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INDICADORES DE ESCASSEZ DE ÁGUA: ÍNDICES DE SECAS. COMPARAÇÃO ENTRE O ÍNDICE DE PALMER E O SPI

Luis Santos Pereira y A. A. Paulo Centro de Estudos de Engenharia Rural Institutoa Superior de Agronomia Universidade Técnica de Lisboa Tapada da Ajuada, 1349-017, Lisboa. e-mail: lspereira@isa.utl.pt

Resumo

Uma gestão sustentada dos recursos hídricos está fortemente dependente da percepção do fenómeno da seca e da sua monitorização quer a nível local quer regional. A utilização de índices para avaliar a severidade de uma seca constitui prática corrente. A utilização simultânea de vários índices torna mais fiável a identificação de períodos secos e húmidos. O estudo que se apresenta refere-se à região do Alentejo, no Sul de Portugal, com clima mediterrânico semi-árido a sub-húmido, e onde as secas são frequentes. Analisaram-se os índices relativos ao índice normalizado da precipitação, SPI, e ao índice de Palmer, PDSI. Apresentam–se os índices em questão, os seus processos básicos de cálculo e referem-se os procedimentos prévios de controlo da qualidade da séries de dados. Quanto à sua aplicação, faz-se a comparação entre os resultados obtidos com cada um dos índices, tanto ao nível local como regional. A nível local conclui-se pela adequabilidade tanto do SPI como do PDSI por serem índices com memória das condições de humidade anteriores ao mês de cálculo. Conclui-se ser mais vantajoso utilizar o SPI visto o PDSI requerer o cálculo da evapotranspiração, pelo que só pode ser aplicado a muito menos locais do que o SPI e, por isso, é menos apropriado para uso a nível regional. Verifica-se que existe boa coerrência entre os resultados qualitativos fornecidos pelo índice de Palmer e pelo SPI, principalmente quando se adopta a escala de tempo de 12 meses.

Palavras-chave: Escassez hídrica, secas, Alentejo, índice normalizado de precipitação SPI, índice de Palmer Summary

The sustainable management of water resources in dry areas depends upon understanding and monitoring the drought phenomena at both local and regional levels. The use of drought indices to assess the severity of droughts is a common practice. However, utilizing simultaneously several indices increases the fiability of the identification of dry and wet periods. The study presented here refers to the Alentejo region, southern Portugal, which is characterized by a semi-arid to sub-humid Mediterranean climate, and where droughts are frequent. The study focused on the analysis of the standardized precipitation index, SPI, and the Palmer drought stress index, PDSI. Both indices are presented including the respective computation procedures and a reference to base studies to control the quality of the data series utilized. The results obtained for both indices are compared. At the local scale, results show the adequateness of both the SPI and the PDSI, which relates to the fact that both indices have a memory on the humidity conditions antecedent to the computation month. It was concluded that using the SPI has advantages over the PDSI because the later requires the computation of the evapotranspiration, which data are available in much less locations than precipitation, the sole data required for the SPI. Therefore, the PDSI is less appropriate for application at the regional scale. Results show that the best coherence between PDSI and SPI results corresponds to the 12-month time scale.

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Keywords: Water scarcity, droughts, Alentejo, standardized precipitation index SPI, Palmer index. INTRODUÇÃO

O uso sustentável da água é prioritário para as regiões afectadas por escassez hídrica, nomeadamente em agricultura. Os desequilíbrios entre as disponibilidades e a procura, a degradação da qualidade das águas superficiais e subterrâneas, a competição entre sectores utilizadores e os conflitos inter-regionais tornam essencial a resolução dos problemas de escassez. A escassez diz respeito às quantidades necessarias para os usos económicos, sociais e ambientais da água; porém, o conceito de escassez alarga-se às questões de qualidade porque águas degradadas deixam de ser utilizáveis para usos mais exigentes, nomeadamente em consumos domésticos, industriais e urbanos.

O sector agrícola é, em geral, o que apresenta maior procura de água: nos países de África, Ásia e Pacífico, a procura agrícola excede 85% dos usos totais de água. Consequentemente, a agricultura é facilmente considerada causa de escassez para os outros sectores utilizadores. No entanto, a agricultura irrigada é responsável por cerca de 40% dos alimentos produzidos e gera emprego para uma larga fraclão da população rural a nível mundial. Lutar contra a escassez passa então por melhorar a produtividade da água usada em agricultura e nos outros sectores, o que implica medidas técnicas e gestionais, inclusive o uso de novas tecnologias.

O uso sustentável da água implica a conservação dos recursos naturais, deve ser ambientalmente amigável, as tecnologias devem ser apropriadas, a viabilidade económica deve ser assegurada e a aceitabilidade social é fundamental. Deste modo será ossível usar a água em qualquer actividade humana, económica ou social mantendo as condições para o seu uso pelas gerações vindouras. Porém, as causas da escassez devem ser reconhecidas porque as medidas que se aplicam aos diversos regimes xéricos são específicas dos problemas respectivos (Pereira, 2002; Pereira et al., 2002). A aridez e as secas são de origem natural mas a desertificação e a penúria de água são provocadas pelo homem, sendo que a escassez é negativamen influenciada pela mudança global nas áreas onde a temperatura tende a aumentar e a precipitação a variar, com maior frequência dos acontecimentos extremos e maior variação temporal e, eventualmente, espacial.

As secas tendem pois a aumentar de frequência, duração e severidade, agravando as condições criadas pela aridez e favorecendo a susceptibilidade à desertificação. Deste modo. A compreensão e caracterização dos processos de seca é essencial para proporcionar o desenvolvimento de medidas adequadas à convivência com a escassez.

Seca é um desequilíbrio natural e temporário na disponibilidade de água que consiste em precipitação persistentemente abaixo da média, com frequência, duração e severidade incertas, cuja ocurrência iimprevisível ou difícil de prever, e que resulta em redução da disponibilidade dos recursos hídricos e da capacidade de resposta dos ecosistemas. De salientar a imprevisibilidade do início e fim das secas e da sua severidade, o que lhes confere características de fenómeno aleatório e de desastre.

Para conviver com as secas é necessário compreender e reconhecr as suas características de forma a poder implementar a tempo tanto as medidas preventivas como as reactivas ou de emergência. Para tanto é necessário acompanhar a evolução das variáveis meteorológicas e hidrológicas que são influenciadas pelas secas, nomeadamente as que se referem às anomalies na precipitação. Para tanto usam-se indices que reflectem aas características estocásticas das secas. Tais índices recorrem às variáveis que mais interessam os utilizadores como sejam a precipitação, a humidade do solo, os caudais dos rios ou as alturas piezométricas dos aquíferos subterrâneos. A conjugação de vários índices pode fornecer melhores indicações sobre os fenómenos e, para tamto, pode constituir objectivo de interesse.

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A seca é um fenómeno recorrente normal, que ocorre em quase todas as regiões climáticas e que resulta da ocorrência continuada de precipitação abaixo dos valores normais. Questões relativas à compreensão do fenómeno da seca têm sido abordadas, entre outros, por Wilhite e Glantz (1987), Tate e Gustard (2000), Maracchi (2000) e Pereira et al. (2002), mostrando a importância relativa às definições e a forma como estas estão particularmente relacionadas com as actividades humanas, o meio e a escala temporal e espacial de análise. Uma seca geralmente é caracterizada através da sua severidade, duração e frequência; tomando-se a área afectada pelas secas como indicador da sua importância a nível regional.

Várias metodologias têm sido desenvolvidas e utilizadas na análise de secas. Os índices de seca, baseados numa ou mais variáveis climáticas, são vulgarmente utilizados na identificação e monitorização das secas em várias escalas temporais. Dentre estes destacam-se pela sua utilização mais generalizada o índice de Palmer, PDSI (Palmer Drought Severity Index) e mais recentemente o índice normalizado de precipitação, SPI (Standardized Precipitation Index). O índice de seca de Palmer (1965), desenvolvido com o objectivo de identificar e avaliar a severidade das secas na região das “Great Plains” dos EUA, apesar das limitações apontadas por vários autores (Alley, 1984; Guttmann, 1998; Hayes, 2003), continua a ser largamente utilizado, nomeadamente nos EUA. Este índice baseia-se no balanço hídrico do solo, em cujo cálculo são utilizadas a precipitação, a evapotranspiração potencial calculada pelo método de Thornthwaite e a capacidade utilizável do solo. O índice normalizado de precipitação, SPI, embora desenvolvido mais recentemente por McKee et al. (1993, 1995), tem grande divulgação e pode ser utilizado convenientemente nas condições portuguesas (Paulo et al., 2003). Baseia-se na distribuição de probabilidades da precipitação e pode ser calculado em diferentes escalas de tempo. Por ser um índice normalizado, permite adequada comparação entre diferentes locais e climas. A aplicação de métodos estocásticos às séries de SPI permitiu desenvolver uma metodologia de avisos antecipados das secas que se afigura promissora na perspectiva de implementar em tempo as medidas de mitigação de secas (Paulo et al., 2004). O objectivo deste estudo é a comparação de ambos os índices, nomeadamente quando, para o cálculo do PDSI, se substitui evapotranspiração potencial calculada pelo método de Thornthwaite pela que se obtem pelo método de Penman-Monteith (Allen et al., 1998), bem como a análise do impacto dos valores da capacidade utilizável do solo sobre o PDSI. A aplicação é feita para várias séries de dados meteorológicos da região do Alentejo. Material e métodos

Dados A região do Alentejo, onde predomina a agricultura de sequeiro e a floresta, abrange uma área de 27000 km2. As explorações agrícolas ocupam 69% da área total e a superfície irrigável representa apenas 6% da superfície agrícola total (GPPAA, 2000). Cerca de 26% da população activa trabalha na agricultura;o sector agrícola é responsável por 16% do valor acrescentado bruto na região. A agricultura está fortemente dependente da ocorrência e distribuição da precipitação durante o ciclo de desenvolvimento das culturas. As secas acontecem com alguma frequência, sendo responsáveis por largos prejuízos. A caracterização e previsão das secas, a curto e a longo prazo, tem pois uma importância fundamental para a região, quer na gestão das disponibilidades hídricas quer no dimensionamento de infra-estruturas de armazenamento e distribuição de água.

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Figura 1. Locais seleccionados no Alentejo onde se calculou o SPI e o índice de Palmer.

As estações meteorológicas cujos dados foram utilizados no presente estudo são identificadas na Figura 1 e no Quadro 1. Estes locais foram escolhidos tendo em atenção a disponibilidade de séries de dados das temperaturas máximas e mínimas que incluem anos mais recentes. Assim, embora existam séries longas de daos da precipitação para muitas outras estações na região, a análise simultânea dos dois índices de seca restringe-se ao período comum de Janeiro de 1965 a Dezembro de 2000 e aos locais mencionados.

Quadro 1. Identificação e localização das estações meteorológicas

Código da estação

Nome da estação

Latitude (N)

Longitude (W)

Altitude (m)

20O01 Elvas 38º53’ 07º 09’ 208 22J01 Evora 38º34’ 07º54’ 309 25J02 Beja 38º01’ 07º52’ 246 26G01 Alvalade 37º57’ 08º24’ 61

No cálculo do índice de Palmer utilizaram-se dados mensais da precipitação e da temperatura, estes para estimar a evapotranspiração potencial. O cálculo do SPI apenas necessita de dados mensais da precipitação. Como se dispõe de séries longas de precipitação (Outubro de 1931 a Dezembro de 2000), o SPI foi calculado para esse período embora apenas se analise o período comum ao cálculo dos dois índices.

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Previamente à aplicação, estudou-se a aleatoriedade das séries anuais de precipitação, verificando a homogeneidade da média e da variância (testes de Mann-Whitney), a ausência de tendência (teste de Mann-Kendall) e a ausência de autocorrelação (teste τ de Kendall) conforme metodologias propostas por Helsel e Hirsch, 1992). Nestes testes, realizados recorrendo a a um programa desenvolvido por Matias (1998), considerou-se um nível de significância α=0.05, como se descreve em Paulo et al. (2002). Os valores em falta, quer nas séries de precipitação quer nas séries de temperaturas máximas e mínimas, foram estimados através de modelos lineares, designados genericamente por modelos MOVE (Maintenance of Variance Extension), recorrendo a uma série de referência. Estes modelos completam a série por forma a preservar nesta as propriedades estatísticas dos dados da série de referência, nomeadamente a variância e estatísticas de ordem extremas (Hirsch, 1982; Vogel e Stedinger, 1985).

A reserva utilizável do solo, RU, é um parâmetro necessário ao cálculo do balanço hídrico do solo para a obtenção do PDSI. Apesar de RU ter grande variabilidade de local para local, para estudos de secas pode tomar-se para RU um valor médio representativo da área em estudo. Pimenta e Cristo (1998) calcularam o índice de Palmer para o território português, no período de 1941-1992, considerando um valor médio de RU=150 mm. Índices de seca Índice normalizado da precipitação, SPI O SPI foi desenvolvido por McKee et al. (1993, 1995) com o objectivo de identificar períodos de seca e avaliar a sua severidade considerando múltiplas escalas temporais. O índice baseia-se na distribuição de probabilidades da precipitação e traduz o desvio destas relativamente às condições 'normais'. Assim, embora tenha sido concebido para a identificação de períodos de seca, também pode ser usado para a identificação de períodos anormalmente húmidos.

A escolha da escala temporal usada para o cálculo do índice relaciona-se com o tempo necessário para que os efeitos da seca se façam sentir sobre os diferentes sectores de actividade e sobre os recursos hídricos em geral. Quando começa uma seca os seus efeitos fazem-se sentir de imediato sobre a agricultura de sequeiro, a qual depende directamente do armazenamento de água do solo, correspondendo-lhe assim tempos de resposta curtos. As actividades que dependem das reservas de águas superficiais podem, ou não, vir a ser afectadas posteriormente, correspondendo-lhes tempos de resposta mais longos. Finalmente, as actividades dependentes de reservas subterrâneas são, geralmente, as últimas a ser afectadas pela seca, tendo tempos de resposta ainda mais longos. Quando as condições normais de precipitação são restabelecidas, a reposição de água faz-se no sentido inverso: primeiro a reserva de água no solo, depois o restabelecimento dos caudais dos cursos de água e dos níveis de armazenamento nos reservatórios e lagos e, por último, o restabelecimento das reservas subterrâneas. O tempo de recuperação depende da duração da seca, da sua severidade e da precipitação verificada após o seu término. Deste modo, escalas de tempo mais curtas ou mais longas reflectem diferentes tempos de desfasamento na resposta dos diferentes tipos de recursos hídricos às anomalias de precipitação. À medida que a escala temporal aumenta, o SPI responde mais lentamente a mudanças na precipitação (McKee et al., 1993). Se o SPI é calculado numa escala de tempo de 3 meses, o seu valor, para um dado mês, indica a severidade correspondente ao défice da precipitação acumulada nos últimos 3 meses relativamente à precipitação histórica correspondente aos meses em causa. A escala de tempo de 3 meses é mais adequada para avaliar secas agrícolas pois a agricultura é uma actividade que é afectada quase imediatamente por situações de défice hídrico. Uma escala de tempo mais longa (12 ou 24 meses) é mais adequada para avaliar as anomalias de precipitação que afectam actividades

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dependentes dos caudais disponíveis nos cursos de água, nos reservatórios e nas águas subterrâneas, isto é, anomalias que causam perturbações na gestão dos recursos hídricos em geral. O processo de cálculo do SPI resume-se da seguinte forma:

i) cálculo das precipitações acumuladas em cada mês, para a escala de tempo escolhida;

ii) ajustamento de funções de distribuição às precipitações acumuladas para cada um

dos meses; iii) estimativa dos valores da função de distribuição correspondentes aos valores

observados de precipitação acumulada; iv) transformação das probabilidades acumuladas obtidas, usando a função de

distribuição normal reduzida, em valores do SPI o qual corresponde à variável normal reduzida. No presente estudo e à semelhança do preconizado por McKee et al. (1993, 1995) adoptou-se a distribuição gama a dois parâmetros. A função densidade de probabilidade da distribuição gama a 2 parâmetros é definida por

0 , )(

1)( 1 >Γ

=−

− xexxfxβα

α αβ [1]

sendo α o parâmetro de forma (α>0), β o parâmetro de escala (β>0) e

∫∞ −−=Γ

0

1)( dyey yαα [2]

a função gama. Os parâmetros α e β, estimados pelo método da máxima verosimilhança obtêm-se pelas seguintes expressões (Clarke, 1973):

4

3411

ˆA

A++=α [3]

ˆ

ˆα

β x= [4]

com

∑=

−=n

iix

nxA

1

ln1ln [5]

e n número de observações. Uma vez que a função de densidade de probabilidade só está definida para x>o, quando num dado mês se verificam valores nulos de precipitação total, a probabilidade acumulada obtém-se recorrendo (Haan, 1977) à transformada

)()1()( * xFqqxF −+= [6]

sendo F*(x) a função de distribuição estimada a partir das observações não nulas e q a proporção de zeros na amostra. O índice normalizado de precipitação, SPI, é então obtido por

))((1 xFSPI −= φ [7]

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sendo φ a função de distribuição normal reduzida. O SPI obtido para cada mês é classificado no que respeita à severidade de acordo com o Quadro 2. Uma seca ocorre sempre que o SPI é continuamente negativo e atinge uma severidade em que o SPI ≤ - 1,.e termina quando o SPI se torna positivo. O início de uma seca é identificado por um procedimento retroactivo: a seca só se confirma quando, numa série continuada de valores negativos o SPI atinge o valor –1. A duração de uma seca corresponde ao número de meses que decorrem entre o seu início e fim e cada mês em que o evento persiste é caracterizado por uma dada severidade. A soma dos valores mensais do SPI durante a seca designa-se por magnitude da seca; a intensidade da seca obtém-se através do quociente entre a magnitude e a duração. Quadro 2. Classificação dos valores de SPI e tempo na categoria

SPI Categoria de

seca Tempo na categoria

0 a –0.99 Seca ligeira 24.0% −1.00 a –1.49 Seca moderada 9.2% −1.50 a –1.99 Seca severa 4.4% ≤ –2.00 Seca extrema 2.3% 40.0%

Fonte: McKee et al, 1995. Resultados da aplicação do SPI ao Alentejo mostraram a sua adequabilidade para a identificação de secas no Alentejo (Paulo e Pereira, 2002; Paulo et al., 2002, 2003). Indice de Palmer O índice de Palmer, PDSI, foi desenvolvido por Palmer (1965) como um índice meteorológico para identificar e avaliar a severidade da seca. Os desvios entre a precipitação ocorrida num dado intervalo de tempo e a precipitação considerada “normal” são convertidos em índices de anomalia de humidade e posteriormente transformados no índice de Palmer. O cálculo do PDSI inicia-se com um balanço hídrico do solo, geralmente efectuado numa base mensal, usando séries históricas de precipitação e de temperaturas mensais. A evapotranspiração era originalmente estimada pela método de Thornthwaite, recorrendo à temperatura média mensal, servindo como uma medida da procura climática de humidade. Para efeitos de balanço, o solo considera-se arbitrariamente dividido em duas camadas, assumindo-se que a camada superficial, independentemente do tipo de solo, tem uma reserva utilizável de 25 mm. É esta camada que recebe a precipitação e a partir dela que ocorre a evapotranspiração. A reserva utilizável do solo na camada inferior depende das características médias do solo para a região em causa. Considera-se que a evapotranspiração decorre à sua taxa potencial até ao esgotamento da água utilizável da camada superficial, de tal modo que só quando a água disponível na camada superficial se esgota é que se supõe ocorrer remoção de água da camada inferior. Do mesmo modo, assume-se que só se inicia a recarga da camada inferior quando a camada superficial atinge a capacidade de campo. O escoamento superficial só ocorre quando ambas as camadas atingem a capacidade utilizável. Todos os termos do balanço hidrológico, incluindo a evapotranspiração, a recarga, a perda de água em ambas as camadas do solo e o escoamento superficial são estimados a partir dos dados de precipitação e temperatura. No balanço são introduzidos mais três termos potenciais, expressando uma hipotética condição máxima: a recarga potencial, a perda potencial e o escoamento potencial.

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O cálculo do PDSI no período i baseia-se no índice de anomalia de humidade, zi, que se obtém multiplicando o desvio di , correspondente ao período i, pela característica climática kj do mês j

iji dkz = [8]

di representa o desvio entre a precipitação real, Pi, e a precipitação que deveria ocorrer em

condições climáticas médias, iP̂ .

iii PPd ˆ−= [9]

Esta precipitação, iP̂ , é designada por Palmer por precipitação CAFEC (Climatically Appropriate For Existing Conditions) e é calculada por

ijijijiji PLPROPRETPP δγβα −++=ˆ [10]

em que jjjj δγβα ,,, são coeficientes climáticos e:

ETPi evapotranspiração potencial no período i PRi recarga potencial da humidade do solo no período i PROi escoamento potencial no período i PLi perda potencial de humidade do solo no período i. Os coeficientes climáticos são as razões entre as médias dos valores reais e dos valores potenciais da evapotranspiração, da recarga, do escoamento e da perda de humidade do solo, sendo calculados para cada mês do ano:

jjj ETPET=α

jjj PRR=β

jjj PRORO=γ

jjj PLL=δ [11]

Para a obtenção do índice de Palmer no período i são calculados três índices intermédios, X1, X2 e X3 tais que X1 indica a severidade de um acontecimento húmido que pode ou não estar a estabelecer-se, X2 a severidade de um acontecimento seco que pode ou não estar a iniciar-se e X3 a severidade do acontecimento em curso. Estes índices calculam-se através da equação:

3/897.0 1 iii z XX += − [12]

O PDSI actual, Xi, é escolhido de entre os três índices de acordo com algumas regras de operação mais ou menos complexas (Palmer, 1965; Alley, 1984), usando um procedimento recursivo. A classificação dos valores do PDSI é apresentada no Quadro 3. A duração de uma seca corresponde ao número de meses que decorrem entre o seu início e o seu fim. Considerou-se nesta aplicação que o início da seca tem lugar quando o PDSI ≤ –1 e termina quando o PDSI>-1. A severidade, em cada mês, corresponde ao valor do PDSI e a intensidade da seca corresponde ao valor médio do PDSI durante o período de seca. Embora a equação de Thornthwaite tenha sido incorporada por Palmer no PDSI para o cálculo da evapotranspiração potencial, uma vez que o método de Penman-Monteith (Allen

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et al., 1998) é recomendado desde 1990 como método padrão para a definição e cálculo da evapotranspiração de referência, recorreu-se a este método em alternativa ao de Thornthwaite. Idealmente, o método de Penman-Monteith requer dados de radiação, temperatura do ar, humidade do ar e velocidade do vento mas é possível recorrer a procedimentos alternativos de cálculo através da estima de parâmetros climáticos quando não estão disponíveis todas as variáveis climáticas desejadas (Allen et al., 1998, Pereira e Allen, 1999). Assim, optou-se por estimar a evapotranspiração utilizando esses procedimentos e recorrendo apenas às temperaturas máximas e mínimas, uma vez que as séries de insolação e velocidade do vento apresentam cerca de 10% de falhas para Elvas e não estão disponíveis em Alvalade, e a humidade relativa se refere apenas às 9h da manhã em Elvas, onde apresenta 9% de falhas, às 6 h da manhã em Évora e em Beja, e não está disponível em Alvalade. Quadro 3. Classificação do índice de Palmer

PDSI Categorias do índice de Palmer

Categorias de seca atribuídas

≥ 4.00 Extremamente húmida Não seca 3.00 to 3.99 Muito húmida Não seca 2.00 to 2.99 Moderadamente húmida Não seca 1.00 to 1.99 Ligeiramente húmida Não seca 0.50 to 0.99 Humidade incipiente Não seca 0.49 to –0.49 Quase Normal Não seca −0.50 to –0.99 Seca incipiente Não seca −1.00 to –1.99 Seca ligeira Seca ligeira −2.00 to –2.99 Seca moderada Seca moderada −3.00 to –3.99 Seca severa Seca severa ≤ –4.00 Seca extrema Seca extrema

Escolheu-se um período de calibração para obtenção dos coeficientes climáticos

jjjj δγβα ,,, coincidente com o período da análise, de1965 a 2000. As condições iniciais de

armazenamento de água no solo e os valores iniciais de X1, X2 e X3 influenciam os valores obtidos para o PDSI durante um período de tempo mais ou menos longo. Por esse motivo devem desprezar-se os valores do PDSI obtidos nos meses iniciais. Uma vez que as séries temporais do PDSI são curtas optou-se por utilizar as séries referentes a todo o período de cálculo arbitrando valores iniciais para o volume de água armazenado no solo e para X1, X2 e X3 de acordo com as indicações fornecidas pelo SPI, calculado desde 1932 (Paulo et al., 2003). Resultados Sensibilidade do PDSI à capacidade utilizável do solo e ao método de cálculo da evapotranspiração

As séries do índice de Palmer foram calculadas utilizando a evapotranspiração (ET) estimada pelos dois métodos, Thornthwaite e FAO Penman-Monteith. O índice de Palmer obtido com a ETP de Thornthwaite revela sistematicamente uma maior frequência de meses húmidos ou normais e de meses de seca extrema (Quadro 4). Noutras categorias de seca não existe nenhum padrão sistemático. No entanto deve ter-se em conta que na classificação dos índices de seca valores muito semelhantes podem ser incluídos em classes adjacentes distintas.

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Quadro 4. Frequências observadas (%) das categorias de seca resultantes do índice de Palmer em quatro locais, calculado para diferentes reservas utilizáveis de água do solo (RU) e recorrendo aos métodos de Penman-Monteith (FAO 56) e de Thornthwaite para estimar a evapotranspiração ETP FAO56 ETP THORNTWAITE Locais RU

(mm) Não seca

Ligeira Moderada Severa Extrema Não seca

Ligeira Moderada Severa Extrema

Frequências ( %) Alvalade 100 58.3 23.8 11.3 3.2 3.2 61.8 24.1 7.4 3.0 3.7 150 60.4 19.2 12.7 4.2 3.5 67.1 16.9 8.1 3.2 4.6 200 60.0 15.3 14.6 6.3 3.9 67.1 16.4 4.6 5.8 6.0 250 54.2 18.8 13.2 9.5 4.4 64.6 17.4 6.0 5.8 6.3 Beja 100 64.6 22.0 8.3 4.2 0.9 64.1 21.3 10.4 2.5 1.6 150 62.0 21.8 9.3 4.9 2.1 64.1 20.6 6.9 5.3 3.0 200 58.1 22.7 10.4 6.0 2.8 63.2 20.8 5.3 5.3 5.3 250 54.2 24.8 10.9 6.9 3.2 62.3 19.4 5.8 5.8 6.7 Elvas 100 58.6 23.6 12.5 5.1 0.2 61.6 20.6 11.6 5.3 0.9 150 56.7 21.8 14.6 5.6 1.4 61.3 17.1 13.0 6.3 2.3 200 54.6 20.4 15.7 7.6 1.6 62.5 13.4 12.0 7.9 4.2 250 53.7 18.8 14.8 9.5 3.2 61.1 13.0 10.9 10.0 5.1 Évora 100 56.9 26.9 13.4 2.5 0.2 59.3 24.5 12.7 3.5 0.0 150 59.5 21.3 13.0 5.3 0.9 58.8 24.5 10.2 5.8 0.7 200 59.3 20.1 12.0 7.4 1.2 59.7 21.3 9.7 5.1 4.2 250 56.3 19.9 12.5 8.8 2.5 59.3 20.1 9.3 6.0 5.3 Ao simular o índice de Palmer nos locais estudados considerando diferentes valores de RU pretendeu-se avaliar o efeito da reserva utilizável do solo sobre as frequências observadas nas categorias de seca consideradas. As séries do PDSI calculadas nos quatro locais para quatro diferentes valores da reserva utilizável de água do solo mostram a tendência para ser menor a frequência de secas mais severas quando se toma RU=100 mm e ser maior a frequência de tais secas quando RU=250 mm. Este facto resulta das hipóteses assumidas por Palmer (1965) ao desenvolver o modelo de balanço hídrico. Os resultados obtidos para os 4 valores de RU quando a evapotranspiração é calculada pelo método de Penman-Monteith são apresentados na Figura 2, evidenciando a influência da RU sobre os valores obtidos para o PDSI e, consequentemente , sobre a severidade das secas identificadas. Após verificar o efeito de diferentes valores de capacidade utilizável sobre o índice de Palmer, como se e sobre a identificação e categorização de períodos secos, adoptou-se uma capacidade utilizável de 150 mm à semelhança de Pimenta e Cristo (1998).

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Figura 2. Frequência de secas severas e extremas identificadas pelo PDSI (ETP-FAO56) em quatro locais do Alentejo.

RU . Comparando as séries do PDSI calculadas nos quatro locais para RU=150 mm constata-se serem relativamente pequenas as diferenças entre os valores obtidos pelos dois métodos de estima da evapotranspiração, como se apresenta na Figura 3. Como uma RU=150 mm corresponde a uma situação frequente no Alentejo, que reflecte de certo modo um equilíbrio na distribuição de solos entre baixa e alta capacidadade de armazenamento, e é aceitável a compatibilidade entre os valores calculados pelos dois métodos de estima da evapotranspiração, tomou-se RU=150 mm e a ET estimada pelo método de Penman-Monteith para a comparação do PDSI com o SPI.

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Figura 3. Séries do PDSI obtidas com a evapotranspiração potencial calculada pelos métodos de Thornthwaite e de Penman-Monteith-FAO56, considerando RU=150mm, em quatro locais do Alentejo.

Comparação entre o índice de Palmer e o SPI para diferentes escalas de tempo A classificação simultânea da severidade da seca, para todos os meses observados, obtida pelo PDSI (ETP calculada pelo método FAO e RU=150 mm)e pelo SPI, calculado para as escalas de tempo de 3, 6 e 12 meses é mostrada nas tabelas de contingência do Quadro 4. Quanto maior for a correspondência entre a informação fornecida pelo PDSI e pelo SPI para uma dada escala de tempo maior será a concentração das observações na diagonal das tabelas. Uma correspondência perfeita entre os dois índices traduzir-se-ia por uma tabela de contingência diagonal. A melhor correspondência entre o PDSI e o SPI verifica-se para a escala de tempo de 12 meses, conforme se pode observar no Quadro 4. Verifica-se também que o número de meses classificados simultaneamente pelo PDSI em “Não seca” e pelo SPI-12 meses em “Seca Ligeira” é sempre mais elevado do que o número de meses classificados simultâneamente como “Seca Ligeira” pelo PDSI e como “Não seca” pelo SPI-12 meses.

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Este facto significa que o SPI-12 meses poderá detectar primeiro situações de seca ainda não identificadas pelo PDSI. Os resultados do Quadro 4 contrariam as conclusões apresentadas por Guttman (1998), que refere a sobreavaliação da frequência de secas severas e extremas como uma das limitações do PDSI. De facto, observa-se que estas frequências apresentam valores semelhantes para os dois índices quando se considera o SPI numa escala de tempo de 12 meses. No entanto, esta semelhança pode dever-se ao facto de o PDSI ter sido obtido usando o método da FAO Penman-Monteith em vez do método de Thornthwaite. A evolução temporal do PDSI e do SPI-12 meses é apresentada nas Figuras 4.a e 4.b. Pode observar-se que existe consistência entre os resultados fornecidos pelos dois índices. Porém, a confirmação da coerência entre os resultados obtidos pelo SPI e pelo PDSI requere aplicação a maior número de séries de dados climáticos.

Quadro 5. Classificação cruzada do índice de Palmer (ETP calculada pelo método FAO e RU=150 mm) e do SPI para 3 escalas de tempo e para o período 1965-2000 (número de meses observados).

SPI - 3 meses SPI - 6 meses SPI -12 meses N 0 1 2 3 N 0 1 2 3 N 0 1 2 3

PDSI Total Alvalade N 261 213 30 16 1 1 229 22 8 0 2 216 36 6 2 10 83 37 27 13 3 3 25 44 10 4 0 26 48 8 1 01 55 12 21 14 3 5 5 17 19 10 4 8 16 21 10 02 18 4 4 5 2 3 1 3 4 7 3 0 1 3 9 53 15 0 6 3 2 4 0 1 3 2 9 0 0 0 0 15

Total 432 266 88 51 11 16 260 87 44 23 18 250 101 38 22 21PDSI Total Beja

N 268 214 42 9 2 1 228 34 5 0 1 218 44 6 0 00 94 27 36 18 8 5 39 32 18 5 0 37 50 7 0 01 40 19 7 7 5 2 12 13 14 1 0 0 19 13 8 02 21 3 13 1 2 2 0 4 6 6 5 0 0 8 7 63 9 0 4 3 2 0 0 0 0 8 1 0 0 0 5 4

Total 432 263 102 38 19 10 279 83 43 20 7 255 113 34 20 10PDSI Total Elvas

N 245 204 27 9 5 0 213 28 2 2 0 190 52 3 0 00 94 46 28 10 7 3 30 47 14 2 1 29 53 11 1 01 63 17 21 11 6 8 9 18 21 9 6 9 19 25 8 22 24 5 4 6 6 3 0 3 7 13 1 0 0 8 12 43 6 0 0 2 3 1 0 0 0 5 1 0 0 1 2 3

Total 432 272 80 38 27 15 252 96 44 31 9 228 124 48 23 9PDSI Total Évora

N 257 214 27 10 4 2 203 45 8 0 1 194 58 5 0 00 92 23 33 21 7 8 18 40 25 9 0 28 47 12 5 01 56 19 15 13 5 4 8 17 16 12 3 3 11 19 23 02 23 8 7 6 1 1 1 8 10 3 1 0 1 8 11 33 4 2 1 0 0 1 0 2 0 2 0 0 0 0 3 1

Total 432 266 83 50 17 16 230 112 59 26 5 225 117 44 42 4 N. Não Seca 0. Seca Ligeira 1. Seca Moderada 2. Seca Severa 3. Seca Extrema

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Figura 4.a. PDSI calculado para ETP-FAO56 e RU=150mm e SPI numa escala de tempo de 12 meses em Alvalade (em cima) e Beja (em baixo) no período de 1965-2000

Figura 4.b. PDSI calculado para ETP-FAO56 e RU=150mm e SPI numa escala de tempo de 12 meses em Elvas (em cima) e Évora (em baixo) no período de 1965-2000

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Conclusões O índice de Palmer revelou-se particularmente sensível ao método de cálculo da evapotranspiração. Uma maior frequência de situações extremas foi obtida quando se utilizou o método de Thorthwaite no seu cálculo. A reserva utilizável do solo também se reflecte nos valores do PDSI ocorreendo uma maior frequência de secas severas e extremas quando se toma o valor mais baixo testado, RU=100 mm, ocorrendo o contrário para os valores amis altos de RU, 200 e 250 mm. Por comparação entre os resultados obtidos quando a ET é calculada por ambos os métodos de Thorthwaite e de Penman- Monteith, posteriormente confirmados pela comparação com os resultados relativos ao SPI, verificou-se ser adequado calcular o PDSI para uma RU=150 mm e a ET estimada pelo método de Penman- Monteith. Por outro lado, os resultados referentes à comparação entre o índice de Palmer e o Índice Normalizado de Precipitação indicam que se obtém uma maior concordância entre os dois índices quando a evapotranspiração é calculada pelo método da FAO Penman-Monteith e a escala de tempo de 12 meses é incorporada no cálculo do SPI. O SPI apresenta como vantagens necessitar apenas de dados de precipitação e ser normalizado no espaço e no tempo, permitindo a comparação entre locais. O índice de Palmer fornece indicações quanto ao armazenamento de água no solo que poderão vir a ser calibradas com resultados de outros modelos de balanço hídrico, em que seja tida em conta a vegetação da região. Os resultados deste estudo revelam-se promissores na identificação e caracterização das secas. O índice de Palmer deverá ser calibrado para as condições locais. A utilização simultânea de vários índices e a compreensão da forma como se comportam espacialmente e em escalas temporais distintas permitirá uma melhor caracterização e monitorização das secas nomeadamente quando se utilizem métodos estcásticos para a predição das secas visando o seu aviso antecipado. Agradecimentos

Os dados de precipitação utilizados neste estudo foram disponibilizados pelo Instituto da

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