variabilidade climativa de regioes pluviometricas homogeneas na amazonia ocidental

variabilidade climativa de regioes pluviometricas homogeneas na amazonia ocidental

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Revista Brasileira de Geografia Física v.6, n. 4 (2013) 904-919

904 Santos, D. C.. dos; Medeiros, R. M.; Santos, D. C. B.; Brito, J.I. B.

Revista Brasileira de

Geografia Física Homepage: w.ufpe.br/rbgfe

Variabilidade Climática de Regiões Pluviometricamente Homogêneas na Amazônia Ocidental

Daris Correia dos Santos¹; Raimundo Mainar Medeiros²; Daiane Correia Santos3 ; José Ivaldo

Barbosa de Brito4

1Mestranda em Meteorologia/PPGM, UFCG, Campina Grande – PB, Av. Aprígio Veloso 882, CEP 58109-970, Brasil, e-mail: dariscorreia@gmail.com 2Doutorando em Meteorologia/PPGM, UFCG, Campina Grande - PB, Av. Aprígio Veloso 882, CEP 58109-970, Brasil, e-mail: mainarmedeiros@gmail.com 3Graduanda em Geografia, UFCG, Campina Grande - PB, Av. Aprígio Veloso 882, CEP 58109-970, Brasil, e-mail: dcdaianecorreia58@gmail.com 4Meteorologista, Prof. Dr. Unidade Acadêmica de Ciências Atmosférica-UFCG, Campina Grande -PB, Av. Aprígio Veloso 882, CEP 58109-970, Brasil, e-mail: Ivaldo@dca.ufcg.edu.br

Artigo recebido em 09/07/2013 e aceito em 27/09/2013

R E S U M O São aplicadas técnicas multivariadas às séries de precipitação pluvial para a Amazônia Ocidental. Utilizaram-se séries de dados médios mensais de precipitação oriundas do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), para o período de 1970-2001. Usaram-se os métodos de Componentes Principais e Análise de Agrupamentos para determinar os padrões espacial e temporal e regiões homogêneas com relação à precipitação pluvial. Os resultados obtidos mostraram que três regiões climaticamente homogêneas podem caracterizar a distribuição da precipitação na Amazônia Ocidental, quais sejam: a identificada como região 1 que representa a parte noroeste com altos valores de precipitação associados à condensação do ar úmido trazido pelos ventos de leste da ZCIT, que são elevados quando o escoamento sobe os Andes provocando chuvas orográficas.; a identificada como região 2, observada no extremo sul da Amazônia Ocidenttal sofre influência da ZCAS e ZCIT; a região 3, que se encontra no estado de Roraima, os totais pluviométricos mensais são influenciados pela topografia e tem como principal sistema indutor e distribuição das chuvas a ZCIT. Palavras-chave: Precipitação, Regiões Homogêneas, Agrupamento.

Climate Variability of Rainfall Homogeneous Regions in the Amazônia

Ocidental

A B S T R A C T Multivariate techniques are applied to the series of rainfall for the Amazônia Ocidental. We used data series average monthly rainfall derived from the Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) for the period 1970-2001. They used the methods of Principal Component and Cluster Analysis to determine the spatial and temporal patterns and homogeneous regions with respect to rainfall. The results showed that three climatically homogeneous regions can characterize the distribution of precipitation in the western Amazon, which are: a region identified as one that represents the northwestern part with high amounts of precipitation associated with the condensation of humid air brought by easterly winds ZCIT, which are high when the flow rises causing the Andes orographic rainfall.; identified as the region 2, observed in the extreme south of the state of Amazônia Ocidental influenced the ZCAS and ZCIT, region 3, which in the state of Roraima, monthly rainfall totals are influenced by topography and its main inducer system and the ZCIT rainfall distribution.

Keywords: Precipitation, Regions Homogeneous Grouping.

*E-mail para correspondência: dariscorreia@gmail.com (Santos, D. C. dos.).

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1. Introdução Visando classificar regiões homogêneas quanto a uma determinada variável, a Análise de Agrupamento (A) tem se consolidado como uma das maneiras mais úteis no processo de filtrar dados para descobrir grupos homogêneos e identificar padrões ocultos nos dados (Halkidi et al., 2001), embora seja possível realizar de forma relativamente simples e rápida a assimilação de áreas homogêneas, tomando por base planos fatoriais (ACP - Análise de Componentes Principais).

A Amazônia Ocidental brasileira situa-se em uma grande planície, com exceção das terras altas do extremo norte do Amazonas, Roraima e extremo sul de Rondônia, devido a estas características no relevo a latitude torna-se o principal fator para a variabilidade climática.

Dentre os processos físicos que interagem com a dinâmica atmosférica que podem gerar precipitação na Amazônia Ocidental estão: a atividade convectiva que é um mecanismo importante de aquecimento atmosférico sobre a região, em grande escala observa-se a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT), a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS), Alta da Bolívia, a influência da Oscilação de Madden e Julian, fenômenos como El Niño e La Niña, linhas de instabilidade e ocasionalmente sistemas frontais austrais, que provoca queda de temperatura, localmente denominado de friagem resultado do avanço de massas polares na região centro oeste e sul do Amazonas.

A precipitação na região amazônica é uma composição da evapotranspiração local adicionada a uma contribuição do Oceano Atlântico, assim 50% do vapor d’água que precipita pelas nuvens é gerado localmente, sendo o restante importado para a região pelo fluxo atmosférico proveniente do Oceano Atlântico (Salati, 2006). Uma grande quantidade de vapor d’Água sai da Bacia Amazônica (5,3 trilhões de m³/ano), aproximadamente 4% do vapor proveniente do oceano é transportada para o Centro Sul, inclusive o Pantanal (Salati, 2006).

O objetivo deste trabalho é aplicar a

Análise de Componentes Principais (ACP) para obter a distribuição espaço-temporal da precipitação e a Análise de agrupamento (A) para estabelecer a regionalização da homogeneidade, para a Amazônia Ocidental, período de 1970 a 2001.

2. Material e Métodos Dados Meteorológicos O conjunto de dados utilizado neste trabalho é proveniente do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). São utilizadas as médias climatológicas mensais de precipitação, para o período de 1970-2001. As analises estatísticas serão realizadas no software SPSS e o programa Surfer é utilizado na elaboração dos mapas.

A Figura 1 apresenta a distribuição espacial das estações meteorológicas

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pertencentes ao INMET e a Tabela 1 suas respectivas coordenadas geográficas da

Amazônia Ocidental que abrange os estados do Amazonas, Acre, Rondônia e Roraima.

Figura 1. Espacialização das estações meteorológicas da Amazônia Ocidental e sua localização no Brasil.

Tabela 1. Coordenadas geográficas das estações meteorológicas da Amazônia Ocidental

Código Estação Localidade Latitude Longitude UF Altitude (m) 82113 1 Barcelos 00°58'S 62°55'W AM 40,0 82410 2 Benjamin Constant 04°23'S 70°02'W AM 65,0 82067 3 Iauaretê 00°37'N 69°12'W AM 120 82336 4 Itacoatiara 03°08'S 58°26'W AM 40,0 82723 5 Lábrea 07°15'S 64°50'W AM 61,0 82331 6 Manaus 03°07'S 59°57'W AM 67,0 82704 7 Cruzeiro do Sul 07°38'S 72°40'W AC 170,0 82425 8 Coari 04°05'S 63°08'W AM 46,0 82326 9 Codajás 03°50'S 62°05'W AM 48,0 82212 10 Fonte Boa 02°32'S 66°10'W AM 5,6 82024 1 Boa Vista 02°49'N 60°39'W R 90,0 82042 12 Caracaraí 1°49'N 61°8'″W R 52,0 82610 13 Eirunepé 06°40'S 69°52'W AM 104,0 82533 14 Manicoré 05°49'S 61°18'W AM 50,0 82240 15 Parintins 02°38'S 56°44'W AM 29,0 82106 16 S. G. da Cachoeira (Uaupés) 00°07'S 67°00'W AM 90,0 82807 17 Tarauacá 08°10'S 70°46'W AC 168,0 82317 18 Tefé 03°50'S 64°42'W AM 47,0 82915 19 Rio Branco 09°58'S 67°48'W AC 160,0

Análise Fatorial em Componentes Principais (ACP)

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O principal objetivo da Análise Fatorial é identificar fatores não diretamente observáveis, a partir da correlação entre conjuntos de variáveis mensuráveis (Corrar et al, 2007).

A ACP permite detectar padrões e descrever um conjunto de variáveis através da criação de um número menor de dimensão e explorar a associação entre as variáveis meteorológicas a partir da identificação de fatores comuns. Em geral, a primeira solução obtida com a aplicação da ACP não fornece fatores que tenham a interpretação física mais adequada. Para aumentar o poder explicativo dos fatores na análise efetuou-se o procedimento de rotação de fatores através do método VARIMAX (Wilks, 2006).

Na escolha do número de fatores adequados ao estudo é utilizado o critério desenvolvido por Kaiser, (Garayalde et al, 1996). Na aplicação deste critério são excluídos os fatores com autovalores menores que um. As componentes principais são determinadas de forma que a primeira CP, ou CP(1), represente a maior parte da variabilidade total nos dados, conforme equação (1). Onde CP(1) é a combinação

linear das variáveis observadas Xjj 1, 2,, p:
(1)

os pesos w(1)1, w(1)2,...,w(1)p foram determinados de forma a maximizar a relação entre a variação da CP(1) com a variação total, sujeito a restrição, de acordo com a equação

(2)

Assim, Var[CP(1)] é tão grande quanto possível sujeito a esta restrição sobre as constantes “w(i)j”. A restrição é introduzida porque se isso não for feito, Var[CP(1)] pode ser aumentada fazendo simplesmente crescer qualquer um dos valor “w(i)j”. A CP(2), é que a combinação linear ponderada das variáveis observadas que não foram correlacionadas na primeira combinação linear e que representa o montante máximo da variação total restante ainda não contabilizada pela CP(1), através da equação (3):

CP(2)= w(2)1 X1 + w(2)2X2 +...+ w(2)p Xp(3)

onde, Var[CP(2)] é tão grande quanto possível sujeito as mesmas restrições impostas a CP(1) e que CP(1) e CP(2) possuam correlação igual a zero entre os seus dados. Segundo a equação (4) os posteriores CP’s são determinados da mesma forma, onde se existem “m” séries de valores a m-ésima CP apresentam-se da seguinte forma: (4)

A determinação CP’s é realizada considerando a matriz de variáveis X[pxm], onde “p” é o tamanho da série temporal e “m” é o número de séries, ou seja, de pontos espaciais que se deseja representar, como demostrado através da equação (5):

(5)

A matriz de covariância de “X” é simétrica e possui os elementos na diagonal principal iguais a Var[x1] e o restante dos termos são formados por Cov[xi xj]. Se “X” possui dados centrados em zero a matriz de

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covariância destes novos dados R[pxp] é formada pela matriz de correlação de “X”, de acordo com a equação (6).

(6)

Os componentes principais são determinados resolvendo-se a equação característica da matriz: “R”: det[R-λl]=0 0u │R-λl │=0. De acordo com a equação (7) os resultados são “p” raízes características chamadas de autovalores “λp” e para cada autovalor existe autovetor “wip”:

(7)

A inversão da matriz de CP’s para variáveis na escala padronizada “Y” pode ser realizada através da equação (8):

(8)

Aplicação da Análise de Agrupamento

Utilizou-se a Análise de Agrupamentos

(A) para classificar a homogeneidade pluviométrica da Amazônia Ocidental quanto ao comportamento espacial semelhante. A classificação é um importante componente em toda pesquisa científica. Existem essencialmente duas técnicas estatísticas interessadas na classificação: a análise de agrupamento (Everitt, Landau, e Leese, 2001) que objetiva descobrir grupos de observações a partir de dados inicialmente não classificados e a análise de função discriminante (Everitt e

Dunn, 2001) que trabalha com dados que já estão classificados dentro de grupos.

A técnica de agrupamento hierárquico interliga as amostras por suas associações, produzindo um dendrograma onde as amostras semelhantes, segundo as variáveis escolhidas, são agrupadas entre si. Os dendrogramas são especialmente úteis na visualização de semelhanças entre amostras ou objetos representados por pontos em espaço com dimensão maior do que três, onde a representação de gráficos convencionais não é possível.

Foram aplicados quatro métodos hierárquicos aglomerativos de agrupamento à matriz de dados obtida na etapa anterior. Os métodos foram: o da ligação simples, o da ligação completa, o da centróide e o de Ward, tendo como função de agrupamento, a distância euclidiana; estes cálculos foram feitos através de Software estatístico.

A utilização de mais de um método, e desses especificamente, deveu-se ao fato de que diferentes métodos aplicados ao mesmo conjunto de dados, geram diferentes estruturas. Assim, puderam-se verificar as composições dos grupos obtidos por cada um deles e escolher os grupos gerados pelo método que melhor refletisse as características climatológicas da Amazônia Ocidental.

Tanto o número de grupos bem como as estações contidas em cada um deles, foram determinadas de forma subjetiva através de corte transversal no dendrograma. Para agrupar as regiões com média mensal da

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precipitação e temperatura do ar similar, aplicou-se o método hierárquico aglomerativo de Ward, que foi o método que melhor representou a série de dados pluviométricos, tendo como medida de dissimilaridade a distância euclidiana (Everitt e Dunn, 1991), através da equação (9):

(9)

Onde de é a distância euclidiana; e Pp,j e Pk,j são as variáveis quantitativas j dos indivíduos p e k

, respectivamente.

O método de Ward forma grupos, minimizando a dissimilaridade, ou minimizando o total das somas de quadrados dentro de grupos, também conhecida como soma de quadrados dos desvios (SQD), conforme a equação (10):

(10)

Em cada etapa do procedimento, são formados grupos, de tal maneira que a solução resultante tenha o menor (SQD) dentro de grupos. Nessas etapas, são consideradas as uniões de todos os possíveis pares de grupos e, os dois que resultam em menor aumento de (SQD) são agrupados até que todos os grupos formem um único, reunindo todos os indivíduos (Everitt e Dunn, 1991).

3. Resultados e Discussão Padrões espaciais obtidos usando ACP

Na Figura 2 é apresentada a distribuição espacial dos totais médios mensais de precipitação na Amazônia Ocidental pelo método de interpolação krigagem, constata-se que a região do extremo noroeste caracterizase como a mais chuvosa com valores acima de 240 m a 280 m e a região menos chuvosa encontra-se nos extremos norte/sul com valores de 120 m a 160 m.

Latitude (graus)

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