Analysis of daily, montly and annual precipitation in the Ivaí river basin, Brazil

Aparecido Ribeiro de Andrade* y Jonas Teixeira Nery**

*PGE/UEM, Rua Juriti, 454, Conj. Res. Ney Braga, CEP 87083-280, Maringá, Paraná-Brasil. E-mail: andrades@ubbi.com.br

**DFI/UEM, Av. Colombo, 5790, CEP 87020-900. Maringá, Paraná - Brasil E-mail: jonanery@dfi.uem.br

  ]]> Recibido: 13 de febrero de 2003
Aceptado en versión final: 18 de agosto de 2003

Resumo

O presente trabalho analisa os dados de precipitação pluvial da Bacia do Ivaí (Estado do Paraná, Brasil), utilizando dados diários, mensais e anuais, no período de 1974 a 2001, obtidos junto à Superintendência de Recursos Hídricos (SUDERHSA), pertencente ao Governo do Estado do Paraná, a bacia hidrográfica do Ivaí localiza-se no Estado do Paraná entre as coordenadas -22° 54' S a -25°33' S e -50°44' W a -52°42' W, possuindo uma área de drenagem de 36 622 km², percorrendo uma extensão de aproximadamente 680 km. O rio Ivaí recebe este nome a partir da junção do Rio dos Patos com o Rio São João. No decorrer dos seus quase 680 km, existem várias cidades de porte, como Maringá e Apucarana, que se encontram no divisor de bacias, assim como Campo Mourão, que é a maior cidade situada integralmente na referida bacia.

Foram traçadas isolinhas de dias de precipitação pluviométrica para cada ano, dentro do período estudado, selecionando alguns anos mais significativos (1982, 1983 e 1985). Deve-se observar que o ano de 1983 (ano considerado de El Niño significativo) apresentou isolinhas de dias de chuva, consideravelmente maiores que os demais anos, em toda a bacia. O año de 1985 (año de La Niña), apresentou isolinhas de menos dias de chuva, dentro do período considerado.

Deve-se ressaltar que a precipitação pluviométrica desta bacia está influenciada pela variabilidade interanual (El Niño ou La Niña). Estas variabilidades explicam grande parte da precipitação desta bacia.

Palavras-chave: Precipitação, variabilidade, El Niño, bacia do Ivaí, Brasil.

Resumen

Se estudió la precipitación registrada anualmente y se seleccionaron los años más significativos para su análisis (1982, 1983 y 1985), mediante ei trazo de isolíneas, a partir de las cuales se observó que en 1983 (año significativo del fenómeno de El Niño) las isolíneas de días de lluvia fueron considerablemente mayores que en los otros años analizados en la cuenca; 1985 (año de La Niña) presentó isolíneas con pocos días de lluvia, en el período de estudio.

La precipitación en la cuenca está influenciada por la variabilidad interanual (El Niño o La Niña). Se nota que para cada evento hay una marcada anomalía positiva (El Nino) o negativa (La Nina), más o menos significativa de acuerdo con el evento.

Palabras claves: Precipitación, variabilidad, El Niño, cuenca del Ivaí, Brasil.

Abstract

This work analyzed precipitation data for the Ivaí river basin, Brazil, using daily, monthly and annual data for the period 1974 - 2001. These data were obtained from the Parana State's Office of Hydrological Resources. The basin is located in Parana State, between -22°54'S and -25°33'S, and -50°44'W and -52°42'W, comprising an area of 36 522 km² and a length of 680 km approximately. The Ivaí river comprises the portion located at the union of the Patos and Sao João rivers. Several cities have developed along this basin, including Maringá, Apucarana and Campo Mourëo.

Precipitation data recorded throughout the year were analyzed, and the most significant data were chosen for analysis (1982, 1983 and 1985) through tracing isolines. From these, it became evident that in 1983 (the year when El Niño reached a significant importance) rainy-day isolines were considerable above those for any other year of analysis. Conversely, 1985 (the year when La Niña occurred) showed isolines with a few rainy days in the period of study.

Within the basin, precipitation is influenced by year-to-year variability (El Niño or La Niña). It is worth mentioning that, for each event, there is a marked positive (El Niño) or negative (La Niña) anomaly, the significance of which varies according to the event.

Key words: Precipitation, variability, El Niño, Ivai river basin, Brazil.

INTRODUÇÃO

Na região Sul do Brasil localiza-se o Estado do Paraná, sendo que a Bacia Hidrográfica do Ivaí está localizada dentro deste Estado entre as coordenadas -22°54' S a -25°33' S e -50°44' W a -52°42' W, possuindo uma área de drenagem de 36 622 km², percorrendo uma extensão de aproximadamente 680 km (Figura 1).

Essa bacia não apresenta grandes trabalhos de caracterização de sua região, principalmente quando o assunto é climatologia. Os poucos levantamentos que se conhece estão relacionados à produção agrícola e atlas de zoneamento das décadas de 70 e 80, principalmente os elaborados por instituições governamentais.

Maack (1981) foi um dos que realizou trabalhos de pesquisa no Estado do Paraná fazendo, principalmente, uma descrição geo-morfológica de várias regiões do Estado, mas sua abordagem foi mais geral, sem nenhuma análise regional, o que se propõe a iniciar através deste trabalho.

Os formadores do rio Ivaí partem dos contrafortes da serra da Esperança e da serra da Ribeira, na região centro-sul do estado do Paraná, em cotas superiores a 1 000 m de altitude. O rio Ivaí percorre ± 680 km, até desaguar na margem esquerda do rio Paraná, próximo à ponte de montante da ilha dos Bandeirantes.

Andrade e Nery (2002) efetuaram uma análise preliminar da distribuição piuviométrica da bacia do Rio Ivaí, e concluíram que a distribuição temporal da precipitação piuviométrica desta região está fortemente vinculada a ocorrência dos fenômenos El Niño e La Niña, pois a variabilidade piuviométrica da bacia apresenta uma correlação significativa com os períodos em que ocorreram tais fenôme-nos (Trenberth, 1995).

Alguns estudos realizados, já mostraram claramente a corr ação existente entre a precipitação piuviométrica e as condições climáticas do El Nmo-Oscilação Sul (ENOS) no mundo, (Stoeckenius, 1981), (Rasmusson e Carpenter, 1982) e (Ropelewski e Jones, 1987). Vários desses trabalhos concluíram que as chuvas possibilitam ou impedem o manejo de determinadas culturas existentes no Sul do Brasil (Ferreira, 2000).

Vários autores (Grimm e Ferraz, 1997; Grimm et al., 2000; Trenberth, 1995) vêm demonstrando que uma das principais causas da variabilidade climática no Sul do Brasil, principalmente a precipitação pluvial, advém da ocorrência do fenômeno El Niño, entre outros, denomina o El Niño Oscilação Sul (ENOS), como um fenômeno de grande escala, caracterizado por anomalias no padrão de temperatura da superfície do Oceano Pacífico tropical que ocorrem de forma simultânea com anomalias no padrão de pressão atmosférica das regiões de Darwin e Taiti. Na fase fria do ENOS (La Nina) o comportamento das variáveis provoca anomalias, principalmente na precipitação pluvial, em diversas regiões do globo.

Dessa forma, a correlação da variabilidade da precipitação piuviométrica da bacia do Ivaí com o fenômeno ENOS deve ser estudada, buscando-se a elaboração de uma possível explicação para a distribuição espacial e temporal deste fenômeno meteorológico.

Studzinski (1995) realizou a correlação da precipitação da região Sul do Brasil com os Oceanos Atlântico Tropical e Pacífico, onde descobriu que os dois oceanos desempenham um papel importante na precipitação dos Estados do Sul, entre eles o Paraná. Esse estudo concluiu também que as variações interanuais das anomalias dessa região estão fortemente relacionadas com o fenômeno El Niño.

Souza (2002) ao propor uma regionalização das chuvas para o Estado do Paraná, descobriu que a região litorânea e a Centro-Oeste do Estado possuem uma maior quantidade de precipitação, bem como, uma maior variabilidade interanual. A autora realizou também, uma correlação das anomalias da precipitação piuviométrica com o índice da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) dos Oceanos Pacífico e Atlântico, concluindo que o primeiro apresenta uma relação significativa com a precipitação do Paraná, já o segundo não exerce uma influência mais marcante.

A bacia do Rio Ivaí, objeto de pesquisa deste trabalho, está quase que totalmente localizada na região centro-oeste do Paraná, onde (Souza, 2002) concluiu haver uma quantidade de precipitação maior em relação ao resto do Estado, com uma variabilidade significativa, principalmente em anos considerados anômalos.

Nimer (1979) ao estudar a climatologia do Brasil, definiu a precipitação piuviométrica da Região Sul como sendo bastante homogênea, mas ressaltou que o litoral e a região oeste paranaenses apresentavam uma maior variabilidade nos dias de chuva, propor-cionada pela frente polar. Este autor ainda salienta que a circulação atmosférica, principalmente o sistema de correntes perturbadas exerce influência sobre a quantidade de chuva de toda a região sul do Brasil. Sua conclusão foi de que a orografia desempenha um papel preponderante da faixa litorânea, enquanto que a combinação da frente polar com as correntes perturbadas define o ciclo das chuvas na área continental da região.

Baldo et al. (2000) realizaram a correlação da TSM com a precipitação do Estado de Santa Catarina, além de relacionar períodos de anomalia da precipitação no Estado com a ocorrência de El Niño e La Niña e concluiu que a relação existe, apesar de não ser tão significativa para toda a área estudada.

Este trabalho tem por objetivo estudar a variabilidade da precipitação pluvial da Bacia Hidrográfica do Rio Ivaí, no Estado do Paraná, procurando relacioná-la com a ocorrência dos fenômenos El Niño e La Niña, além de estudar os comportamentos diários, mensais e interanual da precipitação piuviométrica na região.

Através do estudo da variabilidade da precipitação piuviométrica da Bacia do Ivaí, se buscará relacionar extremos climáticos com sistemas frontais e outros fenômenos nessa região de estudo, bem como, diagnosticar situações extremas para estabelecer controle de hidroelétricas e forma de preservar a referida Bacia de erosões.

METODOLOGIA E PROCEDIMENTOS

Fez-se a análise estatística utilizando diversos parâmetros, tais como: média, desvio padrão e mediana. Calculou-se também anomalias e amplitudes.

Para a realização desses cálculos foram utilizados os seguintes softwares: Statística, Excel e Surfer. Nesse último também se escolheu o método de interpolação Kriging, que oferece uma melhor distribuição espacial das isolinhas da variável estudada (Figura 2 e Tabela 1).

Calculou-se o total areal de precipitação piuviométrica mensal e anua para todas as estações localizadas na área de estudo.

Foram utilizados métodos de classificação não hierárquicos, com a finalidade de dividir a área de estudo em regiões homogêneas. Há diversos métodos de classificação não hierárquicos, tais como: de ligação simples e ligação média, de agrupamento por variância mínima e o método de Ward. Mesmo existindo algum grau de subjetividade a eleição do método deve ser a mais objetiva possível (Lewis e Torres, 1992). Para realizar o agrupamento das estações estudadas, utilizou-se a sistemática dos diferentes métodos de análise multivariada, chegando-se ao método de Ward, com distância euclidiana, como sendo de melhor representação das áreas homogêneas obtidas.

Foram efetuados cálculos estatísticos para alguns períodos selecionados para cada grupo homogêneo, sendo a maioria deles considerados anos anômalos, em virtude da alta variabilidade da precipitação.

Realizou-se, também, cálculos matemáticos que propiciaram a determinação de valores de anomalia da precipitação (), onde X_i é o valor da precipitação anual e é a média da precipitação em todo o período estudado.

DISCUSSÃO DE RESULTADOS

Com base nos totais mensais de precipitação elaborou-se um gráfico do comportamento médio mensal areal da precipitação piuviométrica da bacia do Rio Ivaí (Figura 3).

O gráfico da Figura 3 possibilita classificar os meses mais secos e mais úmidos, estes meses foram separados em dois grupos de seis meses (período seco: março, abril, maio, junho, julho e agosto; período úmido: setembro, outubro, novembro, dezembro, janeiro e fevereiro).

Nota-se pela análise da Figura 3 que os seis meses mais chuvosos foram aqueles com média de precipitação acima de 140mm. Os seis meses mais secos são os que apresentam valores médios inferiores a 140 mm. Definiu-se os três meses mais chuvosos, doravante denominados de de período úmido (janeiro, fevereiro e dezembro) e os três meses mais secos de período seco (junho, julho e agosto), conforme Figura 3. Estes trimestres foram eleitos por apresentarem significativa variabilidade em relação à média climatológica, chegando, em alguns casos, a valores superiores (inferiores) do desvio-padrão positivo(negativo).

Comportamento Mensal da Precipitação Bacia do Rio Ivaí - Área Total

A Figura 3 apresenta o comportamento mensal da precipitação, através do qual é possível delimitar os meses mais chuvosos e os meses mais secos dentro do período estudado (1974 a 2001). Através da análise daquela figura foi apresentado o método utilizado para definir os períodos úmido e seco da região, ficando determinado que os meses de dezembro, janeiro e fevereiro seriam chamados de período úmido, enquanto que os meses de junho, julho e agosto seriam o período seco.

A partir dessa definição e com base nos cálculos de dias de chuva para toda a região estudada, foi possível elaborar as Figuras 4, 5, 6, 7, 8 e 9, que representam a quantidade de dias de chuva para cada mês dos períodos úmido e seco.

Ao se analisar as Figuras 4, 5 e 6, que representam o período úmido, constata-se 6 a 12 dias de chuva por mês, considerando a distribuição espacial e temporal. Convém salientar, que é possível observar um aumento da quantidade de dias de chuva na região centro-sul da bacia.

Nessa região com maior variabilidade da precipitação, estão localizados os Municípios de Campo Mourão, Iretama e Mamborê. Inclusive, essa variabilidade foi possível notar em todas as figuras apresentadas, ou seja, todos os testes realizados delimitaram essa região como diferenciada.

Através da representação acima, ficou clara a definição de período úmido e seco, pois no período úmido chove no mínimo seis dias por mês, enquanto no período seco o máximo de dias de chuva não chega a oito dias.

Com base em dados totais anuais elaborou-se o gráfico representado na Figura 10. Esta figura torna possível a visualização da distribuição anual areal da precipitação piuvio-métrica na bacia do Rio Ivaí.

A Figura 10 apresenta o comportamento anual da precipitação piuviométrica, sendo possível observar a variabilidade interanual existente no decorrer do período estudado. Observa-se que o comportamento interanual na bacia é muito semelhante a variabilidade apresentada em quase toda a região Sul do Brasil, com anomalias positivas associadas aos eventos El Niño e anomalias negativas associadas a eventos La Niña, conforme os períodos apresentados na Tabela 2.

As Figuras 11, 12, 13 e 14, apresentam as isolinhas da mediana, média e desvio padrão para dados anuais e amplitude mensal da região estudada. Os cálculos de média e mediana não apresentaram valores significativamente diferentes e pode-se observar precipitações menores à jusante da bacia (1 300 mm; Figuras 11 e 12). A dispersão está representada na Figura 13 (cálculo realizado através do desvio padrão), a partir da montante da bacia, com maiores valores nessa região. Através da Figura 14 pode-se observar que não há grande amplitude da precipitação na bacia. Todas as análises estatísticas utilizadas confirmam que a distribuição piuviométrica da bacia é significativamente homogênea, destacando-se apenas que a área localizada na parte centro-sul apresenta uma maior variabilidade, mostrando também que nesta área a precipitação é maior, associada com a orografia da região.

Na Tabela 2, apresenta-se a classificação de alguns eventos El Niño e La Niña, (Trenberth, 1997), podendo-se observar que esses fenômenos não têm o mesmo período de duração. A classificação desta tabela foi utilizada para confeccionar as isolinhas de alguns eventos importantes.

As Figuras 15, 16, 17, 18, 19 e 20 apresentam as isolinhas de anomalia da precipitação para os anos de 1978, 1982, 1983, 1985, 1997 e 1998, respectivamente. O que se pretende é demonstrar a correlação existente entre a varibilidade interanual (eventos El Niño e La Niña) e a ocorrência de anomalias.

Os anos de 1982/83 e 1997/98 destacam-se com valores de precipitação piuviométrica significativamente maiores que os valores médios do período de estudo. Estes anos foram classificados de anos de El Niño intenso, Figuras 16, 17, 19 e 20.

O ano de 1985, ano de evento La Niña significativo apresentou valores abaixo da média climatológica da bacia, Figura 11. Na Figura 15 (ano de 1978), embora não seja um ano classificado de La Niña, apresentou precipitação piuviométrica abaixo da média climatológica, sugerindo alguma outra dinâmica de circulação atmosférica para explicar a variabilidade da precipitação na bacia.

Como a região da bacia do Ivaí é extensa (cerca de 36 000 km²), sua área foi dividida em grupos homogêneos obtidos a partir da análise multivariada e calculados com base na Tabela 1. Utilizou-se o método de Ward com distância euclidiana, gerando quatro grupos similares para a área de estudo.

O dendograma obtido através do método acima está representado na Figura 21, podendo-se observar que o corte realizado subjetivamente determinou a existência de quatro grupos homogêneos. Os quatro grupos estão geograficamente divididos da seguinte forma: grupo I (região sul); grupo II (região centro-sul); grupo III -que representa o maior porção do toda a área estudada (região nordeste) e grupo IV (região noroeste), Figura 22.

A análise das Tabelas 3 a 22 demonstra que os anos de El Niño (82, 83, 97 e 98) apresentam uma precipitação pluvial mais elevada, enquanto os anos de La Nina (85 e 88) a pluviometria é significativamente menor que a média climatológica da região. Essas anomalias pluviométricas são notadas em todos os grupos homogêneos.

As estações do grupo I (montante da bacia) apresentam valores pluviométricos bem mais elevados que as estações do grupo IV (jusante da bacia), demonstrando que existe uma variabilidade espacial de montante para jusante.

Podem-se destacar os anos de 82/83 e 1985, onde se nota um aumento na precipitação no primeiro período e um decréscimo no segundo, ou seja, no El Nino 82/83, que conforme comprova a bibliografia, foi um dos mais intensos ocorrido durante o século XX e observa-se que a precipitação aumenta consideravelmente. No evento La Nina de 1985 a quantidade de precipitação piuviométrica diminui significativamente.

As Figuras 23, 24, 25, 26, 27 e 28 apresentam a freqüência de dias de chuva anual. Buscando uma possível explicação para a variabilidade nos dias de chuva anual foram traçadas isolinhas para média de dias de chuva no período de 1974 a 2001, bem como, para os anos de 1982 e 1983 (El Niño) e 1985 (La Niña).

Ao se analisar as Figuras 23 a 28, que apresentaram as isolinhas de dias de chuva para todo o período (1974 a 2001) e para alguns anos específicos (1982, 1983, 1985, 1997 e 1998), nota-se que na média do período (Figura 23) tem-se em torno de 100 dias de chuva por ano, enquanto nos anos de 1982, 1983, 1997 e 1998 (Figuras 24, 25, 27 e 28), chega-se até 135 dias de chuva, ou seja, houve mais dias de chuva do que o normal. Já no ano de 1985 (Figura 26), a quantidade de dias de chuva está um pouco abaixo do normal, não chegando a 100 dias de chuva no ano.

CONCLUSÃO

A Bacia Hidrográfica do Rio Ivaí apresenta uma definição de períodos úmido e seco, bem marcada. Os meses mais chuvosos estão concentrados no trimestre dezembro/ janeiro/fevereiro e os meses mais secos são junho/julho/agosto.

Quanto à distribuição interanual, sua precipitação piuviométrica é homogênea, ocorrendo variabilidade significativa em anos considerados anômalos, explicados principalmente pela ocorrência dos fenômenos El Niño e La Niña. O que fica bem marcado é a ocorrência de máximos de precipitação nos anos de 1982, 1983 e 1998 e de mínimos nos anos de 1978, 1985 e 1988.

As ocorrências dos fenômenos El Niño e La Niña podem explicar essa variabilidade piuviométrica, pois os anos de máximas e mínimas precipitações são considerados anos da ocorrência de tais fenômenos, com significativa influência em toda dinâmica da região sul do Brasil.

As isolinhas de mediana, média, desvio padrão e amplitude explicam a distribuição espacial da precipitação piuviométrica na região estudada de forma bem clara. Notase que todos os parâmetros estatísticos utilizados confirmam uma concentração da precipitação piuviométrica na região centro-sul da bacia, mais precisamente próximo aos municípios de Campo Mourão, Iretama e Mamborê.

Finalmente, quando utilizado a freqüência de dias de chuva para explicar a variabilidade piuviométrica, confirma-se a tendência de maior concentração de chuva na região centro-sul da Bacia, bem como, que chove mais no trimestre dezembro/janeiro/fevereiro, enquanto no trimestre junho/julho/agosto a freqüência é bem menor.

O total de dias de chuva também foi utilizado na explicação para o comportamento interanual da precipitação e o resultado foi positivo, ou seja, a conclusão feita através dos parâmetros estatísticos descritos foi a mesma para os dias de chuva. Chove mais do que a média normal da região nos anos considerados anômalos (1982, 1983, 1985, 1997 e 1998).

AGRADECIMENTOS

REFERENCIAS

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