Medeiros, R. M. de; Francisco, P. R. M.; Santos, D. 1068
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Balanço hídrico e erosividade em função das mudanças climáticas no estado da Paraíba
Raimundo Mainar de Medeiros1, Paulo Roberto Megna Francisco2, Djail Santos3
1Doutorando em Meteorologia, Universidade Federal de Campina Grande, UFCG, Campina Grande-PB, mainarmedeiros@gmail.com 2Pesquisador DCR CNPq/Fapesq, Universidade Federal da Paraíba, UFPB, Areia-PB, paulomegna@ig.com.br 3Doutor em Ciência do Solo, Prof. Adjunto CCA, UFPB, Areia-PB, santosdj@cca.ufpb.br
Artigo recebido em 2/07/2015 e aceite em 28/12/2015.
R E S U M O Na metodologia foram utilizados dados de precipitação climatológica média mensal e anual disponibilizados pela AESA do período de 1912 a 2014. Os dados de temperatura foram estimados pelo Software Estima_T e com os dados obtidos foram elaborados cenários cenário otimista e cenário pessimista e aplicou-se o método do balanço hídrico com o valor de referência de 100mm para as seis regiões homogêneas do Estado da Paraíba e elaborou a erosividade. Os resultados demonstraram que as ETP apresentaram aumentos em todas as regiões e nos três cenários; as EVR mantiveram-se em reduções nos dois cenários B2 e A2; as deficiências e os excedentes hídricos sofreram oscilações de altos e baixos para todos os cenários; foi verificados reduções da erosividade em todas as regiões de estudo; o fator R foi de 43.776,3 MJ m.ha-1.ano-1, no Litoral; 25.135,1 MJ m.ha-1.ano-1, no Agreste; 30.675,9 MJ m.ha-1.ano-1, no Brejo; 17.361,8 MJ m.ha-1.ano-1, Cariri/Curimataú; 24.140,5 MJ m.ha-1.ano-1, Sertão e Alto Sertão 27.326,9 MJ m.ha-1.ano-1. Palavras-chave: Fatores climáticos, Capacidade de campo, Disponibilidade Hídrica, Oscilações térmicas.
Water balance and erosivity on climate change function in the state of Paraiba
A B S T R A C T In the methodology we used data of monthly and yearly average climatological precipitation provided by the AESA of the period 1912 to 2014. The temperature data were estimated by Estima_T software and data were elaborated scenarios optimistic and pessimistic scenario and applied the method water balance with the 100mm reference value for the six homogeneous regions of the State of Paraíba and elaborated the erosivity. The results showed that the ETP have developed increases in all regions and in all three scenarios; the EVR remained in reductions in both scenarios A2 and B2; deficiencies and water surplus have suffered ups and downs fluctuations for all scenarios; erosivity reductions was observed in all study regions; the R factor was 43.776,3 MJ m.ha-1.yr-1, in Litoral; 25.135,1 MJ m.ha-1.yr-1, in Agreste; 30.675,9 MJ m.ha-1.yr-1, in Brejo; 17.361,8 MJ m.ha-1.yr-1, Cariri/Curimataú; 24.140,5 MJ m.ha-1.yr-1, Sertão and Alto Sertão 27.326,9 MJ m.ha-1.yr-1. Keywords: Climatic factors, Field capacity, Availability Hydro, Thermal fluctuations.
A problemática das mudanças climáticas é um dos maiores desafios socioeconômicos e científicos que a humanidade terá que enfrentar ao longo deste século. De acordo com Jenkin et al. (2005) todo o planeta sofrerá com esses impactos, mas populações mais pobres dos países mais vulneráveis certamente serão susceptíveis aos seus impactos negativos. Santos et al. (1998) demonstraram que o déficit hídrico e os processos morfológicos e fisiológicos das plantas poderão ser afetados pelas previsões de mudanças climáticas.
Os principais indícios do aquecimento global surgem das medidas de temperatura de estações meteorológicas desde 1860, em todo o globo. Os dados com a correção dos efeitos de ilhas de calor mostram que o aumento médio da temperatura foi de aproximadamente 0,6°C durante o século X, os maiores aumentos foram em dois períodos: 1910 a 1945 e 1976 a 2000 (IPCC, 2001a). Ainda de acordo com os relatórios do IPCC (2001a e 2001b), há uma projeção de um aumento médio
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Por meio do Balanço Hídrico Climatológico
(BHC) é possível determinar as localidades que apresentam déficit ou excesso hídrico, utilizando variáveis como a precipitação e evapotranspiração. Segundo Silva et al. (2006), que afirmaram que os balanços hídricos são importantes para acompanhar a dinâmica da água em ecossistemas agrícolas e naturais.
Este trabalho tem como objetivo avaliar as condições hídricas por meio do panorama climático futuro de precipitação e temperatura do ar e o impacto da erosão do solo em seis regiões climáticas do Estado da Paraíba.
O Estado da Paraíba localizado na região
Nordeste do Brasil apresenta uma área de 56.372 km², que corresponde a 0,662% do território nacional. Seu posicionamento encontra-se entre os paralelos 6°02'12" e 8°19'18"S, e entre os meridianos de 34°45'54" e 38°45'45"W (Francisco, 2010).
O relevo do Estado da Paraíba apresenta-se de forma geral bastante diversificado, constituindo-se por formas de relevo diferentes trabalhadas por diferentes processos, atuando sob climas distintos e sobre rochas pouco ou muito diferenciadas. No tocante à geomorfologia, existem dois grupos formados pelos tipos climáticos mais significativos do Estado: úmido, subúmido e semiárido. O uso atual e a cobertura vegetal caracterizam-se por formações florestais definidas como caatinga arbustiva arbórea aberta, caatinga arbustiva arbórea fechada, caatinga arbórea fechada, tabuleiro costeiro, mangues, mata-úmida, mata semidecidual, mata atlântica e restinga (PARAÍBA, 2006).
O clima caracteriza-se por temperaturas médias elevadas (2 a 300C) e uma amplitude térmica anual muito pequena, em função da baixa latitude e elevações (<700m). A precipitação varia de 400 a 800mm anuais, nas regiões interiores semiáridas, e no Litoral, mais úmido, pode ultrapassar aos 1600mm (Varejão-Silva et al., 1984).
Os principais sistemas responsáveis são a Zona de Convergência Intertropical - ZCIT (Hastenrath e Heller, 1977), as Frentes Frias (Aragão, 1976; Kousky, 1979), os Distúrbios de Leste ou Ondas de Leste (Yamazaki e Rao, 1977) e os Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCAN) (Aragão, 1976; Kousky e Gan, 1981). A Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) que é o principal sistema meteorológico provedor de chuvas no setor norte do NEB, onde o Estado da Paraíba esta inserido. Normalmente a ZCIT migra sazonalmente de sua posição mais ao norte, aproximadamente 12ºN, em agosto-setembro para posições mais ao sul e aproximadamente 4ºS em março-abril (Uvo, 1989).
Para uma melhor compreensão dos resultados deste trabalho foi separado em seis regiões homogêneas do Estado da Paraíba que são a região do Litoral, Agreste, Brejo, Cariri/Curimataú, Sertão e Alto Sertão conforme a Figura 1.
Na metodologia foram utilizados dados de precipitação climatológica média mensal e anual adquiridos do banco de dados da Superintendência de Desenvolvimento do Nordeste (SUDENE) e Agência Executiva de Gestão das Águas do Estado da Paraíba (AESA) para o período de 1912 a 2014. Os dados de temperatura foram estimados pelo Software Estima_T para o período compreendido entre os anos de 1950 e 2014 (Cavalcanti e Silva, 1994; Cavalcanti et al., 2006).
Com os dados obtidos foram elaborados cenários de precipitação e temperatura média mensal do ar com redução da precipitação de 10% e aumento da temperatura do ar de 1ºC (cenário otimista = B2); e 20% e 4ºC (cenário pessimista = A2), conforme a metodologia do IV Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC AR4). Aplicou-se em seguida o método do balanço hídrico de Thornthwaite e Mather (1948; 1955), usando-se planilha eletrônica para o cálculo do Balanço Hídrico Normal elaborado por Medeiros (2013). Para a Capacidade de Água Disponível (CAD), definida como o armazenamento máximo de água no solo, adotou-se em todos os cenários o valor de referência de 100mm de acordo com Thornthwaite e Mather (1955).
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Figura 1. Regiões pluviometricamente homogêneas do Estado da Paraíba. Fonte: Adaptado de Silva et al. (2004).
Os dados de precipitação e temperatura média do ar mensal e anual foram utilizados para as seis regiões homogêneas do Estado da Paraíba onde se elaborou os seus respectivos gráficos assim como o cálculo do BHC e do índice de erosividade das chuvas utilizada a Equação 1 proposta por Wischmeier (1971) e Wischmeier e Smith (1958; 1978) definida como:
Em que: EI30 é a média mensal do índice de erosividade das chuvas (MJ m.ha-1.h-1); r é a precipitação média mensal (m); P a precipitação média anual (m).
O fator R, erosividade das chuvas, permite a avaliação do potencial erosivo das precipitações em determinado local, sendo possível conhecer a capacidade e o potencial da chuva em causar erosão no solo, possibilitando práticas de manejo e ocupação adequada de acordo com Barbosa et al. (2000) e Menezes et al. (2011). O cálculo deste fator é o somatório dos valores mensais da erosividade conforme a Equação 2:
𝑅=∑𝐸𝐼30121 (2)
As distribuições médias anuais das precipitações das seis regiões climáticas homogêneas do Estado da Paraíba estão representadas na Figura 2. Observa-se nas escalas dos gráficos não foi possível manter um padrão por ser tratar de regiões homogêneas de chuva diferenciadas.
As seis regiões climáticas homogêneas que envolvem o Estado da Paraíba são: região do Litoral composta de 17 municípios (a); a região do Agreste formada por 36 municípios (b); a região do Brejo composta de 29 municípios (c); a região do Cariri/Curimataú com 51 municípios (d); nas regiões do Sertão (e) e Alto Sertão (f) composta respectivamente por 43 e 38 municípios.
Na Figura 2a observa-se a variabilidade espaço temporal e intermunicipal da distribuição anual da pluviometria na região do Litoral, onde 6 municípios obtiveram chuvas acima da média histórica, 2 municípios com chuva próxima a normalidade e 9 municípios com chuvas abaixo da média. Destacam-se os municípios de Cruz do Espírito Santo e Pitimbu que tem os seus picos de mínimos e máximos.
Na Figura 2b observa-se a variabilidade da distribuição anual da precipitação intermunicipal para a região do Agreste onde 14 municípios apresentaram cotas pluviométricas acima da normalidade, 7 municípios com cotas pluviométricas próximas à normal climatológica e 14 municípios com pluviometria abaixo da normal histórica.
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Figura 2. (a) Variabilidade da distribuição anual da precipitação na região do Litoral. (b) Variabilidade da distribuição anual da precipitação da região do Agreste.
Na Figura 3a têm-se a variabilidade espaço temporal das ocorrências das chuvas anuais para a região do Brejo, com 4 municípios de precipitações próximos a climatologia, 8 municípios com chuva acima da normal histórica e 12 municípios com chuva abaixo da climatologia, com destaque os municípios de Areia, Pedro Régis, Caiçara e Logradouro com seus picos de máximos e mínimos.
Na Figura 3b, representativa da região do
Cariri/Curimataú, têm-se 25 munícipios com chuvas abaixo da climatologia, 15 municípios com chuvas entre a normalidade e 1 munícipios com chuvas acima da normal climatológica.
Figura 3. (a) Variabilidade da distribuição anual da precipitação na região do Brejo. (b) Variabilidade da distribuição anual da precipitação da região do Cariri/Curimataú.
Nas Figuras 4a e 4b observam-se a distribuição intermunicipal das regiões do Sertão e Alto Sertão dos índices pluviométricos anuais.
Na região do Sertão observa-se claramente a predominância de anos com chuvas abaixo da normal climatológica, 8 municípios com chuvas entre a normalidade e chuvas de moderadas significância acima da média histórica em alguns munícipios.
A oscilação anual da precipitação na região do Alto Sertão demonstra a grande irregularidade nos seus índices. Tal irregularidade esta condicionada as fatores provocadores e/ou inibidores das chuvas para a área de estudo.
Nas Tabelas 1, 2 e 3, observam-se os dados da
Precipitação (PPT m) e temperatura média (Temp.°C), cenário B2 e A2 para as 6 regiões. Observa-se que a tendência de redução seria superior a diminuição da precipitação dos cenários futuros B2 e A2, conforme Tabela 1, 2 e 3 e Figura 5 (a, b, c, d e, f).
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Figura 4. (a) Variabilidade da distribuição anual da precipitação na região do Sertão. (b) Variabilidade da distribuição anual da precipitação da região do Alto Sertão.
Tabela 1. Precipitação (PPT m) e temperatura média (Temp.°C), cenário B2 e A2 para as regiões do Litoral e Agreste
Região Litoral Região Agreste
Média B2 A2 Média B2 A2 Meses PPT Temp PPT Temp PPT Temp Meses PPT Temp PPT Temp PPT Temp
As variabilidades dos índices de precipitações médias e com reduções de 10 e 20% seguidamente da variabilidade da temperatura média e de suas respectivas variações para aumentos de 1 e 4ºC. No cenário A2 observou-se aumento da temperatura, o que poderia proporcionar maiores deficiências hídricas.
Na Figura 5 observa-se o comportamento da precipitação com média, redução de 10 e 20%, e da temperatura com média, acréscimo de 1 e 4ºC para as região do Litoral (a), Agreste (b), Brejo (c), Cariri/Curimataú (d), Sertão (e), Alto Sertão (f).
As variabilidades das oscilações das precipitações para os dois cenários (B2 e A2) nas regiões do Litoral, Agreste e Brejo (Figuras 5a, 5b, 5c) não sofrerão muitas variabilidades principalmente no período chuvoso onde os fatores meteorológicos de grandes escalas poderão provocar chuvas de intensidades moderadas a fortes e em curtos intervalos de tempo. No período seco não se descarta a possibilidade de eventos extremos.
As variabilidades das oscilações das precipitações para os dois cenários (B2 e A2) nas regiões do Cariri/Curimataú, Sertão e Alto Sertão (Figuras 5d, 5e, 5f) são as que sofrerão os maiores impactos climáticos, visto que em épocas de período chuvosos normalizados se tem grandes irregularidades espaço temporal, e com as simulações dos cenários elas terão seus impactos acentuados, ou seja, as chuvas serão reduzidas afetando o armazenamento de água, e aumentando os índices de erosividade. Na Tabela 4 observa-se o demonstrativo da precipitação média mensal e anual, e Índice de erosividade (EI30) e Fator R para as regiões em estudo. Nas seis regiões homogêneas de precipitação o quadrimestre chuvoso centra-se nos meses de abril a julho, para as regiões do Litoral, Agreste e Brejo, já na região do Cariri/Curimataú e Sertão o quadrimestre chuvoso centra-se nos meses de fevereiro a maio, e na região do Alto Sertão o seu quadrimestre chuvoso é centrado nos meses de janeiro a abril