Analysis of rainfall and dry spells in the state Rio Grande do Sul through data mining techniques

Orientador: Stanley Robson de Medeiros OliveiraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia AgrícolaResumo: No atual cenário de aquecimento global, fenômeno ao qual a ocorrência de secas intensas e eventos extremos de chuva está cada vez mais associada, o conhecimento do comportamento da precipitação pluvial é fundamental para um planejamento agrícola adequado. A imprevisibilidade das variações climáticas e a dependência do regime pluviométrico são os principais fatores de risco e insucesso na produção agrícola. A variabilidade temporal da precipitação é apontada como a principal causa das variações dos rendimentos das principais culturas, particularmente no Rio Grande do Sul. Na Região Sul do Brasil, este é o estado mais afetado pelas secas. Esses períodos de estiagens conhecidos como veranicos, são apontados como um dos principias fatores limitantes da produção agrícola, uma vez que, dependendo da sua duração e frequência, podem provocar reduções significativas na produção final das culturas. O objetivo deste trabalho é analisar o comportamento espaço temporal da precipitação pluvial e dos veranicos no Rio Grande do Sul, por meio da aplicação de técnicas de mineração de dados. As séries históricas deste estudo foram adquiridas junto à Agência Nacional de Água (ANA), disponíveis no sistema de informações hidrológicas Hidroweb (http://hidroweb.ana.gov.br/). A metodologia utilizada teve como base o modelo CRISP-DM (Cross Industry Standard Process for Data Mining). Primeiramente, foram definidas áreas pluviometricamente homogêneas para o decênio 1987-1996 e para o decênio 1997-2006, separadamente. Em seguida, pela sobreposição dos clusters obtidos para os dois períodos, foram definidas seis zonas comuns aos dois decênios, denominadas de A-F. As alterações no volume de precipitação foram avaliadas anual, sazonal e mensalmente nas seis zonas (A-F), e as alterações no número médio de veranicos foram analisadas anual e sazonalmente. A precipitação pluvial anual apresentou um incremento significativo entre os decênios 87-96 e 97-06 em todas as zonas, exceto na zona A. Na análise sazonal não se observou padrão de redução ou incremento. Na análise mensal, destaca-se a redução na precipitação pluvial média do mês de janeiro no segundo decênio, com exceção da zona E. De um modo geral, na análise de veranicos anual, notou-se uma redução no número de veranicos maiores que 15 dias e um aumento no número de veranico de menores de 15 dias. As alterações observadas no número médio de veranicos, nas estações do ano, não apresentaram padrão de redução ou incremento, ocorrendo variações entre classes e períodosAbstract: In the current scenario of global warming, in which the occurrence of droughts and extreme rainfall events are increasingly associated with these phenomena, the understanding of the behavior of rain is crucial to a proper agricultural planning. The unpredictability of climatic variations and dependence on rainfall are the main risk and failure factors in agricultural production. In the case of Rio Grande do Sul, in particular, the temporal variability of precipitation is considered as the main cause of changes in yields of major crops. In southern Brazil, this is the state most affected by droughts. These periods of drought, known as dry spells, are pointed out as one of the main limiting factors for agricultural production, since depending on the duration and frequency, they can cause significant reductions in final yield of crops. The objective of this study is to analyze the spatio-temporal rainfall and dry spells in the state of Rio Grande do Sul, by applying techniques of data mining. The historical series of this study were obtained from the database of the National Water Agency (ANA), available at the system of hydrological information Hidroweb (http://hidroweb.ana.gov.br/). The methodology used was based on the CRISP-DM model (Cross Industry Standard Process for Data Mining). First, homogeneous precipitation areas for the decades 1987-1996 and 1997- 2006 were defined separately. Subsequently, by the overlapping of the clusters obtained from both periods, six common areas were defined ranging from A to F. The changes in the volume of precipitation were evaluated annual, seasonal and monthly, while the changes in the average number of dry spells were evaluated annual and seasonally, in the six zones (A-F). The annual rainfall showed a significant increase between the decades 87-96 and 97-06 in all areas, except for the area A. In the seasonal analysis, no pattern either reduction or increase was found, while in the monthly analysis, the results revealed a reduction in the average rainfall for January in the second period, with the exception of the area E. On the other hand, it was observed a reduction in the number of dry spells longer than 15 days and an increase in those under 15 days, in the annual analysis of dry spells,. The seasonal changes in the average number of dry spells did not present any pattern of either reduction or increase, occurring variations according to classes of dry spells and periodsMestradoPlanejamento e Desenvolvimento Rural SustentávelMestre em Engenharia Agrícol