COMPORTAMENTO TEMPORAL DE SÉRIES CLIMÁTICAS. PARTE

COMPORTAMENTO TEMPORAL DE SÉRIES CLIMÁTICAS.
PARTE I: CLIMATOLOGIA DE BELO HORIZONTE – MG (BRASIL).
M. L. de Abreu (1); A. A. M., Moreira; P. S. Lucio; E. M. M. de Toscano
(1) Departamento de Geografia – IGC / Universidade Federal de Minas Gerais / Cx. P. 702, Pampulha
CEP: 30.161-970 - Belo Horizonte / MG (Brazil)
e-mail: [email protected]
ABSTRACT
We use exploratory statistical analyses for temporal series, to investigate the climatic behavior of the
precipitation, surface air temperature, relative humidity and number of rainy days in Belo Horizonte,
during 1960-1989. The minimum air temperature presents the largest variability as well as the
precipitation. The variables present a periodic tendency with twelve months interval, and high autocorrelation values for the most thermally and moist well defined seasons. The relative humidity does
not have large auto-correlation values or a well defined periodicity, although it presents a seasonal
fluctuation.
1. INTRODUÇÃO
Belo Horizonte (BH), por sua localização geográfica, sofre a influência de fenômenos
meteorológicos de latitudes médias e tropicais. Duas estações bem definidas podem ser identificadas:
uma seca (inverno), na qual atuam a Frente Polar Atlântica (FPA) e o anticiclone subtropical do
Atlântico Sul; e uma outra chuvosa (verão), na qual predominam os sistemas convectivos associados
ao aquecimento continental, e a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) [de Quadro e de
Abreu, 1994; Oliveira, 1986; Nobre, 1988; Rocha e Gandu, 1996].
São apresentados os comportamentos médios, para o período de janeiro de 1960 a dezembro de
1989, das variáveis climáticas número de dias chuvosos (NDCBH), precipitação (PRECBH), umidade
relativa do ar (URABH), média das temperaturas mínimas (TMINBH), média das temperaturas médias
(TMEDBH) e média das temperaturas máximas (TMAXBH)) originadas do Instituto Nacional de
Meteorologia - INMET. Foram usadas, para todas as variáveis, técnicas estatísticas de análise
exploratória para as séries temporais: a tendência central, que permite uma avaliação do
comportamento médio das variáveis, usando cartas de controle, bem como identificar um padrão de
informação nos processos condicionantes do fenômeno climático; e medidas de dispersão que
consistem na mensuração dos desvios registrados na série temporal.
2. COMPORTAMENTO MÉDIO DAS VARIÁVEIS TÉRMICAS
As cartas de controle com as análises do comportamento médio anual das variáveis
atmosféricas são idênticas às apresentadas em [Lucio et. al. (1998)]. Destacam-se os anos de 1963,
1984 e 1987 que apresentam as mais altas TMEDBH, enquanto que 1962 e 1968 foram os anos mais
frios. As amplitudes médias de variabilidade de TMEDBH são mais expressivas em 1963 e 1967,
enquanto 1983 apresentou a menor amplitude. Para TMAXBH observam-se os menores valores médios
anuais durante os anos 60 e uma tendência a se situarem em patamares elevados principalmente a partir
dos anos 80. A partir de 1975 há uma tendência de TMINBH se situar em patamares cada vez mais
elevados, interrompidos por períodos de ligeiro declínio. Nota-se que os anos de 1972, 1983 e 1987,
também anos de ocorrências da fase quente do fenômeno ENOS apresentaram TMINBH mais elevadas.
PRECBH e NDCBH, apesar da existência de desvios pluviométricos mensais importantes,
registram uma variabilidade média dentro de uma faixa de controle, e comportamentos excepcionais
dependem de estímulos atmosféricos muito fortes. Para a pluviosidade, 1963 e 1985 registraram
amplitudes excepcionais, atingindo as bordas da carta de controle. Para NDCBH destacam-se os anos de
1963 e 1983, ambos anos de El Niño. Para URABH verificaram-se dois picos de umidade relativa
elevada, ultrapassando os limites das cartas de controle, separados por um período de umidade abaixo
da média entre os anos de 1966 e 1977. 1963 foi o ano excepcionalmente mais seco também para esta
variável.
A tabela 1 resume a climatologia das variáveis atmosféricas de BH, representadas pelos valores
médios mensais tomados anualmente e sazonalmente além do seu desvio médio e coeficiente de
variabilidade. Os valores da tabela refletem a tropicalidade do clima local, embora possa ser verificada
uma variação sazonal. A maior variabilidade da temperatura é dada por TMINBH, e os menores valores
situam-se na faixa de 10oC, como registrados em junho de 1968 ou junho de 1985, enquanto os mais
elevados referem-se a janeiro de 1988 - 20,2oC.
Tabela 1
Comportamento médio das variáveis atmosféricas em Belo Horizonte - 1960-1989.
Variáveis
TMED
BH ( oC)
TMAX
BH ( oC)
TMIN
BH ( oC)
PRECBH
(mm)
NDCBH
(dias)
URABH
(%)
Valores Médios Anuais
Méd.
D.P.
C.V.
(%)
Valores Médios Sazonais
Desvio Padrão
Média
C. de Variação (%)
V
O
I
P
V
O
I
P
V
O
I
P
22,5
1,8
8
23,9
23,2
20,3
23,0
1,4
1,0
0,9
1,2
6,13
4,3
4,47
5,21
27,1
1,7
6,2
28,0
27,3
25,4
27,6
1,2
1,1
1,1
1,4
4,56
4,05
4,57
5,19
16,4
2,3
14,0
18,4
16,7
13,2
17,1
0,6
1,0
1,1
2,3
3,61
6,72
8,46
4,66
1528
398
26,0
819
257
43,5
400
151
59,4
18,6
67,3
57,5
75,0
128
63,3
109,1
18,3
16,8
48,3
23,0
7,2
31,4
5,3
3,8
2,6
4,0
34,2
53,4
105
46,7
71,3
9
12,6
75,4
71,6
67,1
69,8
7,5
9,9
8,7
8,9
9,9
13,9
12,9
12,8
A análise do “boxplot” para as variáveis térmicas de B.H., avaliado de maneira conjugada à
tabela 1 e das cartas de controle anuais de Lucio et. al. (1998) permite afirmar que a variável TMINBH
(figura 1) é a que apresenta maior variabilidade, atingindo valores médios em torno de 14% durante o
ano. Por estações, é também a série de maior variabilidade, próxima a 9% no inverno, e desvio
padrão médio por estação mais elevado, 2,3oC , durante a primavera. TMAXBH apresenta a menor
variabilidade. Esta configuração indica uma maior probabilidade de que as temperaturas possuam uma
margem de flutuação mais extensa em direção a níveis mais baixos, do que a níveis mais elevados.
Anualmente ou estacionalmente analisados o mesmo padrão de comportamento se repete, com
o
TMAXBH próxima a 27 C.
Temperatura Média das Mínimas em B.H - 1960-1989
Amplitude da Variação Mensal por Avaliação dos Quartis
temp. média das mínimas (em oC)
20
15
10
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
mês
Figura 1 - Boxplot da Média Temperatura das Mínimas em Belo Horizonte.
O verão é a estação mais quente do ano apresentando os maiores valores médios sazonais e
maiores desvios padrão e coeficiente de variação para TMEDBH. O inverno por sua vez apresenta as
menores médias para todas as variáveis térmicas e os maiores coeficientes de variação para TMINBH.
Outono e primavera apresentam caráter transicional entre as duas estações mais bem definidas do
ponto de vista térmico, tendo o outono TMEDBH mais elevada que a primavera, embora tenha um
comportamento mais estável que esta. No outono as TMAXBH e TMINBH possuem, em média, valores
inferiores aos registrados na primavera, além de menores desvio padrão e coeficiente de variação. A
primavera em Belo Horizonte, tende a ser mais variável e com maiores amplitudes térmicas que o
outono.
A análise mensal individual através do boxplot, indica que, com relação à TMEDBH destaca o
comportamento de janeiro, como bastante variável dentro do verão, possivelmente relaciondo à
ocorrência de veranicos, muito comuns neste período. Registra-se a ocorrência de pontos outliers
preferencialmente nos meses de transição entre verão e inverno.
TMAXBH é a mais variável os meses de primavera, apresentando maior amplitude térmica em
setembro e menor em maio o de menor amplitude, concordando com a maior homogeneidade térmica
acima mencionada. Fevereiro tem os mais elevados valores médios mensais, julho os mais baixos e
registram-se outliers TMAXBH nos meses de transição entre verão e inverno. Para TMINBH destaca-se
os meses de junho e maio por sua elevada amplitude térmica, enquanto as amplitudes de dezembro e
janeiro são particularmente pequenas. Os maiores desvios positivos de TMEDBH e TMAXBH ocorreram
em 1963, 1983 e de TMINBH em 1973, 1983 e 1987, enquanto os anos medianamente mais frios foram
os anos de 1962, 1968 para TMEDBH, 1960, 1962 e 1964 para TMAXBH e 1968 e 1975 para TMINBH.
1963, 1972-1973, 1982-1983 e 1986-1987 foram anos de El Niño e 1962, 1964 e 1967-1968 de La
Niña.
3. PLUVIOSIDADE, NÚMERO DE DIAS DE CHUVA E UMIDADE RELATIVA DO AR
O comportamento pluviométrico interanual é amplamente variável, e o mensal indica a
existência de períodos de consideráveis amplitudes. Entre outubro e março, ocorrem 88% das
precipitações, sendo os 12% restantes distribuídos entre abril e setembro, indicando a ocorrência de
duas estações, uma chuvosa e outra seca, de duração aproximada de 6 meses, nitidamente distintas. O
período chuvoso tem início em meados de setembro prolongando-se até abril. Os elevados coeficientes
de variação destes meses refletem seu caráter transitório entre as duas estações. Os coeficientes de
variação dos meses de inverno são mais elevados, mas possuem valores médios inferiores e desvios
padrão menos elevados (tabela 1). PRECBH e NDCBH possuem o mesmo tipo de comportamento e
distribuição. O trimestre novembro-janeiro é o mais chuvoso, registrando os maiores índices
pluviométricos e maior número de dias chuvosos. Dezembro e janeiro contribuem cada um com
aproximadamente 20% do total pluviométrico precipitado sobre B.H. Dezembro é o mais chuvoso,
entretanto, possui um comportamento mais homogêneo como atestam seus desvio padrão e coeficiente
de variação. Janeiro, além da amplitude mais elevada para as duas variáveis, registra o maior desvio
em relação à média, 850 mm, equivalente a um desvio positivo da ordem de 280% que, se
homogeneamente distribuídos ao longo do mês indicariam uma média pluviométrica diária da ordem
de 27,41 mm. Registra-se a ocorrência de outliers também nos meses de outono e primavera, ambos
positivos.
Conforme as cartas de controle de Lucio et. al. (1998) que, ao início dos anos 60 correspondeu
um período de maiores amplitudes para PRECBH e NDCBH, tendo 1963 o maior desvio negativo de
pluviosidade entre os 30 anos analisados. Entre 1966 e 1977 os índices pluviométricos situaram-se em
patamares inferiores à suas médias, passando a oscilar em níveis mais elevados desde então, atingindo
seus valores máximos nos anos de 1983 e 1985. Entretanto, em todas as situações, oscilou dentro do
intervalo amostral das cartas de controle. Tomadas as análises por período, úmido e chuvoso,
observou-se que as estações úmidas de 1964-1965, 1982-1983, 1984-1985 superaram os limites
superiores das cartas de controle. Destacam-se o comportamento dos anos de 1963 (seco) e, 1983 e
1985 (úmidos), sendo os dois primeiros, anos de El Niño. Pode-se afirmar que, apesar de sua
variabilidade, as precipitações oscilam dentro do espaço amostral de 3 desvios padrão, estando “sob
controle” e indicando necessitarem de estímulos atmosféricos excepcionalmente fortes para alterar este
padrão de comportamento. A variável URABH possui comportamento distinto das demais. Conforme a
tabela 1, a umidade relativa do ar em BH possui valores médios mensais relativamente constantes,
oscilando em torno de 71%; pequeno desvio padrão anual, mensal e sazonal, inferiores a 10%, sendo
mais elevados durante o outono. Excetuando-se períodos excepcionais, não apresenta valores muito
baixos capazes de constituir-se em elemento natural prejudicial à saúde de sua população. Apesar
disto, registra-se a ocorrência de outliers, entre a primavera e o outono. Merecem destaque as
amplitudes dos meses de agosto, setembro e outubro. O ano de 1963 coincidiu com o extremo inferior
da série URABH registrando-se ainda a ocorrência de dois picos positivos correspondendo aos anos de
1964-1965 e o período de 1979 a 1983.
4. CARACTERIZAÇÃO DAS SÉRIES TEMPORAIS
Todas as variáveis foram submetidas ao tratamento clássico de séries temporais. À exceção de
todas possuem comportamento senoidal, de periodicidade 12, são não estacionárias e
apresentam tendência de crescimento linear. PRECBH possui distribuição cujo padrão é regido pelo quiquadrado. URABH é estacionária, possui periodicidade indefinível e auto-correlações inexpressivas. As
demais séries apresentam valores de correlação expressivos em pelo menos uma das estações do ano.
URABH,
5. CONCLUSÃO
TMINBH e PRECBH apresentam maior variabilidade entre as variáveis analisadas, indicando a
possibilidade de oscilação para níveis inferiores, no caso da temperatura e reafirmando a característica
do clima de BH como de transição entre as latitudes baixas e médias. Não ocorrem valores sazonais
excepcionalmente elevados. De forma geral, pode-se afirmar que todas as variáveis possuem em seu
padrão de comportamento clara tendência à sazonalidade, de periodicidade doze, com índices de auto-
correlação mais expressivos entre as estações ou térmicamente definidas, ou definidas através dos
parâmetros de umidade. URABH não apresenta índices de auto-correlação expressivos ou periodicidade
definível embora tenha uma flutuação sazona e, não possui sazonalidade marcante como as demais
variáveis. Possivelmente existam mecanismos atmosféricos mais importantes que a marcha zenital do
sol na definição dos padrões de comportamento da umidade relativa do ar e que exatamente, no
outono, ocorra esta mudança de comportamento.
AGRADECIMENTOS
M. L. de Abreu agradece à FAPEMIG e à Pró-reitoria de Pesquisa da Universidade Federal de Minas
Gerais, por financiar os projetos dos quais se originaram parte deste artigo. Os autores agradecem ao
INMET e ao CDC-NOAA, de onde se originaram os dados.
REFERÊNCIAS
Lúcio, P. S., Toscano, E. M. M., Abreu, M. L.-1998- Técnicas de Análise Multivariada Aplicadas a
Séries Temporais. Estudo de CasoL Climatologia de Belo Horizonte - MG. Relatório Técnico do
Departamento de Estatísitica - UFMG, 31 pg.
Nobre, C. A.-1988- Ainda sobre a Zona de Convergência do Atlântico Sul: A Importância do Oceano
Atlântico. Climanálise, 3(4), 30-33.
Oliveira, A. S.-1986- Interações entre Sistemas na América do Sul e Convecção na Amazônia. Tese de
Mestrado em Meteorologia - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, SP;
(INPE - 4008 - TDL / 239).
de Quadro, M. F. L.; de Abreu, M. L.-1994- Estudo de Episódios de Zona de Convergência do
Atlântico Sul sobre a América do Sul. Anais do VIII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Belo
Horizonte, MG, 18 a 25 de Outubro, v. 2, 620-623.
Rocha, A. M. G. C.; Gandu, A. W.-1996- A Zona de Convergência do Atlântico Sul. Climanálise
Especial: edição comemorativa de 10 anos, 140-142.