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Uma análise detalhada das situações de anomalias climáticas extremas, como secas e inundações de grande intensidade, que se alternam com maior frequência nos últimos anos no estado do piauí, nordeste do brasil. O texto discute os resultados obtidos a partir de dados meteorológicos, incluindo tendências de temperatura e precipitação, e os impactos ambientais dessas anomalias, especialmente em relação à fauna, flora e recursos naturais. Além disso, o documento aborda as causas dessas anomalias, as variabilidades espacial e temporal das temperaturas mínimas e máximas, e as implicações para a agricultura local.
Tipologia: Notas de estudo
Compartilhado em 14/03/2016
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ALUNO: Raimundo Mainar de Medeiros
LINHA DE PESQUISA: Meteorologia de Meso e Grande Escala
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: Recursos Hídricos
ORIENTADOR: Manoel F. Gomes Filho
Fevereiro - 2016
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Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Meteorologia da Universidade Federal de Campina Grande, na área de concentração Meteorologia de Meso e Grande Escala em cumprimento às exigências para obtenção do título de Doutor em Meteorologia.
Orientador: Prof. Dr. Manoel F. Gomes Filho
ALUNO: Raimundo Mainar de Medeiros
LINHA DE PESQUISA: Meteorologia de Meso e Grande Escala
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: Recursos Hídricos
ORIENTADOR: Manoel F. Gomes Filho
Fevereiro - 2016
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A bacia hidrográfica do Rio Uruçuí Preto (BHRUP) se destaca na produção de soja, milho e mandioca em áreas nativas e artificiais. Esta bacia sofre grandes impactos ambientais com o desmatamento de extensas áreas para as atividades agrícolas, minerais e pastoris, além dos impactos por fenômenos naturais, como voçorocas e desertificações, exigindo, portanto, medidas para atenuação dos referidos efeitos da degradação e da desertificação. Nesse trabalho propostas de ações foram apresentadas sobre os monitoramentos hídricos, replantios das espécies arbóreas naturais, reintrodução das espécies arbóreas nativas, tal como uma nova visão do planejamento urbano e turístico, programas de especulações imobiliárias e a implantação de novas indústrias nas fazendas agrícolas que não agridam o meio ambiente. Utilizou-se dados de Precipitação; Temperatura do ar; Umidade relativa do ar; Nebulosidade; Vento: direção e velocidade; Evaporação e evapotranspiração; Insolação total para o período entre 1960 - 1990. No Modelo hidrológico IPH2 foram efetuados ajustes, calibração e verificação do modelo; também foram utilizados Modelos de médias móveis; Método do preenchimento de falhas; Classificação climática de köppen; Categoria de clima; Divisão entre clima úmido e seco; Clima do tipo a – subcategorias; Clima do tipo b - subcategorias; Clima do tipo c - subcategorias; Divisões desta subcategoria (c). A área de estudo apresentou significativa heterogeneidade climática, possibilitando gerar cenários variados em relação à disponibilidade e demanda hídrica. O fator clima atuou dinamicamente em conjunto com outros atributos do meio físico e biótico, e é determinante quanto à ocorrência de significativas distinções geoambientais internas à bacia, incluindo diferenças ecológicas e até influências em padrões culturais e modos de uso dos recursos naturais. O modelo IPH II cumpriu a tarefa de simular as vazões médias diárias, mas em três casos não foi muito eficiente para representar os picos (máximos e mínimos) das vazões. Sem perda de generalidade, essa modelagem pode ser utilizada em bacias com as características similares àquelas apresentadas pela BHRUP, principalmente se não houver exigências na adequabilidade de valores extremos. Adicionalmente foi efetuada uma simulação da BHRUP com ocupação do solo em 100% de pastagem. Nesse caso, haveria aumento na umidade do solo, em consequência haveria aumento dos picos de cheias com inundações mais severas e frequentes. Verificou-se que a poluição hídrica, a distribuição pluviométrica, o uso e o manejo do solo na agropecuária afetam a pesca, por ocorrer deposição de sedimentos e assoreamentos nos córregos, rios, lagos e lagoas, a antropização das paisagens, alterações dos microclimas, impermeabilização do solo, erosão, desertificação, queimadas e a redução da biodiversidade.
Palavras-chaves: Anomalias extremas de chuva e clima, degradação ambiental e poluição hídrica.
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The Uruçuí Preto river basin (BH RUP) stands out in the production of soybeans, corn and cassava in native and artificial areas. This basin suffers major environmental impacts deforestation of large areas for agricultural, mineral and pastoral, in addition to the impacts of natural phenomena such as gullies and desertification, thus requiring measures for mitigation of these effects of degradation and desertification. In this work action proposals were presented on water monitoring, replanting of natural tree species, reintroduction of native species, such as a new vision of tourism and urban planning, real estate speculation programs and the establishment of new industries in the agricultural farms that do not harm the environment. It was used rainfall data; Air temperature; Relative humidity; Cloudiness; Wind: direction and speed; Evaporation and evapotranspiration; Total insolation for the period between 1960-1990. In hydrologic model IPH2 were made adjustments, calibration and verification of the model; Models were also used to calculate form moving averages; gap filling method; Koppen climate classification; climate category; Division between wet and dry climate; kind of weather to - subcategories; Climate type b - subcategories; Climate type c - subcategories; Divisions of this subcategory (c). The study area presented significant climatic heterogeneity, allowing generate different scenarios regarding the availability and water demand. The climate factor acted dynamically along with other attributes of the physical and biotic environment, and is decisive for the occurrence of significant internal geo-environmental distinctions to the basin, including ecological differences and even influences in cultural and ways of natural resource use patterns. The IPH II model fulfilled the task of simulating the average daily flow, but in three cases was not very efficient to represent the peak (maximum and minimum) flow rates. Without loss of generality, this modeling can be used in basins with similar characteristics to those presented by BHRUP, especially if there are no requirements on the suitability of extreme values. In addition it was made a simulation of BHRUP with land use in 100% pasture. In this case, there would be an increase in soil moisture, a result that would increased flood peaks with more severe and frequent floods. It was verified that water pollution, rainfall distribution, use and soil management in agriculture affect fishing, as well as occurring sediment deposition and silting in streams, rivers, lakes and ponds, anthropic landscapes, changes in microclimates, soil sealing, erosion, desertification, fires and loss of biodiversity.
Keywords : Extreme anomalies in rain and climate, environmental degradation and water pollution.
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Figura 1. Regimes e principais fatores provocadores de chuva no estado do Piauí. ...................... 6 Figura 2. Zonas de atuação média dos três principais sistemas meteorológicos que produzem a precipitação no NEB: I – ZCIT; II – frentes frias; III – perturbações e ondas de leste. (Fonte: Strang, 1972). ................................................................................................................................ 23 Figura 3. Localização da bacia hidrográfica do rio Uruçuí Preto no estado do Piauí (escala 1:1.000.000). Adaptada por Medeiros (2014). .............................................................................. 45 Figura 4. Divisores superficial de água, situação geográfica; evapotranspiração anual, precipitação anual, vazões dos trimestres mais chuvosos e secos, área da bacia; declividade média; extensão; cota, solos e vegetação, para a área da BHRUP. ............................................... 48 Figura 5. Regime de umidade relativa do ar do trimestre mais úmido para o estado do Piauí. Fonte: Autor................................................................................................................................... 57 Figura 6. Precipitação (mm): (a) mínima; (b) máxima; (c) quadrimestre chuvoso; (d) quadrimestre seco; (e) e anual. ...................................................................................................... 96 Figura 7. Ciclo anual da temperatura média da máxima, máxima da máxima e mínima da máxima para a área da BHRUP e entorno. Período: 1960-1990. .................................................. 98 Figura 8. Configuração espacial das temperaturas médias mensais das máximas: (a) menor máxima mensal; (b) maior máxima mensal; (c) média das máximas, para a BHRUP e entorno.Período: 1960-1990. ......................................................................................................... 99 Figura 9. Ciclo anual da temperatura média das mínimas, média máxima das mínimas e média mínima das mínimas para a área da BHRUP e entorno. Período: 1960-1990. ............................. 99 Figura 10. Variabilidade espacial da temperatura médias mensais das mínimas: (a) menor temperatura mínima mensal; (b) maior temperatura mínima mensal; (c) média anual das temperaturas mínimas, para a área da BHRUP e entorno. Período 1960-1990. ......................... 100 Figura 11. Ciclo anual da amplitude térmica média, amplitude térmica da média das máximas e amplitude térmica da média das mínimas, para a BHRUP e entorno. Período: 1960-1990. ....... 101 Figura 12. Amplitude térmica espacial (a) do mês mais frio; (b) do mês mais quente; (c) anual, para a área da bacia hidrográfica do rio Uruçuí Preto e do seu entorno. Período: 1960-1990. ... 102 Figura 13. Evaporação média; evaporação média máxima e evaporação média mínima, para a área da BHRUP e entorno. Período: 1960-1990.......................................................................... 103 Figura 14. Variabilidade espacial da evaporação (a) mínima; (b) máxima; (c) anual, para a área da BHRUP e entorno: Período: 1960-1990. ................................................................................ 104 Figura 15. Evapotranspiração média das máximas; média das médias e médias das mínimas, para a área da BHRUP e entorno. Período: 1960-1990. .............................................................. 105 Figura 16. Variabilidade espacial da evapotranspiração: (a) mínima; (b) máxima; (c) anual, para a área da BHRUP – PI e entorno. Período: 1960-1990. .............................................................. 106 Figura 17. Ciclo anual da umidade relativa do ar média das máximas; média das médias e médias das mínimas, para a área da BHRUP e entorno. Período: 1960-1990. ........................... 107 Figura 18. Variabilidade espacial da umidade relativa do ar (a) mínima; (b) máxima; (c) anual, para a área da bacia hidrográfica do rio Uruçuí Preto – PI e entorno. Período: 1960-1990. ....... 107 Figura 19. Ciclo anual da insolação total média das máximas; insolação total média das médias e insolação total média das mínimas, para a área da BHRUP e entorno. Período:1960-1990. ... 108 Figura 20. Variabilidade espacial da insolação total (a) mínima; (b) máxima; (c) anual, para a área da BHRUP – PI e entorno. Período: 19601990. .................................................................. 109 Figura 21. Ciclo anual da cobertura de nuvem média das máximas; média das médias e médias das mínimas, para a área da BHRUP e entorno. Período: 1960-1990. ........................................ 110 Figura 22. Variabilidade espacial da cobertura de nuvens: (a) mínima; (b) máxima; (c) e anual, para a área da BHRUP – PI e entorno. Período: 1960-1990. ...................................................... 110
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Tabela 1. Localização dos postos pluviométricos e dos municípios que estão alocados aos referidos postos, seguidamente de suas coordenadas geográficas (latitude, longitude e altitude) locais. ............................................................................................................................................. 49 Tabela 2. Determinação da velocidade do vento utilizando a escala ―beaufort‖.......................... 59 Tabela 3. Fatores de correção (FC) da evapotranspiração potencial mensal, estimada pelo método de Thornthwaite, para ajustá-la ao número de dias do mês e a duração do brilho solar diário, para latitudes entre 15º N e 37º S. ...................................................................................... 66 Tabela 4. Parametrização do modelo de escoamento superficial IPH2. ....................................... 72 Tabela 5. Classificação climática segundo Köppen para a área em estudo. ................................. 79 Tabela 6. Localizações dos municípios seguidos de suas coordenadas geográficas (latitude, longitude e altitude) locais, área territorial e população. ............................................................... 82 Tabela 7. Produção de cereais e frutas por município para a área da BHRUP e seu entorno. ..... 85 Tabela 8. Produção animal por município para a área da BHRUP e seu entorno. ....................... 87 Tabela 9. Quantidade de proprietários, assentado sem titulação definitiva, arrendatário, parceiro, ocupante e produtor por município, para a área da BHRUP e seu entorno. .................................. 88 Tabela 10. População, densidade populacional, habitantes com renda de salário mínimo, habitantes com renda mais que o salário mínimo e quantidade de bolsa família por município, para a área da BHRUP e seu entorno. ........................................................................................... 90 Tabela 11. Ensino fundamental; médio; pré-escolar; número de estabelecimentos de ensino e número de professores por município, para a área da BHRUP e seu entorno. .............................. 92 Tabela 12. Unidade de resíduo sólido; saneamento total; abastecimento de água; forma de execução do abastecimento d´água; abastecimento da água da prefeitura; águas pluviais executadas pela prefeitura; abastecimento de água por outras entidades; rede de distribuição de água; tratamento de águas em m^3 ; rua pavimentada com asfalto e com drenagem e cursos de água intermitentes dos municípios, para a área da BHRUP e seu entorno. ................................... 93 Tabela 13. Quantificação do uso, ocupação do solo e porcentagem de cada classe. .................... 95
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AB - Alta da Bolívia AC - Aglomerados convectivos AS - América do Sul APPM – Associação municipal dos prefeitos piauiense APA - Área de preservação ambiental ATSM – Anomalia da Temperatura da Superfície do Mar ABR – Abril (A) AGO – Agosto (A) BH - Bacia Hidrográfica BHRUP – Bacia hidrográfica do rio Uruçuí Preto BA – Bahia CAS – Cavado do Atlântico Sul CHESF – Companhia Hidroelétrica do São Francisco CODEVASF – Companhia do desenvolvimento do vale do São Francisco COMDEPI – Companhia de desenvolvimento do Piauí CPTEC - Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos CAPE – Energia potencial disponível para convecção CJNEB – Corrente de jato do Nordeste Brasileiro CEPRO – Fundação Centro de Pesquisas Econômicas e Sociais do Piauí CPRM - Companhia de Pesquisa dos Recursos Minerais CPTEC/INPE - Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos/Instituto Nacional Pesquisa Cbs - Nuvem Cumulonimbu DCA – Departamento de Ciências Atmosfera DP – Desvio padrão DCC – Número de dias com ocorrências de chuvas DNOCS - Departamento Nacional de Obras contra as Secas DOL – Distúrbios Ondulatórios de Leste DEZ – Dezembro (D) ENOS - El Niño Oscilação Sul EUA - United States of America EMATERPI - Empresa de Assistência Técnica e Extensão Rural do Estado do Piauí EMBRAPA – Empresa Brasileira de Pesquisa EX – Exemplo EDU – Educação EIA – Estudo de impactos ambientais ETP – Evapotranspiração EVR – Evaporação E - Este FAO – Food and agriculture organization FEV - Fevereiro (F) HN – Hemisfério Norte HS – Hemisfério Sul hPa - Hecto Pascal hab.km-2^ - Habitante por quilômetro quadrado h - Hora há - Hectare INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais IRI/EUA – International Reserch Institute for climate and Society
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PA – Para PRCPTOT - Precipitação total anual nos dias úmido Q – Escoamento superficial R - Tamanho total da amostra RM – Regressão linear múltipla RP - Regressão potencial múltipla RS - Ponderação regional com base em regressão linear ROL – Radiação de Ondas Longas RS – Rio Grande do Sul SIPOT - Sistema de Informação do Potencial Hidrelétrico SIPOT - Sistema de informação do potencial hidroelétrico Brasileiro SE-NE – Sudeste-Nordeste SE - Sudeste S - Sul SET – Setembro (S) SF; SF‘s – Sistemas Frontais SC – Santa Catarina SUDENE – Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste T - Temperatura média de mês (°C); TSM - Temperatura da Superfície do Mar UTC – Tempo médio de Greenwich UFCG - Universidade Federal de Campina Grande VCAS – Vórtices Ciclônicos de ar superior VR - Vetor regional VR/PR - Vetor regional, combinado com a ponderação regional VC/RP - Vetor regional combinado com a regressão potencial múltipla VR/RM - Vetor regional combinado com a regressão linear múltipla VC/RS - Vetor regional combinado com a regressão linear múltipla ZCAS – Zona de Convergência do Atlântico Sul ZCIT – Zona de Convergência Intertropical ZEE - Zoneamento Ecológico-Econômico Wm-2^ – Watts por metro quadrado W – Oeste º - Graus ºC - Graus Celsius % - Percentual ∑ - Somatório Ω - Omega Ξ - Zeta
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O Nordeste Brasileiro (NEB) tem, como característica, grande irregularidade na
precipitação cujo comportamento é decorrente de um conjunto de fatores, tais como as
características fisiográficas e influência de vários sistemas atmosféricos, fenômenos esses
transientes, caracterizados pela grande variabilidade espacial e temporal das chuvas na região,
tornando-se fator prejudicial às localidades atingidas, visto que tanto podem provocar enchentes,
alagamentos, inundações e desmonoramento, como também secas atingindo, direta ou
indiretamente, grande parte das atividades econômicas desenvolvidas na região, em especial
aquelas ligadas aos setores agropecuário, social e hídrico.
Levando em conta a importância da precipitação, a qual exerce influência direta sobre as
condições ambientais, observa-se grande esforço no sentido de fazer previsões de sua ocorrência
e da sua variação espacial e com prognósticos de até 15 dias. Este grande esforço é devido ao
fato de que outras variáveis meteorológicas são modificadas com a ocorrência da precipitação,
pois a ocorrência das chuvas influencia nos valores da temperatura e umidade do ar
principalmente em áreas tropicais, como é o caso do Piauí, com isto, inúmeros trabalhos
realizados buscam ao longo dos anos analisarem e entender como se dá essa grande variabilidade
espacial e temporal da precipitação e como, no geral é seu comportamento.
Eventos extremos de precipitação, nos quais incluem chuvas extremas e longos períodos
de dias consecutivos secos, são os fenômenos atmosféricos mais perturbadores (Zin et al., 2010).
A região NEB é conhecida pelos longos períodos de estiagem (seca); entretanto, nos últimos
anos, especialmente nos anos de 2008 e 2009, esta região tem apresentado destaque na mídia
devido aos vários eventos de chuvas extremas que ocorreram, sobretudo no Estado do Piauí. Tais
eventos trouxeram alagamentos, enchentes, perdas agrícolas, material humano além de
arrombamento de açudes, entre outras.
O estado do Piauí localizado na região do NEB, situado entre o meio norte úmido e o
nordeste semiárido, fato este que estabelece condições geoambientais particulares. Além disso,
apresenta variações altimétricas diferenciadas com as altas chapadas do sul-sudoeste, cuja
altimetria está em torno de 600 metros e decresce à proporção que se aproxima do norte até
chegar ao mínimo no litoral (CONDEPI, 2002). Ao longo deste trajeto têm-se as chapadas
tubulares, com vertentes íngremes, vales interplanálticos e superfícies de erosão. Na região sul o
principal sistema causador de chuvas são as penetrações de frentes frias e/ou seus vestígios e a
formação dos Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCAS) quando de sua formação com seu
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desenvolvimento sustentável que considere a capacidade dos ecossistemas em absorver os impactos das atividades humanas e entender a dinâmica dos elementos dos ecossistemas sem comprometer a qualidade do ambiente para as gerações futuras.
A organização da tese segue com uma fundamentação teórica (Capítulo 2) dos principais
tópicos que serão de interesse na discussão dos resultados, tais como: Fundamentação e revisão
bibliográfica; Sistema de tempo e clima; Contextualização macrorregional; Sistema sinótico;
Zona de convergência intertropical (ZCIT); Vórtices ciclones de ar superior (VCAS); Frentes
frias (FF); Distúrbios ondulatórios de leste (DOL); Linha de instabilidade (LI); Zona de
convergência do atlântico sul (ZCAS) ; Sistemas atmosféricos e oceânicos; Enos; Dipolo do
Atlântico; Oscilação de Maddem Juliem; El Niño e La Niña; Descrição do El Niño; Impactos
do El Niño no globo e no estado do Piauí; Descrição da La Niña; Impacto da La Niña no
globo e no estado do Piauí.
No capítulo 3 foram descritos Materiais e Métodos; a bacia hidrográfica do rio uruçuí
preto; Dados; Precipitação; Temperatura do ar; Umidade relativa do ar; Nebulosidade; Vento:
direção e velocidade; Evaporação e evapotranspiração; Insolação total; Modelo hidrológico
IPH2; Ajuste e calibração do IPH2; Verificação do modelo; Dados observados; Modelos médias
móveis; Método do preenchimento de falhas; Classificação climática de Köppen; Categoria de
clima; Divisão entre clima úmido e seco; Clima do tipo a – subcategorias; Clima do tipo b -
subcategorias; Clima do tipo c - subcategorias; Divisões desta subcategoria (c).
No capítulo 4 foram estudados Resultados e discussão; Diagnóstico sócioeconômico e
ambiental; Impactos ambientais; Fruticultura e cereais; Produção de animais e estabelecimentos
agricolas, da apicultura e a ovinocaprinocultura; Transporte e renda; Ações de melhoramento da
qualidade de vida e caracterizações do sistema de educação e da saúde pública; Cobertura e uso
do solo; Aspectos climáticos e hidrológicos da bacia do rio Uruçuí Preto ; Temperaturas máxima,
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mínima, média e amplitude térmica; Os b-r-o-bros e suas variações no estado do Piauí;
Evaporação e evapotranspiração; Umidade relativa do ar; Insolação total e nebulosidade; Direção
predominante e intensidade do vento; Vazão observada, vazão estimada e precipitação para a
área da BHRUP; Vazão observada e vazão estimada pelo método da média móvel, para 5 e 10
anos para a área da bhrup; Cálculo da evaporação para a área da BHRUP.
Finalmente se encontram no Capítulo 5, as principais conclusões e sugestões para
trabalhos futuros.