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VARIABILIDADE E SUSCEPTIBILIDADE CLIMÁTICA:
Implicações Ecossistêmicas e Sociais
de 25 a 29 de outubro de 2016
Goiânia (GO)/UFG
IDENTIFICAÇÃO E ESCOLHA DOS ANOS PADRÃO ATRAVÉS DO MÉTODO DA
FÓRMULA DE STURGES NA BACIA DO RIO CORUMBATAÍ
PEDRO AUGUSTO BREDA FONTÃO1
ERIC SEITI KOGA2
GABRIEL FRANÇA COUTO RAMALHO3
MURILO DE OLIVEIRA CAMARGO4
EDVALDO DOS SANTOS JUNIOR5
RESUMO: O presente estudo busca analisar a distribuição temporal e espacial das chuvas,
e propor a partir da investigação a identificação e escolha de anos padrão representativos
do habitual e dos extremos (chuvoso e seco) da precipitação na bacia hidrográfica do rio
Corumbataí, inserida na porção centro-leste do estado de São Paulo, Brasil. Para tanto,
foram selecionados 9 postos pluviométricos inseridos no interior e arredores da bacia, e uma
série histórica de 45 anos (1970-2014). Neste conjunto de dados, em nível anual, foi
aplicada a fórmula de Sturges para a seleção de intervalos de classe representativos, cujos
resultados foram analisados através de histograma e interpolados em nível espacial. Tais
resultados irão contribuir para futuras análises em nível sazonal, mensal e/ou diário, visando
compreender o ritmo climático da bacia e suas repercussões em outras esferas geográficas.
Palavras-chave: chuva, anos padrão, Climatologia, bacia do Corumbataí.
ABSTRACT: This study aims to analyze the spatial and temporal distribution of rainfall, and
propose from research to identify and select "standard years", representative of normal and
extreme (wet and dry) years of precipitation in the basin of Corumbataí, inserted in the
middle east portion of São Paulo, Brazil. Therefore, we selected 9 rainfall stations inside and
outside the basin, and a historical series of 45 years (1970-2014). In this data set, on an
annual level, Sturges formula was applied for the selection of representative class intervals,
and the results were analyzed using histogram and spatial interpolation. These results will
contribute to future analyzes on seasonal, monthly and / or daily level, to understand the
climatic rhythm of the basin and its repercussions in other geographical phenomena.
Key words: rain, “standard years”, Climatology, Corumbataí basin.
1 – Introdução
1
Geógrafo, Doutorando pelo Programa de Pós-Graduação em Geografia, Universidade Estadual
Paulista - IGCE/UNESP, Rio Claro – SP, [email protected].
2 Graduando em Geografia, Universidade Estadual Paulista - IGCE/UNESP, Rio Claro – SP,
[email protected].
3 Graduando em Geografia, Universidade Estadual Paulista - IGCE/UNESP, Rio Claro – SP,
[email protected].
4 Graduando em Geografia, Universidade Estadual Paulista - IGCE/UNESP, Rio Claro – SP,
[email protected].
5 Graduando em Geografia, Universidade Estadual Paulista - IGCE/UNESP, Rio Claro – SP,
[email protected].
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A identificação de padrões e a classificação de períodos representativos são
problemas básicos de muitas ciências, em particular àquelas que trabalham com elementos
dotados de grande variabilidade e irregularidade. No campo da Climatologia, verificar tais
dinâmicas e categorizar a distribuição de dados tende a facilitar a análise de problemas
ambientais ligados ao dinamismo intrínseco da atmosfera, e as inúmeras repercussões no
espaço geográfico.
Todavia, a subjetividade muitas vezes permeiam tais etapas e dificultam a tomada de
decisões por parte de pesquisadores. Johnston (1968, p. 588) já apontava para este aspecto
no processo de classificação, inclusive após a adoção de métodos numéricos na análise de
dados geográficos, e o autor coloca que:
Within certain limits the investigator can make his data show what he wants
to show or his results may be the fortuitous consequence of a poorly
structured choice, caused by a lack of the proper hypothesis generation. (…)
The examples have indicated, however, that geographers, and all classifiers,
must take particular care in exercising their choice before proceeding with
their analysis and it is incumbent upon them to make very clear both their
choice and the reasons for it.
Partindo destes pressupostos, classificar os elementos climáticos em escala
temporal e espacial, preferencialmente de maneira criteriosa e objetiva, representa um
desafio a ser enfrentado nos estudos científicos ao estabelecer um preceito para algo
proveniente do dinamismo intrínseco da atmosfera. Uma proposta muito difundida na escola
brasileira de Climatologia Geográfica, e que tem apresentado bons resultados, é o conceito
de ano padrão proposto por Monteiro (1973), com o intuito de selecionar anos (ou períodos)
representativos do ritmo habitual ou excepcional.
Cabe ressaltar que Monteiro (1971, p. 9) adota o conceito sorreano de clima
(SORRE, 1951), e adota o critério de anos padrão para seguir numa “uma análise minuciosa
tanto no ritmo temporal quanto na distribuição espacial do fenômeno”. Ainda, sugere que a
caracterização de um ano (ou período representativo) não esteja presa somente ao volume
total das chuvas e/ou média das temperaturas, mas ligada ao verdadeiro ritmo de variação e
sucessão do tempo meteorológico.
Assim, uma investigação que envolva a escolha dos anos padrão expressa-se como
um meio auxiliar para prosseguir, e não um fim de uma pesquisa. Tal procedimento deverá
considerar critérios pré-estabelecidos para auxiliar na escolha dos melhores anos e/ou
períodos possíveis. Diversos autores têm sugerido critérios objetivos para a obtenção dos
anos padrão e tem apresentado boa aceitação, como é o caso de Tavares (1976) ao
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sistematizar a técnica de agrupamento pelo método de análise hierárquica por pares
recíprocos.
Em nível espacial, ao longo das últimas décadas, diversos estudos em Climatologia
Geográfica vêm adotando critérios para a escolha dos anos através da obtenção do número
e intervalos de classes, e dentre eles, pode-se citar como referência a análise do coeficiente
de variação, desvio padrão, técnica boxplot, análise dos quantis e a aplicação da fórmula de
Sturges. Alguns autores elaboraram estudos comparativos entre técnicas e métodos
distintos, a citar Barrios e Hernandes (1992), Zandonadi (2009) e Armond (2014).
A presente investigação optou pela utilização da técnica da fórmula de Sturges,
procedimento que já se mostrou eficiente em estudos comparativos e é considerado ideal
para seleção de intervalos de classe para fins de mapeamento (SILVA, 1980). Gerardi e
Silva (1981, p. 34) sugerem a aplicação desta técnica de agrupamento, pois:
A construção de um número excessivamente pequeno de classes reduziria
tanto a informação que acarretaria muita perda de detalhe. Por outro lado,
um número excessivamente grande de classes, embora guardasse muito
detalhe, não atingiria o objetivo de classificação que é tornar o conjunto de
dados supervisionável. Torna-se, então, necessário procurar determinar um
número razoável de classes.
A partir do exposto, este estudo buscará analisar as chuvas e identificar e selecionar
anos padrão na bacia hidrográfica do Corumbataí, inserida na porção centro-leste do estado
e São Paulo, região de grande importância econômica e agropecuária. Tal variabilidade da
precipitação tende a gerar as maiores repercussões em nível regional nesta bacia, em
especial aquelas excepcionais, tendo seus efeitos ampliados para outras esferas
geográficas, dotadas de dinamismo próprio.
A Figura 1 localiza geograficamente a área de estudo e a respectiva altimetria,
variável de grande importância no estudo da pluviosidade. Trata-se de uma área formada
por 1.710 Km² e drenada pelo rio Corumbataí, principal tributário do rio Piracicaba,
amplamente estudada do ponto de vista rítmico, podendo-se citar as obras de Brino (1973),
Zavatini e Cano (1993), Mernardi Júnior (2000), Silva (2001), dentre outras pesquisas
realizadas na região.
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Figura 1 – Localização e altimetria da Bacia do rio Corumbataí
2 – Material e métodos
O procedimento de levantamento, compilação, coleta e tratamento dos dados
pluviométricos adotaram procedimentos similares a outros estudos já realizados
anteriormente no âmbito da Climatologia Geográfica (ZANDONADI, 2009; FONTÃO e
ZAVATTINI, 2014, entre outros). Tais procedimentos tiveram por objetivo selecionar uma
longa série histórica de dados (maior possível) que contenha o maior número de postos
pluviométricos no interior e/ou entorno da bacia hidrográfica do Corumbataí. A Figura 2
permite visualizar os 9 postos selecionados, para uma série histórica de 45 anos de dados,
compreendida entre 1970 e 2014 de maneira ininterrupta.
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Figura 2 – Postos pluviométricos selecionados na bacia e entorno.
O procedimento realizado para a escolha dos anos padrão, períodos estes que
servirão para futuras análises de maior detalhe no ramo da Climatologia Geográfica, adotou
termos já utilizados anteriormente (chuvoso, tendente a chuvoso, habitual, tendente a seco e
seco) e foi feito a partir de intervalos de classe sugeridos pela técnica da fórmula de Sturges
(SILVA, 1980). A expressão utilizada (k = 1 + 3,3.Log n) sugere um número razoável de
classes, variando conforme o número de ocorrência e extensão dos dados, sendo k =
número de classes, n = número de observações e Log é o logaritmo para a base 10.
A interpolação dos dados de chuva anual, e respectivos intervalos de classe, foram
feita através da krigagem ordinária, método geoestatístico tradicionalmente sugerida para
estudos de precipitação (TABIOS e SALAS, 1985). Os mapas gerados neste estudo foram
elaborados através dos softwares Surfer 13, da Golden Software Inc., e ArcGIS 10.0, da
ESRI. Procedimentos envolvendo cálculos estatísticos, planilhas e gráficos foram feitos
através do Excel 2013, da Microsoft.
3 – Resultados e Discussão
Partindo de uma série histórica de 45 anos ininterruptos (1970 – 2014), e um total de
nove postos pluviométricos selecionados, foi possível obter um conjunto de 405 dados de
chuva em nível anual. Tais observações foram elencadas em ordem crescente de grandeza,
resultando em um valor mínimo de 822,6 milímetros (mm) no ano 2008 (Posto Grauna) e um
valor máximo de 2396,2 mm em 1983 (Posto Analândia), valores extremos que resultaram
em uma amplitude total de 1573,6.
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O número total e observações serviram de base para a aplicação da fórmula de
Sturges, sugerindo (de maneira aproximada) um total de nove classes. O intervalo das
classes foi feito de acordo com a amplitude calculada previamente, resultando em trechos
de 157,4 mm. Fundado nos novos grupos obtidos, cada uma das classes foi analisada a
partir do número total de dados e o volume de chuvas contemplado no intervalo, que
somada ao conhecimento regional prévio, contribuiu para a classificação empírica de cada
uma das classes e a atribuição de cores representativas. A Figura 3 ilustra os períodos e
intervalos selecionados, respectivas cores, classificação empírica e o histograma de
frequência dos dados.
Figura 3 – Intervalo de classes e histograma de frequência dos dados.
Da análise do histograma, fica nítida uma maior frequência dos dados (68,7%)
concentrada em apenas três classes e compreendida entre 1172,5 e 1697,1 mm, resultado
que levou empiricamente a atribuir tal período como habitual (“normal”) ou mais frequente na
bacia, e coloração de tonalidades verdes. As duas primeiras classes, sendo a primeira delas
classificada
como
seco
(vermelho)
e
a
segunda
tendente
a
seco
(amarelo),
respectivamente, foram assim julgadas devido ao baixo volume de chuvas. De maneira
similar, todavia no extremo superior, as quatro classes finais foram denominadas como
tendente a chuvoso, chuvoso e muito chuvoso (duas últimas) devido aos volumes elevados
e muito elevados de chuva, e preenchidas com cores de tonalidade azul.
A frequência absoluta, e respectivas classes, foram atribuídas a dados distribuídos
em uma bacia hidrográfica em escala regional, dotada de variabilidade espacial. Assim,
partindo dos resultados já obtidos, foram elaborados 45 cartogramas respeitando os
intervalos sugeridos e a distribuição dos mesmos no espaço, buscando avaliar de maneira
conjunta a variação das chuvas em nível temporal e espacial, representados na Figura 4.
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1970
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1972
1973
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1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
Figura 4a - Distribuição das classes na bacia do Corumbataí, para cada ano da série (1970 – 2014).
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1986
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1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
Figura 4b - Distribuição das classes na bacia do Corumbataí, para cada ano da série (1970 – 2014).
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2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
Figura 4c - Distribuição das classes na bacia do Corumbataí, para cada ano da série (1970 – 2014).
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A análise dos cartogramas permite visualizar, ao longo dos anos e através dos
diferentes setores da bacia, a participação das classes habituais e extremas (secas e
chuvosas). Nela, verifica-se um total de quinze mapas cujas colorações verdes, que
representam o habitual, ocorrem com exclusividade no interior da bacia, além de outros seis
cartogramas com predomínio quase exclusivo de classes habituais.
Ainda, visualmente é possível verificar anos em que o verde não ocorre em nenhum
setor da bacia, como é o caso de 1983 (classes chuvosas) e 2014 (classes secas), bons
representativos de um padrão excepcional. Evidenciam, da mesma forma, anos com
predomínio geral e/ou parcial de classes extremas. A Figura 5 propõe, através de uma
análise empírica da frequência dos intervalos de classe na bacia, uma síntese do
comportamento anual para toda a série.
Figura 5 - Síntese proposta do comportamento anual da chuva nos 45 anos da série histórica
A análise empírica permitiu identificar, em ordem decrescente, os anos de 1983,
1976, 1995 e 1991 como os mais chuvosos, e os períodos de 2014, 1984 e 2008
destacando-se como os mais secos da série histórica, para todo o interior da bacia. Apesar
do grande número de anos considerados habituais (21), os classificados com tendência a
seco (8) e chuvoso (9) aparecem em número considerável, e representam períodos anuais
com predomínio parcial de classes tendentes e/ou extremas ao longo do espaço.
4 – Considerações Finais
Partindo dos procedimentos metodológicos empregados, a análise e respectiva
identificação dos anos padrão se mostraram satisfatórias, visto que os resultados obtidos na
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análise das chuvas corresponderam, em nível anual, a outros estudos executados na região
(ZAVATINI e CANO, 1993; SILVA, 2001). Posteriormente, há a possibilidade de aplicar
outras técnicas e métodos utilizados para a seleção de anos padrão, tornando possível um
estudo com enfoque na análise comparativa destes procedimentos. Tal proposta poderá
contribuir para aprimorar e subsidiar futuros pesquisadores na escolha dos períodos
representativos em seus estudos.
Dos resultados obtidos e publicados neste artigo, espera-se partir para novas
escalas de investigação que evidenciem, do ponto de vista rítmico, os tipos de tempo
atmosférico e sequências rítmicas cuja ocorrência pode resultar em chuvas elevadas num
curto período de tempo ou grandes estiagens, aplicando tais resultados esferas geográficas
dotadas de dinamismo próprio, tais como o estudo de enchentes, estiagens, movimentos
rápidos do solo, climatologia agrícola, dentre outros.
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