Comparação de regiões homogêneas de precipitação a partir de duas fontes de dados distintas para o estado do Pará-Brasil

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DOI:

https://doi.org/10.55761/abclima.v32i19.16424

Abstract

O objetivo desse estudo foi comparar a regionalização da precipitação realizada através da técnica de agrupamento Fuzzy C-Means, com duas fontes de dados distintas, uma fornecida pela Agência Nacional da Água e Saneamento Básico (ANA) e outra obtida através do satélite meteorológico Global Precipitation Climatology Centre (GPCC) fornecido pelo Serviço Meteorológico Nacional Alemão (DWD), durante 30 anos (1986 a 2015), com o objetivo de verificar, através de técnicas estatísticas, qual será a representatividade e as diferenças das regiões formadas por dados tradicionais e satélite. A técnica não-hierárquica de Fuzzy C-Means foi aplicada à formação das regiões para os dois dados, a fim de agrupar as estações, sendo aplicadas técnicas de validação (Dunn, Silhouette e PBM), com o objetivo de formar o melhor agrupamento para análise dos dados. Análises de desempenho também foram feitas, usando métodos estatísticos. Como resultados, 2 regiões homogêneas de precipitação foram encontradas após os cálculos dos índices de validação, sendo especializadas em ambiente SIG. A parte sudoeste do estado foi onde houve maior divergência entre os dados analisados, de tal maneira que, na região homogênea de chuvas formada pelo GPCC, houve uma maior concentração da região 2, enquanto na análise formada pelos dados da ANA, houve fragmentos da região 2. Os resultados dos testes estatísticos mostraram que as comparações entre as duas regiões são aceitáveis, com pequenas diferenças, mas de grande valor para estudos hidrológicos na região.

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Author Biographies

David Figueiredo Ferreira Filho, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Pará – PPGEC/UFPA

Possui graduação em Engenharia Ambiental pela Universidade do Estado do Pará (2017), com ênfase em reaproveitamento de água para reduzir os impactos sobre os recursos hídricos. Mestre em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Pará (2020), na área de Saneamento Ambiental e Recursos Hídricos. Especialista em Geoprocessamento pela Faculdade Alfamérica - SP (2020) e Engenharia de Segurança do Trabalho pela Faculdade Descomplica - RJ (2022) e também Especialista em Tecnologias aplicadas à Regularização Fundiária e Prevenção de Conflitos Socioambientais, Habitacionais e Sanitários pela UFPA/NAEA. Atualmente é aluno de Doutorado em Engenharia Civil na Universidade Federal do Pará e participante do Grupo de Estudos em Águas Urbanas da Universidade Federal do Pará (UFPA). Possui experiência na área de Recursos Hídricos, com ênfases em Hidrologia, Hidrologia Aplicada, Análise de Tendências de Precipitação, Regionalização Hidrológica, Utilização de Satélites Meteorológicos, Identificação de Regiões Hidrologicamente Homogêneas, Métodos de Agrupamentos Hierárquicos e Não-Hierárquicos para Hidrologia, Fuzzy C-Means, Ward, Aglomerativo e K-Means. Também possui experiência em Geoprocessamento com ênfase em Imagens de radar, Satélites Landsat, Sentinel, para utilização em MDE's, Análise de Avanço ao Desmatamento, Foco de Calor, e outros.

Jéssica Ferreira, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Pará – PPGEC/UFPA

Possui graduação em Engenharia Civil pela Faculdade Ideal (2015),e Especialização em andamento em Orçamento, Planejamento e Controle na construção civil pela Faculeste - MG. Possui experiência na área de Regularização Fundiária em assentamentos urbanos informais de interesse social com foco na emissão de título de propriedade, elaborando memorial descritivo, planta de área regularizável, levantamento planimétrico e planimétrico cadastral (CODEM - Companhia de Desenvolvimento e Administração da Área Metropolitana de Belém). Possui também experiência em construção de termo de referência, projeto básico e executivo, fiscalização de obra e confecção de laudo técnico de vistoria (FUNPAPA- Fundação Papa João XXIII). No que se refere ao sistema viário tem expertise em projeto de sinalização estratigráfica horizontal e vertical (SeMOB). Concomitantemente, é sócio/proprietário da Empresa Endesigne Construções LTDA. onde detém conhecimento na área de saneamento e construção civil.

Francisco Carlos Lira Pessoa, Docente no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Pará – PPGEC/UFPA

Possui graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental pela Universidade Federal do Pará (2005), especialização em Engenharia de Segurança do Trabalho pela Universidade da Amazônia (2008), especialização em Geoprocessamento pela Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais (2021), mestrado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Pará (2010), doutorado em Engenharia de Recursos Naturais pela Universidade Federal do Pará (2015) e foi bolsista do Programa Nacional de Pós-Doutorado - PNPD/Capes (2016). Atualmente é professor Adjunto C3 da Universidade Federal do Pará, vinculado a Faculdade de Engenharia Sanitária e Ambienta (FAESA), ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil (PPGEC) e ao Programa de Pós-Graduação em Processos Construtivos e Saneamento Urbano (PPCS). Tem experiência nas áreas de Hidráulica, Hidrologia - hidrologia estatística, análise de séries temporais, aplicação de estatísticas multivariadas, detecção estatística de tendências - e Recursos Hídricos.

References

AGUADO, A. G.; CANTANHEDE, Marco André. Lógica Fuzzy. 2010. Available at: < http://www.sysrad.com.br/redmine/attachments/1843/Artigo_logicaFuzzi.pdf >.

AHANI, A.; NADOUSHANI, S. M. Assessment of some combinations of hard and fuzzy clustering techniques for regionalization of catchments in Sefidroud basin. Journal of Hydroinformatics, v. 18, n. 6, p. 1033–1054. 2016.

de ALBUQUERQUE, M. F.; DE SOUZA, E. B.; DE OLIVEIRA, M. D. C. F.; DE SOUZA JÚNIOR, J. A. Precipitação nas mesorregiões do estado do Pará: climatologia, variabilidade e tendências nas últimas décadas (1978-2008). Revista Brasileira de Climatologia, n. 6. 2010.

AMANAJÁS, J. C.; BRAGA, C. C. Spatio-temporal rainfall patterns in eastern Amazônia using multivariate analysis. Brazilian Journal of Meteorology, v. 27, n. 4, p.423 – 434. 2012.

ARELLANO-LARA, F.; ESCALANTE-SANDOVAL, C. A. Multivariate delineation of rainfall homogeneous regions for estimating quantiles of maximum daily rainfall: a case study of northwestern Mexico. Atmosphere, v. 27, n. 1, p. 47-60. 2014.

ASONG, Z. E.; KHALIQ, M. N.; WHEATER, H. S. Regionalization of precipitation characteristics in the Canadian Prairie Provinces using large-scale atmospheric covariates and geophysical atributes. Stochastic Env. Res. and Risk Asses., v. 29, n. 3, p. 875-892. 2015.

ÁVILA, P. L. R.; DE SOUZA, E. B.; PINHEIRO, A. N.; FIGUEIRA, W. S. Analysis of simulated seasonal precipitation using regcm4 over the state of Pará in years of climatic extremes. Brazilian Journal of Climatology, n. 14. 2014.

BEZDEK, James C. Pattern recognition with fuzzy objective function algorithms. Plenum Press, New York. 1981.

CAI, Y.; JIN, C.; WANG, A.; GUAN, D.; WU, J.; YUAN, F.; XU, L. Spatiotemporal analysis of tropical multisatellite precipitation analysis accuracy 3B42 precipitation data at high mid-latitudes in China. PloS One, v. 10, n. 4, e0120026. 2015.

COSTA, J. C.; PEREIRA, G.; SIQUEIRA, M. E.; DA SILVA CARDOZO, F.; DA SILVA, V. V. Validation of rainfall data estimated by CHIRPS for Brazil. Brazilian Journal of Climatology, v. 24, p. 228-243. 2019.

COSTA, M. H.; PIRES, G. F. Effects of Amazon and Central Brazil deforestation scenarios on the duration of the dry season in the arc of deforestation. International Journal of Climatology, v. 30, n. 13, p. 1970-1979. 2010.

DAVIDSON, E. A.; DE ARAUJO, A. C.; ARTAXO, P.; BATCH, J. K.; BROWN, I. F.; BUSTAMANTE, M. M.; et al. The Amazon basin in transition. Nature, v. 481, p. 321-328. 2012.

DEZFULI, A. K. Spatio-temporal variability of seasonal rainfall in western equatorial Africa. Theoretical and applied climatology, v. 104, n. 1-2, p. 57-69. 2011.

DINKU, T.; CONNOR, S. J.; CECCATO, P.; ROPELEWSKI, C.F. Comparison of global gridded precipitation products over a mountainous region of Africa. International Climatology, v. 11, p. 2960–2979. 2008.

Do AMARAL, M. A. C. M.; JOSÉ, J. V.; FOLEGATTI, M. V.; COELHO, R. D.; BARROS, T. H. S. Spatial distribution of rainfall in relation to the topography in the state of Pará. Irriga, v.1, n. 1, p.1-10. 2016.

DUNN, J. C. A fuzzy relative of the ISODATA process and its use in detecting compact well-separated clusters. Cybernetics and Systems, v. 3, p. 32-5. 1973.

FAZEL, N.; BERNDTSSON, R.; UVO, C. B.; MADANI, K.; KLØVE, B. Regionalization of precipitation characteristics in Iran’s Lake Urmia basin. Theoretical and Applied Climatology, v. 132, n. 1-2, p. 363-373. 2018.

FERREIRA FILHO, D. F.; BEZERRA, P. E. S..; SILVA, M. de N. A. da; RODRIGUES, R. S. S. .; de FIGUEIREDO, N. M. Application of interpolation techniques for spatialization of rainfall in the hydrographic region of Calha Norte, Pará. Brazilian Journal of Climatology, v. 24, p. 341-363. 2019.

FERREIRA FILHO, D. F.; LIRA, B. R. P. .; CRISPIM, D. L.; PESSOA, F. C. L. .; FERNANDES, L. L. Rainfall analysis in the state of Pará: comparison between data obtained from rainfall stations and the GPCC satellite. Brazilian Journal of Climatology, v. 26. 2020.

FITZJARRALD, D. R; SAKAI, R. K.; MORAES, O. L.; COSME DE OLIVEIRA, R.; ACEVEDO, O. C.; CZIKOWSKY, M. J.; BELDINI, T. Spatial and temporal rainfall variability near the Amazon‐Tapajós confluence. Journal of Geophys. Res., v. 113. 2008.

De OLIVEIRA GIL, V.; FERRARI, F.; EMMENDORFER, L. Research on the application of clustering algorithms for the astrophysical problem of classification galaxies. Brazilian Journal of Applied Computing, v. 7, n. 2, p. 52-61. 2015.

GONÇALVES, M. F.; BLANCO, C. J. C.; DOS SANTOS, V. C.; DOS SANTOS OLIVEIRA, L. L.; PESSOA, F. C. L. Identification of Rainfall Homogenous Regions taking into account El Niño and La Niña and Rainfall Decrease in the state of Pará, Brazilian Amazon. Acta Scientiarum. Technology, v. 38, n. 2, p. 209-216. 2016.

HALKIDI, M.; BATISTAKIS, Y.; VARGIANNIS, M. Cluster validity methods: Part. I. ACM SIGMOD Record, v. 31, n. 2. 2002.

IBGE (2010). Census 2010. https://cidades.ibge.gov.br. Access on 10 August 2022.

ISHIHARA, J. H.; FERNANDES, L. L.; DUARTE, A. A. A. M.; DUARTE, A. R. C. L. M.; PONTE, M. X.; LOUREIRO, G. E. Quantitative and Spatial Assessment of Precipitation in the Brazilian Amazon (Legal Amazon) - (1978 to 2007). Brazilian Journal of Water Resources., Porto Alegre, v. 19, p. 29-39. 2014.

KÖPPEN, W.; GEIGER, R. Klimate der Erde. Gotha: Verlagcondicionadas. Justus Perthes, 1928.

LEMOS, A. L. F.; SILVA, J. de A. Deforestation in the Legal Amazon: evolution, causes, monitoring and mitigation possibilities through the Amazon Fund. Forest and Environment, v. 18, n. 1, p. 98-108. 2012.

LIMBERGER, L.; SILVA, M. E. S. Observed precipitation in Brazilian Amazonia: conventional networks and data from Reanalysis I of NCEP/NCAR, CRU and GPCC. Brazilian Journal of Climatology, v. 22, ed. Jan/Jun. 2018.

MENEZES, F. P.; FERNANDES, L. L.; DA ROCHA, E. J. P.. The Use of Statistics for Precipitation Regionalization in the State of Pará, Brazil. Brazilian Journal of Climatology, v. 16, p. 64-71. 2015.

MENEZES, F.; FERNANDES, L. Analysis of trend and variability of precipitation in the State of Pará. Biosphere Encyclopedia, v. 13, no. 24, 2016.

NADOUSHANI, S. S. M.; DEHGHANIAN, N.; SAGHAFIAN, B. A fuzzy hybrid clustering method for identifying hydrologic homogeneous regions. Journal of Hydroinformatics, v. 20, n.6. 2018.

NASH, J. E.; SUTCLIFFE, J. V. River flow forecasting through conceptual models part I – a discusssion of principles. Journal of Hydrology (Amsterdam), v. 10, n. 3, p. 282-290. 1970.

NOBRE, C.; YOUNG, A. F.; SALDIVA, P. H. N.; ORSINI, J. A. M.; NOBRE, A. D.; OGURA, A. T.; et al. Vulnerability of Brazilian Megacities to Climate Change: the São Paulo Metropolitan Region (RMSP). Climate Change in Brazil: economic, social and regulatory aspects. Brasilia: IPEA., v., p. 197-219. 2011.

PAKHIRA, M. K.; BANDYOPADHYAY, S.; MAULIK, U. Validity index for crisp and fuzzy clusters, Pattern Recognition, n. 37, p.481-501.2004.

PARCHURE, A. S.; GEDAM, S. K. Homogeneous regionalization via L-moments for Mumbai City, India. Meteorology Hydrology and Water Management, v. 7, n. 2, p. 73 – 83. 2019.

PEDRYCZ, W.; VUKOVICH, G. Fuzzy clustering with supervision. Pattern Recognition. The Journal of the Pattern Recognition Society, v.37, p. 1339-1349. 2004.

PEREIRA, D. D. R.; ULIANA, E. M.; MARTINEZ, M. A; DA SILVA, D. D. Performance of a concentrated hydrologic model and a semidistributed in the prediction of daily flows. Irriga, Botucatu, v. 21, n. 2, p.409-424. 2016.

PESSOA, F. C. L.; BLANCO, C. J. C.; MARTINS, J. R. Regionalization of flow permanence curves in the region of Calha Norte in the State of Pará. Brazilian Journal of Water Resources, v. 16, p. 65-74. 2011.

RAZIEI, T.; DARYABARI, J.; BORDI, I.; PEREIRA, L. S. Spatial patterns and temporal trends of precipitation in Iran. Theor Appl Climatol, v. 115, p. 531–540. 2014.

RENCHER, A. C.; CHRISTENSEN, W. F. Methods of multivariate analysis. New Jersey: John Wiley and Sons, 2012. 768 p.

RIBEIRO, A.; VICTORIA, R. L.; PEREIRA, A. R.; VILLA NOVA, N. A.; MARTINELLI, L. A.; MORTATTI, J. Analysis of the Rainfall Regime of the Amazon Region from Data from Eleven Locations. Brazilian Journal of Meteorology, v. 11, p. 25 – 35. 1996.

ROUSSEEUW, P. J. Silhouettes: a graphical aid to the interpretation and validation of cluster analysis. Journal of Computational and Applied Mathematics, v. 20, p. 53–65. 1987.

SARMADI, F.; SHOKOOHI, A. Regionalizing precipitation in Iran using GPCC gridded data via multivariate analysis and L-moment methods. Theor Appl Climatol, p. 122:121–128. 2014.

SCHNEIDER, U.; FUCHS, T.; MEYER-CHRISTOFFER, A.; RUDOLF, B. Global Precipitation Analysis Products of the GPCC. Global Precipitation Climatology Centre (GPCC) Deutscher Wetterdienst, Offenbach a. M., 2011, Germany.

SHI, W.; YU, X.; LIAO, W.; WANG, Y.; JIA, B. Spatial and temporal variability of daily precipitation concentration in the Lancang River basin, China. Journal of Hydrology, v. 495, p. 197–207. 2013.

SILVA, M. D. N. A. D.; PESSOA, F. C. L.; SILVEIRA, R. N. P. D. O.; ROCHA, G. S.; MESQUITA, D. A. Determination of Homogeneity and Trend of Precipitations in the Tapajós River Basin. Brazilian Journal of Meteorology, v. 33, v. 4, p. 665 675. 2018.

SILVEIRA, C. D. S.; SOUZA FILHO, F. D. A. D.; MARTINS, E. S. P. R.; OLIVEIRA, J. L.; COSTA, A. C.; NÓBREGA, M. T.; et al. Climatic changes in the basin of the São Francisco River: An analysis for precipitation and temperature. Brazilian Journal of Water Resources, v. 21, 416-428. 2016.

SULOCHANA, Y.; CHANDRIKA, P.; BHASKARA RAO, S. V. Rainrate and rain attenuation statistics for different homogeneous regions of India. Indian Journal of Radio & Space Physics, v. 43, p. 301-314. 2014.

TAN, P. N.; STEINBACH, M.; KUMAR, V. Introduction to Data Mining. Addison Wesley. 2005.

WWO. World Meteorological Organization. Commission on Instruments and Methods of Observation. International Organizing Committee for the WMO Solid Precipitation Measurement Intercomparison, final report of the first session, 31 pp., Geneva, 1985.

YAMANA, T. K.; ELTAHIR, E. A. B. On the use of satellite‐based estimates of rainfall temporal distribution to simulate the potential for malaria transmission in rural Africa. Water Resour. Res., v. 47. 2011.

Published

23/06/2023

How to Cite

Ferreira Filho, D. F., Abreu Ferreira, J. R., & Lira Pessoa, F. C. (2023). Comparação de regiões homogêneas de precipitação a partir de duas fontes de dados distintas para o estado do Pará-Brasil. Brazilian Journal of Climatology, 32(19), 684–713. https://doi.org/10.55761/abclima.v32i19.16424

Issue

Section

Artigos