Secas no alto rio são francisco

De MARCUS SUASSUNA SANTOS

Marcus Suassuna Santos lança em SECAS NO ALTO RIO SÃO FRANCISCO algumas luzes sobre temas de enorme atualidade e relevância: secas, suas mudanças de comportamento ao longo do tempo e os possíveis preditores de sua ocorrência, como eventos climáticos em macroescala, a exemplo das oscilações de temperatura do Oceano Pacífico (oscilação Niño e Oscilação Decenal do Pacífico). Com base em uma caracterização objetiva de secas estatisticamente mais robusta que a versão original do índice de precipitação normalizado (standardized precipitation index – SPI), a qual muito pode contribuir com a implantação de políticas públicas voltadas para sua gestão, buscou-se uma forma de avaliar como a ocorrência de secas pode modificar ao longo do tempo, tanto em termos de variação de frequência quanto de intensidade. Para isso, utilizou-se a transformada de ondaletas (wavelet transform). Espera-se com este trabalho menos estabelecer uma metodologia definitiva para análise temporal de secas do que colocar em pauta a premente necessidade de avaliar de modo estatisticamente consistente se de fato secas estão sendo cada vez mais frequentes e intensas, bem como se é possível elencar elementos que possibilitem sua previsão. Suassuna Santos acredita que, em um mundo em constante mudança, o uso de abordagens que admitam as não estacionariedades em séries temporais associadas e eventos climáticos seja de extrema relevância.

• Idioma: Português
• Editora: Editora Appris
• Data de lançamento: 1 de jan. de 2016
• ISBN: 9788581929453

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Editora Appris Ltda.

1ª Edição – Copyright© 2016 dos autores

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COMITÊ CIENTÍFICO DA COLEÇÃO Sustentabilidade, Impacto, Direito

Gestão e Educação Ambiental

À Andrea Beatriz.

Agradecimentos

Em primeiro lugar, a Deus, por dar sentido a nossas conquistas. Que sempre nos guie em direção àquilo que é bom e que renda bons frutos.

Em segundo, grato sou à minha esposa, Andrea Beatriz. Sem ela, não haveria tido a coragem de encarar o desafio e retornar à academia com imenso entusiasmo. Recebendo sua força, fui capaz de me dedicar integralmente e caminhar com meus estudos na certeza de um colo amoroso e incentivo constante. Com seu suporte, amplio meus horizontes, ando sem os pés no chão. Além de tudo, possibilitou-me a bela imagem que ilustra a capa deste livro, mostrando seu imenso talento fotográfico.

A meus pais, que sempre me compreenderam, incentivaram e encorajaram, proporcionando paz de espírito para me lançar a desafios. A meus irmãos, sogros e cunhados, dos quais sempre recebo conforto e estímulo para encarar aventuras. Agradeço ainda a meus sobrinhos, especialmente à Isabela, que sempre coloca alegria em meus pensamentos.

A meu orientador, Wilson, o entusiasmo e a dedicação a este projeto. Sua confiança em meu trabalho motivou a minha, fazendo com que não temesse enveredar por terrenos menos seguros. Ao meu coorientador, Éber, também o entusiasmo, a atenção constante ao longo do processo e as sempre frutíferas sugestões.

Um agradecimento especial ao professor Mauro Naghettini, que nunca se furtou a oferecer apoio nos momentos de dificuldade. Em troca, quando eu oferecia problemas, devolvia-me ânimo. Aos professores do Programa de Pós-graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos (SMARH) da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), sobretudo a Priscilla Moura, Nilo Nascimento, Mário Cicarelli e Rafael Palmier, que nunca negaram auxílio quando solicitei. Além deles, aos docentes que sempre me apoiaram, principalmente a Sergio Koide e Cristina Brandão, da Pós-graduação em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos (PTARH) da Universidade de Brasília (UnB), grandes exemplos de dedicação à universidade pública.

Agradeço o apoio financeiro à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes). Aos servidores do SMARH, especialmente a Iara, que, mesmo com todas as dificuldades, sempre se mostrou atenta às minhas necessidades.

Aos colegas que sempre me ofereceram oportunidades de reflexão, além de terem sido bastante solícitos ao oferecerem ajuda quando muitas vezes precisei, com destaque ao amigo Vítor Queiroz e sua família, que me acolheram quando precisei. Aos amigos que sempre me ajudaram, ainda que distantes e que, mesmo sem saber, me ofertaram o conforto e a tranquilidade de saber que nunca estive sozinho neste processo.

Prefácio

É com prazer que escrevo o prefácio deste livro, resultado de uma ótima dissertação de mestrado defendida por Marcus Suassuna Santos, no âmbito do Programa de Pós-graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). O tema do trabalho não poderia ser mais atual: secas na Região Sudeste do Brasil, com suas consequências danosas ao abastecimento de água das comunidades, à agricultura e à produção de energia hidrelétrica. As secas têm características peculiares que as diferenciam de outros fenômenos hidrológicos. Em geral, são percebidas apenas quando se instalam e não dão sinais aparentes de quando estão agonizando.

A obra de Marcus Suassuna Santos está muito bem escrita, é de leitura agradável, sem perda de rigor científico, e estrutura-se como todo bom trabalho científico: introdução ao tema, enunciado de objetivos, ampla revisão bibliográfica, delineamento dos materiais e métodos a serem empregados, descrição do caso de estudo com os resultados obtidos, e as principais conclusões e recomendações. Como caso de estudo, a escolha recaiu sobre a porção da bacia do Rio São Francisco localizada no estado de Minas Gerais, uma escolha que reputo muito acertada, dadas a quantidade e qualidade dos dados pluviométricos regionais, além da importância socioeconômica e cultural da região no contexto nacional.

Após caracterizar o fenômeno das secas com precisão, este livro apresenta a descrição de um conjunto de índices adotados em todo o mundo para a categorização ou a relativização das secas. Faz-se a justificada opção pelo SPI (standardized precipitation index) como adequado à caracterização da severidade de uma seca, com base nos volumes de precipitação de durações variáveis. Em seguida, definem-se os fundamentos necessários à análise regional de frequências, com o emprego de momentos-L, uma técnica contemporânea de inferência estatística cujo fim é obter estimativas confiáveis de quantis de volumes de precipitação necessárias ao cálculo do SPI.

As séries temporais de SPI assim constituídas foram submetidas às análises de Fourier e de wavelets, técnicas apropriadas à detecção e identificação, no domínio das frequências, de ciclos ou periodicidades eventualmente existentes nas séries temporais em estudo. Nesse ponto, destaco o emprego pioneiro da análise de wavelets neste trabalho como um importante recurso para a compreensão da complexa variabilidade inerente às variáveis hidrológicas.

Procurou-se ao final o estabelecimento de possíveis teleconexões das variações dos índices de secas com indicadores de flutuações naturais do clima, materializadas por indicadores associados a fenômenos quase periódicos, como o El Niño oscilação sul e a oscilação decenal do Pacífico. A aplicação das técnicas mencionadas à região em estudo demonstrou, mais uma vez, a complexa variabilidade das séries temporais associadas ao clima e a inexistência de ciclos evidentes que possam sugerir secas mais ou menos frequentes, ou mais ou menos severas, em decorrência das flutuações climáticas naturais.

A conclusão, muito acertada a meu ver, é a de que a percepção de secas mais frequentes ou mais severas resulta da exagerada exploração ou do uso indevido dos recursos hídricos regionais. Tenho a certeza de que a leitura atenta dos sete capítulos que compõem este livro demonstrará ao leitor a riqueza e o benefício potencial de emprego de modernas técnicas de inferência estatística e de tratamento de séries temporais de indicadores climáticos, com amplas possibilidades de desdobramento e novas aplicações.

Para terminar, parabenizo o autor, Marcus Suassuna Santos, pelo excelente trabalho e ensejo a ele muito sucesso em sua trajetória profissional.

Belo Horizonte, 29 de dezembro de 2014.

Mauro Naghettini

Professor aposentado pela UFMG, do departamento de

Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos

LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS

Sumário

1

INTRODUÇÃO 

2

CONTEXTUALIZAÇÃO 

2.1 Conceituação 

2.1.1 Secas e aridez 

2.1.2 Secas e outros fenômenos socioeconômicos 

2.1.3 Secas e superexploração de recursos hídricos 

2.2 Caracterização das secas 

2.2.1 Índices de secas 

2.2.2 O SPI e outros índices 

2.2.3 Standardized precipitation index (SPI), ou índice de precipitação padrão 

2.3 Análise regional de variáveis hidrológicas 

2.3.1 Análise regional de frequências com momentos-L 

2.3.1.1 Análise regional de frequências 

2.3.1.2 Os momentos-L 

2.3.1.3 Medidas de heterogeneidade, discordância e aderência 

2.3.1.4 Premissas da análise regional com momentos-L 

2.4 Análise de séries temporais

2.4.1 Processos estacionários  

2.4.2 Análise de Fourier 

2.4.3 Análise de sinais não estacionários e análise de ondaletas 

2.4.3.1 Formulação matemática 

2.4.3.2 Transformada contínua de um sinal discreto 

2.4.3.3 Propriedades das funções de ondaletas 

2.4.3.4 Normalização 

2.4.3.5 Espectro de ondaletas 

2.4.3.6 Nomenclatura 

2.4.3.7 Funções de ondaletas 

2.4.3.8 Espectros médios ao longo das escalas e dos tempos 

2.4.3.9 Escolha das escalas 

2.4.3.10 Cone de influência 

2.4.3.11 Escala e frequência de ondaletas 

2.4.3.12 Análise de sinais por meio de funções de ondaletas 

2.4.4 Análise de ondaletas em hidrometeorologia 

2.5 Teleconexões climáticas 

2.5.1 El Niño oscilação sul (Enos) 

2.5.2 Oscilação decenal do Pacífico (ODP) 

2.5.3 Influências de teleconexões no Brasil) 

3

CARACTERIZAÇÃO DA BACIA DO RIO SÃO FRANCISCO EM 

MINAS GERAIS 

3.1 Dados gerais 

3.2 Clima da região sudeste do Brasil

3.2.1 Temperatura 

3.2.2 Precipitação 

3.2.3