Aplicação de Cadeias de Markov no Índice de Precipitação Padronizado (SPI) em estações da Bacia do Rio São Francisco

Santos, Esdras Adriano Barbosa dos; Stosic, Tatijana; Barreto, Ikaro Daniel de Carvalho; Campos, Laélia; Silva, Antonio Samuel Alves da

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ARTICLES • Rev. Ambient. Água 14 (3) • 2019 • https://doi.org/10.4136/ambi-agua.2311 copiar

Aplicação de Cadeias de Markov no Índice de Precipitação Padronizado (SPI) em estações da Bacia do Rio São Francisco

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo

Este trabalho objetivou avaliar períodos secos e chuvosos nas sub-regiões da Bacia Hidrográfica do Rio São Francisco (BHSF) utilizando o Índice de Precipitação Padronizado (SPI) e cadeias de Markov. Cada sub-região da BHSF possui características físicas e climáticas específicas, dessa forma foram utilizadas quatro estações pluviométricas contendo dados com 46 anos, de 1970 a 2015, obtidas na Agência Nacional de Águas (ANA), representativas de cada sub-região. O SPI foi calculado para as escalas de tempo de seis e doze meses e as matrizes de probabilidades de transição foram obtidas utilizando as cadeias de Markov. As matrizes de transição mostraram que, em ambas as escalas, caso a condição climática estivesse em classe de seca severa ou chuvosa, a mudança para outra classe seria pouco provável a curto prazo. Correlacionando esta informação com as probabilidades da distribuição estacionária, foi possível encontrar as regiões que têm maiores possibilidades de no momento futuro estar sob clima chuvoso ou de seca. Os tempos de recorrência calculados para as estações inseridas no semiárido foram menores quando comparado com o valor do tempo da estação representativa do Alto São Francisco que possui maiores níveis de precipitação, confirmando a predisposição do semiárido em apresentar maiores chances de períodos futuros de seca.

Palavras-chave:
cadeias de Markov; índice de precipitação padronizado; seca.

Instituto de Pesquisas Ambientais em Bacias Hidrográficas Instituto de Pesquisas Ambientais em Bacias Hidrográficas (IPABHi), Estrada Mun. Dr. José Luis Cembranelli, 5000, Taubaté, SP, Brasil, CEP 12081-010 - Taubaté - SP - Brazil
E-mail: ambi.agua@gmail.com

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[1] ^*Corresponding author: Esdras Adriano Barbosa dos Santos, e-mail: esdras.adriano@gmail.com

Sub-region	Latitude	Longitude	Code	Station	State
Upper	-20.178889	-45.700278	2045002	Iguatama	MG
Middle	-10.002222	-42.474167	1042015	Pilão Arcado	BA
Sub-middle	-8.520278	-39.640833	839034	Fazenda Tapera	PE
Lower	-10.215278	-36.823889	1036048	Propriá	SE

Class	SPI values
Extreme drought	$- \infty \leq S P I < - 2$
Severe drought	$- 2 \leq S P I < - 1.5$
Moderate drought	$- 1.5 \leq S P I < - 1$
Mild drought	$- 1 \leq S P I < 0$
Rain	$0 \leq S P I < \infty$

	Iguatama		Pilão Arcado		Fazenda Tapera		Propriá
Month	SPI-06	SPI-12	SPI-06	SPI-12	SPI-06	SPI-12	SPI-06	SPI-12
Jan	0.727	0.728	0.728	0.729	0.727	0.728	0.724	0.727
Feb	0.535	0.540	0.939	0.939	0.273	0.273	0.315	0.314
Mar	0.738	0.737	0.764	0.772	0.339	0.337	0.904	0.905
Apr	0.689	0.691	0.117	0.114	0.143	0.144	0.295	0.294
May	0.665	0.666	0.451	0.452	0.617	0.621	0.583	0.581
Jun	0.043	0.043	0.110	0.110	0.293	0.291	0.476	0.474
Jul	0.402	0.405	0.031	0.032	0.979	0.977	0.310	0.309
Aug	0.195	0.195	0.002	0.002	0.882	0.879	0.916	0.912
Sep	0.062	0.059	0.752	0.753	0.294	0.293	0.546	0.541
Oct	0.131	0.131	0.553	0.552	0.352	0.351	0.700	0.702
Nov	0.039	0.038	0.072	0.067	0.144	0.144	0.011	0.011
Dec	0.400	0.400	0.381	0.381	0.039	0.040	0.506	0.505

Iguatama station Code: 2045002
	Extreme drought	Severe drought	Moderate drought	Mild drought	Rainy
Extreme drought	0.500	0.286	0.000	0.143	0.071
Severe drought	0.176	0.118	0.412	0.294	0.000
Moderate drought	0.038	0.135	0.327	0.404	0.096
Mild drought	0.011	0.017	0.108	0.602	0.261
Rainy	0.000	0.003	0.031	0.146	0.819
Pilão Arcado station Code: 1042015
	Extreme drought	Severe drought	Moderate drought	Mild drought	Rainy
Extreme drought	0.545	0.091	0.273	0.000	0.091
Severe drought	0.167	0.278	0.444	0.111	0.000
Moderate drought	0.057	0.151	0.340	0.377	0.075
Mild drought	0.000	0.018	0.114	0.611	0.257
Rainy	0.000	0.003	0.017	0.141	0.838
Fazenda Tapera station Code: 839034
	Extreme drought	Severe drought	Moderate drought	Mild drought	Rainy
Extreme drought	0.556	0.222	0.167	0.000	0.056
Severe drought	0.095	0.238	0.381	0.238	0.048
Moderate drought	0.104	0.125	0.354	0.292	0.125
Mild drought	0.000	0.024	0.109	0.618	0.248
Rainy	0.003	0.007	0.010	0.146	0.833
Propriá station Code: 1036048
	Extreme drought	Severe drought	Moderate drought	Mild drought	Rainy
Extreme drought	0.789	0.105	0.053	0.053	0.000
Severe drought	0.154	0.462	0.308	0.077	0.000
Moderate drought	0.037	0.148	0.296	0.370	0.148
Mild drought	0.006	0.006	0.081	0.705	0.202
Rainy	0.000	0.000	0.000	0.124	0.876

Iguatama station Code: 2045002
	Extreme drought	Severe drought	Moderate drought	Mild drought	Rainy
Extreme drought	0.824	0.000	0.059	0.118	0.000
Severe drought	0.063	0.563	0.250	0.125	0.000
Moderate drought	0.031	0.156	0.375	0.438	0.000
Mild drought	0.000	0.010	0.072	0.778	0.139
Rainy	0.000	0.000	0.004	0.089	0.907
Pilão Arcado station Code: 1042015
	Extreme drought	Severe drought	Moderate drought	Mild drought	Rainy
Extreme drought	0.857	0.095	0.048	0.000	0.000
Severe drought	0.222	0.333	0.222	0.222	0.000
Moderate drought	0.022	0.067	0.556	0.333	0.022
Mild drought	0.005	0.005	0.077	0.798	0.115
Rainy	0.000	0.000	0.007	0.071	0.922
Fazenda Tapera station Code: 839034
	Extreme drought	Severe drought	Moderate drought	Mild drought	Rainy
Extreme drought	0.778	0.056	0.111	0.056	0.000
Severe drought	0.167	0.583	0.167	0.083	0.000
Moderate drought	0.000	0.269	0.577	0.115	0.038
Mild drought	0.000	0.011	0.034	0.835	0.119
Rainy	0.000	0.000	0.000	0.078	0.922
Propriá station Code: 1036048
	Extreme drought	Severe drought	Moderate drought	Mild drought	Rainy
Extreme drought	0.842	0.105	0.053	0.000	0.000
Severe drought	0.214	0.429	0.357	0.000	0.000
Moderate drought	0.000	0.152	0.485	0.364	0.000
Mild drought	0.000	0.006	0.071	0.753	0.169
Rainy	0.000	0.000	0.000	0.081	0.919

Station	Extreme drought	Severe drought	Moderate drought	Mild drought	Rainy
Iguatama	38.5	10.5	32.3	3.1	1.9
Pilão Arcado	40.0	10.1	29.4	3.3	1.8
Fazenda Tapera	29.4	11.0	25.6	3.3	1.9
Propriá	28.6	20.4	41.7	3.2	1.7

Station	Extreme drought	Severe drought	Moderate drought	Mild drought	Rainy
Iguatama	47.6	17.2	34.5	2.8	1.9
Pilão Arcado	18.5	12.3	52.6	3.0	1.9
Fazenda Tapera	26.3	17.9	20.0	3.1	1.9
Propriá	28.6	16.4	38.5	3.5	1.7

Station	Extreme drought	Severe drought	Moderate drought	Mild drought	Rainy
Iguatama	2.0	1.5	1.1	2.5	5.5
Pilão Arcado	2.2	1.5	1.4	2.6	6.2
Fazenda Tapera	2.3	1.6	1.3	2.6	6.0
Propriá	4.8	1.4	1.9	3.4	8.1

Station	Extreme drought	Severe drought	Moderate drought	Mild drought	Rainy
Iguatama	5.7	1.6	2.3	4.5	10.8
Pilão Arcado	7.0	2.3	1.5	5.0	12.8
Fazenda Tapera	4.5	2.4	2.4	6.1	12.9
Propriá	6.3	1.9	1.8	4.1	12.3