Rainfall variability and extreme rainfall events in watershed of eastern Paraná State

Esta pesquisa parte da prerrogativa da compreensão da elevada variabilidade espacial da pluviosidade para a área de estudo a partir da influência de atributos como a maritimidade, a orografia e a diversidade de mecanismos atmosféricos para a geração das chuvas. O objetivo da presente pesquisa consiste em avaliar a variabilidade pluviométrica e a ocorrência de eventos pluviais extremos para as bacias hidrográficas (BH) do Alto Iguaçu, Litorânea e do Ribeira, situadas na região leste do estado do Paraná, analisando os eventos mais intensos e a influência de atributos como a orografia, a maritimidade e a dinâmica atmosférica. Para tanto, foram obtidos os dados diários, mensais e anuais de precipitação pluviométrica de 54 postos pluviométricos do Instituto das Águas do Paraná, da Agência Nacional de Águas e da Companhia Paranaense de Energia, além de dados provenientes de 08 estações meteorológicas do Instituto Agronômico do Paraná, do Instituto Nacional de Meteorologia, do Sistema Meteorológico do Paraná, para o segmento temporal de 1976 a 2015. Foram utilizados os principais procedimentos metodológicos: a krigagem para a caracterização espacial pluviométrica e a análise de agrupamento (Ward e K-Means) para a obtenção de regiões homogêneas pluviométrica em cada bacia hidrográfica; os quantis para a classificação e a identificação dos eventos pluviais extremos; o modelo auto regressivo vetorial (VAR) para analisar as correlações entre as anomalias pluviométricas e os indicadores climáticos marítimos (IOS, ONI, ODP e GMAT), a partir dos dados disponibilizados pelo National Oceanic and Atmospheric Administration; os testes estatísticos Mann-Kendall e Pettitt para a avaliação de tendências e rupturas nas séries históricas pluviométricas; para gerar os indicadores de tendências de precipitação pluvial, utilizou-se o software RClimDex, desenvolvido pelo Sistema Meteorológico Canadense; foram definidas as condições sinóticas para os eventos pluviais extremos pela Análise Rítmica Climatológica, enquanto que a gênese pluviométrica foi analisada pela Spatial Synoptic Classification (SSC). As análises espaciais indicaram uma estrutura pluvial de maiores totais anuais e diários na BH Litorânea e, a sotavento da Serra do Mar, um representativo setor da BH Ribeira apresenta uma redução expressiva da pluviosidade total anual e dos totais diários pluviais em relação à costa litorânea. O modelo VAR mostrou que o indicador climático ONI é o que apresentou uma maior significância e abrangência espacial para determinar as anomalias de precipitação pluviométrica na área de estudo. O teste de tendência (Mann-Kendall) e os indicadores climáticos mostraram que a área em estudo apresenta a preponderância da elevação dos totais pluviométricos anuais associada ao aumento da precipitação pluviométrica diária concentrada, sendo este um indicativo de mudanças climáticas neste recorte de estudo. As principais rupturas encontradas nas séries históricas se deram na década de 1990, semelhante as demais rupturas observadas anteriormente no estado do Paraná. A Análise Rítmica Climatológica demonstrou que durante o inverno há a predominância das frentes frias e os totais pluviais são espacialmente mais homogêneos, ao passo que durante o verão verificou-se maiores diferenças espaciais e condições atmosféricas mais frequentemente associadas aos sistemas atmosféricos extratropicais. A SCC demonstrou que os tipos de tempo mais úmidos se dão com maior frequência em Paranaguá, devido à maritimidade, e em Castro e Curitiba, as tipologias indicaram uma maior frequência dos tipos de tempo associados aos sistemas atmosféricos extratropicais.This research is premised to understand the high spatial rainfall variability for the study area from the influence of attributes such as maritimity, orography and the diversity of atmospheric mechanisms for rainfall generation. The goal of this research is to measure the pluviometric variability and the occurrence of extreme rainfall events for the Alto Iguaçu, Litorânea and Ribeira river basins (RB), located in the eastern region of the State of Paraná, analyzing the most intense events and the influence of factors such as orography, maritime dimension and atmospheric dynamics. To that end, the daily, monthly and yearly rainfall data of 54 pluviometric stations of the \"Instituto das Águas do Paraná\", the \"Agência Nacional de Águas\", and the \"Companhia Paranaense de Energia\", as well as data from 08 weather stations of the \"Instituto Agronômico do Paraná\", \"Instituto Nacional de Meteorologia\" and \"Sistema Meteorológico do Paraná\", for the period of 1976 to 2015 were obtained. The following methodological procedures were used: kriging for the rainfall spatial characterization and the group analysis (Ward and K-Means) to obtain homogeneous pluviometric regions in each river basin; the quantiles for the classification and identification of extreme rainfall events; the vector autoregressive model (VAR) for analyzing the correlation between the pluviometric anomalies and the maritime indicators (IOS, ONI, ODP and GMAT), from the data provided by the National Oceanic and Atmospheric Administration; The Mann-Kendall and Pettit statistic tests for evaluating trends and breaks in the pluviometric historical series; in order to create the rainfall trend indicators, the software RClimDex, developed by the Canadian Meteorological System was used; the synoptic conditions for the extreme rainfall events were defined by the Climate Rhythmic Analysis, while the pluviometric origin was analyzed by the Spatial Synoptic Classification (SSC). The spatial analysis has shown a rainfall structure of greater yearly and daily amounts in the Litorânea river basin and at leeward of the Serra do Mar (Sea Ridge), an expressive sector of the Ribeira river basin presents a significant reduction of the yearly and daily rainfall amounts compared to the sea coast. The VAR model has shown that the climate indicator ONI is the one which presented greater significance and spatial breadth to determine the rainfall anomalies in the studied area. The trend test (Mann-Kendall) and the climate indicators have shown that the studied area presents the predominant rise of the yearly rainfall amounts associated to the increase of the daily concentrated rainfall amount, which is indicative of climate changes in the studied area. The main breaks in the historic series happened in the 1990\'s, similarly to the other breaks that had been observed in the State of Paraná. The Climate Rhythmic Analysis has shown that during winter there is a predominance of cold fronts and the rainfall amounts are more spatially homogeneous, while during the summer it was observed larger spatial differences and atmospheric conditions more frequently associated to the extratropical atmospheric systems. The SCC has shown that humid climate types happen more frequently in Paranaguá, due to the oceanity and, in Castro and Curitiba, the typologies have indicated a greater frequency of the climate types associated to the extratropical atmospheric systems