Andreia Filipa Ferreira de Sousa

Inundações urbanas na cidade do Porto (2010-2014): Análise da

precipitação (dados EMA), limiares críticos de precipitação e

reanálise de episódios chuvosos extremos.

Dissertação realizada no âmbito do Mestrado em Sistemas de Informação Geográfica e

Ordenamento do Território orientada pelo Professor Doutor António Alberto Teixeira Gomes.

Faculdade de Letras da Universidade do Porto

Setembro de 2015

2

3

Inundações urbanas na cidade do Porto (2010-2014): Análise

da precipitação (dados EMA), limiares críticos de precipitação

e reanálise dos episódios chuvosos extremos.

Andreia Filipa Ferreira de Sousa

Dissertação realizada no âmbito do Mestrado em Sistemas de Informação Geográfica e

Ordenamento do Território orientada pelo Professor Doutor António Alberto Teixeira Gomes.

Membros do Júri

Professora Doutora Laura Maria Pinheiro de Machado Soares

Faculdade de Letras - Universidade do Porto

Professor Doutor Carlos Valdir de Meneses Bateira

Faculdade de Letras - Universidade do Porto

Professor Doutor António Alberto Teixeira Gomes

Faculdade de Letras - Universidade do Porto

Classificação obtida: …. valores

4

Dedico esta dissertação aos meus pais, irmã, avós e

namorado pelo apoio constante.

6

Sumário

Agradecimentos……………………………………………………………………....… 5

Resumo…………………………………………………………………………………. 6

Abstract………………………………………………….……………………………… 7

Índice de figuras ............................................................................................................. 10

Índice de tabelas ............................................................................................................. 12

Lista de abreviaturas e siglas .......................................................................................... 13

Capítulo 1- Introdução/Enquadramento do tema e da área de estudo ............................ 14

1.1. Justificação do tema ............................................................................................. 14

1.2. Objetivos .............................................................................................................. 15

1. Enquadramento da área de estudo .......................................................................... 15

1.4. Estrutura e Workflow da dissertação .................................................................... 16

1.5. Estado da Arte ...................................................................................................... 18

1.5.1 Considerações gerais sobre inundações/ inundações urbanas ........................ 18

1.5.2 Clima urbano .................................................................................................. 22

1.5.3 Períodos de retorno e limiares críticos de precipitação .................................. 25

1.5.4 Reanálise das situações meteorológicas ......................................................... 26

Capítulo 2 – Materiais e métodos ................................................................................... 29

2.1. Estações meteorológicas usadas .......................................................................... 29

2.1.1 Estações meteorológicas de controlo ............................................................. 34

2.2. Exploração/ fiabilidade dos dados ....................................................................... 35

2.3. Ocorrências de inundações urbanas (2010-2014) ................................................ 43

Capítulo 3 – Resultados .................................................................................................. 44

3.1. Dados ................................................................................................................... 44

3.2. Períodos de retorno e limiares críticos de precipitação ....................................... 50

3.3. Reanálise das situações meteorológicas (eventos extremos) ............................... 59

Capítulo 4- Considerações finais .................................................................................... 65

Referências bibliográficas .............................................................................................. 68

Anexos ............................................................................................................................ 74

Anexo 1 ....................................................................................................................... 75

Anexo 2 ....................................................................................................................... 76

7

Agradecimentos

A conclusão desta dissertação só se tornou possível, com a ajuda e incentivo prestados por

algumas pessoas, a quem tenho de agradecer.

Ao meu orientador, o Professor Doutor Alberto Gomes, pela orientação, disponibilidade e

apoio dado neste processo.

À Mónica Santos pela imprescindível ajuda dada para a concretização de uma parte deste

trabalho, sem a qual não seria possível.

Um agradecimento ao meu grupo de trabalho, mas também de amigos: Diana Sousa, André

Oliveira, Daniel Sousa, Mafalda Lopes e Marlene Costa pela amizade demonstrada, por todos os

dias de trabalho passados na Mapoteca, pela ajuda e apoio que sempre me deram e que ajudaram-

me a ultrapassar as muitas dificuldades que enfrentei para a concretização desta dissertação.

À minha família e namorado, pela paciência, apoio essencial e incentivo a terminar esta

etapa da vida académica.

A todos os outros amigos que nunca deixaram de demonstrar apoio.

8

Resumo

São muitos os estudos feitos sobre as inundações que ocorrem em meio urbano, que têm

como causa a precipitação, e são vários os fatores que podem estar associados ao seu

desencadeamento.

Esta dissertação baseou-se no estudo das inundações urbanas na cidade do Porto que

ocorreram do ano de 2010 até 2014, no seguimento do projeto “Estudo para a identificação de

áreas suscetíveis a serem afetadas por cheias urbanas na Cidade do Porto” que resultou na criação

de uma base de dados “InundaPorto” e que possibilitou a consulta das ocorrências registadas pelo

Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto.

Numa fase posterior, com o objetivo de percebermos que episódios de precipitação

originaram estas ocorrências na área de estudo, foram analisados os valores de precipitação

horária que não faziam parte da base de dados, com recurso às estações meteorológicas

automáticas que disponibilizam dados gratuitos e via online. Foram igualmente utilizados os

dados disponíveis pelo Instituto Português do Mar e da Atmosfera para deste modo, ser possível

testar se estas estações permitem a consulta de dados fiáveis.

Para sabermos a frequência com que estas inundações ocorrem na área de estudo, foram

calculados os períodos de retorno e posteriormente os limiares críticos de precipitação, com o

objetivo de obtermos os valores de precipitação que foram atingidos e que fizeram ultrapassar os

limiares de precipitação, levando assim à ocorrência destes eventos.

Por fim, como forma de avaliarmos as situações meteorológicas que levaram ao

desencadeamento dos eventos de inundação urbana, foram feitas reanálises de dois dias

previamente escolhidos, recorrendo às anomalias registadas pelos dados disponibilizados pelo

NCER/NCAR.

Os resultados permitiram perceber o impacto que estes eventos têm na cidade do Porto, os

valores de precipitação que os originam, bem como os seus fatores desencadeantes. São um

contributo para questões do ordenamento do território e para futuras investigações.

Palavras-chave: Porto; Ordenamento do Território; Inundações Urbanas; Precipitação

9

Abstract

There are many studies of floods occurring in urban areas, which are caused by rainfall,

and there are several factors that may be associated with its onset.

This thesis was based on the study of urban flooding in Porto that took place from 2010

until 2014, following the project “Estudo para a identificação de áreas suscetíveis a serem afetadas

por cheias urbanas na Cidade do Porto” that resulted in the creation of a database “InundaPorto”

and made the consultation of the events recorded by the Battalion Fire Brigade of Porto possible.

At a later stage, in order to realize which episodes of precipitation originated these

occurrences in the study area, the hourly precipitation values that were not part of the database

were analysed with the use of automatic weather stations that offer free data and via online. Also

used the data available at the Portuguese Institute for Sea and Atmosphere and thus it was possible

to test whether these stations allow the reliable data query.

To know how often these floods occur in the study area, the return periods were calculated

and subsequently precipitation thresholds, in order to obtain precipitation values have been

achieved and if they exceeded the critical thresholds of precipitation, thus leading the occurrence

of such events.

Finally, in order to assess the weather conditions that led to the outbreak of urban flooding

events, a reanalysis was made two days previously chosen, using the anomalies recorded by the

data provided by NCER / NCAR.

The results allowed a further understanding of the impact that these events have in Oporto,

the precipitation values that originate as well as their triggering factors. They are a contribution

to regional planning issues and for future research.

Keywords: Oporto; Spatial Planning; Urban Flooding; Rainfall

10

Índice de figuras

Figura 1- Enquadramento geográfico da área de estudo em relação a Espanha ( A) e Portugal Continental (B) e seu contexto administrativo e rede hidrográfica ( C). .................................... 16 Figura 2- Workflow seguido nesta dissertação. .......................................................................... 17 Figura 3- Interação entre processos naturais e artificiais em meio urbano ............................... 21 Figura 4- Escalas de análise das influências e contextos meteorológicos na cidade .................. 23 Figura 5- Estações meteorológicas utilizadas para tratamento dos dados................................. 30 Figura 6- Davis Vantage Pro 2. .................................................................................................... 32 Figura 7- Davis Vantage Pro 2 Plus (Wireless). ............................................................................ 33 Figura 8- Sensor DRD11 da Vaisala ............................................................................................. 35 Figura 9- Vista mensal da estação meteorológica de Lordelo do Ouro em tabela (Setembro de 2013) ........................................................................................................................................... 36 Figura 10- Vista mensal da estação meteorológica de Lordelo do Ouro em gráfico (Setembro de 2013) ........................................................................................................................................... 37 Figura 11- Problemas encontrados na recolha dos dados nas estações meteorológicas automáticas. ................................................................................................................................ 38 Figura 12- Comparação de valores entre os dados registados pela Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e a de Pedras Rubras e Serra do Pilar (ambas do IPMA) em Abril de 2011 e Novembro de 2013...................................................................................................................... 41 Figura 13- Comparação de valores entre os dados registados pela Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e a de Pedras Rubras e Serra do Pilar (ambas do IPMA) em Setembro e Dezembro de 2014 ...................................................................................................................... 42 Figura 14- Precipitação horária no dia 8 de Janeiro de 2011 e ocorrências registadas pela hora de saída dos Bombeiros .............................................................................................................. 46 Figura 15- Precipitação horária no dia 18 de Setembro de 2014 e ocorrências registadas pela hora de saída dos Bombeiros ...................................................................................................... 47 Figura 16- Relação entre o número total de IU por ano e as precipitações totais anuais (1974 -2014) ........................................................................................................................................... 48 Figura 17- Relação entre o número total de IU por ano de ocorrência e as precipitações totais anuais (2010 -2014) ..................................................................................................................... 48 Figura 18- Distribuição mensal das inundações urbanas e das precipitações totais (2010-2014).. ..................................................................................................................................................... 49 Figura 19- Fórmula da distribuição de Gumbel tendo por base a função das probabilidades acumuladas ................................................................................................................................. 51 Figura 20- Gráfico representativo dos períodos de retorno da Estação Meteorológica da Serra do Pilar (1935-2004) e das estações meteorológicas utilizadas no período de estudo (2010-2014). .......................................................................................................................................... 52 Figura 21- Regressão polinomial obtida com base nas combinações críticas, para as inundações urbanas ........................................................................................................................................ 53 Figura 22- Intensidade de precipitação da combinação crítica quantidade-duração ................. 54 Figura 23- Precipitação diária mínima necessária para ultrapassar os limiares críticos de precipitação que levam à ocorrência de inundações urbanas no ano de 2013 e número de IU em igual período ......................................................................................................................... 56

11

Figura 24- Precipitação diária mínima necessária para ultrapassar os limiares críticos de precipitação que levam à ocorrência de inundações urbanas no ano de 2014 e número de IU em igual período ......................................................................................................................... 58 Figura 25- Base de dados online para a criação das reanálises .................................................. 60 Figura 26- Valores de latitude e longitude escolhidos para representação de Portugal.. .......... 61 Figura 27- Reanálise da precipitação (anomalias) registadas no dia 20 de Março de 2010 às 6,12,18 e 0z ................................................................................................................................. 62 Figura 28- Reanálise da precipitação (anomalias) registadas no dia 8 de Janeiro de 2011 às 6,12,18 e 0z ................................................................................................................................. 64

12

Índice de tabelas

Tabela 1- Estações meteorológicas usadas para os dados de precipitação ................................ 31 Tabela 2- Estações meteorológicas (oficiais) automáticas de superfície usadas na comparação e verificação de dados .................................................................................................................... 34 Tabela 3- Estações meteorológicas usadas por mês/ano. .......................................................... 39 Tabela 4- Valores extremos das ocorrências registadas com dados de precipitação (2010-2014) ..................................................................................................................................................... 45

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Lista de abreviaturas e siglas

20Cr- Twentieth Century Reanalysis

α – Alfa

AMP- Área Metropolitana do Porto

β- Beta

BD- Base de Dados

BSB- Batalhão de Sapadores Bombeiros

CAOP- Carta Administrativa Oficial de Portugal

CIRES- Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences

CMP- Câmara Municipal do Porto

DPCCMP- Divisão de Proteção Civil da Câmara Municipal do Porto

EMA- Estações Meteorológicas Automáticas de superfície

ESRL- Earth System Research Laboratory

Fi- Probabilidade Empírica

IPMA- Intitudo Português do Mar e da Atmosfera.

ISEP- Instituto Superior de Engenharia do Porto

IU- Inundações Urbanas

NOAA- National Oceanic and Atmospheric Administration

NCAR- National Center for Atmospheric Research

NCEP- National Centers for Environmental Prediction

PSD- Physical Sciences Division

PTA- Precipitações Totais Anuais

PWS- Personal Weather Stations

SNIRH- Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos

UBL- Urban Boundary Layer

UCL- Urban Canopy Layer

UV- Radiação Ultravioleta

14

Capítulo 1- Introdução/Enquadramento do tema e da área de

estudo

1.1. Justificação do tema

A presente dissertação surgiu no âmbito do projeto “Estudo para a identificação de áreas

suscetíveis a serem afetadas por cheias urbanas na Cidade do Porto” que resultou duma parceria

entre a Câmara Municipal do Porto (CMP), a Divisão de Proteção Civil da Câmara Municipal do

Porto (DPCCMP) e o Departamento de Geografia da Faculdade de Letras da Universidade do

Porto. Assim, foi criada para este projeto uma Base de Dados (BD), da autoria do aluno André

Oliveira, a qual, comporta todos registos de 40 anos de inundações urbanas (1934-2014)

registados pelo Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto (BSB), sendo de referir que os dados

relativos à precipitação horária não constavam na BD. Neste seguimento, para esta investigação

foram analisadas todas as ocorrências registadas pelos Sapadores do Porto relativas a inundações

urbanas (IU).

Como forma de caraterizar a distribuição da precipitação na cidade do Porto e perceber os

episódios de precipitação que originaram as IU na área de estudo, foram analisados os valores de

precipitação nos dias compreendidos no intervalo temporal considerado (2010-14), recorrendo a

dados gratuitos disponíveis em estações meteorológicas automáticas1, testando a

representatividade dos dados de precipitação para a cidade do Porto e a sua aplicabilidade na

investigação das IU na cidade do Porto. Foram também calculados os períodos de retorno, os

limiares críticos de precipitação e feita ainda uma reanálise de algumas situações meteorológicas

que conduziram aos eventos de IU mais extremos.

Com esta dissertação pretende-se responder a algumas questões que vão de encontro aos

nossos objetivos, BD/Inundações urbanas (2010-2014): Quais os valores extremos de

precipitação? Será possível avaliar a representatividade dos dados de precipitação para a cidade?

Quais os períodos de retorno das IU na cidade do Porto (2010-2014)? Quais os limiares críticos

de precipitação que podem levar ao desencadeamento das IU? Quais os valores de anomalias

associados à precipitação que resultaram das reanálises?

1 http://portuguese.wunderground.com/, acedido em Abril de 2015.

15

1.2. Objetivos

Um dos objetivos desta dissertação passa pelo estudo das inundações urbanas na cidade do

Porto, fazendo uma relação entre a base de dados de ocorrências e os valores de precipitação

recolhidos nas estações automáticas escolhidas (2010-2014), para obtermos assim os valores

extremos que estão associados a estes eventos.

Como forma de avaliarmos a representatividade dos dados de precipitação para a cidade e

o uso destes para uma investigação credível, foram adotadas metodologias que testaram a escolha

mais eficaz das estações automáticas que disponibilizam os seus dados para consulta.

Posteriormente foi feita uma confrontação gráfica e visual com os dados de estações

meteorológicas próximas e oficiais pertencentes ao Instituto Português do Mar e da Atmosfera

(IPMA).

Outro dos objetivos visa perceber os períodos de retorno que estão associados às IU e que

ocorreram no intervalo temporal considerado, sabendo assim, de quanto em quanto tempo é que

podem ocorrer estes eventos.

Sabermos quais são os limiares críticos de precipitação que podem levar ao

desencadeamento das IU revela-se também importante.

Por fim, e usando alguns dos eventos mais extremos, foram analisados cenários

provenientes das reanálises do NCEP/NCAR com o objetivo de verificarmos e confrontarmos os

valores de anomalias associados à precipitação para alguns dos eventos mais significativos.

1. Enquadramento da área de estudo

A área de estudo desta dissertação é o concelho do Porto (figura 1), que integra a Área

Metropolitana do Porto (AMP) que por sua vez é composta por dezoito concelhos: Amarante,

Baião, Felgueiras, Gondomar, Lousada, Maia, Marco de Canaveses, Matosinhos, Paços de

Ferreira, Paredes, Penafiel, Póvoa do Varzim, Santo Tirso, Trofa, Valongo, Vila do Conde e Vila

Nova de Gaia.

A cidade teve o seu processo de desenvolvimento a partir da frente ribeirinha do Rio Douro,

a linha de água mais importante, seguindo depois os vales dos seus tribuários (figura 1C) e áreas

aplanadas do topo do território urbano atual (Freitas, 2010).

16

De acordo com Freitas (2010), em termos geomorfológicos este território caracteriza-se

por áreas aplanadas, com altitudes que podem ir até cerca de 160 metros e vários afluentes do rio

do Douro.

Figura 1- Enquadramento geográfico da área de estudo em relação a Espanha (A) e Portugal

Continental (B) e seu contexto administrativo e rede hidrográfica (C).

1.4. Estrutura e Workflow da dissertação

No que concerne à estrutura desta dissertação ela encontra-se organizada em quatro

capítulos. No primeiro capítulo é feita uma introdução, que inclui a justificação dos motivos que

levaram à escolha deste tema para estudo; são apresentados os objetivos e questões fundamentais

que com esta dissertação se pretendia dar resposta; é feito um enquadramento geográfico da área

de estudo e foi ainda realizada uma revisão bibliográfica que resultou no estado de arte sobre os

temas que foram alvo de estudo: as inundações urbanas, a influência do clima urbano, os tempos

de retorno e limiares críticos de precipitação e ainda a reanálise das situações meteorológicas. No

17

segundo capítulo são apresentados os materiais e métodos utilizados, como é o caso das estações

meteorológicas e os registos de inundações urbanas. Segue-se o terceiro capítulo que contem os

resultados que foram obtidos da exploração dos dados, do cálculos dos períodos de retorno e dos

limiares de precipitação e ainda das reanálises obtidas. Por fim, no quarto capítulo são expostas

as considerações finais.

A figura 2 mostra o workflow seguido nesta dissertação, com objetivos essenciais que se

pretendia dar resposta e as várias fases de trabalho até obtermos os resultados finais.

Figura 2- Workflow seguido nesta dissertação.

18

1.5. Estado da Arte

1.5.1 Considerações gerais sobre inundações/ inundações urbanas

É imprescindível que se faça uma distinção entre aquilo que se chama de cheia e de

inundação, pois “ todas as cheias provocam inundações, mas nem todas as inundações são

devidas às cheias” (Ramos, 2005, p. 71).

A diretiva 2007/60/CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 23 de Outubro de 2007,

no que se refere à avaliação e gestão dos riscos de inundações, mencionam que as inundações

correspondem à cobertura temporária da terra por água ainda que temporariamente, e que são um

processo natural que não pode ser evitado, mas que existem fatores como os antrópicos,

nomeadamente a fixação da população e atividades económicas nas planícies aluviais e as

alterações em termos climáticos, que ajudam a que a probabilidade da sua ocorrência seja maior

(Parlamento Europeu & Conselho da União Europeia, 2007).

As inundações são um risco natural do tipo climático e hidrológico (Ojeda, 1997; Zêzere

et al., 2006) e podem ser consideradas processos extremos em termos hidrológicos, que resultam

de fatores naturais ou humanos (Julião et. al, 2009; Ramos, 2013). Variam muito e desencadeiam-

se devido à submersão de áreas que normalmente estão emersas (Julião et. al, 2009; Ramos, 2013),

ou seja, quando a água cobre um terreno (Ojeda, 1997). A cobertura dos terrenos por água pode

dever-se também à subida do nível freático, bem como à sobrecarga dos sistemas de drenagem

(Julião et al., 2009).

Quando ocorrem devido a fatores naturais, o fator mais significativo reside na concentração

e abundância de precipitação, mas também no regime de escoamento, na morfologia das bacias,

nos solos e na existência ou não de cobertura vegetal (Pereira & Ventura, 2004).

Por sua vez, quando resultam da ação humana, deve-se à “construção em planícies aluviais

que acelera a impermeabilização dos solos e, consequentemente, a modificação do regime

hídrico natural” (Marafuz, 2011, p. 14) e obstrução à circulação da água e artificialização das

linhas de água (Pereira & Ventura, 2004). A crescente urbanização que se tem verificado de forma

intensa leva ao “desaparecimento dos cursos de água, nomeadamente dos de regime temporário,

através da sua canalização subterrânea ou do seu entulhamento, sendo os antigos leitos fluviais

ocupados por ruas, prédios e outro tipo de construções”, tal como aconteceu à cidade de Lisboa

sobretudo depois do terramoto de 1755 (Soares et al., 2005, p. 1). A população sempre procurou

19

uma localização próximo dos cursos de água (Rebelo, 2001) e consequentemente, a construção

de habitações nos seus leitos de cheia, levando à existência de uma pressão urbanística (Lança, et

al., 2014) e a extensas áreas impermeabilizadas (Portela et al., 2000). Assim, processa-se uma

alteração dos usos do solo que influencia os espaços e a sua vertente natural (Gomes & Marafuz,

2013).

Neste contexto, Ramos (2013) considera que as inundações podem ter várias causas e por

isso, podem ser de vários tipos: cheias ou fluviais, depressões topográficas, e podem ocorrer nas

áreas costeiras ou urbanas.

No que diz respeito às inundações urbanas, visto serem o objeto de estudo nesta

investigação, o Glossário Internacional de Hidrologia define-as como um resultado do aumento

do nível da água derivado da ocorrência de precipitações, que devido à incapacidade dos sistemas

de drenagem naturais e artificiais, ficam acumuladas (Glossário Internacional de Hidrologia).

As inundações urbanas são caracterizadas por uma resposta rápida (Montesarchio, et al.,

2011), são imprevisíveis (Cunha et al., 2012) , a pluviosidade é considerada a causa mais

importante (Ramos, 2013) e ocorrem em tecido urbano impermeabilizado (Oliveira & Ramos,

2002).

De acordo com Ramos (2013), as chuvas que levam à ocorrência das IU podem ser

contínuas e prolongadas, podendo ou não haver uma elevada intensidade, ou caracterizaram-se

pela sua concentração em termos temporal e espacial e pela forte intensidade em ambiente urbano.

Para Rebelo (2001), as IU estão relacionadas sobretudo com a ocorrência de episódios de chuvas

intensas em pouco tempo, podendo desencadear-se em horas ou apenas minutos (Julião et al.,

2009; Ramos, 2013). Chuvas intensas aliadas à impermeabilização do solo levam a um forte

escoamento superficial, a uma sobrecarga dos sistemas de drenagem das águas pluviais/residuais

bem como a uma incapacidade de escoamento destes (Bichança, 2006; Oliveira & Ramos, 2002;

Ramos, 2013; Soares et al., 2005) e à subida do nível freático, quer natural, quer artificial (Ramos,

2013). Segundo Julião et al. (2009, p.55), as inundações ocorrem devido ao fato de haver uma

“sobrecarga dos sistemas de drenagem urbanos, a sua identificação deve considerar a área de

acumulação potencial do escoamento, a topografia , a malha urbana e a capacidade de vazão

desses sistemas”.

As inundações que ocorrem em meio urbano são frequentemente um problema (Lança et

al., 2014), que pelo seu carácter podem ser perigosas, dependendo da magnitude, como é o caso

da altura da coluna de água, caudal, velocidade e a frequência com que acontecem (Ramos, 2013).

20

O seu perigo é real, quando existem elementos que se encontram expostos, tal como pessoas,

atividades económicas, equipamentos e propriedades (Ramos, 2013; Soares et al., 2005; Zêzere

et al., 2006), podendo causar prejuízos económicos (Barrera et al., 2006). Ao nível dos danos, as

IU que resultam de um ineficaz sistema de escoamento das água pluviais podem acarretar danos

significativos, mas “o nível das águas não ultrapassa algumas dezenas de centímetros, afetando

pisos térreos, caves e infraestruturas” (Pereira & Ventura, 2004, p. 2).São um motivo de

preocupação para as pessoas assim como para quem é encarregue da sua monotorização (Gomes

& Marafuz, 2013).

Em meio urbano perceber a intensidade da precipitação é fundamental no estudo das IU

para saber quantas e onde ocorrem (Brandão et al., 2001), sendo que ocorrem maioritariamente

nos meses de Inverno (Dezembro, Janeiro e Fevereiro) (Santos et al., 2014) .

Velhas (1997) desenvolveu uma investigação relativa às cheias na cidade do Porto, com o

uso de dados dos Bombeiros Sapadores da cidade do Porto de Novembro de 1995 a Janeiro de

1996 relativos a ocorrências de inundações das áreas marginais e linhas de água, alagamentos ou

inundações de locais como os edifícios e caves. Nos locais onde os bombeiros ocorreram mais,

as inundações aconteceram em pequenos cursos de água, que levaram a um aumento do

escoamento em locais de baixa cota juntamente com nem sempre eficazes sistemas de drenagem

(Velhas, 1997).

Ojeda (1997) defende que o grau de inundação nas cidades é influenciado por inúmeros

fatores como a sua localização relativamente aos cursos de água, topografia e morfologia da área,

impermeabilização dos terrenos e as caraterísticas dos sistemas de drenagem. Defende que podem

haver inundações urbanas endógenas e exógenas, sendo que no primeiro caso devem-se à

urbanização que produz mudanças no ciclo hidrológico, enquanto as exógenas desencadeiam-se

a montante e afetam o sistema fluvial existente na cidade (Ojeda, 1997). As IU mais graves são

as que resultam de uma combinação entre a inundação de um rio (exógena) com episódios de

precipitação intensa diretamente sobre a cidade (endógena) (Ojeda, 1997).

Oliveira & Brito (2002), num dos estudos sobre as inundações urbanas na cidade de Lisboa,

referem que no caso desta cidade quando o volume de água é pequeno, podem haver na mesma

perturbações por exemplo na circulação metropolitana e automóvel. No caso de inundações cuja

magnitude é superior, a altura da água é maior e podem provocar maiores danos (Oliveira &

Ramos, 2002).

21

No trabalho de Pedrosa & Pereira (2006) onde são abordadas as IU na cidade de

Matosinhos, havia como objetivo perceber que fatores levam ao desencadeamento das IU

recorrendo a dados do Comando Distrital de Operações de Socorro do Porto (1999-2005) e visitas

aos locais. Concluíram entre outros fatores, que a influência da urbanização sobre os processos

de drenagem leva a uma impermeabilização do solo e a uma consequente construção em locais

ocupados por linhas de água (Pedrosa & Pereira, 2006).

Avaliar o risco à ocorrência de inundações urbanas pode ser uma tarefa desafiante, pois

como esta representado na figura 3, em meio urbano há uma interação complexa entre os

processos naturais e os artificiais, sendo que alguns são visíveis apenas à escala local (Dawson et

al., 2008).

Figura 3- Interação entre processos naturais e artificiais em meio urbano (Adaptado de Dawson

et al., 2008, p. 276).

22

1.5.2 Clima urbano

As observações meteorológicas que são realizadas em meio urbano têm aumentado, com o

objetivo de representarem mais detalhadamente o ambiente urbano e de serem obtidos e

fornecidos dados meteorológicos para as necessidades dos usuários (Oke, 2004).

Para Oke (2004), deve existir uma definição das escalas em termos espaciais e temporais,

visto que a localização das estações meteorológicas e a exposição dos instrumentos utilizados

variam.

A heterogeneidade que rodeia o ambiente típico do meio urbano condiciona as observações

a uma escala local, que podem ou não ser repetidas, pois cada local tem as suas próprias

caraterísticas (Oke, 2004).

São três as escalas que influenciam as estações urbanas: microescala, escala local e ainda

numa mesoescala, tal como é demonstrado pela figura 4, onde são visíveis também as interações

entre os componentes atmosfera, oceano, terra e biosfera (Oke, 2004; Shepherd, 2005).

Ao nível da microescala, a temperatura quer da superfície, quer do ar variam em graus e as

escalas existentes estão relacionadas com as dimensões por exemplo dos edifícios, estradas,

árvores e jardins. Dados obtidos a partir desta escala, podem ser usados para saber tendências que

escalas maiores possuem (Oke, 2004).

A escala local é aquela que é monitorizada pelas estações climáticas, onde há uma

influência por exemplo das coberturas de edifícios, espaçamentos existente entre eles e atividades

desenvolvidas (Oke, 2004). As áreas urbanas implicam logicamente a existência de atividade

humana, e apesar disso acontecer a uma escala local, os seus efeitos têm uma repercussão global,

como é o caso da alteração da composição atmosférica, do ciclo do carbono, ecossistema e

também do ciclo da água (Shepherd, 2005).

Por sua vez na mesoescala, a cidade influencia o estado de tempo e o clima numa extensão

que se estende à cidade toda. Uma única estação não consegue representar esta escala (Oke, 2004).

A figura 4 representa também a Urban Boundary Layer (UBL) que pode ser definida como

a “atmosfera urbana superior ou camada limite urbana” , bem como a Urban Canopy Layer (UCL)

que diz respeito à “atmosfera urbana inferior” (Panão et al., 2006, p. 52). A UBL é em meio

urbano mais complexa do que em áreas rurais (Piringer et al., 2002), e apesar de se encontrar ao

nível acima da linha limite, existe ainda influencia do meio urbano e fenómenos em termos

temporais e espaciais de escalas superiores (Panão et al., 2006). Por sua vez, a UCL é composta

pelas ruas e outros elementos que fazem parte da rugosidade (Piringer et al., 2002), extende-se

23

até ao limite dos edifícios mais altos e há a influência de processos em que há transmissão de

energia e massa (Panão et al., 2006).

As interações presentes na figura 4 não se aplicam numa cidade como o Porto, por diversos

fatores.

Figura 4- Escalas de análise das influências e contextos meteorológicos na cidade (camadas

verticais e escalas (Adaptado de Shepherd, 2005, p. 3).

O clima urbano de uma cidade está relacionado com as próprias características do meio

urbano (Panão et al., 2006) e pode ser definido de acordo com Beck et. al, (s/d, p.1) como “a área

de influência que uma cidade tem, capaz de modificar e criar condições adversas na atmosfera

local”.

Como refere Shepherd (2005), a urbanização que se tem verificado e o seu provável

aumento no futuro, leva não só a mudanças nos usos do solo mas também em termos da escala

global, como as possíveis alterações do sistema climático em parâmetros como a temperatura.

24

Muitos são os estudos feitos sobre as alterações climáticas, que podem dever-se a

processos internos ou devido à ação humana (Teegavarapu, 2012), tal como os feitos pelo

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), um organismo científico internacional que

avalia informações sobre o impacto que estas alterações têm a nível social e socioeconómico

(Edenhofer et al., 2014).

Amorim (2000) citado por Beck et al. (n.d) refere que as mudanças climáticas causadas

pelo ambiente da cidade influenciam a qualidade do ar, levam a que o número de inundações

urbanas aumentem através do desencadeamento de precipitação intensas, à formação de ilhas de

calor e muitos outros fatores que influenciam a qualidade de vida da população (Beck et al., n.d).

A modificação topoclimática em meio urbano e a consequente formação das ilhas de calor

que surgem e caracterizam as cidades, podem dever-se a muitas causas como a substituição de

superfícies naturais por artificiais (Beck et al., n.d; Shepherd, 2005). As propriedades térmicas

são bem diferentes e levam a que haja um armazenamento da energia solar sob a forma de calor

sensível (Shepherd, 2005); uma maior absorção da radiação, sendo que estes processos de

absorção são maiores em meio urbano (Beck et al., n.d; Rego & Barros, 2014); menor capacidade

de albedo (reflexão) (Beck et al., n.d); pouca área coberta de vegetação e ainda uma

impermeabilização dos solos devido entre outros fatores, à construção de edifícios que leva a um

forte armazenamento de calor (Beck et al., n.d). Como referem Rego e Barros (2014), a

substituição por superfícies artificiais leva ainda a mudanças na temperatura e humidade do ar e

ainda no vento e na precipitação.

A precipitação tem uma grande importância no ciclo da água e nas mudanças que pode

haver em termos climáticos e por isso, o estudo que o impacto do ambiente urbano tem na

precipitação é importante (Shepherd, 2005). Chove mais na cidade do que em áreas circundantes,

devido à criação de células de baixas pressões que aparecem em virtude do aquecimento que

ocorre de forma diferente em várias áreas e leva a que o vento gire em torno destas células (Beck

et al., n.d).O efeito que as áreas urbanas têm na chuva de maior intensidade ainda que seja difícil

comprovar, deve ter sido em conta pois há a possibilidade de haver uma sobreposição de efeitos

locais e globais (Xavier et al., 1994).

As mudanças climáticas encontram-se relacionadas com os eventos extremos de inundação

bem como a sua variabilidade, por isso, é importante que a frequência, magnitude e duração dos

eventos sejam definidas (Teegavarapu, 2012).

25

Existem estudos que defendem uma possível influência dos campos térmicos da cidade e

da poluição na precipitação, ainda que sem sempre estes sejam de fácil compreensão e aceites

(Xavier et al., 1994). Estes estudos não podem ser conclusivos em virtude da precipitação não ter

uma distribuição uniforme, devido à modificação das camadas de ar adjacentes à superfície

terrestre, que levam à criação de perturbações e posteriormente ao aumento das áreas convectivas

(Beck et al., n.d).

1.5.3 Períodos de retorno e limiares críticos de precipitação

Um dos objetivos desta investigação passou por entender com que frequência ocorrem as

IU na cidade do Porto e quais os limiares críticos de precipitação, a partir do qual ocorrem estes

eventos.

Em meio urbano, a informação relacionada com a intensidade da precipitação, frequência

e duração das chuvadas são importantes para uma melhor perceção das inundações que afetam a

cidade e os locais onde ocorrem (Brandão et al., 2001).

Os dados de precipitação têm a vantagem de serem adquiridos com certa facilidade e a

baixo custo para áreas de maior dimensão, sendo que se estes tiveram uma distribuição densa a

nível espacial, os limiares têm uma boa resolução a este nível (Pereira, 2009; Pereira et al., 2009).

Estes, ao serem ultrapassados podem desencadear um determinado evento (Vaz et al., 2013).

Pereira (2009) defende que existem limitações em termos práticos para a definição dos

limiares, nomeadamente a nível da informação que tem que ter qualidade, resolução temporal,

bem como, um número de anos suficientemente longo.

Os limiares críticos de precipitação determinam a quantidade de precipitação num certo

período de tempo, o que leva a um aumento do caudal de uma determinada secção transversal de

um rio (Montesarchio et al., 2009; Montesarchio et al., 2011).

Nos limiares calculados com base na intensidade e duração, podem existir diferenças em

áreas próximas, em termos geográficos (Pereira, 2009), pois mesmo que as condições de tempo

sejam idênticas, não chove de forma igual em todas as áreas da cidade (Rebelo, 2001).

Para que seja calculado o período de retorno de um fenómeno em específico é necessário

que os dados a usar abranjam um período razoavelmente longo, para que os resultados sejam

conclusivos (Rodrigues, 2009).

26

Saber o período de retorno ou a probabilidade de ocorrências das inundações é de extrema

importância, uma vez que possibilita saber a probabilidade com que ocorrem e qual a sua

frequência (Ramos, 2013). Pereira & Ventura (2004, p.2) afirmam que “A gravidade da

inundação está diretamente relacionada com o período de retorno”. Os períodos de retorno

revelam-se importantes, pois mostram a frequência com que a população tem de estar preparada

para a ocorrência de eventos (Ascenso & Zêzere, 2013). Segundo Andrade et al. (2006) o período

de retorno esta relacionado com a probabilidade de uma inundação de certa magnitude se repetir,

em que é definido o número médio de anos existente entre duas inundações de idêntica magnitude.

O uso dos limiares para o contexto de deslizamentos de terra e previsão de fluxos de detritos

é comum, mas existem poucos estudos que utilizaram os cálculos dos limiares de precipitação

com o intuito de prevenção e criação de sistemas de alerta para a ocorrência de cheias e

inundações (Montesarchio et al., 2009).

1.5.4 Reanálise das situações meteorológicas

As primeiras fases para a concretização da “reanálise” surgiram por parte de Brandes em

1819 e foram realizadas manualmente (Sørensen, 2012).

A partir de então, mapear as observações meteorológicas foi de extrema importância para

o tempo e investigação do clima e muitos foram os projetos de reanálise realizados (Compo et al.,

2011). Contudo, até perto do século XX estes métodos eram subjetivos, pois as características

meteorológicas eram dadas por um meteorologista (Compo et al., 2011). Mais tarde com o método

de assimilação de dados é que começam a ser criados diariamente mapas sinóticos pelos centros

meteorológicos (Daley (1991) citado por Compo et al. (2011)).

A estimativa do estado da atmosfera num determinado momento, resulta do cálculo de uma

média ponderada através de um modelo de previsão numérica do tempo, feita a partir de várias

plataformas de medição como pode é o caso das estações meteorológicas, navios e boias (Compo

et al., 2011). Se por um lado, estas análise sinóticas revelam-se importantes, por outro têm uma

utilidade limitada, em virtude da variabilidade artificial que resulta das mudanças nos métodos de

assimilação, sistemas e no modelo de previsão (Bengtsson & Shukla, 1988). Isto, levou à

utilização de um sistema de assimilação de dados fixo, bem como o modelo de previsão numérica

para evitar assim as variabilidades (Bengtsson & Shukla, 1988; Thorne & Vose, 2010).

27

As reanálises permitem a existência de dados suficientemente longos e sem falhas em

qualquer local (Pinto et al., 2006). Apesar de resultarem de dados de observação, estas estão

dependentes do modelo usado (Trigo et al., 2004).

Estes conjuntos de dados a longo prazo podem ser um recurso muito importante para a

comunidade de investigação a nível climático, nomeadamente, para validações de modelos

climáticos e estudos de diagnóstico (Compo et al., 2011).

A Divisão de Ciências Físicas (PSD) pertencente ao Laboratório de Pesquisa do Sistema

Terrestre (ESRL) realiza investigação sobre o tempo e o clima2. Tem o objetivo de perceber o

ambiente físico que caracteriza a terra e contribuir com avaliações e previsões meteorológicas de

curto prazo, bem como com previsões climáticas a longo prazo (Compo et al., 2011).

As reanálises ou também chamadas de análises retrospetivas resultaram da criação de um

leque de dados climáticos em virtude de ação conjunta do National Centers for Environmental

Prediction (NCEP) com o National Center for Atmospheric Research (NCAR) e tiveram início

em 1948 (Compo et al., 2011). As séries disponibilizadas pelo NCEP/NCAR são alvo de estudo

de trabalhos que descrevam as condições gerais da atmosfera ou análise de áreas isoladas (Pinto

et al., 2006).

O projeto “Twentieth Century Reanalysis (20Cr)” foi criado a nível internacional para

produzir mais tarde uma segunda versão das reanálises (20CRv2) e resulta de um esforço por

parte do ESRL e da PSD, em conjunto com o Instituto Corporativo para a Pesquisa em Ciências

Ambientais (CIRES) da Universidade do Colorado (Physical Sciences Division) com o objetivo

de criarem dados que resultem da observação, relativos à circulação atmosférica global desde o

século XX, e com certezas quantificadas para possíveis validações de simulações de modelos

climáticos (Compo et al., 2011).

A análise global efetuada realiza-se a cada 6 horas de acordo com o provável estado da

atmosfera, recorrendo ao método Ensemble Kalman Filter que consiste num método de

assimilação de dados em conjunto, em que as comparações feitas com radiossondas indicam que

as reanálises obtidas são de elevada qualidade (Compo et al., 2011).

Os dados do NCEP/NCAR podem ser aplicados para diferentes objetivos e metodologias,

consoante o uso que os utilizadores querem dar aos dados.

Trigo et al. (2004) utilizaram os dados de reanálise para um período de 39 anos (1958-

1997), como de forma de atualizar conclusões de outros autores e contribuir para diferentes

2 http://www.esrl.noaa.gov/psd/about/index.html, acedido em Julho de 2015.

28

resultados. Tinham como objetivo fazer uma caracterização a nível global dos impactos climáticos

de bloqueio e episódios de fluxo nos setores euro-atlântico, recorrendo à análise das anomalias de

diferentes varáveis.

No trabalho de Bernardo & Molion (2012) foi feita uma análise comparativa entre os totais

mensais de precipitação já observados e a estimação feita pela reanálise para o Nordeste

Brasileiro. Os resultados mostraram que existe uma relativa coincidência, ainda que os dados da

reanálise tendem a mudar por exemplo os picos de precipitação, diminuindo-os, e a aumentar os

mínimos (Bernardo & Molion, 2002).

Num outro estudo a variação existente da precipitação foi estudada em relação a planícies

dos Estados Unidos, com recurso às séries do NECP/NCAR que viriam a ser caracterizadas como

mais idênticas à realidade quando comparados com dados obtidos de uma reanálise regional

(CPTEC)(Barradas & Nigam, 2005).

29

Capítulo 2 – Materiais e métodos

2.1. Estações meteorológicas usadas

As observações meteorológicas surgiram praticamente no final do século XVII, mas pelo

facto de haver um crescente interesse dos fenómenos que lhe estão inerentes, evoluíram

consideravelmente a partir do século seguinte (Marques et al., 2014).

O estudo da precipitação é importante, sobretudo quando aplicado aos riscos

hidrogeormofológicos, como é o caso das inundações urbanas e do ordenamento urbano (Ganho,

2009).

Neste estudo foram utilizadas diferentes estações meteorológicas que permitissem uma

caraterização pluviométrica da área de estudo, para ser possível assim, aplicar a metodologia

pretendida, que estas cobrissem uma série temporal importante, não existissem falhas de dados e

fosse ainda possível testar a representatividade destes.

As estações meteorológicas que fornecem dados gratuitos e que serviram de referência para

um levantamento dos valores de precipitação registados e consequentemente para um cálculo dos

limiares críticos de precipitação foram as que se apresentam na figura 5, i. é. , a estação

meteorológica da Serra do Pilar e as estações automáticas de Lordelo do Ouro, Leça da Palmeira

e ainda a do Instituto Superior de Engenharia (ISEP). A escolha destas prende-se com a

proximidade à área de estudo e ainda que tenham localizações diferentes, representam as

condições meteorológicas da área de estudo.

30

Figura 5- Estações meteorológicas utilizadas para tratamento dos dados.

A tabela 1 mostra as estações de referência para o tratamento de dados e informações

importantes relativamente a cada uma delas.

Apresentam informação disponível para diferentes períodos de tempo, sendo que apenas

foram utilizados dados dos anos pretendidos.

No que diz respeito à estação meteorológica da Serra do Pilar, o período de funcionamento

teve início a partir de 1885 até ao ano de 2005, sendo que mais tarde, a 1 de Julho de 2009 retomou

atividade com a sua integração na rede nacional de EMA (Fontes, 2010). Por sua vez, as PWS

referidas foram implementadas em anos mais recentes: a de Leça da Palmeira disponibiliza dados

partir de 2008, Lordelo do Ouro de 2009 e por fim, a estação do ISEP desde o ano de 2010.

Para o cálculo dos limiares de precipitação, na estação da Serra do Pilar a análise temporal

foi de 1932 até ao ano de 2005, enquanto para as estações automáticas/locais disponíveis via

online, a análise realizou-se de 2010 até 2014, pelo fato de nos anos anteriores haver falha de

dados (ou não existirem). No que toca à relação da precipitação com as ocorrências registadas

31

pelo BSB do Porto, foram usados somente os dados das estações automáticas de 2010 ao ano de

2014.

Tabela 1- Estações meteorológicas usadas para os dados de precipitação. Fontes: (Weather

Underground) e (SNIRH).

As estações do ISEP, Leça da Palmeira e de Lordelo do Ouro utilizam diferentes sensores,

logo diferentes hardwares tal como é visível na tabela 1. As figuras 6 e 7 mostram duas estações

meteorológicas que podem ou não ter fios, com tipos de sensores diferentes: o Davis Vantage Pro

2 e Davis Vantage Pro 2 Plus (Wireless), sendo que o que os distingue é o fato de a que está

representado na figura 7 incluir um sensor de radiação solar e ultravioleta (UV). Estas estações

têm em comum um pluviómetro, sensores de temperatura e humidade, um anemómetro e ainda o

painel solar (Davis Instruments, 2015).

3 http://portuguese.wunderground.com/personal-weather-station/dashboard?ID=IPORTUGA71, acedido em Abril de 2015. 4 http://portuguese.wunderground.com/personal-weather-station/dashboard?ID=IPORTUGA11#history/s20130928/e20130928/mdaily, acedido em Abril de 2015. 5 http://portuguese.wunderground.com/personal-weather-station/dashboard?ID=IPORTOPO4#history/s20140918/e20140918/mdaily, acedido em Abril de 2015. 6 (Fontes, 2010) 7 Sem dados disponíveis. 8 Sem dados disponíveis.

Nome da

estação Latitude Longitude

Altura

(metros) Hardware Software

Período de

anos

ISEP3

N 41° 10 '

42 ''

W 8 ° 36 '

24 '' 109.1

Davis

Vantage

Pro2 Plus

(Wireless)

wview-

5.21.7 2010-2015

Leça da

Palmeira

(Sardoal)4

N 41° 11'

40 "

W 8° 42'

13" 9.1 DAVIS

Cumulus

v1.9.4 2008-2015

Lordelo

do Ouro5

N 41 ° 9 '

22 ''

W 8 ° 39 '

45 '' 70.1

Davis

Vantage

Pro 2

WeatherD

isplay:10.

37

2009-2015

Serra do6

Pilar

N 41° 8'

19.22"

W 8° 36'

9.66" 93 -7 -8

1885-2005

2009-

presente

32

Figura 6- Davis Vantage Pro 29.

9 Fonte: http://www.davisnet.com/productpics/lrg/06152_02.jpg

33

Figura 7- Davis Vantage Pro 2 Plus (Wireless)10.

As estações automáticas permitem ainda a consulta, além da precipitação instantânea (cada

5 minutos) e em valor acumulado, de outros parâmetros tal como a temperatura, ponto de orvalho,

humidade, velocidade, rajada e direção do vento e da pressão. Para algumas estações, é possível

ainda obter dados da radiação solar e do índice ultravioleta.

10 Fonte:http://www.davisnet.com/productpics/lrg/06162_02.jpg.

34

2.1.1 Estações meteorológicas de controlo

De acordo com Kalnay et al. (1996) citador por Kistler et al. (2001) a precipitação é uma

das variáveis que deve ser utilizada com restrições e comparada com outros dados.

As estações meteorológicas de controlo foram usadas com o intuito de testar a

representatividade dos dados provenientes das estações locais escolhidas e perceber se estes

podem ser aplicados à investigação da precipitação local.

Assim, foram usados os dados disponibilizados pelo IPMA, referentes às estações de

Pedras Rubras, Serra do Pilar e S. Gens (tabela 2), desde o ano de 2010 até 2014 com o objetivo

de comparar aos resultados obtidos pelas estações locais para igual período, em termos gráficos

e numéricos.

Tabela 2- Estações meteorológicas (oficiais) automáticas de superfície usadas na comparação e

verificação de dados (Fonte: IPMA).

Nome da

estação

Tipo Distrito Latitude Longitude Altura

(metros)

Data de

início

Porto- Pedras

Rubras

EMA I Porto 41° 14' 8° 40' 63 01/01/1996

Serra do Pilar-

V. N. Gaia

EMA Porto 41° 08' 8° 36'

93 01/07/2009

Porto- S.Gens EMA Porto 41° 18' -8 ° 65' 83

-11

As estações meteorológicas que fazem parte da rede nacional de Estações Meteorológicas

Automáticas (EMA) de superfície encontram-se ativas desde Junho de 2002 pelo antigo IM e são

um total de 93 EMA. A contagem dos dados é feita de 10 em 10 minutos, a uma escala horária e

tratada na sede do IM, atual IPMA (Fontes, 2010; Instituto Português do Mar e da Atmosfera).

Como demonstra a figura 8 o sensor utilizado nestas estações é o DRD11 da Vaisala que

deteta de forma rápida e precisa do início ao fim do episódio de precipitação, baseando-se nas

gostas de chuva (Instituto Português do Mar e da Atmosfera).

11 Sem dados disponíveis.

35

Figura 8- Sensor DRD11 da Vaisala. Fonte

https://www.ipma.pt/pt/educativa/observar.tempo/index.jsp?page=ema.detector.xml.

2.2. Exploração/ fiabilidade dos dados

A exploração dos dados das estações meteorológicas do ISEP, Leça da Palmeira e de

Lordelo do Ouro foi realizada via online, onde foi possível a consulta e o levantamento dos dados

de precipitação pretendidos. A consulta pode ser feita aos dados diários, semanais, mensais,

anuais ou ainda adotar os critérios à escolha do utilizador. É possível ainda obter os dados em

forma de tabela (figura 9) ou de gráfico, como está representado na figura 10.

36

Figura 9- Vista mensal da estação meteorológica de Lordelo do Ouro em tabela (Setembro de 2013)

Fonte: (Weather Underground).

37

Figura 10- Vista mensal da estação meteorológica de Lordelo do Ouro em gráfico (Setembro de 2013).

Fonte: (Weather Underground).

No que concerne ao período de anos disponível por cada uma das estações automáticas, a

que dispõe de dados mais antigos é a de Leça da Palmeira desde 2008, seguido da estação de

Lordelo do Ouro (2009) e a do ISEP com mais recentes, 2010.

Inicialmente o objetivo passou pelo tratamento de dados a partir do ano de 2009, contudo

existiam valores que estavam em falta para este ano nas estações referidas. Posto isto, foi definido

como período de estudo de 2010 ao ano de 2014.

A recolha dos dados foi realizada na vista mensal nas estações de referência, como forma

de obter assim a precipitação acumulada máxima diária para cada dia, e posteriormente tratados

em ambiente Excel.

A precipitação é uma das variáveis em que o ato de observar enfrenta mais dificuldades,

devido a fatores como erros instrumentais, relativos à exposição bem como à sua localização

38

(Molion & Bernardo, 2000). Bernardo & Molion (2002) referem que estes são erros de medida e

que para além destes, existem outros derivados das próprias estações, como é o caso das falhas.

Conforme o demonstrado pela figura 11, ao longo do levantamento foram encontrados

alguns problemas nos dados fornecidos pelas estações. Nem sempre existiam dados para todos os

dias; alguns dias tinham valores em falta; existiam tempos de contagens diferentes, pois nem

sempre eram realizadas de 5 em 5 minutos e alguns valores podem ser considerados “extremos”,

pois eram bem superiores aos registados no mesmo dia.

Figura 11- Problemas encontrados na recolha dos dados nas estações meteorológicas

automáticas.

Como forma de evitar e ultrapassar estes problemas levantados aquando da consulta dos

dados, foi feita uma alternância entre as estações, escolhendo sempre aquela que se revelava mais

completa e eficaz, evitando os problemas encontrados e de forma a haver dados para o período de

anos escolhido.

Analisando a tabela 3, é evidente que se destaca a estação de Lordelo do Ouro como aquela

que foi a mais utilizada. É notório que das estações meteorológicas consultadas, foi a que se

Problemas

Dias com valores em

falta;

Tempos de contagens diferentes;

Valores "extremos".

Dias sem dados;

39

mostrou mais completa e que foram poucos os meses em que esta estação não continha dados. É

de referir que durante cada mês foi usada sempre a mesma metodologia, ou seja, sempre a mesma

estação, para que a acumulada mensal resultante estivesse relacionada com apenas uma única

estação.

Tabela 3- Estações meteorológicas usadas por mês/ano.

Depois de percebermos que é a estação de Lordelo do Ouro a mais completa e como forma

de verificar e testar a sua fiabilidade, foi feita uma comparação visual relativamente aos dados

disponíveis pelo IPMA, um organismo público que se apresenta como o responsável por tudo que

se relaciona pelo mar e atmosfera (IPMA).

2010 2011 2012 2013 2014

Janeiro Leça da

Palmeira Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro

Fevereiro ISEP Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro

Março ISEP Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro

Abril ISEP Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro

Maio Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro

Junho Lordelo do

Ouro Leça da

Palmeira Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro

Julho Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Leça da

Palmeira

Agosto Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro

Setembro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro

Outubro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro

Novembro Lordelo do

Ouro Leça da

Palmeira Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro

Dezembro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Lordelo do

Ouro Leça da

Palmeira Lordelo do

Ouro

40

As figuras 12 e 13 representam a comparação anteriormente mencionada para os meses de

Abril de 2011 e Novembro de 2013, bem como para Setembro e Dezembro de 2014,

respetivamente. As datas foram escolhidas de forma aleatória, os gráficos têm representado a

precipitação acumulada diária e mensal, sendo que no caso dos gráficos pertencentes ao IPMA

contêm ainda uma média que não fez parte desta investigação e como tal, não faz parte dos

gráficos. Os valores utilizados dizem respeito à estação de Lordelo do Ouro, pelos motivos já

mencionados, também para comprovar a sua fiabilidade e de uma forma mais geral, a das outras

estações.

Assim, as figuras permitem verificar que os dados recolhidos nas estações meteorológicas

são fiáveis e que existem inúmeras semelhanças nos valores registados pela estação e as usadas

pelos IPMA, nomeadamente a de Serra do Pilar, Pedras Rubras e S.Gens.

41

Figura 12- Comparação de valores entre os dados registados pela Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e a de Pedras Rubras e Serra do Pilar

(ambas do IPMA) em Abril de 2011 e Novembro de 2013, respetivamente. Fonte: (Weather Underground) e (IPMA).

42

Figura 13- Comparação de valores entre os dados registados pela Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e a de Pedras Rubras e Serra do Pilar

(ambas do IPMA) em Setembro de 2014 e Dezembro de 2014, respetivamente. Fonte: (Weather Underground) e (IPMA).

43

2.3. Ocorrências de inundações urbanas (2010-2014)

O levantamento das ocorrências de inundações urbanas foi realizado no âmbito do projeto

“Estudo para a identificação de áreas suscetíveis a serem afetadas por cheias urbanas na Cidade

do Porto” que resultou numa parceria entre a CMP, o DPCCMP e o Departamento de Geografia

da Faculdade de Letras da Universidade do Porto ao qual resultou na criação da base de dados

(BD) “InundaPorto” que contêm todos os registos de 40 anos das inundações urbanas (1934-

2014), registadas pelo BSB Porto.

A ocorrência de IU encontra-se relacionada com episódios de precipitação, mais ou menos

intensos. Como forma de perceber os episódios de precipitação que originaram as IU na área de

estudo, foi escolhido como período de análise temporal do ano de 2010 a 2014, pois as estações

automáticas não têm dados mais antigos ou então são muitos os que se encontram em falta. Posto

isto, foi realizado o levantamento das ocorrências recorrendo à BD criada e para todas estas foram

igualmente recolhidos os dados de precipitação disponíveis pelas estações e que não existiam na

BD, tendo sempre em conta se para cada ocorrência haveriam dados disponíveis e escolhidos

apenas as que tinham.

44

Capítulo 3 – Resultados

3.1. Dados

Na tabela 4 estão representados os valores extremos que resultaram da relação feita entre

as ocorrências registadas no período de estudo, com os valores de precipitação obtidos pelas

estações meteorológicas automáticas.

Para o período em estudo houveram um total de 83 dias em que se registaram ocorrências

e que foi possível saber o valor da precipitação horária recorrendo às estações. Foram registadas

um total de 146 IU que afetaram 93 locais, com especial atenção para a Avenida Gustavo Eiffel

e a Via Panorâmica que mostraram ser os locais mais afetados, com 10 e 8 IU, respetivamente.

Neste período de 5 anos de estudo, foram registados valores extremos relativamente às

ocorrências, bem como à precipitação, e que dizem respeito aos máximos atingidos por dia, més

e ano. No que se refere ao maior número de ocorrências, o dia 8 de Janeiro de 2011 e 18 de

Setembro de 2014 foram os dias onde ocorreram mais eventos (8 IU); foi o mês de Janeiro que

neste período de tempo obteve maior número (13 IU) e o ano de 2013 foi o mais afetado com 33

inundações. Quanto os valores extremos associados à precipitação, a precipitação máxima diária

acumulada registada foi de 52,3 milímetros (20 de Março de 2010), o mês que acumulou mais

chuva foi o de Fevereiro de 2014 com 296,8 mm, o que em termos anuais coincidiu pois o ano

mais chuvoso foi o ano de 2014, com uma precipitação total anual de 1409,8 mm.

45

Tabela 4- Valores extremos das ocorrências registadas com dados de precipitação (2010-2014).

Fonte: Base de dados “InundaPorto” e (Weather Underground).

As figuras 14 e 15 são representativas graficamente dos dias em que se se registaram um

maior número de ocorrências, no dia 8 de Janeiro de 2011 e 18 de Setembro de 2014,

respetivamente.

Conforme o demonstrado na figura 14, no dia 8 de Janeiro de 2011 verificaram-se episódios

chuvosos de alguma intensidade, o que levou a uma precipitação diária acumulada de 45,34

milímetros. Isto vem comprovar as ocorrências registadas, em que a maioria dos locais ficaram

inundados após dois episódios de maior intensidade.

46

Figura 14- Precipitação horária no dia 8 de Janeiro de 2011 e ocorrências registadas pela hora de saída

dos Bombeiros. Fonte: Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e Batalhão de Sapadores Bombeiros

do Porto.

Por sua vez, o dia 18 de Setembro de 2014 (figura 15) foi um dia mais chuvoso em que a

máxima diária foi de 52,49 milímetros. Evidenciam-se dois episódios chuvosos, sobretudo o

segundo que foi o de maior intensidade, onde imediatamente a seguir desencadearam-se todas as

ocorrências registadas neste dia.

47

.

Figura 15- Precipitação horária no dia 18 de Setembro de 2014 e ocorrências registadas pela hora de

saída dos Bombeiros. Fonte: Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e Batalhão de Sapadores

Bombeiros do Porto.

A distribuição dos locais que foram alvo de inundações poderá estar relacionada com a

deslocação das massas de ar, que estiveram na origem das precipitações desencadeadas.

Para uma melhor caraterização das IU e precipitação que afetam a área de estudo, foi feito

uma relação entre o total de inundações urbanas registadas e as Precipitações Totais Anuais

(PTA), mas com diferentes durações em termos do período de estudo, conforme o demonstrado

nas figuras 16 e 17.

A figura 16 que integra o projeto, representa as IU registadas na base de dados já referida

de 1974 a 2014, ou seja, para um período de 40 anos e as PTA. É visível que não existe uma

correlação entre os dados, nem uma tendência significativa.

A figura 17 representa o período alvo de estudo desta dissertação e a mesma relação. De

uma forma geral o número de ocorrências acompanha as subidas ou descidas nos valores de

precipitação totais, com exceção do ano de 2013, pois foi o ano em que se registou um maior

número de inundações urbanas (43 ocorrências), contudo não foi quando se registou o máximo

em termos de valores de precipitação, visto ter sido no ano de 2014 (1409,8 mm). Os valores de

2013 levam a concluir que este poderá ter sido um ano de IU mais concentradas.

48

Figura 16- Relação entre o número total de IU por ano e as precipitações totais anuais (1974 -

2014). Fonte:“InundaPorto”, Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto, Estação Meteorológica da

Serra do Pilar e (Weather Underground).

Figura 17- Relação entre o número total de IU por ano de ocorrência e as precipitações totais anuais

(2010 -2014). Fonte: “InundaPorto”, Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto e (Weather

Underground).

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0

20

40

60

80

100

120

ocorrências P(mm)Nrº P(mm)

precip.

ocorr.

49

A distribuição mensal das IU e da precipitação para o período de estudo está representada

na figura 18, onde é visível que os meses que registaram um maior número de inundações urbanas

de 2010 a 2014 foram Janeiro (13), Novembro (12), Fevereiro e Outubro ambos com 11 IU, pelo

fato de nestes meses se registarem os máximos de precipitação. É de referir que por outro lado,

os meses em que ocorreram inundações urbanas em menor número foram os meses de Agosto

com apenas 2 IU, Junho e Julho com apenas 1 cada um, sendo que os valores de precipitação

foram também naturalmente os mais baixos.

Figura 18- Distribuição mensal das inundações urbanas e das precipitações totais (2010-2014).

Fonte: Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto e (Weather Underground).

Os dados de precipitação consultados nas estações meteorológicas automáticas utilizadas

podem ser considerados representativos da precipitação na cidade do Porto.

50

3.2. Períodos de retorno e limiares críticos de precipitação

Numa primeira fase para que fossem realizados os cálculos necessários para obter os

limiares de precipitação, foram utilizados os dados da Estação Meteorológica da Serra do Pilar

para o período de análise temporal de 1932 a 2005, visto que depois desta data não existem de

dados para esta estação. Para um período mais recente, nomeadamente de 2010 a 2014, os dados

de precipitação utilizados foram os das estações automáticas que foram previamente comparados

com os disponibilizados pelo IPMA de forma a valida-los, pois estas estações ou não fornecem

dados de 2006 a 2009 ou em alguns casos existem mas na sua maioria estão em falta e outras

deixaram ainda de disponibilizar os dados. Para que houvesse um bom aproveitamento dos dados

destas estações, a representação dos anos e os posteriores cálculos, foram feitos por ano civil e

não climatológico, estendendo este método aos dados da estação da Serra do Pilar. Foram assim

usados um total de 79 anos para realizar os cálculos.

Os valores de precipitação diária foram analisados e posteriormente calculados para

diferentes durações de tempo, nomeadamente para 1, 2, 3, 4, 5 e 10 dias, obtendo assim as

acumuladas absolutas e intensidades respetivas. Não foram utilizadas durações superiores pelas

características das IU que sendo eventos bastantes frequentes, estas durações são bastantes

representativas. Assim, foram obtidos para cada ano os máximos acumulados para as diferentes

durações, e para cada uma destas a média e desvio padrão, bem como os parâmetros Alfa (α) e

Beta (β). Os máximos acumulados para as diferentes durações foram usados no cálculo do período

de retorno pelo método de probabilidade de excedência de extremos de Gumbel (1958).

Foram depois consideradas todas IU registadas no período de análise estudado (83 IU) e

para cada uma delas foram inseridos os máximos de precipitação em 1, 2, 3, 4, 5 e 10 dias. Nem

sempre havia valores para todas as durações no dia em que o evento ocorreu, pelo que em algumas

foi necessário usar o valor do dia antecedente. Contudo, nas IU dos dias 3 e 4 de Janeiro de 2010

e pelo fato de não haver dados relativos neste caso a Dezembro de 2009, não foi possível adotar

o valor dos dias antecedentes para uma duração de 4,5 e 10 dias na IU de 3 de Janeiro e de 5 e 10

dias para a que ocorreu a 4 de Janeiro de 2010.

No cálculo dos períodos de retorno, foi usada a teoria de valores extremos, a distribuição

de Gumbel, que segundo Dias et al. (s/d), é a mais usada para representar os máximos. Gumbel

foi o primeiro a aplicar a estatística de extremos em diferentes áreas, como é o caso da hidrologia

(Katz, 2010).

51

Conforme o demonstrado na figura 19 foi usada a função das probabilidades acumuladas

e ajustada com o uso dos parâmetros. O cálculo dos parâmetros (α) e (β) é importante para ajustar

a distribuição de Gumbel aos valores máximos diários da precipitação e obter os parâmetros de

escala (α) e posição (β) nesta distribuição.

Figura 19- Fórmula da distribuição de Gumbel tendo por base a função das probabilidades

acumuladas. Adaptado de Dias, Braunschweig, Grosso, Costa, and Garrett (n.d, p. 36).

Os cálculos para os períodos de retorno para as ocorrências de 2010 a 2014 em diferentes

durações de tempo mostraram períodos de retornos curtos de apenas 1 e 2 anos, o que significa

que eventos desta magnitude na cidade do Porto ocorrem praticamente todos os anos. Sendo a

precipitação a sua causa, em meio urbano há uma interação de vários fatores que condicionam a

ocorrência destas inundações, tal como é o caso dos sistemas de drenagem que muitas vezes já se

encontram em sobrecarga e não conseguem dar vazão à água, ao entulho que se localiza junto das

sargetas e à intensa impermeabilização dos solos, impossibilitando o escoamento da água pluvial.

A figura 20 diz respeito aos períodos de retorno associados à estação meteorológica da

Serra do Pilar (pontos azuis) para o período temporal que vai de 1935 até 2004 e que foram

calculados no âmbito do projeto, bem como os períodos de retorno que foram obtidos nesta

dissertação (pontos vermelhos) e referidos anteriormente como os que resultaram dos cálculos

efetuados (2010-2014). Assim, é notório que para o período temporal analisado mesmo sendo

uma amostra mais pequena comparativamente à da Serra do Pilar, se encaixa num período bem

mais longo, pelo que se comprovam os períodos de retorno obtidos.

52

Figura 20- Gráfico representativo dos períodos de retorno da Estação Meteorológica da Serra do

Pilar (1935-2004) e das estações meteorológicas utilizadas no período de estudo (2010-2014).

Posteriormente foi calculada a combinação crítica de quantidade/duração para cada

ocorrência, tendo como referência o valor do período de retorno mais elevado de todas as durações

calculadas. A cada valor de referência estava associado um valor de precipitação que foi usado

juntamente com o número da duração de dia que obteve o maior valor. As combinações críticas

resultaram na regressão polinomial representada na figura 21: y= -0,8878x2 + 20,668x + 2,1855,

que representa o limiar crítico de precipitação e em que o aumento da precipitação acumulada e

da duração em dias seguem esta equação, com um coeficiente de determinação (R²) de 0,7722,

que representa a sua validade.

53

.

Figura 21- Regressão polinomial obtida com base nas combinações críticas, para as inundações

urbanas. Fonte: BSB Porto e (Weather Underground).

O cálculo da intensidade das combinações críticas foi realizado, dividindo os valores

usados para as combinações, ou seja, entre o valor de precipitação e a sua duração que obtiveram

maior período de retorno em cada evento. Verifica-se então na figura 22, que foi na duração de 1

dia onde concentraram-se a maior parte das inundações urbanas de maior intensidade, inclusive a

que obteve maior intensidade. No entanto, o coeficiente de determinação é muito baixo, o que

não o torna válido para o cálculo dos limiares e mostra claramente que as intensidades destes

eventos não estão relacionadas com a duração.

54

Figura 22- Intensidade de precipitação da combinação crítica quantidade-duração. Fonte: BSB

Porto e (Weather Underground).

Na fase seguinte, para a representação dos limiares foram escolhidos para representação

dois anos: o ano de 2013, pelo facto de ter sido o ano que registou um maior número de IU no

período de estudo (33 IU), tentando perceber assim, se nos períodos em que se registaram as

ocorrências os limiares foram ultrapassados, ou seja, se há um ajuste dos limiares às ocorrências.

Foi também escolhido o ano de 2014, pelo facto de ter sido o ano que obteve a maior precipitação

acumulada mensal e ainda anual.

Foram utilizados os dados de precipitação diária para todos os meses de cada ano e

calculada a precipitação acumulada para as durações previamente usadas (1, 2, 3, 4, 5 e 10 dias).

Para o cálculo dos valores críticos por dia e duração foi aplicada a regressão polinomial que esta

representada na figura 21 e fazendo corresponder os X às durações correspondentes, mostrando

assim os valores onde o limiar pode não ser atingido. Isto permite fazer uma relação entre a

precipitação acumulada e a duração de dias que podem levar a que os limiares sejam atingidos.

Posto isto, foi calculada a diferença entre os valores críticos e os que efetivamente

ocorreram diariamente nas diferentes durações, para sabermos depois qual o valor mínimo de

precipitação que é necessário atingir em cada dia para ultrapassar os limiares das diferentes

55

durações. Isto resultou na definição do período favorável à ocorrência de IU, onde é visível a

precipitação crítica necessária para ultrapassar os limiares críticos de precipitação que levam à

ocorrência de inundações urbanas na área de estudo.

A figura 23 representa o ano de 2013 e o número de IU registadas em igual período. É

visível que os períodos de maior instabilidade ocorreram nos meses de Março e Outubro, havendo

ainda períodos de menor instabilidade em Janeiro, Setembro e Dezembro. É de referir que entre

o dia 28 de Setembro e 1 de Outubro foi quando ocorreu maior quantidade de precipitação acima

do limiar crítico, em cerca de 40 mm. O dia que registou um maior número de ocorrências neste

ano foi o dia 28 de Setembro (5 IU), seguido do dia 1 de Outubro (4 IU) e ocorreram precisamente

em períodos favoráveis à sua ocorrência. Cerca de 56% dos eventos (24 IU) ocorreram em

períodos em que os limiares foram ultrapassados e inversamente, 44% das IU (19) ocorreram fora

dos períodos favoráveis à ocorrência de inundações urbanas.

56

Figura 23- Precipitação diária mínima necessária para ultrapassar os limiares críticos de precipitação que levam à ocorrência de inundações urbanas

no ano de 2013 e número de IU ocorridas em igual período. Fonte: BD “InundaPorto” e (Weather Underground).

57

No ano de 2014 (figura 24) destaca-se o período de maior instabilidade ocorrido no mês de

Fevereiro, onde a precipitação ultrapassou o limiar em cerca de 44 mm, o que coincide por ter

sido o mês que dentro do período de estudo obteve a precipitação acumulada mensal (296,8 mm)

e foi ainda o mês que neste ano teve um maior número de ocorrências (9 IU). Outros meses que

apresentaram instabilidade são Setembro, Outubro, Novembro e ainda Janeiro. Nos períodos em

que o limiar foi ultrapassado coincidiram com a ocorrência de 30 IU que representam 81% do seu

total, ainda que haja exceções, pois existem 7 eventos (19%) que ocorreram fora dos limiares. O

dia 18 de Setembro foi um dos dias que obteve o maior número de IU (8) e coincide com um dos

períodos que é favorável à sua ocorrência.

58

Figura 24- Precipitação diária mínima necessária para ultrapassar os limiares críticos de precipitação que levam à ocorrência de inundações urbanas

no ano de 2014 e número de IU ocorridas em igual período. Fonte: BD “InundaPorto” e (Weather Underground).

59

É visível que nos dois anos alvo de estudo nem sempre quando ocorrem as inundações os

limiares são excedidos, pelo que esta diferença entre os limiares e as ocorrências poderá estar

relacionada com mudanças que surgem no meio urbano e que resultam da ação antrópica.

A fórmula que resultou dos cálculos poderá ser aplicada diariamente, sabendo assim se um

determinado dia poderá ser favorável à ocorrência de inundações urbanas, ainda que com algumas

restrições, pois os limiares não podem ser considerados como uma verdade absoluta e que se

aplica geralmente, pois há uma variação em termos espaciais (Vaz et al., 2013).

3.3. Reanálise das situações meteorológicas (eventos extremos)

As reanálises foram realizadas recorrendo a uma das bases online12 disponibilizadas pelo

NECP/NCAR que permite a criação de gráficos acordo com os objetivos definidos pelo usuário,

tal como o demonstrado pela figura 25.

É permitida a escolha entre várias variáveis como o índice de precipitação, a água

precipitada, temperatura do ar, pressão à superfície, humidade específica e relativa, entre outras

possíveis. Outros dos parâmetros que se pode escolher é o nível de análise que conta com 24

níveis de pressão diferentes (10, 20, 30, 50, 70, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550,

600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 e 1000 hPa). A escolha da data pode ser feita de acordo

com o pretendido, onde é inserido o ano, mês e depois o dia e pode-se incluir-se também a hora,

com valores entre o 0 e 24z (mas sem incluir o z), ou escolher um período de tempo definido.

Caso não se opte por mencionar uma hora em específico, aparece por defeito às 0h mas é possível

depois avançar de 3 em 3 horas as reanálises. Em termos de cobertura temporal, a escolha de

valores diários e mensais estão disponíveis de 1941 até anos recentes, por sua vez, caso o objetivo

seja a obtenção de médias mensais a longo prazo estão disponíveis dados de 1968 a 1996. Pode-

se ainda adicionar um rótulo aos gráficos, selecionar se queremos a cores ou a preto e branco e

com ou sem contornos. No que se refere ao tipo de gráfico podemos selecionar se queremos que

seja calculada a média dos dias especificados ou que seja dada uma estimativa de anomalia para

cada dia, que é calculada em virtude da diferença entre o valor que determinada variável tem em

12 http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/composites/subdaily_20thc/, acedido em Julho de 2015.

60

cada dia e o valor médio do período climatológico de 1968 a 1996 , sendo que este é calculado

apenas para dias e não para os anos (Coronel & Castañeda, 2010).

É ainda possível escolher da região do globo que pretendemos ou então há a possibilidade

de inserir os valores de latitude e longitude da área em estudo.

Figura 25- Base de dados online para a criação das reanálises. Fonte: NCEP/NCAR.

Para esta investigação e tendo em conta o objeto de estudo foi escolhida como variável o

índice de precipitação.

As variáveis mostram-se dependentes no que toca ao modelo de assimilação de dados

utilizado para as reanálises, sendo que a taxa de precipitação é uma das que mostra ser mais

dependente do modelo de previsão e de possíveis erros do modelo, o que pode levar a dados de

precipitação errados (Trigo et al., 2004). Segundo Trigo et al. (2004), utilização das anomalias

permite que as debilidades do modelo sejam eliminadas. Diversos estudos demonstram que esta

variável tem validade quando comparada com observações feitas aos dados de precipitação

61

(Widmann & Bretherton, 2000) e que as reanálises mostram capacidade em termos de reprodução

da precipitação diária na Europa (Reid et al., 2001). A taxa de precipitação é consistente com

outras variáveis (Trigo et al., 2004).

Para as reanálises da precipitação foram escolhidos dois dias, como forma de representar o

dia que obteve uma precipitação acumulada diária (20 de Março de 2010) bem como o dia que

registou um maior número de ocorrências (8 de Janeiro de 2011), sendo que não foi inserida

qualquer hora como forma de obtermos resultados ao longo de todo o dia. O objetivo é

percebermos que anomalias foram registadas nestes dias, ou seja, qual a diferença entre os valores

de precipitação associados à variável em relação ao período climatológico utilizado como

referência.

Em relação ao nível de análise foi escolhido o de 1000 mb pois é o mais próximo da pressão

média ao nível do mar e os gráficos foram criados com a representação dos contornos que contêm

os valores associados às anomalias e permitem uma melhor visualização. No que refere à área

para representar, foram inseridos os valores relativos à latitude e longitude, que correspondem a

uma localização aproximada de Portugal (figura 26).

Figura 26- Valores de latitude e longitude escolhidos para representação de Portugal. Fonte:

NCEP/NCAR.

Na figura 27 estão representadas as estimativas de anomalias para o dia 20 de Março de

2010, que como o já referido, foi o dia que dentro do período de estudo teve a precipitação

acumulada diária superior (52,3 milímetros). A reanálise mostra a existência de anomalias

positivas sendo de destacar que os valores superiores ocorreram desde o meio do dia (12z) até

perto do final da tarde (18z) em foram registadas anomalias de 24 mm (anexo 1). Isto mostra a

pluviosidade ocorrida neste dia e verificada nos dados das estações.

62

Figura 27- Reanálise da precipitação (anomalias) registadas no dia 20 de Março de 2010 às 6,12,18 e 0z. Fonte: NCEP/NCAR.

63

O dia 8 de Janeiro de 2011 evidenciou-se por ter sido um dos dias em que o número de IU

ocorridas foi superiores (8 IU), sendo que a sua acumulada diária foi de 45,34 mm. A reanálise

que foi feita para este dia (figura 28 e anexo 2) mostra que houve uma estimativa de anomalia

superior a 30 mm às 9 da manhã e de 25 mm às 12 horas (12z). Estes valores positivos podem

reforçar o facto de ter sido um dos dias em que houve um maior número de ocorrências.

Os valores verificados nos dois dias analisados foram comprovados com dados

provenientes das estações meteorológicas, em que os valores positivos foram realmente registados

nos períodos do dia destacados.

64

Figura 28- Reanálise da precipitação (anomalias) registadas no dia 8 de Janeiro de 2011 às 6,12,18 e 0z. Fonte: NCEP/NCAR.

65

Capítulo 4- Considerações finais

Com esta dissertação pretendia-se responder aos cinco objetivos inicialmente propostos e

que as respostas permitissem obter juízos sustentados.

Um dos primeiros objetivos passou por fazer a ligação entre as inundações urbanas que

ocorreram de 2010 a 2014 e que constam na base de dados, e os dados de precipitação disponíveis

pelas estações meteorológicas automáticas para o mesmo período de estudo. Esta relação

possibilitou-nos adquirir uma perceção geral de quais foram os episódios chuvosos que estiveram

na origem das ocorrências das IU e obtermos assim, os valores extremos associados à precipitação

e ao número de ocorrências. Destes valores, é de evidenciar o caso da Avenida Gustavo Eiffel (10

IU) e da Via Panorâmica (8 IU) que mostraram ser os locais mais afetados. Os dias com mais

ocorrências (ambos com 8 IU) foram 8 de Janeiro de 2011 onde verificaram-se episódios

chuvosos de alguma intensidade e ainda o dia 18 de Setembro de 2014 onde é de destacar foi após

a ocorrência do episódio chuvoso de maior intensidade, que desencadearam-se todas as

inundações registadas e quanto ao dia que obteve a precipitação máxima acumulada foi o dia 20

de Março com 52,3 milímetros. Quanto aos valores mensais, Janeiro foi o mês que contou com

maior número de ocorrências (13 IU), mas o que obteve a máxima acumulada, foi o de Fevereiro

de 2014 com 296,8 mm. Por fim, em questões anuais houveram mais ocorrências em 2013 e maior

acumulada em 2014 (1409,8 mm). É de destacar o ano de 2014, pois além de ter sido o mais

chuvoso, foi também o que teve o mês com mais acumulada. De uma forma geral, as precipitações

que levaram ao desencadeamento das IU foram concentradas em termos espacial o que se explica

pelo número de ocorrências registadas diariamente e pelo fato de haverem locais que ficaram

inundados mais que uma vez por dia.

A avaliação da representatividade dos dados de precipitação dos dados de precipitação para

a cidade do Porto foi feita através da consulta dos dados de precipitação horária, com base na

aplicação de metodologias que permitiram ultrapassar os problemas que se encontram associados

aos dados disponibilizados gratuitamente pelas estações alvo de estudo. A validação destes dados

foi realizada através de uma confrontação visual com os dados oficiais disponibilizados pelo

IPMA, que permitiram confirmar que os dados são fiáveis e que com o recurso a estes, é possível

sustentar o estudo da precipitação local e das IU.

66

Para dar resposta a outro dos objetivos propostos, nomeadamente o de saber-se quais os

períodos de retorno das IU na cidade do Porto (2010-2014), foram realizados os cálculos

necessários com base na distribuição de Gumbel, para diferentes intervalos temporais (de 1, 2, 3,

4, 5 e 10 dias), associados aos valores de precipitação ocorridos no período de estudo. Isto

permitiu concluir que estes eventos são caracterizados por períodos de retorno baixos,

nomeadamente de 1 e 2 anos, e que por isso, eventos desta magnitude na área de estudo ocorrem

praticamente todos os anos. A precipitação é a causa das IU, mas em meio urbano intervêm ainda

outros fatores condicionantes como a sobrecarga dos sistemas de drenagem e a intensa

impermeabilização dos solos urbanos. A comparação feita dos períodos de retorno obtidos com

os já calculados para a estação meteorológica da Serra do Pilar, mostra que estes valores apesar

de estarem relacionados com uma análise temporal curta, enquadram-se num período mais longo,

ou seja, comprovam os períodos de retorno obtidos.

No que diz respeito aos limiares críticos de precipitação que podem levar ao

desencadeamento das ocorrências, foram obtidos através dos cálculos necessários para a definição

dos limiares de quantidade/duração, que tiveram como base as combinações críticas da

precipitação acumulada (mm) e a duração em dias. Os anos de 2013 e 2014 foram utilizados para

os cálculos, a partir do qual se verificou uma diferença entre os limiares e as ocorrências, ou seja,

nem sempre quando ocorrem as inundações os limiares são excedidos. Isto poderá estar

relacionado com fatores antrópicos, que levaram a mudanças no meio urbano.

Saber que valores de anomalias estão associados à precipitação foi o último objetivo

proposto para dar resposta. Como metodologia foram utilizados os dados provenientes da

reanálise de situações meteorológicas do NCEP/NCAR para dois dias de eventos extremos,

escolhidos a título exemplificativo, em termos dos valores de precipitação acumulada (20 de

Março de 2010) e do maior número de ocorrências (8 de Janeiro de 2011). Isto possibilitou

percebermos que nos dois dias inteiros foram registadas anomalias positivas, no primeiro caso os

valores superiores ocorreram desde o meio do dia (12z) até perto do final da tarde (18z) em que

foram registadas anomalias de 24 mm, e por sua vez, no dia 8 de Janeiro de 2011 a anomalia foi

superior a 30 mm às 09h da manhã. Isto veio a ser comprovado com os dados provenientes das

estações meteorológicas.

O tema das inundações urbanas (IU) revela-se de extrema importância para a investigação

geográfica e para a ciência aplicada, derivado das suas significativas consequências no território,

quer no meio natural, quer urbano (Ojeda, 1997).

67

Os resultados permitiram obter uma visão mais geral destes eventos e percebermos que

impactos têm estes, numa cidade como a do Porto. No Porto “a ocorrência de cheias e inundações

é um fato histórico, assumido pelas gentes que aqui habitam como um fenómeno cíclico,

nomeadamente pelas memórias vividas ou documentadas (…) ” (Velhas, 1997) .

As conclusões obtidas com as metodologias aplicadas ao longo da presente dissertação,

podem contribuir como suporte a questões de planeamento urbano ou outros trabalhos de

investigação, e foram de encontro às afirmações de Ojeda (1997) e (Velhas, 1997).

O risco à ocorrência de IU deve ser tido em conta sobretudo em questões do planeamento

urbano, principalmente porque trata-se de uma cidade antiga e com uma malha urbana já

consolidada. Como forma de diminuir a sua frequência, deve de haver uma preocupação com

todas as suas características, desde a sua hidrologia, geomorfologia, geologia, a climatologia que

a caracteriza, bem como em termos antrópicos, nomeadamente pela intensa ocupação que é

exercida por parte do Homem.

Em virtude de estes eventos estarem associados a períodos de retorno baixos, em

conjugação com o facto de as ocorrências não localizarem-se sempre nos períodos favoráveis ao

seu desencadeamento, levam a concluir que na área de estudo há a influência de fatores

condicionantes e eventuais mudanças produzidas por parte do Homem em meio urbano. A

identificação dos locais mais vulneráveis é importante para que haja uma atuação mais direta,

nomeadamente ao nível do que podem ser alguns dos seus fatores condicionantes. Um dos fatores

poderá estar relacionado com os sistemas de drenagem urbanos, que são essenciais para um eficaz

escoamento da água que resulta da precipitação em meio urbano e que na sua maioria encontram-

se em estado de sobrecarga; devido à intensa impermeabilização quer subterrânea quer superficial

e o facto de muitas sarjetas encontrarem-se entupidas com material como lixo e folhas.

Outro dos contributos para a sua diminuição poderá ser com base no uso da regressão linear

que foi obtida nesta investigação, pois poderá ser aplicada para esta área de estudo e para outros

períodos temporais, ainda que devam haver certos cuidados com a sua aplicação, pois é

importante uma validação com o uso de novos dados e ocorrências.

Assim, é importante que haja uma preocupação constante com estes eventos ao nível do

planeamento e do ordenamento do território na cidade do Porto, pois tal como o demonstrado

pelos períodos de retorno obtidos, ocorrem praticamente todos os anos. É importante atenuar

eventuais consequências e em alguns casos preveni-las.

68

Referências bibliográficas

Ascenso, V., & Zêzere, J. L. (2013). Limiares de precipitação para a ocorrência de cheias e

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Anexos

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Anexo 1

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Anexo 2