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Anais 5º Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, Campo Grande, MS, 22 a 26 de novembro 2014Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p.

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Uso de imagens do satélite TRMM para quantificação do regime de chuvas e nebulosi-dade no bioma Pantanal

Daniela Pereira da Silva 1 Manuel Eduardo Ferreira 2

Lorrayne Crystine Nogueira Oliveira 2

1 Universidade Estadual de Goiás - UEGBR 153, Nº3105 Fazenda Barreiro do Meio - Caixa Postal 459 - Anápolis - GO, Brasil

[email protected]

2 Universidade Federal de Goiás - UFGAv. Samambaia, s/n, Campus Universitário da UFG

Caixa Postal 131 - Goiânia - GO, [email protected]; [email protected]

Resumo. O bioma Pantanal destaca-se por apresentar características singulares ao se comparar com os demais biomas brasileiros, pela riqueza e diversidade de sua fauna e flora. A fim de compreender tais singularidades foi proposto realizar uma análise de diferentes regimes pluviométricos desta região, entre os anos de 2002 a 2006, a partir de imagens do satélite TRMM. Desta forma, foi estudada a dinâmica dos períodos chuvoso e de estiagem nesses respectivos anos. E por fim também foi discutida se tais alterações pluviométricas estão relacionadas a sis-temas convectivos de macro e meso escala como a Frente Polar Atlântica.

Palavras-chave: FPA, TRMM, precipitação, Pantanal.

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Anais 5º Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, Campo Grande, MS, 22 a 26 de novembro 2014Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p. 681 -689

Abstract. The Pantanal biome stands out by having unique characteristics when compared with other Brazilian biomes, the richness and diversity of fauna and flora. In order to understand such singularities was proposed to perform an analysis of different rainfall regimes in this region, between the years 2002-2006, from the TRMM sa-tellite images. Thus, the dynamics of the rainy season and dry season in these respective years was studied. Finally it was also discussed whether such changes are related to rainfall convective systems macro and meso scale as the Atlantic Polar Front.

Key-words: FPA, TRMM, rainfall, Pantanal.

1. Introdução

A distribuição e a variabilidade das chuvas no Brasil estão associadas à atuação e à sazonali-dade dos sistemas convectivos de macro e meso escala, destacando-se, a frente polar atlântica (FPA). Este fato explica as diferenças dos regimes pluviométricos encontrados e que se repre-sentam na diversidade climática do país (Mendonça, 2007).

No decorrer do ano as chuvas na região sul do país possuem uma boa distribuição, porém, com valores inferiores ao da Amazônia. O território centro-sul do Brasil apresenta um contraste aos baixos índices do sertão nordestino, com totais anuais médios entre 1.500 a 2.000 mm, desta forma, assegurando uma boa disponibilidade de recursos hídricos, podendo ser constatado em sua alta produção agropastoril e rede hidrográfica (Mendonça, 2007).

Na região Sul e no setor meridional do Mato Grosso do Sul, os índices pluviométricos médios sazonais são superiores a 251 mm mensais, sendo resultado da FPA durante o ano. A mesma provoca chuvas e ventos fortes, e quando não é a principal responsável, produz uma dinâmica nas linhas de instabilidade, sendo assim, causadoras de chuvas (Mendonça, 2007).

O bioma Pantanal abrange uma determinada área da região centro-oeste do Brasil, que pos-sui aspectos climáticos bem definidos em dois períodos – predominantemente, seco ou poucas chuvas e chuvoso. Geralmente são considerados três meses chuvosos (novembro, dezembro e janeiro) e de estiagem (junho, julho e agosto) (Mendonça, 2007). De acordo com Harris (2005), pelas características singulares, este bioma é a maior área úmida do mundo, sendo assim, considerado como Patrimônio Natural da Humanidade pela Constituição Brasileira de 1988 e Reserva da Biosfera pela Unesco em 2000.

A característica de planície inundável se deve pela particularidade do ciclo de inundações da região do Pantanal, a partir de novembro, com o início do trimestre chuvoso nas regiões altas da bacia hidrográfica, há um aumento no nível dos rios, provocando as enchentes na planície. Em maio, as chuvas que já estavam reduzindo, cessam e as águas começam a baixar lentamente. Sendo que qualquer alteração nesse ciclo hidrológico pode ter graves consequências especial-mente sobre a manutenção da fauna e flora locais, ressalta o site da Organização não governa-mental SOS Pantanal.

Uma característica atípica é observada na época da estiagem, as temperaturas se tornam mais amenas principalmente durante o período noturno. Este fenômeno também ocorre durante o dia, mas sua influência é bem mais discreta devido às altas temperaturas predominantes desse período. Em contrapartida, no período de chuvoso observa-se um aumento nas temperaturas, que se mantêm elevadas mesmo com fortes chuvas, o que é uma particularidade do clima tropi-cal (Mendonça, 2007).

O aumento, redução e deslocamento das chuvas são fatores que modificam os regimes pluviométricos, porém, a ação antrópica vem contribuindo para estas transformações, prin-cipalmente com práticas de desmatamentos e uso intensivo ou inapropriado do solo, como a pecuária extensiva e a agricultura que é a principal base econômica da região, portanto a mesma representa uma importante ameaça ao ecossistema. Estas práticas propiciam modificações no regime de precipitação e/ou na descarga hídrica dos rios, podendo ser verificado em uma das


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mais importantes e amplas áreas hidrográficas que compõe o Cerrado, o complexo Araguaia-Tocantins (Coe et al., 2011).

Segundo informações disponibilizadas no site da Agência Espacial NASA, TRMM - Tropi-cal Rainfall Measuring Mission é um satélite de pesquisa destinado a melhorar a compreensão da distribuição e da variabilidade da precipitação nos trópicos, como parte do ciclo da água no sistema climático atual. Além disso, é um avançado sensor orbital que coleta imagens de elevada resolução temporal da atmosfera terrestre (com cobertura quase diariamente do ter-ritório nacional). Em coordenação com os outros satélites da Nasa no Sistema de Observação da Terra, o TRMM fornece informações de precipitação das interações entre o vapor d›água, nuvens e precipitação, que são fundamentais para a regulação do clima da Terra, desta forma, informando dados de nebulosidade e volume de chuva para um dado período/região.

2. Objetivo

O objetivo do presente relatório é gerar uma análise multitemporal desta variável climática: precipitação, para todo o bioma Pantanal, visando quantificar possíveis alterações (redução ou aumento da precipitação) desta variável atmosférica no período de 2002 a 2006 (imagens dis-poníveis), através das imagens do satélite TRMM e se estas conferem com a literatura utilizada.

3. Material e Métodos

Área de estudo

A área de estudo refere-se a todo o bioma Pantanal (Figura 1), o mesmo está localizado den-tro da bacia do Alto Paraguai (Silva et al. 1998) e entre os estados brasileiros de Mato Grosso (25%) e Mato Grosso do Sul (7%), ocupando uma área total aproximadamente de 150.355 km² e 2% da área total do Brasil (IBGE, 2004).

Segundo Silva e Abdon (1998), o Pantanal Mato-Grossense foi dividido em onze pantanais, as quais consideraram as diferenças com base no material de origem, tipo de solo, drenagem, altimetria e vegetação associada às bacias hidrográficas, facilitando diagnosticar onze sub-bacias hidrográficas ou sub-regiões como: Corixo Grande-Jauru-Paraguai (Pantanal de Cáceres); Cuiabá–Bento Gomes-Paraguaizinho (Pantanal de Poconé); Itiquira-São Lourenço-Cuiabá (Pantanal de Barão de Melgaço); Taquari (Pantanal do Paiaguás e Pantanal de Nhecolândia); Negro (Pantanal do Abobral); Miranda-Aquidauana (Pantanal do Miranda e Pantanal de Aquidauana); Nabileque (Pantanal do Nabileque); Jacadigo e de Paiaguás (Pantanal do Paiaguás); e a confluência do rio Nabileque com o Paraguai (Pantanal de Porto Murtinho) (Souza et al, 2006).

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Figura 1. Destaque do bioma Pantanal no Brasil.

Etapas da pesquisa

Na primeira etapa, foi realizada uma revisão bibliográfica e documental sobre métodos de pro-cessamento, aplicações e disponibilização dos dados do satélite TRMM. Tais dados foram ob-tidos, inicialmente, a partir do banco de dados do Laboratório de Processamento de Imagens e Geoprocessamento (LAPIG), da Universidade Federal de Goiás. Outra fonte de informação foi o próprio portal de dados da NASA/GODDARD SPACE FLIGHT CENTER (http://trmm.gsfc.nasa.gov/) e na JAXA (Agência Espacial Japonesa), ambas responsáveis pela concepção e lançamento deste satélite.

Numa segunda etapa, o tratamento e análise dos dados foram realizados em um Sistema de Informações Geográficas (SIG) através dos softwares ENVI 4.5 e Arcgis 10.0, em ambiente de processamento de imagens de satélite, com o recorte das imagens para a área de estudo (bioma Pantanal).

Na terceira etapa, voltada para análises quantitativas e qualitativas, foi organizado um conjunto de imagens e mapas processados, referente aos anos de 2002 a 2006, as planilhas


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foram criadas visando às médias anuais de precipitação, as quais deram origem aos gráficos que constituiu o banco de dados geográfico da pesquisa.

Para realizar a divisão dos intervalos de precipitação, foi preciso dividi-los em cinco classes (visando uma melhor distribuição pluviométrica); assim, na análise compreendendo o período anual, o intervalo geral foi de 0 a 2000 mm, segmentado em: 0-490, 490-890, 890-1290, 1290-1690 e 1690-2000. Da mesma forma, no período chuvoso (novembro, dezembro e janeiro), o intervalo geral foi de 0 a 865 mm, segmentado em: 0-173, 173-346, 346-519, 519-692 e 692-865. Enquanto que no seco (junho, julho e agosto), de 0 a 200 mm, segmentado em: 0-40, 40-80, 80-120, 120-160 e 160-200. Os intervalos de valores para os períodos citados são diferentes devido à mudança no volume de precipitação.

Já na última etapa é prevista a disponibilização dos dados e mapas num portal de informações geográficas, possibilitando consultas e downloads públicos. Um possível portal de acesso será o próprio LAPIG.

4. Resultados e Discussão

Reforçando a observação de Mendonça (2007), a dinâmica e distribuição das chuvas estão liga-das principalmente à FPA, explicando a diversidade dos regimes pluviométricos encontrados no Brasil. De forma abrangente, ao se observar a precipitação no bioma Pantanal, percebe-se que as maiores ocorrências de chuvas estão concentradas entre novembro e março, devido ao aumento da atividade de ar da Massa Continental Equatorial (MCE), composta por sua vez de massas de ar úmido com temperaturas mais elevadas, causando chuvas abundantes no verão (Ayoade, 2003; Mendonça, 2007).

Ao analisar especificamente os dados do TRMM entre 2002 e 2006, observou-se na Figura 2 os mapas de precipitação anual (soma de todos os meses de cada ano) e o somatório (soma dos anos analisados) do período referido, com a distribuição pluviométrica no Pantanal. Nos mapas de 2002 a 2006, a precipitação com valores mais altos abrange as regiões norte e nordeste do pantanal, já no centro-oeste e sudoeste pantaneiro estão os menores índices, variando de 0 a 490 mm aproximadamente. Nota-se com esta sequência que os anos mais secos foram 2002 e 2005, enquanto que os mais chuvosos foram 2003 e 2006.

Na Figura 3 avaliou-se somente os meses de chuva do bioma de acordo com a descrição na metodologia. Foi verificado certa abrangência no Pantanal de precipitação com valores de 345 a 519 mm. Uma pequena parte no nordeste pantaneiro em todos os anos, exceto 2005, ob-tiveram o maior índice, alcançando 865 mm. Bem diferente da região sudoeste, que nos mostra claramente os índices de chuva mais baixos. Os anos de 2002 e 2003 tiveram menores níveis, cerca de 140 a 170 mm, em contrapartida, os valores mais altos foram aproximadamente de 880 a 1030 mm de precipitação nos anos de 2005 e 2006, estes por sua vez foram observados no próprio SIG ao dividir as classes de chuva, visto que as imagens dos referidos anos estavam com “buracos”, portanto não podendo observar a real distribuição na figura.

Já na Figura 4, avaliou-se somente os meses de seca no Pantanal, conforme descrito na metodologia, nota-se que o período de estiagem dos anos mais secos foi 2002 e 2006, os valores mínimos abrangem o intervalo de 0 a 30 mm aproximadamente. Este mesmo período nos anos de 2004 e 2005 teve praticamente o dobro de precipitação com níveis mínimos de 0 a 61, sendo observado no próprio SIG ao dividir as classes de chuva, visto que as imagens dos referidos mapas estavam com “buracos”, portanto não podendo observar a real distribuição na figura.

Neste caso, todos os anos analisados apresentaram uma baixa precipitação, entretanto com um aumento nos níveis de chuva para o mesmo período de seca especialmente ao sul do bioma.

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Figura 2. Mapa de precipitação anual (somatório mensal) e somatório anual no período de 2002 a 2006 para o bioma Pantanal.


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Figura 3. Mapa de precipitação anual no período chuvoso de 2002 a 2006 para o bioma Pan-tanal.

Devido ao fato de o Pantanal ser a maior planície inundável do mundo e um bioma brasileiro com características bem diferenciadas dos demais, é extremamente importante o estudo e a compreensão do regime de precipitação, pois os efeitos dessa variável climática são diversos, enchentes, erosão linear e inundações são alguns exemplos, e têm crescido muito recentemente (Nunes et al., 1989).

Atualmente a precipitação tem sofrido mudanças que estão alterando o ciclo hidrológico. É previsto a modificação da temperatura média e os níveis de chuva, e ainda com a intensificação dessas variáveis, ocorre inundações e secas mais acentuadas e com um maior número de vezes (Souza et al., 2009), o que deve ser motivo de investigação para futuras pesquisas, expandindo-se a série histórica de dados de precipitação orbital (providos pelo TRMM).

A alteração dos períodos de estiagem e chuvoso é provavelmente causada pelas mudanças climáticas que a Terra vem sofrendo atualmente. Tais efeitos são caracterizados pela grande variação dos fatores como a frequência, durabilidade e intensidade desses períodos.

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Figura 4. Mapa de precipitação anual no período seco de 2002 a 2006 para o bioma Pantanal.

5. Conclusões e Sugestões

O foco principal do estudo foi analisar a variabilidade de precipitação no Pantanal, entre os anos de 2002 a 2006, nos períodos chuvoso, seco e anual, os quais foram baseados em imagens orbitais geradas pelo satélite TRMM. Em seguida, foi possível realizar a comparação dos dados obtidos com a literatura, a qual houve uma determinada concordância. Contudo, as tendências dos sistemas climáticos (como alteração dos principais fatores) em longo prazo que induzem a intensificação da estiagem ou das chuvas não foram observadas, portanto as variações inter-anuais e interdecadais são mais relevantes (Marengo, 2008), o que também pode ser motivo para analisar em pesquisas futuras, a correlação das superfícies de precipitação (classes) com as áreas desmatadas e preservadas no Pantanal (mapa de uso da terra), tendo por objetivo detectar anomalias regionais no clima devido às alterações na cobertura vegetal nativa.

Em geral, o satélite TRMM mostrou grande eficiência para a condução desta pesquisa, principalmente pela elevada precisão dos dados, pelo fácil acesso à série de imagens e certa agi-


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lidade nas etapas de processamento digital. Contudo, algumas imagens estavam com “buracos”, o que resultou em mapas com distribuição pluviométrica incompleta visualmente.

A partir das análises apresentadas neste estudo, não foi possível afirmar sobre a existência de mudanças climáticas no decorrer do bioma como um todo (ao menos neste (curto) espaço de tempo avaliado (2002 a 2006)), como foi observado no mapa de período anual, a variabilidade da precipitação em cada ano é devida à MCE e FPA como Ayoade (2003) e Mendonça (2007) constataram.

De forma geral, tanto no período chuvoso quanto no seco, predominaram neste ambiente pantaneiro as classes de menor precipitação, coerentes com as características climáticas das estações verão e inverno do bioma, o que foi observado pelos autores citados neste estudo. Porém, em algumas áreas restritas (sul do bioma) houve um maior volume de chuva, sobretudo na estação seca, sendo ilustrado nos mapas no período de estiagem.

6. Agradecimentos

Os autores agradecem à Universidade Estadual de Goiás (UEG/UNUCET/RENAC), à Uni-versidade Federal de Goiás (UFG/IESA) / Laboratório de Processamento de Imagens e Geo-processamento (Lapig) e à Nasa, pela oportunidade de pesquisa, infraestrutura acadêmica e disponibilidade de dados orbitais.

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