XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu

XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002
DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA PRECIPITAÇÃO SOBRE A REGIÃO METROPOLITANA DE BELO
HORIZONTE – MG E SUA ASSOCIAÇÃO COM A TOPOGRAFIA LOCAL
Jorge Luiz B. Moreira
5o. Distrito de Meteorologia – INMET
[email protected]
Magda Luzimar de Abreu
Departamento de Geografia – UFMG
[email protected]
ABSTRACT
The urban area of Belo Horizonte, Minas Gerais state capital, Brazil, experiences floods due to intense rains
during the wet season. Its relief is characterized by hills oriented east-west and northeast-southwest. The authors
believe that the rain spatial distribution pattern over Belo Horizonte and its urban area is related to the association
between the local topography and large and regional scale phenomena such as frontal systems, convective instability
and the South Atlantic Convergence Zone.
1 - INTRODUÇÃO
Dentre todos os elementos do clima que afetam Minas Gerais, a chuva é sem dúvida aquele que mais
prejuízos causa, tanto material quanto em perda de vidas, quando cai de forma contínua e intensa sobre uma região
densamente habitada. A variação sazonal dos índices de precipitação tem, portanto influência nas tomadas de decisão
concernentes ao planejamento urbano, nas atividades de recreação/turismo, na engenharia civil, nos meios de
transporte de massa e na distribuição e geração de energia elétrica. Eventos extremos de precipitação sobre ou
próximo a grandes aglomerados urbanos provocam, muitas vezes, enchentes que são a inundação das várzeas no
momento em que a vazão suplanta a capacidade de escoamento do canal natural de drenagem. Nas cidades a
ocupação do solo e as modificações efetuadas nas bacias de drenagem contribuem para o agravamento dessa
situação. Todavia, se não é possível controlar o clima, pode-se estudá-lo, conhecendo de que maneira os resultados
de sua variabilidade afetarão as atividades e expectativas da sociedade (Organização Meteorológica Mundial - OMM,
1997).
A ocorrência de chuvas intensas e as subseqüentes cheias na bacia hidrográfica que corta Belo Horizonte e
seu entorno, durante o período chuvoso anual, são características da intensa urbanização típicas das Regiões
Metropolitanas brasileiras. Essa condição motiva esse trabalho uma vez que chuvas intensas sobre áreas urbanas
podem estar relacionadas a vários fatores: aquecimento urbano (Atkinson, 1977) e transporte de umidade, entre
outros. Em regiões de topografia acidentada, como no caso de Belo Horizonte, o relevo ganha grande importância e a
compreensão das relações entre o relevo, a distribuição espacial das chuvas e os sistemas atmosféricos contribuirá
para o melhor entendimento do comportamento das chuvas sobre a capital de Minas Gerais.
Belo Horizonte ocupa uma área da Bacia do Rio das Velhas, no trecho em que o conjunto montanhoso do
Espinhaço vem juntar-se à Depressão Sanfranciscana. Está delimitada ao sul pelo município de Nova Lima, a
sudoeste pelo município de Ibirité, a oeste-sudoeste pelo município de Betim, a oeste por Contagem, a nordeste por
Ribeirão das Neves, a norte por Vespasiano a leste por Sabará e a nordeste por Santa Luzia. A quase totalidade do
sítio urbano ocupa uma área dominada por relevo de colinas poli-convexas, separadas por amplos vales que,
freqüentemente colmatados1, constituíram fundos chatos, favoráveis a ocupação humana. Essa área é conhecida
como Depressão de Belo Horizonte (Xavier et al., 1996).
1
Colmatados: de colmatagem, processo de enchimento ou atulhamento realizado pelo homem ou pela natureza em zonas
deprimidas.
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Estudos sobre a climatologia da capital mineira indicam que 88% do total anual de precipitação em Belo
Horizonte concentram-se nos meses de outubro a março, ficando os restantes 12% distribuídos entre abril e setembro
(Abreu et al., 1998; Lucio et. al., 1998). Esta condição indica a existência de duas estações bem definidas, uma
chuvosa e outra seca, separadas por meses de transição climática. Esta situação foi observada por Kousky (1988) que
determinou o início da estação chuvosa no Sudeste do Brasil entre os meses de setembro e outubro terminando em
abril, utilizando sensores de satélites meteorológicos através da Radiação de Onda Longa Emergente (ROLE). Tais
resultados concordam também com os obtidos por Paiva et al. (1996) para Minas Gerais utilizando dados
pluviométricos. Durante a estação chuvosa a precipitação resulta de processos convectivos, sistemas frontais
estacionários e a interação entre esses dois fenômenos meteorológicos conhecida como Zona de Convergência do
Atlântico Sul – ZCAS. Outra característica da estação chuvosa é a presença de períodos secos ou “veranicos”. Costa
et al. (1995) encontraram uma concentração dos “veranicos” em Belo Horizonte durante os meses de Janeiro e
Fevereiro, variando entre 10 e 25 dias, resultante da possível influência do Anticiclone Subtropical do Atlântico Sul
próximo ao litoral da região sudeste do Brasil neste período do ano.
Apesar dos estudos existentes sobre o clima de Belo Horizonte, eles não abordam os efeitos da presença da
topografia acentuada na região. Esse trabalho se propõe a entender o padrão da distribuição espacial da precipitação
em Belo Horizonte e sua possível relação com a topografia local. Não serão consideradas possíveis forçantes
originadas da ação antrópica. Os objetivos específicos são: 1) identificar as áreas de Belo Horizonte e seu entorno
sujeitas a elevados totais de precipitação; 2) investigar os aspectos de escala local, principalmente associados à
topografia, e aos sistemas de larga escala, que possam ser determinantes na espacialidade das chuvas.
2 – METODOLOGIA
Para o estudo aqui apresentado foram analisados dados de precipitação de Belo Horizonte e de vários dos
municípios pertencentes à Região Metropolitana de Belo Horizonte – RMBH, totalizando 15 estações. Dessas apenas a
do 5o. Distrito de Meteorologia do Instituto Nacional de Meteorologia apresenta outras variáveis entre as quais
analisou-se a direção do vento. As outras 14 estações são da Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL. A
seleção das estações respeitou o critério de maior série disponível dentro do período compreendido entre setembro e
abril, início e fim da estação chuvosa, de 1971 a 2000. Devido às diferenças nas metodologias adotadas entre os
diferentes órgãos quanto à disponibilidade de pessoal para a coleta das informações, não foi possível obter uma
seqüência de 30 anos ininterruptos como seria desejável em se tratando de dados pluviométricos. As séries foram então
construídas com um período médio de 26 anos. A figura 1 (as figuras se encontram no final do artigo) apresenta uma
imagem do satélite Landsat 7 contendo a região de estudo e a sobreposição de sua a divisão municipal. A topografia da
região destaca a Serra do Curral orientada no sentido nordeste-sudoeste. A altitude da região varia aproximadamente
entre 665 m no município de Santa Luzia e 1665 m em Rio Acima. Uma variação altimétrica de 1000 m que se
acredita influencia significativamente na espacialidade das chuvas.
Foram construídas séries médias mensais, representadas graficamente utilizando o software Surfer2. Para
diagnosticar como a topografia sinaliza o comportamento das chuvas sobre a região a série de dados diários de
precipitação por estação, foi dividida em classes de precipitação (0-1; 1-10; 10-20; 20-30; 30-40; 40-50 e > 50mm em
24 horas) e elaboradas séries de dois transectos, norte-sul e leste-oeste, na tentativa de estabelecer o comportamento das
diferentes classes de precipitação em estações localizadas na serra ou próximas dela (transecto leste-oeste) e aquelas
mais afastadas que supostamente não estariam sujeitas à influência direta do fator topográfico (transecto norte-sul).
Alguns estudos de casos foram feitos objetivando entender o papel da direção dos ventos como indicador da
gênese das chuvas e da relação entre a espacialização da precipitação e a topografia. Estes dados foram organizados em
diagramas, tipo radar, que possibilitam verificar o comportamento anômalo do parâmetro vento durante o período
analisado. Ao mesmo tempo foi efetuado o levantamento dos fenômenos climáticos que poderiam ter levado a este
comportamento no campo do vento sobre a região para entender melhor o papel de fenômenos de grande escala sobre o
clima local, no que se refere à precipitação.
2
O método de interpolação adotado foi o de Kriging, que dentre todos os disponíveis na versão 7.0 do Surfer, melhor representou a
distribuição do parâmetro chuva.
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3- RESULTADOS
3.1- Distribuição espacial das chuvas
A distribuição espacial dos totais mensais de precipitação entre setembro e abril na região de Belo Horizonte e
seu entorno pode ser observada nos gráficos da figura 2. Durante o mês de setembro os totais médios de precipitação
na região variam entre 43 mm no norte da RMBH, no município de Pedro Leopoldo até pouco acima de 57 mm em
Ibirité, próximo à encosta da Serra do Curral. As chuvas neste mês são normalmente provocadas por convecção
relacionada ao aquecimento das camadas superficiais da atmosfera e seu baixo volume é reflexo da pouca umidade
característica dos meses de inverno nestas latitudes. No mês de outubro, considerado como aquele em que se inicia a
estação chuvosa, o volume de precipitação sobre a área estudada intensifica, variando entre 98 mm, nos municípios de
Lagoa Santa e Mateus Leme, e acima de 140 mm na área de Ibirité com um máximo estendendo-se em direção ao
município de Nova Lima e Rio Acima (ao longo da Serra).
Durante os meses de novembro, dezembro e janeiro, trimestre mais chuvoso, a espacialidade da precipitação
demonstra um claro alinhamento do máximo de precipitação com a região da Serra do Curral compreendido entre o
município de Ibirité, Belo Horizonte e Nova Lima. Essa situação também coincide com o período associado à maior
atividade dos sistemas atmosféricos de larga escala (ZCAS) sobre a região (Abreu, 1998; Abreu et. al, 1998), sugerindo
que a topografia funciona como sintonia fina, alinhando a precipitação originada da ZCAS. Em fevereiro ocorre uma
sensível diminuição no volume de precipitação, provocado pela ocorrência de veranicos (Costa et. al., 1995). Apesar da
redução das chuvas ainda se mantêm o alinhamento dos máximos totais de precipitação com a Serra do Curral.
No mês de março acontece um aumento das chuvas na região mas com uma diferença em relação aos
meses de novembro, dezembro, janeiro e fevereiro, ou seja, o eixo do máximo de precipitação não está alinhado
sobre, nem paralelamente à Serra do Curral e sim perpendicularmente a ela, possivelmente devido ao efeito da
migração de linhas de instabilidade no sentido noroeste-sudeste sobre a região. O mês de abril apresenta na sua
distribuição do campo de precipitação, alguma semelhança com o mês de outubro diferenciando-se daquele mês
em relação ao maior volume de precipitação registrada. Este fato pode ser atribuído ao alto valor da umidade neste
mês devido à disponibilidade de vapor gerada pelas chuvas nos meses anteriores. Além disso as temperaturas ainda
favorecem a ocorrência de convecções ao longo da Serra do Curral.
3.2 – Efeito da topografia sobre a distribuição das chuvas
Para esclarecer o papel da topografia na distribuição espacial e temporal das chuvas, foi feita a análise das
freqüências do número de dias de chuva ocorridos nos diversos meses de estudo, classificando as chuvas por classes de
precipitação conforme a tabela 1.
TABELA 1
CLASSIFICAÇÃO DAS CHUVAS EM NA RMBH
Classe de precipitação
0-1 mm
1-10 mm
10-20 mm
20-30 mm
30-40 mm
40-50 mm
> 50 mm
Tipo de precipitação
Chuvisco
Chuva fraca
Chuva moderada
Chuva moderada a forte
Chuva forte
Chuva muito forte
Chuva extremamente forte
No eixo perpendicular a Serra do Curral, no sentido norte-sul, foram analisadas as estações de Pedro Leopoldo,
Belo Horizonte e Rio do Peixe, localizadas respectivamente a 698, 915 e 1097 m de altitude em relação ao nível médio
do mar.
No mês de setembro 60% dos dias de chuvas ocorridas em Pedro Leopoldo (mais a norte e distante da serra)
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registraram precipitação da classe 1-10 mm diários enquanto que esta classe corresponde apenas a 40% das chuvas em
Belo Horizonte e Rio do Peixe. O mesmo comportamento é observado para a categoria de chuvas mais intensas
superiores a 50 mm diários (figura 3). Entre outubro e janeiro as estações de Belo Horizonte e Rio do Peixe apresentam
maior interação entre a serra e a intensidade das chuvas, principalmente no que se refere a chuvas mais intensas (acima
de 30 e 50 mm) conforme exemplificado na figura 4 que ilustra o resultado de janeiro. As chuvas em fevereiro
retornam ao comportamento no qual em várias classes de precipitação a influência do efeito topográfico não é tão
determinante, uma vez que em diversas classes de precipitação a estação de Pedro Leopoldo tem freqüência de dias de
chuva intensa igual, ou superior, aos das estações localizadas na Serra do Curral ou próximas dela. Em março a
influência da topografia volta a se manifestar tanto na ocorrência de chuvas fracas quanto nas chuvas extremamente
fortes. Finalmente em abril novamente não há um claro predomínio do efeito topográfico sobre as diferentes classes de
precipitação com exceção apenas da classe entre 20 e 30 mm diários na qual a estação de Rio do Peixe possui uma
freqüência bem superior às demais (figuras não apresentadas).
3.3 – Estudo do comportamento anômalo da distribuição espacial das chuvas
A análise da direção predominante do vento à superfície (10 m) no período de estudo demonstrou que
predominam na região ventos de leste e nordeste. Assim, concluiu-se que a análise mensal da direção dos ventos na
região de estudo não permite uma avaliação da influência do escoamento no tipo de chuvas. Esse resultado decorre do
fato de Belo Horizonte estar localizada em uma área tropical, sob a influência do Anticiclone subtropical, durante todo
o ano. Por esta razão foi realizada uma análise interanual da série de direção dos ventos objetivando investigar casos
anômalos e relaciona-los com possíveis anomalias de chuvas.
A figura 5 apresenta o resultado da análise para novembro de 1983, ano de ocorrência do evento El Niño,
quando a direção predominante dos ventos foi de sudoeste. Essa situação provocou fortes chuvas e um acentuado
núcleo de precipitação em Juatuba (região mais a oeste da área de estudo) fazendo com que a distribuição espacial das
chuvas não configurasse o eixo de máxima precipitação sobre a Serra do Curral.
Outro exemplo foi observado quando a direção dos ventos em dezembro de 1987 foi de norte, provocando uma
configuração no campo de precipitação bastante semelhante à climatologia do mês, porém com valores de precipitação
acima dos registrados na média desse mês. Tal fato pode ter sido provocado pelo transporte de umidade para a região
que, ascendendo a Serra do Curral, provocou a intensificação das chuvas sobre a região de topografia mais elevada. O
mesmo ocorreu em janeiro de 1994 quando o vento predominando de norte manteve a distribuição média das chuvas
muito acima do esperado para este mês. Um exemplo de como a variação dos ventos altera a distribuição espacial da
precipitação durante o mês de fevereiro foi observado no ano de 1989 quando a direção predominou também de norte
ocasionando um máximo de precipitação sobe os municípios de Nova Lima, Brumadinho, Ibirité e Belo Horizonte,
próximos à serra. Da mesma forma que nos eventos de dezembro de 1987 e janeiro de 1994 as chuvas acumuladas
superaram em muito a média climatológica do mês. Registrou-se nesse ano, 1989, um dos eventos ZCAS mais intensos
já observados, tendo provocado intensas chuvas na região sudeste e secas na região sul do Brasil. (Quadro e Abreu,
1994) (esses exemplos não estão ilustrados nesse trabalho)
Concluiu-se que ventos com componentes de norte ou oeste causam precipitações mais intensas que as
esperadas.
4 – CONCLUSÃO
Este trabalho investigou a espacialidade das chuvas durante os meses de setembro a abril, período da estação
chuvosa na Região Metropolitana de Belo Horizonte, e sua relação com a topografia local.
Uma dificuldade encontrada foi a pouca densidade de estações climatológicas com medida de direção e
velocidade dos ventos e de um maior número de estações pluviométricas com uma série de dados suficientemente
longa para permitir um maior detalhamento da região estudada. Porém as análises realizadas sobre a base de dados
obtidos das estações selecionadas foram suficientes para atingir os objetivos inicialmente propostos.
Concluiu-se com relação à climatologia que em setembro as chuvas concentram-se sobre a porção sul da área
estudada, mas com valores muito pequenos, indicando o fator topográfico como principal causador dessas chuvas uma
vez que o início da estação chuvosa na área só ocorre no mês seguinte. Em outubro, com a elevação dos totais de
precipitação, o eixo dos valores máximos é observado sobre a região de topografia mais elevada, localizada nos
municípios de Ibirité, Nova Lima e parte sul de Belo Horizonte. Esse resulta sugere que a topografia, aliada à elevação
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das temperaturas, seja o principal causador de chuvas (orográficas), somado ao fato de que neste mês a massa de ar
equatorial começa a migrar em direção ao sudeste do Brasil dando origem à formação de linhas de instabilidade sobre a
região estudada. A partir do mês de novembro e durante os meses de dezembro e janeiro a Serra do Curral, atua
nitidamente como uma forma de “ancora” sobre os maiores totais de precipitação, indicando seu papel de sintonia fina
para os processos frontais e convectivos, bem como suas interações (ZCAS). Em fevereiro a influência da serra ainda
se faz notar mas com menor intensidade devido à diminuição dos totais de precipitação nesta época do ano provocado
pela aproximação do Anticiclone Subtropical do Atlântico Sul do continente, favorecendo assim a ocorrência de
veranicos na região. Em março, fim da estação chuvosa na região, a diminuição das chuvas apresenta uma
desarticulação entre a região de topografia mais elevada e o máximo de precipitação visto que o eixo dos maiores totais
corta transversalmente a Serra do Curral. Em abril a distribuição do campo de precipitação se assemelha a de
setembro, porém registrando maiores totais de chuva devido à presença de maior quantidade de umidade disponível ao
final da estação chuvosa.
A análise das anomalias na direção dos ventos permitiu observar que eventos de chuvas intensas estão
relacionados ao escoamento com componentes de norte e oeste. Eventos como a La Niña de 1988/1989 quando ocorreu
forte intensificação da ZCAS (Quadro e Abreu, 1994) e os fenômenos El Niño de 1983 e 1987 ocorreram nessas
situações de chuvas extremas, sugerindo que a região foi influenciada por eles. A topografia nesses episódios atuou
como âncora, alinhando as chuvas ao longo da Serra do Curral, exceto em 1983 quando o máximo de precipitação
ocorreu em Juatuba, a oeste da serra.
Finalmente recomenda-se que estudos futuros3 utilizem séries diárias de vento, precipitação e umidade do ar
objetivando aprofundar o entendimento entre a relação dos ventos, a origem das chuvas e a presença da topografia em
episódios de precipitação convectiva. Sugere-se também a investigação de possíveis influências do campo térmico
originada da ação antrópica sobre a distribuição espacial das chuvas durante a estação chuvosa.
AGRADECIMENTOS: Ao Instituto Nacional de Meteorologia e à Agência Nacional de Energia Elétrica pelos dados
climáticos utilizados no trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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3
Este trabalho é parte integrante de dissertação de mestrado do Programa de Pós-graduação do Departamento de
Geografia da UFMG, do aluno Jorge Luiz B. Moreira, orientado pela Profa. Dra. Magda Luzimar de Abreu.
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QUADRO, M. F. L. e ABREU, M. L., 1994: , Estudo de Episódios de Zonas de Convergência do Atlântico Sul
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XAVIER, H. e OLIVEIRA, L., 1996 – Áreas de Risco de Deslizamento de Encostas em Belo Horizonte – Cadernos
de Geografia, PUC – MG, v.6, nº 8, 53 – 70 pg.
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Figura 1 - Imagem do satélite Landsat 7 e sobreposição da divisão municipal da região metropolitana de Belo
Horizonte.
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Figura 2 – Distribuição espacial da média mensal da precipitação na região metropolitana de Belo Horizonte, na
estação chuvosa. Fonte: INMET e ANEEL.
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60,0
50,0
40,0
%
Belo Horizonte - 915 m
Pedro Leopoldo - 698 m
30,0
Rio do Peixe - 1097 m
20,0
10,0
0,0
1
10
20
30
40
50
>50
Classes de precipitação
Figura 3- Ocorrência das classes de precipitação em setembro para o transecto norte-sul da região de estudo.
60,0
50,0
40,0
%
Belo Horizonte - 915 m
Pedro Leopoldo - 698 m
30,0
Rio do Peixe - 1097 m
20,0
10,0
0,0
1
10
20
30
40
50
>50
Classes de precipitação
Figura 4- Ocorrência das classes de precipitação em janeiro para o transecto norte-sul da região de estudo.
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N o vemb r o
70/71
99/2000
71/72
36
98/99
72/73
3
97/98
73/74
1
26
96/97
74/75
2
1
1
95/96
94/95
9
9
93/94
5
5
5
5
92/93
75/76
6
9
9 19
9
1 5
5
6
91/92
76/77
9
9
9
9
9
9
1
77/78
78/79
5
9
9
5
5
9
14
79/80
36
9
14
90/91
80/81
23
89/90
27
88/89
81/82
82/83
87/88
83/84
86/87
84/85
85/86
Figura 5 - Variação interanual da direção predominante do vento na estação de Belo Horizonte durante o mês de
novembro e distribuição espacial das chuvas no ano de 1983.
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