Objetivo e Motivação

O principal objetivo deste portal é apresentar um banco de dados espacial e estruturado que permite aos usuários obter séries temporais de precipitação para o estado do Rio Grande do Sul.

Este banco de dados possibilita a consulta a índices de precipitação de três formas:

• por bacia hidrográfica,

• por município,

• por localização geográfica.

Não há necessidade de pós-processamento, pois os valores já são calculados considerando a unidade territorial selecionada.

Trata-se de um importante diferencial em relação aos bancos de dados existentes, a partir dos quais é necessário baixar as séries históricas por estação pluviométrica ou estação meteorológica, e realizar a interpolação espacial para obter índices de precipitação em uma área.

Atualmente, alguns dos principais meios de obtenção de dados de precipitação para o Brasil, são as plataformas Hidroweb e o Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa (BDMEP). O Hidroweb é uma ferramenta do Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos (SNIRH) e oferece acesso ao banco de dados das informações coletadas pela Rede Hidrometeorológica Nacional (RHN), reunindo dados de níveis fluviais, vazões, chuvas, climatologia, qualidade da água e sedimentos. Segundo dados da Agência Nacional de Águas (ANA), o sistema conta com 2767 estações que monitoram, principalmente, as chuvas. O BDMEP do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) permite o acesso ao banco de dados meteorológicos, que inclui mais de 400 estações em todo o país. Pesquisadores em todo o Brasil fazem uso do banco de dados.

Com os dados das estações existentes nos bancos do Hidroweb e do BDMEP, os usuários podem fazer consultas pontuais. No entanto, caso o pesquisador tenha interesse na obtenção de índices de precipitação (médias, máximas etc.) por unidade territorial, como municípios ou bacias hidrográficas, é necessário um pós-processamento desses dados.

Essa é a nossa principal motivação: disponibilizar um banco de dados espacial, por meio de uma malha regular de células, abrangendo bacias hidrográficas e municípios do Rio Grande do Sul, de acesso rápido e prático a índices pluviométricos, sem necessidade de pós-processamento.

Fonte dos Dados

Para elaboração deste banco de dados espacial foram usados os seguintes dados primários:

• séries históricas de chuva diária disponíveis no Hidroweb (http://www.snirh.gov.br/hidroweb/), da Agência Nacional de Águas;

• séries históricas de chuva diária disponíveis no Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa (BDMEP) (https://bdmep.inmet.gov.br/), do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET).

Foram utilizados dados de 287 estações pluviométricas, com séries completas ou parciais no período entre 01/01/1987 e 31/12/2016, totalizando 30 anos de registros (em breve a série temporal será expandida em nosso portal).

Metodologia Resumida

A metodologia compreendeu cinco etapas:

• aquisição, organização e preenchimento de falhas das séries históricas de precipitação;

• interpolação espacial dos dados de chuva para uma malha regular com resolução espacial de 20 km;

• ottocodificação e divisão das bacias hidrográficas a partir do Modelo Digital de Elevação;

• criação e organização do banco de dados: organização das matrizes e tabelas para consultas;

• cálculo dos índices de precipitação por meio de um código em MatLab.

A interpolação espacial das chuvas diárias foi realizada pelo método do Inverso da Potência da Distância (IPD). A grade de interpolação possui resolução espacial de 20 km, totalizando 627 células sobre o estado do RS.

Foram testadas 60 combinações de critérios para a interpolação, envolvendo diferentes potências, raios de procura e uso de quadrantes. A combinação que resultou no menor erro quadrático foi: potência 1; raio de procura de 60 km e uso de, no máximo, 3 estações por quadrante.

O RS foi subdividido em bacias hidrográficas, considerando cinco agrupamentos por ordem de drenagem, da maior (8ª ordem) à menor (4ª ordem).

Foram extraídas três grandes bacias de 8ª ordem, sendo elas: Guaíba (1); Litoral (2); Uruguai (3). Considerando o agrupamento de 7ª ordem, foram obtidas 14 bacias hidrográficas; 53 bacias de 6ª ordem; 403 bacias de 5ª ordem, e; 1053 bacias de 4ª ordem.

Desta forma, o usuário poderá consulta a precipitação para qualquer bacia hidrográfica em cada um dos cinco agrupamentos, desde as três grandes bacias do RS até as mais de mil pequenas bacias de 4ª ordem.

Descrição Básica do Banco de Dados

O banco de dados criado consiste em um conjunto de arquivos vetoriais, tabelas e matrizes, que foram estruturadas e armazenadas de modo a permitir consultas a séries e índices de precipitação por unidades territoriais no RS.

O acesso às informações pode ser realizado pela aba "Download", neste portal.

Os arquivos vetoriais disponíveis no banco se referem à:

• grade de interpolação, na geometria de pontos, com 627 células regularmente distribuídas sobre o território do RS;

• polígonos das bacias hidrográficas ottocodificadas, com 1053 unidades mapeadas em cinco diferentes ordens hierárquicas de drenagem;

• limites municipais, na forma de polígonos, obtidos junto ao Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas.

Os três arquivos vetoriais estão em formato shapefile, que permite sua abertura nos principais Sistemas de Informações Geográficas disponíveis para uso.

A partir de operações espaciais como junção de tabelas por localização e estatísticas zonais, foram extraídas e organizadas tabelas e planilhas, na extensão “.xlsx”, para consultas nos softwares Microsoft Excel, MATLAB ou outros.

As seguintes tabelas estão disponíveis no banco de dados:

• Tabela de precipitação diária – consiste em uma planilha com a precipitação diária em cada célula da grade de interpolação. Cada linha corresponde a um dia do período entre 01/01/1987 e 31/12/2016, e cada coluna uma célula localizada no RS;

• Tabela de localização das células – consiste em uma planilha com o código identificador de cada célula da grade de interpolação, contendo sua latitude, longitude, o código da bacia na qual a célula está inserida e o código do município no qual está inserido;

• Tabela de bacias e células mais próximas – consiste em uma planilha com a indicação da célula mais próxima, e se refere apenas às bacias de 4ª ordem que não possuem nenhuma célula no seu interior;

• Tabela de municípios e células mais próximas – consiste em uma planilha com a indicação da célula mais próxima de municípios com pequena área territorial, e que não possuem nenhuma célula no seu interior.

Essas planilhas foram importadas para o MATLAB, onde se criou um arquivo na extensão “.mat”, resultando em um banco de dados organizado em matrizes para consulta a partir de um script no software. O script foi desenvolvido no editor de códigos do próprio software. O usuário necessita apenas indicar a data inicial e final da sua consulta, o tipo de recorte espacial (por bacia, por município ou por coordenadas geográficas), e o código identificador da bacia/município ou coordenadas geográficas do ponto de interesse.

A partir disso, o algoritmo desenvolvido procede a identificação das células da grade de interpolação associadas ao recorte espacial escolhido pelo usuário, realiza o recorte temporal dos dados considerando as datas escolhidas, e gera as seguintes saídas para a área de interesse:

• séries temporais de precipitação média diária, mensal e anual;

• séries temporais de precipitação máxima diária e anual;

• séries temporais mensais e anuais de número de dias com precipitação;

• série temporal com desvio de precipitação mensal em relação à normal de precipitação no período;

• normais climatológicas de precipitação acumulada mensal e número de dias com chuva;

• precipitação acumulada anual média histórica;

• precipitação máxima diária por tempo de retorno.

Todas as saídas são salvas em formato “.xlsx”, permitindo o acesso com softwares de planilhas eletrônicas, como o Microsoft Excel.

Mais detalhes?

Os artigos científicos e a tese de doutorado, relacionados com o banco de dados espacial, ainda não estão publicados.

Assim que a publicação estiver disponível, os links para acesso aos manuscritos serão adicionados nesta página.