourier analysis is mainly explained by the annual wave. The best serie filtred not evident another process of the State rainy. 1.INTRODUÇÃO São numerosas as pesquisas que se pode mencionar relacionados com o estudo de precipitação no mundo. Conrad (1941) estudou a variabilidade relativa da precipitação média anual de estações distribuídas no mundo, encontrando tres regiões distintas. Um destes grupos apresenta excesso de variabilidade e consistente teleconexão com o fenômeno El Niño. A partir dos anos 60 são vários os autores que pesquisaram o evento El Niño - Oscilação Sul (ENSO) e as anomalías climáticas associadas com ele. Nery et al. (1996), estudou a precipitação do Brasil Meridional, em sua variabilidade diária, mensal, anual e interanual, encontrando estruturas bem marcadas em cada um dos Estados pertencente a esta região. A precipitação no Estado São Paulo foi estudada por muitos autores. Monteiro (1969) mostrou a importância dos sistemas frontais como mecanismos importantes de precipitação na área do Estado de São Paulo. Gomes e Massambani (1984) documentou as condições sinóticas associadas a chuvas intensas. Scolar et al. (1986) deu atenção especial para os sistemas convectivos de mesoescala e suas relações com as condições sinóticas. Sugahara (1991), estudou flutuações na escala interanual, sazonal e intrasazonal da precipitação na área do Estado de São Paulo, usando diferentes índices de precipitação, radiação de onda longa emergente e análise inicializadas do ECMWF. São Paulo é o Estado do Brasil responsável por 65% da produção nacional. Tem um parque industrial de 115 mil indústrias, consome mais da metade da energia gerada no país e é também o principal produtor agrícola. Esta região sofre muito com as oscilações do clima. No caso de seca, notase grandes problemas sociais além de problemas energéticos e de perdas na produção agrícola. Os dados utilizados neste trabalho foram obtidos junto ao Departamento de Água e Energia Elétrica de São Paulo (DAEE) e junto ao Departamento Nacional de Água e Energia Elétrica (DNAEE), Brasília. O período foi escolhido considerando a melhor distribuição espacial e temporal, para este estudo. O objetivo deste trabalho e pesquisar a precipitação do Estado de São Paulo e sua flutuação, em escala temporal para desenvolver uma climatologia com especial ênfases nas estruturas estatísticas regionais, tais como tendência regional e, também, encontrar estruturas estatísticas temporais e espaciais que permitam regionalizar e estratificar as precipitações no espaço e no tempo. 2.MATERIAIS E MÉTODO Existem várias formas para estudar um conjunto de dados unidimensional. Neste estudo, o diagrama de bloco de Tuckey (1977) foi eleita para analisar a evolução anual da distribuição de frequência da chuva. Esta metodologia inclui informação sobre os valores extremos, sua localização (média e mediana), escala (rango interquartil) e assimetria (diferença entre quartis e mediana). Com o objetivo de mostrar uma maior estabilidade nos parâmetros extremos, considera-se a média dos cinco valores extremos e máximos e mínimos como uma estimação robusta destas estimações. Um parâmetro é considerado robusto quando não é afetado por valores extremos ou atípicos.
O estudo da variável precipitação foi realizado através da análise de anomalias e da onda anual. Para tanto utilizou-se a variabilidade relativa (VR=σ/P, sendo σ o desvio padrão e P, a precipitação média do período estudado) e a comparação entre o desvio padrão da onda anual e o desvio padrão da anomalia para cada série. Utilizou-se os dados de precipitação diária acumulada para cada estação de S. Paulo. Com esses dados gerou-se uma nova base de dados acumulados cada dez dias. Desta forma existem tres dados de precipitação por cada mês de informação. O primeiro equivale a precipitação acumulada entre os dias 1 e 10, o segundo entre os dias 11 e 20 e o terceiro entre os dias 21 e 31, 30, 28 ou 29, de acordo com o mês e o ano estudado. Calculou-se a onda anual para cada uma das séries e se traçou os campos médios de precipitação, para cada um dos períodos de 10 dias, do ano. A avaliação do fenômeno de seca realizou-se a nivel semestral, ano por ano, período úmido (outubro a março) e período seco (abril a setembro), Moreno (1994). O índice utilizado para este cálculo foi: I= (p-p)/p, sendo I índice de seca; p chuva total semestral e P chuva média semestral no período. Os intervalos foram classificados conforme segue: I > -0.2, situação normal (não se analisou período úmido); -0.2 > I -0.4, seca moderada; -0.4 > I -0.6, seca intensa e I < -0.6, seca extrema. 3.RESULTADOS Através da classificação de grupos homogêneos de precipitação, Nery et al. 1998, calculou-se o índice de seca para cada região. Nos sete grupos homogêneos pode-se observar que existem diferenças nos percentuais de secas, nas diferentes regiões. Nas estações meteorológicas do grupo I, as secas mais significativas ocorreram no inverno, nos anos de 1949, 1963, 1968 e 1975, com 100% da área atingida por essa anomalia. Outros anos apresentaram somente 83% da área, dentro do grupo com seca pronunciada, quais sejam 1948, 1950, 1951, 1961, 1962, 1969 e 1974. No verão, para o mesmo grupo, o ano de 1968 apresentou um percentual elevado do território (83%) com anomalias negativas de precipitação. Dentro do grupo II, somente o ano de 1968 apresentou-se com índice de precipitação abaixo do normal, tanto no inverno (período seco) como no verão (período úmido). Os demais grupos apresentaram anos comuns de seca tais como 1949, 1963, 1968 e 1975, nos grupos II, III, IV, V, VI e VII. Os resultados da função de distribuição para todas as estações, em geral se infere que a onda anual, tanto no valor médio, como no desvio padrão apresenta idênticas características em todas as estações, com valores mínimos em julho e agosto e máximos em janeiro e fevereiro. A comparação do intervalo interquartil entre as estações apresentadas para cada mes mostra que os meses de maior precipitação tem maior distância interquartil, isto significa que a variabilidade aumenta à medida que a precipitação aumenta. Os valores extremos são os que estão mostrando uma menor variabilidade especialmente nos máximos de chuva ou seja, em relação aos valores máximos a região, em estudo, não perde homogeneidade apesar das distâncias. Calculou-se a onda anual para cada uma das estações estudadas e construiu-se os campos médios de precipitação para cada um dos 36 períodos de 10 dias. A figura 1 apresenta as isolinhas, valores médios, para os dez primeiros dias de janeiro (a esquerda) e (a direita) os valores médios dos dez primeiros dias de junho. Na figura 2, as isolinhas, valores médios, dos desvios padrões de precipitação, para os primeiros dez dias de janeiro (a esquerda) e valores médios dos desvios de precipitação, dez primeiros dias, do mês de junho. Os campos mostram um máximo na região central do estado durante o verão. Este máximo persiste no inverno, mas não tendo a mesma intensidade do período úmido. Nos primeiros 10 dias de fevereiro a precipitação decadal desta região central é de aproximadamente 140mm, enquanto nos 10 primeiros dias de julho a precipitação média, máxima é de 50mm, não foi apresentado a figura correspondente a essa situação. Na figura 3 apresenta-se a variabilidade relativa de todas as séries analisadas. Pode-se observar que não existe uma variabilidade da precipitação em todo o Estado. Embora chova mais no litoral e na parte serrana deste Estado a variabilidade, em ordem de magnitude, é a mesma em toda a região estudada.
A análise de Fourier de cada série, para o mesmo período, marca bem a onda anual com uma variança explicada no harmônico 33, com o sinal mais forte. Este harmônico é representativo da onda anual, visto que tomando a quantidade de dados e dividindo pelo número de harmônicos obtem-se 12 meses (onda anual). Após a obtenção deste processo determinístico foram utilizados diferentes filtros para filtrar a onda anual. Escolheu-se o melhor deles e aplicou-se, novamente, a transformada de Fourier, com o objetivo de estudar a persistência das séries filtradas. Os filtros utilizados, neste estudo, foram: FILTRO1= (X-X m ), FILTRO2= (X/X m )-1 e FILTRO3= (X-X m )/σ, sendo X m valor médio de precipitação. No estudo de área atingida por anomalias positivas ou negativas, figura 4 (A e B), mostram alguns anos bem marcados, com anomalias positivas ou negativas atingindo 100% da área considerada. Dentro do período estudado (1948 a 1988) alguns anos de El Niño e anti El Niño são marcados. Segundo Rasmusson e Carpenter (1982) são anos de El Niño: 1951, 1953, 1957, 1963, 1965, 1969, 1972/73, 1976, 1982/83 e 1986. Anos de anti El Niño: 1949, 1950, 1955, 1956, 1964, 1970, 1971, 1973, 1975 e 1988. Na figura 10A pode-se observar que 1957, 1965, 1973, 1976, 1982/83 e 1986, anos de El Niño apresentaram basicamente 80% do Estado com anomalias positivas. Deve-se observar também que outros anos considerados anos com essa variabilidade interanual, não se caracterizaram como tal, apresentando menos de 10% da área do referido Estado com anomalias positivas. Observar os anos de 1953 e 1969. Também houve um ano com anomalia positiva em mais de 80% do Estado de S. Paulo, que não foi classificado como ano de El Niño. Na figura 10B, pode-se notar o mesmo tipo de oscilação apresentado na figura 10A. Deve-se ressaltar que qualquer valor acima da média climatológica do período, foi considerado como anomalia positiva e o mesmo sucedeu com as anomalias negativas, ou seja: qualquer valor abaixo da média climatológica, do período, foi considerado como anomalia negativa. 4.CONCLUSÕES A precipitação em São Paulo está marcada por uma onda anual, com máximos em dezembro, janeiro e fevereiro (verão) e mínimos em junho, julho e agosto (inverno). A variação explicada, através da análise harmônica, da onda anual mostra uma maior precipitação na região leste e nordeste. Isto está coerente com alguns aspectos físicos (orografia) e dinâmicos (circulação marítima), presentes nesta região. A variabilidade estudada após a utilização do filtro eficazmente obtido nos mostra que as séries estão dominadas essencialmente por processos aleatórios e que toda a persistência está dada pela onda anual. Tanto o índice de seca, quanto a porcentagem de séries afetadas (anomalias positivas e negativas) mostram que o Estado nem sempre responde as oscilações do Pacífico, de forma a aumentar ou diminuir a precipitação na região conforme a variabilidade do índice. 5.BIBLIOGRAFIA CONRAD,V.; 1941:The Variability of Precipitation. Monthly Weather Review, 69, 5-11. GOMES, A.M., MASSAMBANI, O.; 1984: Aspectos Meteorológicos Associados a Eventos em São Paulo - Estudos de Casos. III Congresso Brasileiro de Meteorologia. Belo Horizonte, 3-7/12/1984, 216-220. JENKINS, G. M., WATTS, D. G.; 1968: Spectral Analysis and its Applications. San Francisco, USA, Holden-Day, p552. MONTEIRO, C. A. F.;1969: A Frente Polar Alântica e as Chuvas de Inverno na Fachada Sul - Oriental do Brasil. Contribuição Etodológica à Análise Rítmica dos Tipos de tempo no Brasil. Instituto de Geografia, Universidade de São Paulo, 68pp. MORENO, H.G.; 1994: Estatísticas de la Sequía en Colombia. Atmósfera, Santafe de Bogotá, v.1, n. 22, p. 67-70, 1994. NERY J. T.; 1996: Estudio Climático de la Precipitación del Brasil Meridional Asociado con Fenómeno Extraregionales. Tese de Doutorado. Universidade de Buenos Aires. 138pp.
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100 PORCENTAGEM DE SÉRIES - ANOMALIA NEGATIVA 100 PORCENTAGEM DE SÉRIES - ANOMALIA POSITIVA PORCENTAGEM (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 ANOS A Figura 4 Porcentagem de anomalia negativa (a esquerda) e de anomalia positiva (a direita) para a região de São Paulo, no periodo de 1948 a 1988. TABELA I- Períodos com seca mais destacada nas regiões agrupadas pelo método multivariado, Nery et al. 1998. (%)TERRITÓRIO (%) TERRITÓRIO GRUPO I (Inverno) GRUPO I (Verão) 1949, 1963, 1968, 1975 100% 1968 83% 1948, 1950/51, 1961/62, 1969, 1974 83% 1985 67% 1959, 1981 67% GRUPO II (Inverno) GRUPO II (Verão) 1950, 1951, 1952, 1963, 1967 100% 1978 73% 1949, 1961, 1968, 1975 91% 1968 55% 1964, 1969, 1981 73% GRUPO III (Inverno) GRUPO III (Verão) 1949, 1959, 1961, 1963, 1968, 1975 100% 1952 100% 1948, 1950, 1955, 1967, 1974, 1981 67% 1970 67% GRUPO IV (Inverno) GRUPO IV (Verão) 1948/52, 1961, 1963, 1968, 1975 100% 1968 75% 1966/67 75% GRUPO V (Inverno) GRUPO V (Verão) 1948, 1963, 1975 100% 1968 90% 1951/52, 1961, 1968, 1981 90% 1970 60% 1949/50, 1959, 1966/67, 1969 80% 1960, 1962 70% GRUPO VI (Inverno) GRUPO VI (Verão) 1948, 1951, 1959, 1961, 1963,1968 100% 1970 75% 1949, 1955 75% GRUPO VII (Inverno) GRUPO VII (Verão) 1949, 1955, 1963, 1975 100% 1968, 1976 75% 1950/51, 1968, 1974 75% PORCENTAGEM (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 B 0 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 ANOS