Identificação de regiões pluviometricamente homogêneas no Estado do Rio de Janeiro, utilizando-se valores mensais

Identification of homogeneous precipitation regions in the State of Rio de Janeiro using monthly means

ARTIGOS

Identificação de regiões pluviometricamente homogêneas no Estado do Rio de Janeiro, utilizando-se valores mensais

Identification of homogeneous precipitation regions in the State of Rio de Janeiro using monthly means

Romisio Geraldo Bouhid André^I; Valdo da Silva Marques^II; Francisca Maria Alves Pinheiro^II; Antonio Sergio Ferraudo^III

^IInstituto Nacional de Meteorologia - INMET/MAPA

^IILaboratório de Meteorologia -LAMET/CCT/UENF

^IIIDepto. de Ciências Exatas - FCAV/UNESP, [e-mail]

RESUMO

O objetivo deste trabalho é dar uma contribuição ao estudo das condições climáticas do Estado do Rio de Janeiro, visando a uma melhor Classificação Climática por meio da identificação de regiões homogêneas em precipitação. Para isto foram utilizadas médias mensais da precipitação de 48 estações meteorológicas, em um período de 30 anos (1971-2000). A análise hierárquica de agrupamento, a orografia e a proximidade do mar, mostraram que o Estado do Rio de Janeiro pode ser dividido, quanto à precipitação, em seis regiões pluviometricamente homogêneas o que possibilitou classificar as estações meteorológicas pelo método de classificação não hierárquica k-means. A região norte do Estado, com precipitações anuais em torno de 870 mm é a mais seca, e a região da encosta sul da Serra do Mar, com 2020 mm, é a mais chuvosa. Mas, em ambas as regiões, os valores da precipitação da estação chuvosa representam em torno de 70% dos totais anuais.

Palavras-chave: regiões homogêneas, análise de agrupamento, precipitação mensal

ABSTRACT

The aim of this work is to give a contribution to the study of climatic conditions for Rio de Janeiro State towards a better Climatic Classification by identifying homogeneous precipitation regions. Monthly mean rainfall for a period of thirty years (1971-2000), from 48 meteorological stations, were used. Cluster hierarchical analysis, orography and proximity to the ocean showed that Rio de Janeiro State could be divided into six homogeneous regions according to its rainfall distribution, which allowed the classification of meteorological stations by nonhierarchical K-means method. The north region of the State is the driest one, with annual rainfall around 870 mm. The south hillside of Serra do Mar is the wettest. In both regions, the precipitation during the rainy season represents around 70% of the total annual rainfall.

Keywords: homogeneous regions, cluster analysis, monthly rainfall

1. INTRODUÇÃO

O Estado do Rio de Janeiro, com cerca de 40 mil quilômetros quadrados, embora se situe na orla litorânea da costa leste do território brasileiro, apresenta diferentes padrões climáticos. A disposição das serras do Mar e da Mantiqueira apresenta-se quase perpendicular ao escoamento médio da baixa troposfera, que associado às perturbações extratropicais, provoca um aumento considerável da precipitação a barlavento das montanhas, quando comparado com as mesmas situações atmosféricas nas regiões do Vale do Paraíba e da baixada litorânea. O conhecimento dos elementos de clima dessas regiões é uma importante ferramenta para a previsão de tempo em mesoescala e para auxiliar projetos agrícolas e industriais. Portanto, faz-se necessária a realização de estudos que visem à adoção de uma nova classificação climática, que leve em conta a variabilidade dos diversos elementos de clima ocorrida nos últimos anos. Para a compreensão dos processos climatológicos de uma região torna-se necessário um prévio conhecimento de seus diversos fatores, alguns de ordem estática, outros de natureza dinâmica, mas todos atuando simultaneamente. Este trabalho tem o objetivo de estabelecer as regiões pluviometricamente homogêneas utilizando-se análise hierárquica e não hierárquica de agrupamento, com base em precipitações médias mensais.

2. CLIMA E OROGRAFIA

O mapa da Figura 1 mostra a distribuição média anual de chuvas para o estado do Rio de Janeiro, no período 1971-2000. Embora nas regiões serranas e na parte sul do Estado as precipitações sejam elevadas, registram-se baixos índices pluviométricos nas regiões norte, noroeste e na região dos Lagos. Nota-se, no mapa da Figura 1, que nas regiões mencionadas o índice pluviométrico varia entre 750 mm a 1250 mm anuais. No decorrer do ano, a distribuição de chuvas mostra que a maior parte da precipitação ocorre no período que vai de outubro a março. Pelas classificações climáticas disponíveis (ex. Centro de Informações e Dados do Rio de Janeiro, 1999), parte das regiões norte e noroeste é classificada como semi-úmida e parte, como seca. Entretanto há indícios de que esteja se verificando aí um processo visível de diminuição do total pluviométrico nos últimos 40 anos, com implicações negativas nas atividades dependentes dos recursos hídricos dessas regiões (Marques et al., 2001).

A topografia do Estado (Fig. 2) tem uma influência marcante no regime de precipitação. Há extensas áreas próximas ao nível do mar, como a baixada litorânea e a região norte do Estado, e áreas montanhosas com altitudes acima de 1500 metros. Estas configurações orográficas influenciam de forma marcante a distribuição espacial da precipitação nessa área geográfica.

3. REVISÃO DA LITERATURA

Estudos da classificação de regiões pluviometricamente homogêneas foram realizados em diferentes áreas do território brasileiro, usando metodologias semelhantes à proposta neste artigo. A Tabela 1 sintetiza os principais trabalhos sobre o tema proposto.

4. MATERIAL E MÉTODOS

Foram utilizadas médias mensais da precipitação de 48 estações meteorológicas, período 1971-2000, das redes do Instituto Nacional de Meteorologia - INMET e da Agência Nacional de Águas - ANA, relativas ao território do Estado do Rio de Janeiro.

Para maior confiabilidade nos resultados foram consideradas apenas localidades contendo séries históricas de precipitação de 30 anos, o que acarretou a não uniformidade na distribuição espacial das estações, com certas falhas no centro-sul e na região dos Lagos (Figura 3). A avaliação da estrutura de grupos contida nos dados foi feita pela análise hierárquica de agrupamento, adotando-se como medida de semelhança a distância euclidiana e como algoritmo de agrupamento o método de Ward (Wilks, 2006). A partir do número de grupos adotados, a estratificação das estações meteorológicas foi realizada utilizando-se análise não hierárquica de agrupamento, um método não supervisionado conhecido como K-means (Wilks, 2006), que busca agrupar as unidades experimentais segundo a semelhança entre elas, aqui representadas pelas estações meteorológicas. A semelhança entre as estações foi medida pela distância euclidiana entre cada unidade experimental e o centróide do grupo. A cada classificação de uma unidade experimental em um grupo, o centróide desse grupo é refinado pela média dos valores de cada atributo (Hair, et.al. 2005). Os processamentos das análises foram feitos no software Statistica, versão 7.0 (Statsoft., 2004) no Departamento de Ciências Exatas da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Campus de Jaboticabal -UNESP.

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados encontrados com a aplicação da metodologia adotada e levando-se em conta a orografia e a proximidade do mar (Fig. 2), mostram que a melhor estratificação obtida foi a composta por seis regiões homogêneas para a distribuição espacial da precipitação no Estado. Na Tabela 3, estão descritos a precipitação, desvio padrão e coeficiente de variação das estações meteorológicas para as seis regiões consideradas na estratificação.

A Figura 3 mostra a distribuição espacial das 6 regiões homogêneas para o Estado do Rio de Janeiro. A região 1, compreendendo a encosta sul da Serra do Mar e parte da Serra da Mantiqueira, apresenta precipitação média anual variando de 2126,29 a 2605,86 mm e desvio padrão entre 81,57 e 145,79 mm. A região 2 engloba o vale do Paraíba, e possui precipitação média variando de 1431,43 a 1771,32 mm e desvio padrão entre 79,44 e 104,07 mm. A região 3, composta pela região Serrana do Estado, tem precipitação média variando de 1203,03 a 1532,16 mm, com desvio padrão entre 72,29 e 86,34 mm. A região 4 corresponde à encosta da Serra do Mar e região Sul Fluminense, com precipitação média variando de 1804,62 a 2202,03 mm e desvio padrão entre 73,27 e 94,00 mm. A região 5, situada no Noroeste do Estado, apresenta precipitação média variando de 1002,96 a 1210,47 mm, com desvio padrão entre 47,27 e 72,04 mm. A região 6 compreende o Norte do Estado com precipitação média variando de 766,54 a 945,73 mm e desvio padrão entre 25,49 e 50,71 mm.

Tabela 2

As curvas apresentadas na Figura 4 mostram as distribuições mensais da precipitação média de cada região homogênea determinada pelo método K-means. Por meio dessas curvas é possível comparar as regiões, bem como avaliar onde há maior ou menor variabilidade da média. Observa-se que durante o período chuvoso (outubro a março) há uma considerável dispersão entre os valores mensais das seis regiões homogêneas. Entretanto, nos três meses mais secos (junho, julho, agosto) somente as regiões 1 e 4 apresentam variações consideráveis em relação às demais.

A Tabela 4 mostra a contribuição da precipitação para as estações chuvosa (outubro a março) e seca (abril a setembro), em cada região. Nela verifica-se a maior precipitação das regiões 1 e 4 em relação às demais, tanto na estação chuvosa (precipitação média acima de 2000 mm) como na estação seca (com precipitação média acima de 600 mm).

A precipitação na estação chuvosa na região 1 é 73% do total anual e, na região 4, é de 69%. O principal conjunto de estações dessas regiões se localiza na encosta sul da Serra do Mar, que por razões já explicadas, favorecem o regime de precipitações elevadas. O segundo conjunto representado pelas estações localizadas no Sul Fluminense tem uma explicação diferente, pois neste caso, a alta precipitação se explica pela conformação da costa e a influência sofrida pela alta umidade proveniente do oceano na ocasião de escoamento de sudoeste, durante as penetrações frontais.

As regiões 5 e 6 são aquelas com menores valores, tanto na estação chuvosa como na seca, já que os valores anuais médios da precipitação ficaram entre 869 e 1110 mm. Na região 6, a precipitação de verão representa apenas 69% do total anual e na região 5, 78%. Essas regiões se localizam no Norte e Noroeste do Estado, onde há uma grande baixada a sotavento da serra do Mar, favorecendo a compressão na baixa troposfera por ocasião das penetrações de escoamento de Sudoeste, que são os principais mecanismos de formação de chuva na região.

A região 2 apresenta-se com precipitação anual entre 1400 a 1800 mm. Essa região corresponde ao Vale do Paraíba, onde o regime de precipitação é governado pelas incursões frontais favorecidas pelos mecanismos de levantamento do ar na encosta da Serra da Mantiqueira, ocorrendo isso com predominância na estação chuvosa, que corresponde a 79% do total anual. Já na região 3 a precipitação anual varia entre 1200 a 1500 mm. Essa é a região Serrana do Estado, onde o fator altitude tem grande importância na determinação do regime chuvoso, sendo um regime de chuvas de verão com cerca de 79% do total anual.

A maior variabilidade da precipitação média é claramente observada na época chuvosa, como pode se observar na Figura 4. Nos totais médios anuais (Tabela 3), verifica-se que as regiões 4 e 6 têm os menores valores do coeficiente de variação, abaixo de 5,0 para a maioria das estações, enquanto as regiões 2 e 3 apresentam os maiores valores (acima de 5,5).

6. CONCLUSÕES:

Os estudos aqui desenvolvidos mostram, pela primeira vez, que o Estado do Rio de Janeiro pode ser dividido em seis regiões pluviometricamente homogêneas com cerca de 70% a 80% das precipitações ocorrendo no verão e 20% a 30% no inverno. Embora a distribuição das estações, contendo séries de precipitações mensais com 30 anos, não tenha sido uniforme em todo o Estado, foi possível encontrar uma estratificação adequada da distribuição da precipitação, que representa uma contribuição importante para os trabalhos que estão sendo desenvolvidos pela equipe, para a elaboração de uma nova classificação climática para o Estado.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Recebido Junho 2007

Aceito Setembro 2008

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  27 Mar 2009
• Data do Fascículo
  Dez 2008

Histórico

• Recebido
  Jun 2007
• Aceito
  Set 2008