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Sistema de Monitoramento de Seca para o Brasil – Agosto/2018

1- Apresentação

A seca é considerada um fenômeno natural e recorrente em algumas regiões do Brasil, principalmente na região Nordeste, sendo caracterizada como uma ameaça natural à medida que ocorre de forma intensiva e extensiva em áreas densamente povoadas, podendo resultar em desastre quando as capacidades locais são insuficientes para evitar danos significativos e perdas socioeconômicas. Considerando que o Brasil é constituído por várias regiões, onde predominam uma grande diversidade de clima, vegetação e usos do solo, é importante que se disponha de um índice de seca que considere em sua formulação múltiplas informações que identifiquem convergências das evidências das condições de seca. Tais evidências são essenciais para maior confiabilidade nas tomadas de decisões relacionadas às ações de mitigação dos impactos em diferentes regiões do Brasil. Neste contexto, o monitoramento das condições de seca para todo o território brasileiro realizado pelo Cemaden tem como premissa a robustez metodológica e análise criteriosa das fontes e resolução espaço-temporal dos dados. Neste sentido, foi criado o Índice Integrado de Seca (ISS), que é uma combinação de indicadores de seca calculados a partir de dados observacionais de precipitação e dados da condição hídrica da vegetação.

2- Dados e Métodos

Para detalhes sobre os métodos e dados utilizados para a compilação do ISS, bem como métodos de avaliação de impactos, clique aqui.

Para detalhes sobre os métodos e dados utilizados para a compilação do ISS, bem como métodos de avaliação de impactos, clique aqui.

2.1 Índice Integrado de Seca (IIS) O IIS consiste na combinação do Índice de Precipitação Padronizada (SPI) com o Índice de Suprimento de Água para a vegetação (ISACV), este estimado por sensoriamento remoto. O SPI é um índice amplamente utilizado para detectar a seca meteorológica em diversas escalas e pode ser interpretado como o número de desvios padrões nos quais a observação se afasta da média climatológica. O índice negativo representa condições de déficit hídrico, nas quais a precipitação é inferior à média climatológica, e índice positivo representa condições de excesso hídrico, que indicam precipitação superior à média histórica. Para integrar o IIS, o SPI é calculado a partir de dados observacionais de precipitação disponíveis no CEMADEN, no Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e Centros Estaduais de Meteorologia. O SPI é calculado com base na formulação proposta por Mckee et al. (1993) e considerando as escalas de 3, 6 e 12 meses.

O ISACV é calculado a partir do Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI, sigla em inglês) e da temperatura da superfície, ambos do sensor MODIS a bordo dos satélites Terra e Aqua, disponibilizadas pelo Earth Observing System (EOS/NASA). Durante período de seca, o suprimento de água no solo não atende a demanda de água para o crescimento da vegetação. Consequentemente, ocorre o fechamento dos estômatos para a redução da perda de água do dossel pela evapotranspiração, levando ao aumento da temperatura. Assim, as características de adaptação fisiológicas da vegetação se alteram em função da umidade do solo e podem ser detectadas por meio de sensores em forma de características espectrais da copa da vegetação. O ISACV indica condição de seca quando o valor do NDVI é baixo (baixa atividade fotossintética) e a temperatura da vegetação é alta (estresse hídrico). Portanto, o índice é inversamente proporcional ao conteúdo de umidade do solo é fornece uma indicação indireta do suprimento de água para a vegetação. Mais detalhes sobre o ISACV podem ser encontrados em Cunha et al. (2015).

Para a compilação do ISS, os dados de SPIs nas escalas 3, 6 e 12 e o ISACV são reclassificados e compatibilizados de forma que as classes de ambos os índices traduzam nas mesmas intensidades de seca, as quais variam de fraca à excepcional. O ISS é calculado na escala mensal e apresentado com diferentes classes para as intensidades de seca.. Uma vez que o ISS é gerado em base georeferenciada para todo o Brasil, é possível a computação desse índice em nível municipal.

2.2 Monitoramento e Modelagem Hidrológica

Diante da necessidade informações que subsidiem tomadas de decisões relacionadas às ações de mitigação dos impactos da seca em diferentes regiões do Brasil, o Cemaden vem monitorando a precipitação e a vazão em bacias hidrográficas estratégicas e simulando previsões e cenários de vazão e de volume armazenado nos reservatórios, através de atividades de modelagem hidrológica[1]. Para isso, utiliza-se o modelo PDM/Cemaden – Probability Distributed Model. Este é um modelo simplificado que utiliza como informações de entrada a precipitação e a evaporação potencial e gera informações sobre a vazão e o volume armazenado no reservatório em diversas escalas de tempo, de acordo com o esquema apresentado na Figura 1.

As previsões e os cenários de vazão são importantes para uma eficiente gestão do risco de escassez hídrica e vêm sendo divulgados em relatórios técnicos mensais disponibilizados no site do CEMADEN (Link para relatórios de Três Marias e Sistema Cantareira) e também em reuniões técnicas semanais com os Institutos responsáveis pela gestão dos recursos hídricos (p.e. Agência Nacional de Águas, Comitês de Bacias, Operador Nacional do Sistema Elétrico, Projetos de Irrigação, etc.), disponível em:

https://www.youtube.com/playlist?list=PLdDOTUuInCuwDJ8tsrVi-G5yULaOj0zRx e
https://www.youtube.com/playlist?list=PLdDOTUuInCuzUQxnqhXo1U32ndSjL1khm.

Figura 1. Esquema geral da modelagem hidrológica para a simulação da vazão das bacias hidrográficas monitoradas e do volume armazenado dos reservatórios.

[1] Conjunto de equações matemáticas com a finalidade de representar, de forma simplificada, os processos hidrológicos (precipitação, evaporação, infiltração, armazenamento e vazão) que ocorrem em uma bacia hidrográfica.

2.3 Referencias

CUNHA, A.P.M.; ALVALÁ, R.C.; NOBRE, C.A.; CARVALHO, M.A. 2015. Monitoring vegetative drought dynamics in the Brazilian semiarid region. Agricultural and Forest Meteorology. 214-215: 494-505. doi: 10.1016/j.agrformet.2015.09.010.

MCKEE, T.B.; DOESKEN, N.J.; KLEIST, J. The relationship of drought frequency and duration to time scales, In: Eighth Conference on Applied Climatology, Anaheim, California, 1993.

ZHANG R, CUARTAS LA,  CARVALHO LA DE C  DEUSDARÁ LEAL KR, MENDIONDO EM, ABE N, BIRKINSHAW S, MOHOR GS, SELUCHI ME, NOBRE CA. Season‐based rainfall–runoff modelling using the probability‐distributed model (PDM) for large basins in southeastern Brazil. Hydrological Processes. 2018 vol: 32 (14) pp: 2217-2230. https://doi.org/10.1002/hyp.13154

3- Situação atual da seca no Brasil – Agosto/2018

Na figura 1 é apresentado o Índice Integrado de Secas para o Brasil referente ao mês de agosto, no qual se observa condição de seca severa e extrema principalmente nos Estados do Maranhão, Piauí, Ceará, Paraíba, Pernambuco, Alagoas, Sergipe e Mato Grosso do Sul. No Nordeste, observa-se o agravamento da condição de seca em grande parte da porção centro-norte da região, a qual inclui os Estados do Piauí, Pernambuco, Paraíba, Alagoas e Sergipe. O Destaque permanece para a região do Baixo São Francisco (entre os Estados do Sergipe e Alagoas) a qual apresentou agravamento das condições de seca no último mês. O déficit de precipitação ocorrido nos últimos meses nessa região tem contribuído para a queda da produção agrícola. De acordo com o boletim de produção agrícola da Companhia Nacional de Abastecimento (https://www.conab.gov.br/info-agro/safras/graos/boletim-da-safra-de-graos) para o mês de agosto de 2018, a falta de chuva no sertão do Sergipe, causou a redução de 80% na produção de feijão destinada à subsistência. Para mais informações sobre as condições de seca e seus impactos na Região Nordeste clique aqui (LINK).

Os impactos no setor agropecuário devido à ocorrência de eventos de seca nos últimos meses também foram observados em outros estados (São Paulo – 30 a 35% de queda na produção do milho segunda safra; queda de rendimento do feijão no Mato Grosso).

    Figura 1 – Índice Integrado de Secas (IIS) referente ao mês de agosto para o Brasil.

4- Avaliação de impactos

4.1 Impactos na Vegetação: Áreas impactadas – Vegetação com condição de estresse hídrico:

A avaliação de impactos do déficit hídrico na vegetação é realizada por meio do Índice de Suprimento de Água para a vegetação (ISACV). A condição de estresse hídrico acontece quando a água armazenada no solo é insuficiente para sustentar o crescimento vegetal. A figura 2 apresenta as áreas de uso do solo impactadas em todo o Brasil, bem como o percentual de área impactada em relação à área total de cada região. A região Nordeste é a que apresenta o maior percentual de área vegetativa com condição de estresse hídrico, totalizando cerca de 450.000 km2 (37% do NE). A região Norte apresenta cerca de 130.000 km2 (3,5% do N). Apesar desses números, observou-se uma redução das áreas impactadas em todas as regiões do Brasil.

A condição de seca vegetativa prolongada (por vários meses, por exemplo) pode causar impactos nas reservas hídricas superficiais e até subterrâneas, podendo ocasionar escassez hídrica. Este fenômeno refere-se às incompatibilidades da oferta hídrica (armazenamento de água) em atender todas as demanda hídricas (abastecimento público, usos industriais, irrigação, entre outros).

     Figura 2 – Vegetação impactada por eventos de seca no Brasil – condição para agosto de 2018.

 

4.2 Impactos Hidrológicos

A figura 3 apresenta o Índice Integrado de Seca (IIS) para as regiões Sudeste e Centro-Oeste do país. É possível observar uma condição de seca fraca nas bacias afluentes aos reservatórios da UHE de Três Marias (bacia do rio São Francisco) e de Serra da Mesa (bacia do rio Tocantins). Na região do Sistema Cantareira, observa-se uma condição de seca fraca à moderada. Estes reservatórios se encontram em situação de escassez hídrica ou de redução acentuada de sua reserva.

Figura 3 – Índice Integrado de Seca (IIS) para região Sudeste/Centro Oeste do Brasil em agosto de 2018. Destaque para as bacias de drenagem das Usinas hidrelétricas de Serra da Mesa (polígono azul), Três Marias (polígono magenta) e para as bacias do Sistema Cantareira (polígono verde). A localização do exutório dos reservatórios é representada pelo símbolo do triangulo.

Os reservatórios do Sistema Cantareira, responsáveis pelo abastecimento de cerca de 7,5 milhões de pessoas na região metropolitana de São Paulo, encontram-se com aproximadamente 38,2% da sua reserva hídrica, configurando situação de alerta. Na figura 4 apresentam-se as vazões médias mensais observadas nos últimos meses e, na sequência, cenários de vazão, em função de cenários de precipitação, para os próximos meses. No mês de Agosto de 2018, a vazão média afluente a estes reservatórios foi de 14,1 m³/s, o que representa 64% da média histórica para este mês (22,2 m³/s). Os cenários simulados para estes reservatórios sugerem que as vazões fiquem abaixo da média histórica para os próximos meses, ainda que as precipitações sejam em torno da média climatológica. Para mais informações da situação atual e projeções para o Sistema Cantareira clique aqui.

Figura 4 – Projeções de vazão média mensal (em m³/s) afluente ao Sistema Cantareira (linhas tracejadas), para os cenários de: precipitação 50% abaixo da média climatológica (verde); precipitação 25% abaixo da média climatológica (azul claro); na média climatológica (cinza); 25% acima da média climatológica (azul escuro); e cenário crítico (período de 2013/2014) (laranja). As linhas espessas representam as vazões médias mensais observadas, de acordo com a SABESP: históricas (preto); mínimas (marrom); e série de abril de 2017 a março de 2018 (magenta); e de abril a 23 de agosto de 2018 (roxo).

O reservatório da UHE de Três Marias, localizado na porção alta da bacia do Rio São Francisco, na região Sudeste, encontra-se com aproximadamente 38,6% de seu volume útil armazenado. Este reservatório tem apresentado importância para esta bacia, que enfrenta sua pior crise do histórico, contribuindo para a manutenção das vazões e das reservas hídricas nos trechos a jusante, principalmente para o reservatório de Sobradinho. Na figura 5 apresentam-se as vazões médias mensais observadas nos últimos meses e, na sequencia, projeções de vazão, em função de cenários de precipitação, para os próximos meses. No mês de agosto de 2018, a vazão média afluente a este reservatório foi de 75 m³/s (até dia 29), o que representa 38% da média histórica para este mês (199 m³/s). Os cenários simulados para este reservatório sugerem que as vazões fiquem abaixo da média histórica para os próximos meses, ainda que as precipitações sejam em torno da média climatológica. Para mais informações da situação atual e projeções para a UHE Três Marias clique aqui.

Figura 5 – Projeções de vazão média mensal (em m³/s) para o aproveitamento Hidrelétrico de Três Marias (linhas tracejadas), para os cenários de: precipitação 25% abaixo da média climatológica (azul claro); na média climatológica (cinza); 25% acima da média climatológica (azul escuro); e precipitação igual ao ocorrido em 1990 (laranja). As linhas espessas representam as vazões médias mensais observadas, de acordo com o ONS: histórica (preto); mínimas (marrom); série de janeiro de 2017 a dezembro de 2017 (magenta); e de janeiro de 2018 a 29 de agosto de 2018 (roxo).

O reservatório da UHE de Serra da Mesa localizado no curso principal do rio Tocantins, no município de Minaçú (Goiás), encontra-se, atualmente, com aproximadamente 18,3% do seu volume útil armazenado. Este reservatório, maior do Brasil, que tem como objetivo, além de outros usos, regularizar a vazão do rio principal e contribuir para o reabastecimento de reservatórios localizados no Tocantins, à jusante de Serra da Mesa, vem enfrentando desde 2015 condições hidrometeorológicas desfavoráveis, com vazões e precipitações abaixo da média, o que levou a um estado hídrico crítico da mesma, requerendo atenção e monitoramento constantes. Na figura 6 apresentam-se as vazões médias mensais observadas nos últimos meses e, na sequência, projeções de vazão, em função de cenários de precipitação, para os próximos meses. No mês de agosto de 2018, a vazão média afluente a este reservatório foi de 138 m³/s (até dia 29), o que representa 66% da média histórica para este mês (209 m³/s). Os cenários simulados para este reservatório nos próximos meses, considerando precipitações em torno da média climatológica, sugerem que as vazões mantenham-se próximas da média histórica, condição mais confortável quando comparada ao ano de 2017.

Figura 6 – Projeções de vazão média mensal (em m³/s) para o aproveitamento Hidrelétrico de Serra da Mesa (linhas tracejadas), para os cenários de: precipitação 25% abaixo da média climatológica (azul claro); na média climatológica (cinza); 25% acima da média climatológica (verde); e precipitação igual ao ocorrido em 2015 (laranja). As linhas espessas representam as vazões médias mensais observadas, de acordo com o ONS: histórica (preto); mínimas (marrom); série de janeiro de 2017 a dezembro de 2017 (magenta); e de janeiro de 2018 a 29 de agosto de 2018 (roxo).

A figura 7 apresenta o Índice Integrado de Seca (IIS) para a região Nordeste do país. É possível observar uma condição de seca fraca a moderada na bacia afluente ao reservatório Epitácio Pessoa (Boqueirão) na Paraíba, assim como seca fraca a severa na região do reservatório Castanhão, no Ceará. Estes reservatórios se encontram em situação de escassez hídrica ou de redução acentuada de sua reserva.

Figura 7 – Índice Integrado de Seca (IIS) para região Nordeste em agosto de 2018. Destaque para as bacias de drenagem do reservatório Epitácio Pessoa (Boqueirão) na Paraíba (polígono azul), e do reservatório Castanhão (polígono magenta) no Ceará. A localização do exutório dos reservatórios é representada pelo símbolo do triangulo.

Os valores de água armazenada nos açudes da região semiárida do Nordeste permanecem críticos. O reservatório Epitácio Pessoa/Boqueirão, localizado na porção sudeste do estado da Paraíba, apresenta, atualmente, um volume útil armazenado de aproximadamente 29,6%. Este reservatório, que abastece a cidade de Campina Grande e outros dezoitos municípios paraibanos (cerca de 700 mil habitantes), está enfrentando condições hidrometeorológicas desfavoráveis desde 2012, o que vem reduzindo seu volume armazenado. Projeções para o reservatório Epitácio Pessoa/Boqueirão indicam que, mantendo-se as extrações atuais e com os aportes do Rio São Francisco que deve retornar até dia 30 de setembro (de acordo com o Ministério Público Federal e o Ministério Público da Paraíba), o armazenamento de água, considerando um cenário de precipitação na média histórica, diminuirá, podendo chegar a 27% da sua capacidade ao final de novembro de 2018, situação menos desfavorável do que em novembro de 2017 (Figura 8). Ressalta-se que este cenário pode ser alterado devido a mudanças na vazão da transposição e na extração de água para o abastecimento público.

Figura 8 – Projeções de armazenamento médio diário (em %) para o reservatório Epitácio Pessoa/Boqueirão (linhas tracejadas), considerando os cenários de precipitação na média climatológica (roxo) e de precipitação 25% abaixo da média climatológica (vermelho). A linha preta espessa representa o volume médio diário observado, de acordo com o Sistema de Acompanhamento de Reservatórios (SAR/ANA).

O reservatório Castanhão, maior reservatório do Nordeste, localizado no estado do Ceará, opera atualmente com um volume armazenado de 6,7% de sua capacidade total (6,7 bilhões de m3). Este reservatório, que abastece oito cidades no Vale do Jaguaribe, além da região da Grande Fortaleza e regiões vizinhas (cerca de 4,6 milhões de habitantes), assim como o Epitácio Pessoa/ Boqueirão na Paraíba, vem enfrentando condições hidrometeorológicas desfavoráveis desde 2012, ocasionando uma redução acentuada do seu volume armazenado. As projeções indicam que, considerando chuvas na média climatológica, o volume armazenado no Castanhão diminuirá, podendo chegar a 5,0% da sua capacidade em novembro de 2018, situação menos desfavorável do que em novembro de 2017 (Figura 9).

Figura 9 – Projeções de armazenamento médio diário (em %) para o reservatório Castanhão (linhas tracejadas), considerando os cenários de precipitação na média climatológica (roxo) e de precipitação 25% abaixo da média climatológica (vermelho). A linha preta espessa representa o volume médio diário observado, de acordo com o Sistema de Acompanhamento de Reservatórios (SAR/ANA).

5- Previsão sazonal e sub-sazonal para o Brasil

Na escala climática sazonal, o Oceano Pacífico permanece em um estado neutro, i.e., temperaturas da superfície do mar dentro dos padrões normais (nem La Niña, nem El Niño). Porém, dado que a maior parte dos modelos dinâmicos e estatísticos preveem um ligeiro aquecimento iniciando durante a primavera (SON/2018), recomenda-se um estado de atenção em relação a um possível El Niño ainda este ano. A previsão por consenso entre o Climate Prediction Center (NOAA) e o International Research Institute (Columbia University) adota 60% de chance (normalmente seria de 33,3%) para a ocorrência de um El Niño de fraco a moderado.

As previsões sazonais de chuva do International Research Institute (IRI) e do CPTEC/INMET/FUNCEME concordam em indicar, para o trimestre Setembro-Outubro-Novembro (SON/2018), probabilidades de chuvas abaixo da média em no estado da Bahia, na região aproximada do Recôncavo Baiano, e no norte do Tocantins. Ambas as previsões utilizam diversos modelos e técnicas estatísticas em sua composição. Nas demais regiões do Brasil há discordância, e, portanto, menor certeza em relação ao panorama previsto. Vale ressaltar que as regiões mencionadas se encontram atualmente em condição de seca fraca a moderada, segundo o IIS (Seção 3). Portanto, recomendam-se medidas de precaução e austeridade em relação ao gerenciamento dos recursos hídricos.

Na escala de médio prazo (duas semanas à frente, até 22/09) as previsões mais recentes indicam condições para chuvas ligeiramente acima do normal nos estados do Paraná e Santa Catarina, a partir da segunda semana. Na Amazônia, as condições tornam-se menos favoráveis para as chuvas a partir da segunda semana. Em escalas intermediárias (subsazonal), no momento, não há indicações confiáveis de influência positiva ou negativa na precipitação sobre o Brasil.

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