Probabilidades mensais e anuais de ocorrência de temperaturas mínimas do ar adversas à agricultura na região de Campinas (SP), de 1891 a 2000

Monthly and yearly frost risk for the region of Campinas, São Paulo State, Brazil from 1891 to 2000

AGROMETEOROLOGIA

Probabilidades mensais e anuais de ocorrência de temperaturas mínimas do ar adversas à agricultura na região de Campinas (SP), de 1891 a 2000

Monthly and yearly frost risk for the region of Campinas, São Paulo State, Brazil from 1891 to 2000

Fabiane Astolpho^{I, IV}; Marcelo Bento Paes de Camargo^{II, V}; Ludmila Bardin^{III, VI}

^IAluna do Curso de Pós-Graduação em Agricultura Tropical e Subtropical, área de concentração Tecnologia da Produção Agrícola, do Instituto Agronômico (IAC)

^IICentro de Pesquisa e Desenvolvimento de Ecofisiologia e Biofísica, Insituto Agronômico (IAC), 13001-970 Campinas, SP. E-mail: [e-mail]

^IIIAluna do Curso de Graduação em Engenharia Ambiental da PUC-Campinas. Estagiária do Centro de Ecofisiologia e Biofísica, IAC

^IVBolsista da Fundación Mapfre Estúdios

^VCom bolsa de produtividade científica do CNPq

^VIBolsista do PNP&D/Embrapa-Café

RESUMO

O uso de modelos probabilísticos introduz precisão matemática, permitindo estudos mais consistentes de séries históricas de dados. Utilizou-se o modelo "distribuição de valores extremos" (Gumbel) para estimar a probabilidade de ocorrência de temperaturas mínimas absolutas mensais (maio, junho, julho, agosto e setembro) e anuais para Campinas (SP), relativa à série histórica de 1891-2000 (110 anos). O objetivo deste trabalho foi estimar as probabilidades de ocorrência de temperaturas mínimas mensais e anuais adversas à agricultura em diferentes subperíodos (1891-1910, 1911-1940, 1941-1970 e 1971-2000) da série histórica. O modelo distribuição de valores extremos apresentou bom ajuste entre as freqüências estimadas e as observadas, independentemente dos meses e subperíodos analisados. Os valores de temperaturas mínimas absolutas médias aumentaram progressivamente de 1891 até 2000, enquanto os valores de probabilidade anual estimados apresentaram grande variabilidade entre os subperíodos históricos analisados. O subperíodo mais recente (1971/2000) apresentou probabilidade (24,2%) muito próxima de 1911/1940 (24,5%) e do período integral de 1891 a 2000 (24,4%). O subperíodo de 1891/1910 apresentou as maiores probabilidades (34,2%) e o de 1941/1970, as menores (18,4%).

Palavras-chave: Risco de geadas, probabilidade, temperaturas mínimas absolutas, distribuição de valores extremos.

ABSTRACT

Appropriated probabilistic models can give mathematical precision in historical climatological series studies. The "extreme value distribution" model (Gumbel) was used to estimate the probabilities of monthly (May, June, July, August, September) and yearly frost occurrence for Campinas region in the State of São Paulo, Brazil, based on a 110 years (1891 to 2000) historical series of absolute minimum air temperature. The main objective was to estimate and compare the monthly and yearly frost risk during different studied periods of years (1891-1910, 1911-1940, 1941-1970 e 1971-2000). The "extreme value distribution" model showed good agreement between observed and estimated probabilities for all the monthly and yearly periods. Despite the increase of the average values of the absolute minimum air temperature since 1891 to 2000, the estimated monthly and yearly probabilities showed a great variability during the different periods of years studied. The most recent period, 1971/2000, showed yearly probability (24.2%) similar to the 1911/1940 period (24.5%), and to the entire series analyzed of 1891/2000 (24.4%). The yearly highest probability of low temperature occurrence (34.2%) was during the 1891/1910 period, while the yearly lowest probability (18.4%) was during the 1941/1970.

Key words: Frost risk, probabilities, minimum air temperature, Gumbel distribution.

1. INTRODUÇÃO

A agricultura no Estado de São Paulo é importante fonte de divisas e a maior parte dos cultivos localiza-se em região tropical, entre 20 e 23° de latitude sul, com altitudes entre 500 e 1.200 m. Essa condição favorece a ocorrência de eventuais geadas severas, tornando a agricultura uma atividade de risco, com significativo prejuízo à economia do Estado.

A determinação do risco de geadas é de grande aplicabilidade na orientação de agricultores, extensionistas e órgãos governamentais para subsidiar tomadas de decisão e o planejamento agrícola. Uma das informações importantes para o planejamento é o risco de ocorrência de geadas mensal e anual, expresso na forma de "porcentagem de risco" ou "probabilidade de ocorrência".

As determinações da freqüência com que ocorrem as geadas no Estado de São Paulo, contudo, esbarram no fato de as séries de dados de temperatura mínima do ar e de relva serem pequenas e incompletas na maioria das estações meteorológicas. Vários autores têm sugerido a utilização de um valor de temperatura mínima de abrigo que represente a ocorrência de geadas na relva (BOOTSMA, 1976; CAMARGO, 1977; ARRUDA et al., 1981; SOARES e DIAS, 1986; GRODZKI et al., 1996).

O clima tropical do Estado de São Paulo sofre alterações moderadas no curso do ano, alternando períodos quentes e frios, úmidos e secos. Em certos anos, ocorre substancial intensificação nessas variações, com a ocorrência de geadas severas, especialmente de junho a agosto. Admite-se que fenômenos relacionados a oscilações sul (ENOS), El Niño e La Niña, provocam alterações anômalas no padrão de temperatura do ar durante o inverno na Região Sudeste do Brasil, incluindo o Estado de São Paulo. CAMARGO et al. (2002) relacionaram a presença dos fenômenos El Niño e La Niña com a ocorrência de geadas na cafeicultura paulista, adotando como base a série histórica de dados de temperaturas mínimas absolutas anuais de Campinas (SP), durante 112 anos (1890 a 2001), não encontrando associação entre a ocorrência de geadas severas e os fenômenos El Niño ou La Niña.

Dois tipos de geadas ocorrem no Estado de São Paulo: 1) as geadas advectivas - com menor freqüência, devido à passagem de massas de ar frio e seco, associadas a ventos fortes de Sul e Sudeste que resfriam intensamente as plantas; são localizadas e podem ocorrer a qualquer hora do dia podendo causar grandes prejuízos para as lavouras atingidas (GARCIA DE PEDRAZA e GARCIA VEJA, 1991); 2) as de radiação - ocorrem com maior freqüência, logo após a passagem de intensa frente fria, sob condições de céu limpo e ausência de ventos, e são de alcance regional. Nessa situação há acentuada perda de calor das superfícies expostas, por radiação, e da camada de ar mais próxima ao solo, que se resfria por condução (CARAMORI e MANETTI, 1993).

A baixa condutividade térmica do ar aliada à maior densidade do ar frio provocam a formação de forte gradiente de temperatura próximo à superfície, denominado "inversão térmica" (VALLI, 1972). Durante noites típicas de ocorrência de geadas de radiação, é comum observarem-se diferenças de temperatura de 5 °C entre a superfície do solo e o abrigo termométrico, instalado a 1,5 m de altura (BOOTSMA, 1980).

Em estudo de ocorrência de temperaturas baixas verificadas em Campinas (SP), no período de 1890 a 1975, CAMARGO (1977) considerou temperaturas de abrigo meteorológico abaixo de 2,5 °C como representativas de ocorrência de geadas prejudiciais à cafeicultura. Posteriormente, alguns trabalhos realizados com base em modelos estatísticos, determinaram as probabilidades de ocorrência de temperaturas mínimas absolutas obtidas em abrigo meteorológico, inferiores a 2 e 1 °C (ARRUDA et al., 1981; CAMARGO et al., 1993; PINTO et al., 2000).

A adoção dos limites de 2 e 1 °C fundamenta-se na constatação que, em noites de geada, a diferença média entre as temperaturas mínimas do ar observadas em abrigo meteorológico e as mínimas de relva, é de 5,6 ^oC (FAGNANI e PINTO, 1981). Assim, quando a temperatura mínima do ar é de 2 ou 1 °C, tem-se na folha exposta temperaturas de -3,6 e -4,6°C respectivamente, próximas do valor encontrado por CAMARGO e SALATI (1967) e PINTO et al. (1978) como limite para o aparecimento de danos em cafeeiros.

Quanto maior a queda de temperatura abaixo desse limite, mais graves e extensos serão os danos às plantas.

A utilização de modelos probabilísticos introduz precisão matemática, permitindo estudos mais consistentes de séries históricas de dados. CAMARGO et al. (1993) testaram vários modelos probabilísticos e definiram que o modelo de "distribuição de valores extremos" foi o que apresentou o melhor ajustamento entre as frequências observadas e estimadas, considerando dados de temperaturas mínimas absolutas para diversas regiões do Estado de São Paulo.

Este trabalho foi realizado com o objetivo de estimar e analisar as probabilidades de ocorrência de temperaturas mínimas absolutas mensais e anuais adversas à agricultura em diferentes subperíodos da série histórica de 110 anos (1891/2000), em Campinas, SP, utilizando o modelo de distribuição de valores extremos.

2. MATERIAL E MÉTODOS

Consideraram-se séries de dados de temperaturas mínimas absolutas mensais (maio, junho, julho, agosto e setembro) e anual, observadas no posto meteorológico do Instituto Agronômico (IAC), de Campinas (SP), em latitude 22^o 54' S, longitude 47^o 05' W, altitude 674 m, no período de 110 anos, de 1891 a 2000, divididos nos seguintes subperíodos: 1891/1910 (20 anos), 1911/1940 (30 anos), 1941/1970 (30 anos) e 1971/2000 (30 anos).

Para a estimativa das probabilidades de ocorrência de temperaturas mínimas absolutas utilizou-se o modelo de distribuição de valores extremos (distribuição de Gumbel). Esse modelo possui bom ajuste para séries de dados não "normalmente" distribuídos (CAMARGO et al., 1993).

Sua função de densidade de probabilidade de distribuição para valores extremos mínimos segundo Thom (1966), é dada por:

Os parâmetros a e b da distribuição foram estimados pelo método "Lieblein" de máxima verossimilhança, conforme procedimento proposto por THOM (1966). O procedimento de ajuste de Lieblein envolve a manutenção cuidadosa da ordem cronológica original dos dados da série climatológica, e a divisão da série em subgrupos considerando pesos diferenciados. Os parâmetros assim determinados são estimadores de máxima verossimilhança.

Ao ajustar uma distribuição de probabilidade a um conjunto de dados, assume-se a hipótese de que a distribuição pode representar adequadamente o conjunto de informações. Para verificar o ajuste entre as freqüências de temperaturas mínimas absolutas observadas e estimadas adotou-se o teste de Kolmogorov-Smirnov (KS), considerando a significância de 5% (P < 0,05).

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

O modelo distribuição de valores extremos possibilitou bom ajuste entre as freqüências estimadas e observadas de ocorrência de temperaturas mínimas absolutas abaixo de qualquer nível térmico. Pelo teste de Kolmogorov-Smirnov constatou-se bom ajuste entre as freqüências acumuladas observadas e as estimadas pela distribuição para todos os períodos analisados, tanto mensais (maio, junho, julho, agosto e setembro) quanto anual, revelando que a distribuição de valores extremos representou adequadamente o conjunto de dados.

A tabela 1 apresenta os valores estimados dos parâmetros a e b da distribuição de valores extremos e os valores médios (TMAM) e de desvio-padrão (DP) das temperaturas mínimas absolutas dos períodos mensais e anuais analisados. Observa-se que as temperaturas mínimas absolutas médias mensais e anual (Figura 1) dos subperíodos mais recentes, de 1971/2000 e 1941/1970, apresentaram os dados médios mais elevados, especialmente o subperíodo 1971/2000, enquanto o de 1891 a 1910 apresentou os menores valores mensais e anuais.

Observa-se nítida evolução anual, com valores de 2,9 °C (1891/1910), 3,6 °C (1911/1940), 4,2 °C (1941/1970) e 4,4 °C (1971/2000). Esses valores médios mostram que houve tendência marcante no aumento das médias de temperaturas mínimas absolutas desde 1891 até 2000 significando, em princípio, menores ocorrências de geadas nas últimas décadas.

Quando se analisa os valores de desvio-padrão dessas temperaturas mínimas absolutas anuais, observa-se também marcante aumento (Figura 2) nos subperíodos analisados, ou seja, 1,69 °C (1891-1910), 1,88 °C (1911-1940), 2,23 °C (1941-1970) e 2,78 °C (1971-2000). Esse aumento nos valores do desvio-padrão atesta que a variabilidade entre as temperaturas mínimas absolutas anuais foi maior nos últimos subperíodos.

A estimativa das probabilidades de ocorrência das temperaturas mínimas absolutas para os mesmos subperíodos, utilizando o modelo de distribuição de valores extremos, (Figura 3), mostra que o subperíodo 1971/2000 apresentou maiores probabilidades na faixa de –1,0 a 1,5 °C. A partir de 3 °C as probabilidades se invertem em relação aos demais períodos, indicando menores probabilidades de ocorrência.

O subperíodo de 1891/1910 apresentou as maiores probabilidades a partir de 1,5 °C. As probabilidades mensais (maio, junho, julho, agosto e setembro) e anual, considerando temperatura de 2,0 °C, como indicativa de início de danos de geada para muitas culturas, como por exemplo, café e cana-de-açúcar, podem ser observadas na Figura 4.

As maiores probabilidades mensais foram obtidas no subperíodo 1971/2000 nos meses de junho e julho e pelo subperíodo de 1891/1910 nos meses de maio e agosto. Pela análise anual, independentemente do mês, o subperíodo que apresentou as maiores probabilidades de ocorrência de geada foi o de 1891/1910 com 34,2%, constatando-se que a cada 10 anos ocorreu risco de geadas em pelo menos três anos. O subperíodo de 1941/1970 apresentou a menor probabilidade (18,4%). Os demais subperíodos, 1911/1940 (24,5%), 1971/2000 (24,3%) e o período total de 1891/2000 (24,4%), apresentaram probabilidades muito próximas.

4. CONCLUSÕES

1. O modelo distribuição de valores extremos apresentou bom ajuste entre as freqüências estimadas e as observadas, independentemente dos meses e subperíodos analisados.

2. Os valores de temperaturas mínimas absolutas médias aumentaram progressivamente de 1891 até 2000, enquanto os valores de probabilidade anual estimados apresentaram uma grande variabilidade entre os subperíodos históricos analisados.

3. O subperíodo mais recente (1971/2000) apresentou probabilidade (24,2%) muito próxima do subperíodo de 1911/1940 (24,5%) e do período integral de 1891 a 2000 (24,4%). O subperíodo de 1891/1910 apresentou as maiores probabilidades (34,2%) e o de 1941/1970, as menores (18,4%).

Recebido para publicação em 25 de junho de 2003 e aceito em 4 de fevereiro de 2004.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  02 Jun 2004
• Data do Fascículo
  2004

Histórico

• Aceito
  04 Fev 2004
• Recebido
  25 Jun 2003