Estacionalidade e variabilidade climática (Artigo 2 de 3)

Na semana passada, apresentamos mais perguntas do que respostas sobre o clima e sua variabilidade. Nesta semana, vamos colocar outras dúvidas sobre a estacionalidade e a variabilidade climática.

São frequentes os estudos sobre a variação do clima com séries curtas de dados. Como mencionei anteriormente, o clima nunca foi estável, mas sempre foi variável e geralmente a avaliação depende da janela temporal de dados que é utilizada na análise. Para períodos curtos, menores que 20-30 anos ou mesmo inferiores a 50 anos, podem-se tirar muitas conclusões, provavelmente erradas sobre esta variabilidade. Mesmo aumentando o tamanho das séries de dados é possível obter séries tendenciosas. Por exemplo, as cotas máximas de cheia (resultantes do clima) de Blumenau, que existem desde 1852 (160 anos). Quando se observam 72 anos de dados entre 1911 e 1982, a maior cota observada foi de 12,9 m, enquanto que antes e depois deste período ocorreram várias cotas acima desta, inclusive a maior de todas, em 1880, de 17,10 m (1983: 15,34 m e 1984: 15,50 m). A série de Ladário, no rio Paraguai, com 111 anos, mostra que as cotas máximas anuais de 1900 a 1960 flutuou perto de 4,0 m, enquanto que no período de 1960 a 1973 foi um pouco acima de 2,0 m e depois, de 1974 a 2000, a cerca de 5,0 m. Portanto, os 13 anos de 1960 a 1973 foram anômalos. No lago Vitória, na África, o período de níveis foi o oposto ao do rio Paraguai: cheia entre 1960 e 1973 e níveis muito abaixo no restante. Em um artigo de alguns anos atrás, mostramos que enquanto a América do Sul mostrava valores de vazão e chuva acima da média depois de 1970 (no rio Paraná, em Itaipu foi de 34%), na África Oeste, os valores estavam abaixo da média.

Na figura 1, observe as vazões máximas anuais adimensionais e sua média móvel de 10 anos em Paso de Los Libres, no rio Uruguai. Fazendo uma janela temporal, depois de 1970, imagina-se que as vazões estão aumentando. Observando o período antes de 1970, imagina-se que as vazões estão diminuindo. Esta pode ser a interpretação errônea ao se analisar séries curtas.

Estes exemplos mostram que numa série longa, a nossa percepção de mudança é muito mais ampla do que alguns poucos anos e estas mudanças não estão relacionadas com mudança climática devido a emissão de gases. O conhecimento da variabilidade interdecadal torna-se um desafio. Esta questão torna-se ainda muito mais decisiva para os projetos de infraestrutura urbana relacionados com a água e energia. Os projetos de engenharia baseiam-se em séries estacionárias. Uma série é estacionária quando suas estatísticas não variam com o tempo. Na figura 2 abaixo, a série é estacionária porque sua média e desvio padrão não se alteram (estatísticas da série), apesar da aleatoriedade dos valores. Na figura 3, no entanto, existe a tendência de a média aumentar com o tempo, o que caracteriza uma não-estacionalidade. Vistos com janelas de poucos anos, todas as séries mencionadas acima podem ser avaliadas como não-estacionárias, mas provavelmente não são quando a janela temporal de informações for muito maior que apenas algumas décadas, mostrando tendências interdecadais que pouco conhecemos, devido ao tamanho das séries pequenas.

Por outro lado, a pergunta principal na engenharia é a seguinte: qual será o período que representa a vida útil futura do meu projeto?

Esta é uma pergunta de difícil resposta, já que depende de avaliar se existem fatores não-estacionários (uso do solo ou mudança climática) ou conhecer melhor as tendências de longo prazo do histórico para analisar o futuro.

A segunda pergunta é a seguinte: será que o uso de uma série muito longa no passado permite prever o futuro próximo?

São perguntas sem resposta que necessitam de pesquisas sobre o conhecimento do comportamento climático-hidrológico. Para alguns meses no futuro já existe a previsão sazonal, que ajuda analisar tendências, mas é ainda um conhecimento que necessita aprimoramento.

Figura 1. Vazões adimensionalizadas com relação à média e média móvel de 10 anos de Paso de Los Libres, no rio Uruguai.

Figura 2. Série estacionária

Figura 3. Série não-estacionária

About Prof. PhD Carlos E. M. Tucci

Engenheiro civil, MSc, PhD, professor aposentado do IPH-UFRGS, sócio-fundador da Rhama Consultoria Ambiental. Autor de mais de 300 artigos científicos, livros, capítulos de livros. Experiência de mais de 40 anos na área, com atuação junto a empresas e entidades nacionais e internacionais como: Unesco, Banco Mundial, BID, ANEEL, ANA, Itaipu, entre outros. Premiado em 2011 pela International Association of Hydrological Sciences.

3 Comments

  1. João Marcelo Lopes

    Muito bom Prof. Tucci.
    É isso me preocupa, esses fatores não estacionários. A urbanização, com a consequente impermeabilização das últimas 3 décadas não corresponderia a um desses fatores? Pelo que entendi, só teríamos a resposta disso daqui a algumas décadas quando poderemos analisar uma série mais extensa (que já englobe essas 3 décadas) e compararmos os resultados. Um abraço

  2. Jorge Moraes

    Em busca de conhecimentos acessei vários estudos seus. Meus cumprimentos por sua valiosa contribuição para o meio ambiente (para mim) e ambiente para o senhor! Enviei seu blog para o REDLACH, possivelmente é de seu conhecimento: Rede Latino-Americana de Bacias Hidrográficas, orgão da FAO, do qual estou fazendo parte e realizando um Fórum de de debates e trocas de informações com mais de 100 estudiosos. Grande abraço!

  3. Tucci
    Acho que há um componente que é geralmente ignorado pela hidrologia, a influência dos fenomenos climáticos de ciclos longo, ciclos estes ocorridos nos oceanos ou outras variáveis de clima. Fala-se muito do ENSO (El Nino Southern Oscillation), que é um ciclo curto e que já se conseguiu alguma correlação com o clima em diversos pontos, entretanto ciclos mais longos, como a Oscilação Decadal do Pacífico ou a Oscilação do Atlântico Norte, se não considerados podem falsear os resultados dos pesquisadores. No caso da figura que colocaste, a vazão do Rio Uruguai, pode-se notar uma pequena correlação com períodos frios e quentes da Oscilação do Atlântico Norte (que logicamente se propaga ao sul).

    Pinçar dois exemplos já confirmados, o regime de chuvas no Sahel, que correlaciona-se muito bem com a Oscilação do Atlântico Norte, e o mais interessante para a nossa região, a correlação achada por pesquisadores entre vazões no nosso continente e a variabilidade da manchas solares como um indicados de alteração no sol. Há um trabalho denominado “Long-term solar activity influences on South American rivers.” publicado por pesquisadores argentinos no Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics on Space Climate, onde eles chegam a uma correlação tão perfeita entre uma série de vazões no Rio Paraná de 1913 até 2006 e os ciclos solares mostrando a modulação das vazões em função dos ciclos solares. No trabalho estes autores chegam a um coeficiente de correlação de Pearson 0,76, algo que em hidrologia é um luxo.

    Completo o comentário, dizendo que enquanto a hidrologia não pesquisar a correlação da variação das vazões ou chuvas a estes ciclos longos, séries estacionárias seram consideradas instacionárias e vice-versa.

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