DETERMINAÇÃO DAS DATAS DE INÍCIO E FIM DA ESTAÇÃO CHUVOSA PARA REGIÕES HOMOGÊNEAS NO ESTADO DO PARANÁ Edmilson Dias de Freitas(1); Alice Marlene Grimm (1) Departamento de Ciências Atmosféricas - IAG - USP Rua do Matão, 1226, Cid. Universitária CEP 05508-900 São Paulo, SP Tel: (011) 818-4770 Fax: (011) 818-4714 e-mail: efreitas@model.iag.usp.br ABSTRACT In this work, starting and ending dates for rainy seasons of four regions with similar regimes of precipitation in the State of Paraná are investigated. These regions were obtained by cluster analysis. Two rainy seasons were observed in most regions: the first one comprises the spring and summer periods and the second one comprises the autumn period. Some periods of interruption were observed in the rainy season of spring-summer in some regions. In the year following El Niño events, there is an antecipation of the autumn rainy season and, sometimes, a merging of this season with the spring-summer season. 1. Introdução As datas de início e final da estação chuvosa podem ser definidas de diversas formas. A maioria dos estudos envolvendo estas questões tem sido feitos usando valores acumulados de precipitação sobre períodos de 5, 7 ou 10 dias. A definição mais usual, baseada somente nas quantidades, leva freqüentemente a falsas datas de início, já que as quantidades de precipitações podem reduzir-se nos dias subseqüentes. Sendo assim, outros critérios devem ser incluídos para contornar este problema. Sansigolo (1989), num estudo sobre a variabilidade da estação chuvosa em Piracicaba - SP, considerou como início da estação chuvosa, o primeiro dia após a data de referência, 1 de setembro, com 20 mm acumulados em 1 ou 2 dias consecutivos e condicionado à não ocorrência de 10 dias secos (precipitação menor que 1 mm) nos 30 dias seguintes. Virmani (1975) definiu o início da estação chuvosa como sendo aquela semana com precipitação acumulada maior que 20 mm em um ou mais dias, e com a condição de que, na semana seguinte, a probabilidade de chuva de pelo menos 10 mm seja maior que 70%. Sugahara (1991) e D Almeida (1997) pesquisaram a data do início da estação chuvosa na série temporal das precipitações do Estado de São Paulo, a partir do quinqüídeo de número 37, que está dentro da estação seca, usando o critério da primeira ocorrência de quinqüídeos com precipitação média 2 mm/dia (ou 10 mm acumulados em 5 dias) não sendo seguida por uma seqüência de 3 quinqüídeos com precipitação média 3 mm/dia. O final da estação chuvosa foi determinado por condições semelhantes, considerando a primeira ocorrência, após o início das chuvas, de uma seqüência de 3 quinqüídeos cuja média conjunta seja 3 mm/dia, considerando o primeiro quinqüídeo dos 3 utilizados como sendo o final da estação chuvosa. Esta condição não pode ser seguida por uma seqüência de 3 quinqüídeos cuja média conjunta seja 2 mm/dia. Sugahara comparou o início da estação chuvosa no Estado de São Paulo com o de outras regiões utilizando a definição dada por Kousky (1988), que utiliza dados de Radiação de Onda Longa Emergente (ROLE) para a determinação das datas de início e fim da estação chuvosa. Segundo Sugahara, o início da estação chuvosa no Paraná está fora do período por ele analisado, podendo ocorrer 12 qüinqüídios antes ou depois do início da estação chuvosa no Estado de São Paulo. 2. Dados São utilizados dados de precipitação diária, no período de 1967-92, de estações pluviométricas espalhadas pelo Estado do Paraná, além de algumas estações dos estados de São Paulo e Santa Catarina, localizadas nas fronteiras norte e sul respectivamente, totalizando 89 estações. Também foram utilizados valores calculados de evapotranspiração potencial para 28 estações com períodos variados. Os dados diários, foram transformados em dois conjuntos de
dados. O primeiro, de séries de totais mensais, destinam-se a obter regiões homogêneas quanto ao regime sazonal de precipitação. O segundo é composto de séries de totais acumulados em cinco dias (quinqüídeos ), sem sobreposição de datas, de 1º de janeiro a 31 de dezembro. Deste modo, para cada ano, tem-se uma série temporal com 73 valores. Assim como em Kouski (1988), para anos bissextos, o dia 29 de fevereiro, foi incluído no 12º quinqüídeo, tal que o valor da precipitação neste caso é o total acumulado em 6 dias. As séries de quinqüídeos foram utilizados para a determinação das datas de início e fim da estação chuvosa. 3. Determinação de regiões homogêneas quanto ao regime sazonal de precipitação Para a obtenção de datas de início e fim da estação chuvosa, fez-se inicialmente a determinação de regiões homogêneas quanto a variabilidade sazonal através de uma análise de grupamentos ( Cluster Analysis ) para dados mensais calculados a partir dos dados descritos na seção anterior. A análise de grupamentos é utilizada quando não se tem nenhuma informação sobre a estrutura dos grupos de objetos em estudo. Seu objetivo é colocar objetos de maneira agrupada, dentro de grupos ( clusters ) sucessivamente maiores, utilizando algumas medidas de similaridades ou distâncias. Cada objeto começa a ser classificado dentro de um grupo individual. Em seguida, diminuí-se o limiar para o critério de determinação da possibilidade de dois ou mais objetos pertencerem ao mesmo grupo. O limiar desse critério diminui até que todos os objetos sejam colocados no mesmo grupo. Existem várias maneiras de determinação de distâncias. Neste trabalho, optou-se por utilizar distâncias Euclidianas, que são simplesmente as distância geométricas num espaço multidimensional, dadas por: 1/ 2 2 Distância (x,y) = (x i yi) Eq (1) i Feito isso, é necessário determinar quando dois grupos são suficientemente similares para serem colocados juntos. A regra utilizada para tal fim foi o método de Ward que utiliza uma análise aproximada da variância para avaliar as distâncias entre os grupos. A Figura 1 mostra o dendograma indicando a distância de ligação escolhida para o corte. Conforme podemos verificar desta figura, aparecem 4 regiões homogêneas com relação ao regime sazonal de precipitação. Embora tenham sido utilizadas estações dos Estados de São Paulo e Santa Catarina para evitar descontinuidades nas fronteiras, na continuação do trabalho só foram utilizadas estações desses Estados nos locais próximos à regiões sem estações no Estado do Paraná. Em resumo, quatro regiões homogêneas foram obtidas. A Figura 2 fornece uma visão espacial aproximada dessas regiões, doravante referidas como: RS1, RS2, RS3 e RS4. 4. Determinação das datas de início e fim da estação chuvosa A Figura 3 (a-d) mostra uma comparação entre o ciclos anuais médios de precipitação e evapotranspiração potencial para as quatro regiões homogêneas quanto ao regime sazonal de precipitação. Verifica-se desta figura que apenas na região RS1 existem períodos com evapotranspiração potencial maior que a precipitação. Para as outras regiões, em média, a evapotranspiração potencial é menor que a precipitação durante todo o ano. Este fato indica que apenas na região RS1 existe um período realmente seco. Para a determinação das datas de início e fim da estação chuvosa para as quatro regiões obtidas, utilizou-se um procedimento semelhante ao utilizado por Sugahara (1991) e D Almeida (1997), com a modificação nos limiares utilizados, para cada uma das regiões. Os limiares fixados correspondem a percentis da distribuição de precipitações quinqüideais médias suavizadas durante o ano. A suavização tem o objetivo de eliminar variações abruptas decorrentes do período relativamente pequeno dos dados utilizados. Os critérios para determinação da data de início da estação chuvosa foram os seguintes: 1) a primeira ocorrência de quinqüídeo com precipitação P5, onde P5 é o valor correspondente ao percentil 5 obtido da ordenação das precipitações médias quinquideais suavizadas de cada região obtida.
2) a condição (1) deve ser seguida pela ocorrência de um evento Q3 > P15, onde Q3 é a média das precipitações nos três próximos quinqüídeos consecutivos e P15 é o valor correspondente ao percentil 15. Para a data de final da estação chuvosa: 1) primeira ocorrência, depois do início da estação chuvosa, de Q3 P15, considerando o primeiro quinqüídeo dos três utilizados na definição de Q3, como sendo o final da estação chuvosa. 2) a condição (1) deve ser seguida por um evento Q3 < P5. 5. Resultados e Conclusão Tabela 1: Datas de início e fim da estação chuvosa para as quatro regiões homogêneas quanto ao regime sazonal de precipitação. Região Início P-V 1ª Interrup 2ª Interrup Final P-V Início Out Final Out Perc. 5 e 15 (mm) RS1 51,8 ± 63,25±6,14 (int) 9,83±7,58(int) 26,85± 29,0± 38,6± P5 = 09,9 7,0 69,75±3,89(ret) 13,83±7,24(ret) 7,85 1,53 2,58 P15=11,5 RS2 52,74± 68,54±7,06(int) _ 20,04± 26,64± 43,0± P5 = 16,1 8,64 2,45±7,73(ret) 12,10 7,95 5,08 P15=17,1 RS3 52,58± 64,0+7,4(int) _ 20,19± 25,0± 37,75± P5 = 15,0 11,25 71,31±8,08(ret) 8,18 6,11 5,13 P15=16,0 RS4 48,33± 28,16± P5 = 16,5 5,92 7,48 P15=19,6 Como pode ser verificado na Tabela 1, os limiares utilizados são bastante altos, apesar dos baixos percentis, para que se possa considerar a existência de uma estação realmente seca. A inspeção no ciclo anual dessas regiões (Fig. 3), mostra que apenas na região RS1 existe um período que pode ser considerado seco (evapotranspiração maior que a precipitação). Sendo assim, para as outras regiões, as datas de início e fim indicam apenas um período com chuvas acima de dados limiares. Os desvios padrão indicados na Tabela 1, denotam a grande variabilidade existente nas datas de início e fim da estação chuvosa para todas as regiões. Os menores desvios estão nas regiões RS1 (norte do Estado) e RS4 (litoral ) que tem estações chuvosas mais bem definidas. Nota-se também, o aparecimento de duas estações chuvosas dentro de um mesmo ano. A primeira abrangendo as estações de primavera e verão (estação P-V) e a segunda, a estação de outono (estação Out). Além dessas estações chuvosas, observa-se a ocorrência de interrupções na estação P-V, sendo que na região RS1, verificou-se a existência de duas delas e que na região RS4 elas raramente acontecem, não sendo portanto, definidas datas médias de ocorrência dessas interrupções para esta região. Ainda na região RS4, praticamente não ocorreram indicativos de uma estação chuvosa na época de outono (apenas duas ocorrências em 26 anos). Sendo assim, determinou-se as datas de início e fim das estações chuvosas de P-V (para todas as regiões) e as de outono (para as regiões RS1, RS2 e RS3). As prováveis datas de interrupção (int) e retorno (ret) da estação chuvosa de P-V também foram determinadas para as regiões RS1, RS2 e RS3. Uma observação importante é a provável influência de fenômenos El Niño. Na região RS4, a estação chuvosa que se inicia no ano de 1975 só termina no ano de 1977 com uma duração de 710 dias, indicando uma possível associação com o evento El Niño de 1976. Esta influência também pode ser verificada na região RS1 onde existiu uma pequena pausa entre os quinqüídeos 22 e 26 (15 dias) no mesmo ano. Outro aspecto que pode estar relacionado a eventos ENOS (El Niño/Oscilação Sul) é a ocorrência antecipada da estação Out nos anos seguintes a El Niño ou a ocorrência de uma estação chuvosa P-V prolongada, englobando, às vezes, a estação Out. Grimm et al (1998), utilizando dados de precipitação de 250 estações na região sul do Brasil, encontraram influência significativa no outono seguinte a anos de El Niño. Vale notar que, embora Sugahara (1991) não tenha encontrado o início da estação chuvosa para o Paraná dentro do período por ele estudado, para todas as regiões as datas de início não se
afastam mais do que cinco quinqüídeos da data de início da estação chuvosa para o Estado de São Paulo. 6. Referências Bibliográficas D almeida, C., 1997: Oscilações Intrasazonais de Precipitação na Estação Chuvosa em São Paulo e Condições Atmosféricas Associadas. Dissertação de Mestrado. Departamento de Ciências Atmosféricas, IAG/USP, 113 pp. Grimm, A. M., S. E. T. Ferraz and J. Gomes, 1998: Precipitation anomalies in Southern Brazil associated with El Niño and La Niña events. Aceito pelo Journal of Climate. Kousky, V. E., 1988: Pentad Outgoing Longwave Radiation Climatology for the South American Sector. Revista Brasileira de Meteorologia, 3, 217-231. Sansingolo, A. S.,1989: Variabilidade Interanual da Estação Chuvosa em São Paulo. Climanálise, vol 04, 09, 40-43. Sugahara, S., 1991: Flutuações interanuais, sazonais e intrasazonais da precipitação no Estado de São Paulo. Tese de doutoramento. Departamento de Ciências Atmosféricas, IAG/USP, 145 pp. Virmanni, S. M., 1975: The agricultural climate of the Hyderabad region in relation to crop planning. Internal Report, Farming Systems Program. ICRISAT. Hyderabat, India. Figura 1: Dendograma ilustrando as quatro regiões homogêneas quanto ao regime sazonal de precipitação. Distância de corte 5300
Figura 2: Distribuição espacial aproximada das quatro regiões homogêneas quanto ao regime sazonal obtidas através da análise de grupamentos (a) (b) (c) (d) Figura 3: Comparação entre os ciclos anuais suavizados de precipitação e evapotranspiração potencial para quatro as regiões homogêneas quanto ao regime sazonal.