06 - Precipitação - Parte 1

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PRECIPITAÇÃO 
PARTE 1 
Prof. Hemerson Pinheiro 
1 
2 
Tópicos 
¡  Conceitos 
¡  Tipos de precipitação 
¡  Pluviometria 
¡  Análise dos dados 
¡  Precipitação média 
¡  Precipitação máxima 
Precipitação 
¡  É a principal variável de entrada, alimenta 
a fase terrestre do ciclo hidrológico 
¡  Importante para os processos de 
escoamento superficial direto, infiltração, 
evaporação, transpiração, recarga de 
aquíferos, vazão básica dos rios e outros. 
¡  Varia no tempo e no espaço 
¡  Condiciona as principais características dos 
ecossistemas: físicas, químicas e biológicas 
3 
Tipos de Precipitação 
¡  Chuva 
4 
Tipos de Precipitação 
¡  Neve 
5 
Tipos de Precipitação 
¡  Granizo 
6 
7 
Tipos de precipitação 
¡  Água proveniente do meio atmosférico 
que atinge a superfície 
¡  Tipos: neblina, chuva, granizo, saraiva, 
orvalho, geada e neve 
¡  O que diferencia é o estado em que se 
encontra a água e a possibilidade de gerar 
volume líquido. 
Tipos de Precipitação 
8 
9 
 
Causas da Ascensão de Ar Úmido 
10 
 
Classificação da chuva segundo o 
processo de resfriamento das nuvens 
¡  Chuvas Frontais ou Ciclônicas 
 
¡  Chuvas Convectivas ou Chuvas de 
Verão 
¡  Chuvas Orográficas 
11 
Chuvas frontais 
12 
Chuvas frontais 
¡  As chuvas frontais ocorrem quando 
se encontram duas grandes massas 
de ar, de diferente temperatura e 
umidade. 
¡  Na frente de contato entre as duas 
massas o ar mais quente (mais leve 
e, normalmente, mais úmido) é 
empurrado para cima, onde atinge 
temperaturas mais baixas, resultando 
na condensação do vapor 
13 
Chuvas frontais 
¡  As massas de ar que formam as 
chuvas frontais têm centenas de 
quilômetros de extensão e 
movimentam se de forma 
relativamente lenta, 
conseqüentemente as chuvas frontais 
caracterizam-se pela longa duração e 
por atingirem grandes extensões. 
14 
Chuvas frontais 
¡  No Brasil as chuvas frontais são muito 
freqüentes na região Sul, atingindo também 
as regiões Sudeste, Centro Oeste e, por 
vezes, o Nordeste. 
¡  Chuvas frontais têm uma intensidade 
relativamente baixa e uma duração 
relativamente longa. Am alguns casos as 
frentes podem ficar estacionárias, e a 
chuva pode atingir o mesmo local por 
vários dias seguidos. 
15 
16 
Chuvas Frontais - resumo 
¡  interação de massas de ar 
quente e frias. 
¡  Quando chega uma frente 
fria forma-se junto a frente 
um grande gradiente de 
temperatura. 
¡  Os dias anteriores a 
chegada da frente ficam 
quentes; 
¡  O ar frio é a mais denso e 
penetra, fazendo o ar 
quente mais leve subir 
condensar e precipitar. 
¡ Atua sobre grandes 
bacias com intensidade 
variável. 
¡  tende a ter duração 
prolongada e abrangência 
de grandes áreas 
¡ Processos frontais de 
grande extensão e duração 
são os que produzem 
inundações em grandes 
bacias. 
¡ O movimento das frentes 
depende dos sistemas de 
pressão regional 
Chuvas Convectivas 
17 
Chuvas Convectivas 
¡  As chuvas convectivas ocorrem pelo 
aquecimento de massas de ar, 
relativamente pequenas, que estão em 
contato direto com a superfície quente dos 
continentes e oceanos. 
¡  O aquecimento do ar pode resultar na sua 
subida para níveis mais altos da atmosfera 
onde as baixas temperaturas condensam o 
vapor, formando nuvens. 
18 
Chuvas Convectivas 
¡  Nesse processo pode ou não resultar em 
chuva, e as chuvas convectivas são 
caracterizadas pela alta intensidade e pela 
curta duração. 
¡  Normalmente, porém, as chuvas 
convectivas ocorrem de forma concentrada 
sobre áreas relativamente pequenas. No 
Brasil há uma predominância de chuvas 
convectivas, especialmente nas regiões 
tropicais. 
19 
20 
Chuva Convectiva - Resumo 
¡  o ar úmido aquecido na 
vizinhança do solo fica 
menos denso sobe, 
diminui a temperatura, 
condensa e precipita. 
¡  São formações locais com 
pequena abrangência 
espacial e alta intensidade. 
Atinge principalmente 
pequenas bacias; 
¡  Ocorre principalmente no 
verão em climas tropicais 
¡  Abrangência espacial 
pequena; 
¡  Alta intensidade; 
¡  Pequena duração 
temporal; 
¡  Também conhecida 
como chuva de verão; 
¡  Importante para 
pequenas bacias 
hidrográficas com 
pequeno tempo de 
concentração. 
Chuvas orográficas 
21 
Chuvas orográficas 
¡  As chuvas orográficas ocorrem em regiões 
em que um grande obstáculo do relevo, 
como uma cordilheira ou serra muito alta, 
impede a passagem de ventos quentes e 
úmidos, que sopram do mar, obrigando o 
ar a subir. 
¡  Em maiores altitudes a umidade do ar se 
condensa, formando nuvens junto aos picos 
da serra, onde chove com muita freqüência. 
22 
Chuvas orográficas 
¡  As chuvas orográficas ocorrem em muitas 
regiões do Mundo, e no Brasil são 
especialmente importantes ao longo da 
Serra do Mar. 
23 
24 
Orográficas 
¡  ventos quentes e úmidos 
provenientes do oceano 
encontram barreiras físicas, 
sobem condensam e precipitam 
sobre áreas montanhosas. 
¡  O vento que ultrapassa a 
barreira é seco, retirando 
umidade do ambiente, podendo 
gerar áreas desérticas; 
¡  A precipitação varia com a 
altitude, tendo algumas alturas 
onde a precipitação é muito alta; 
¡  Atua sobre bacias pequenas com 
intensidade variável. 
Ar úmido 
chuva 
Ar seco 
Clima 
desértico 
Medidas 
¡  Volume de chuva 
¡  Duração da chuva 
¡  Distribuição do volume precipitado 
no tempo 
¡  Distribuição da chuva no espaço 
¡  A intensidade da chuva é estimada 
pela relação volume / tempo 
25 
26 
Pluviometria 
¡  Aparelho medidores 
cilíndricos (com área que 
pode variar de 100, 200, 
400 ou 1000 cm2) 
colocado de 1 a 1,5 m do 
solo, livre de obstruções. 
Valores com precisão de 
décimo de milimetro 
obtidos por 
¡  P = 10 V/A 
¡  V (volume em cm3) A é a 
área cm2 
¡  esquema 
h 
D >2h 
obstrução 
Aparelhos para medir a chuva 
¡  Pluviômetros: permitem medir a 
altura diária da chuva 
¡  Pluviógrafos: fazem medição 
contínua, permitindo determinar a 
intensidade e duração das chuvas 
27 
28 
Pluviômetro 
¡  Medidor sem registrador; 
¡  Dados coletados pelo 
observador 1 vez ao dia (pela 
manhã). Em algumas entidades 
utiliza-se duas vezes ao dia; 
¡  O totalizador de um dia não 
permite conhecer como a 
precipitação se distribui ao 
longo do dia 
¡  Fontes de erros: anotações, 
somar a medição de 
precipitações altas (somam 
valores de 20 mm). 
¡ O valor medido num dia t
+1 é transferido para o dia t, 
pois a maior parte do tempo 
ocorreu no dia anterior. Isto 
pode ser fonte de erro de 
processamento de dados. 
Dia t Dia t+1 
Leitura 7:00am 
Período de totalização 
do dia t 
29 
Pluviógrafo 
¡  Objetivo: O equipamento automático pode ser necessário 
devido a falta de observador e dificuldade de acesso e/ou para 
conhecer a distribuição da precipitação dentro do dia 
¡  Sensores: com cubas basculantes ou reservatório com sifão 
¡  Registradores: (a) mecânico: tambor com relógio e pena sobre 
papel milimetrado; (b) eletrônico. 
¡  Transmissão: coleta por observador, equipe de campo; 
transmissão por rádio, satélite e celular, dependendo da 
distância e custos. 
¡  Os aparelhos mecânicos apresentam maior custo de 
processamento e erros. Os equipamentos digitais sofrem de 
interferências e principalmente impactos dos raios. 
30 
Usos dos aparelhos 
¡  Pluviômetros são mais baratos e menor custo 
de operação 
¡  Pluviógrafos quandoé desejada a variabilidade 
temporal no dia 
¡  Autonomia e automatização dos aparelhos 
¡  Rede de observação 
¡  Regiões de pequeno acesso 
31 
Outros tipos de medida de chuva 
¡  Satélite: utiliza a freqüência 
de sensores para estimar 
temperatura das nuvens e 
outras características para 
estimar a chuva; 
¡  Bons resultados com TRMM 
em climas tropicais; 
¡  Boa resolução espacial se 
comparadas as medidas 
pontuais das medidas de terra 
dos pluviômetros; 
¡  Pode ter limitado resultados 
pontuais 
• Radar em terra utiliza 
princípios semelhantes de 
sensores de medida para 
estimar a variabilidade temporal 
e espacial dos processos de 
chuva na bacia; 
• Vantagens de ter melhor 
resolução espacial; 
• Limitado resultado pontual e 
alto custo de operação do 
sistema 
Pluviômetros: 
Medindo	
  a	
  chuva	
  
Fonte : Sabesp 
Pluviômetro 
Pluviômetro	
  
Pluviógrafo	
  –	
  pluviômetro	
  de	
  caçamba	
  
Estação	
  Pluviográfica	
  
Fonte : Sabesp 
Estação 
Pluviográfica 
com Telemetria 
Estação	
  Pluviográfica	
  
Pluviógrafo 
Pluviógrafo 
Fonte : Sabesp 
Radar	
  Meteorológico	
  
Radar	
  
Radar	
  
Radar	
  
Radar	
  
Radar	
  
Análise de dados de chuva 
¡  As variáveis que caracterizam a 
chuva são a 
l  sua altura (lâmina precipitada), 
l  a intensidade, 
l  a duração e 
l  a freqüência. 
46 
Duração 
¡  Duração é o período de tempo 
durante o qual a chuva cai. 
¡  Normalmente é medida em minutos 
ou horas. 
47 
Altura 
¡  A altura é a espessura média da 
lâmina de água que cobriria a região 
atingida se esta região fosse plana e 
impermeável. 
¡  A unidade de medição da altura de 
chuva é o milímetro de chuva. 
¡  Um milímetro de chuva corresponde 
a 1 litro de água distribuído em um 
metro quadrado. 
48 
Intensidade 
¡  Intensidade é a altura precipitada 
dividida pela duração da chuva, e é 
expressa, normalmente, em 
mm.hora-1. 
49 
Tempo	
   Chuva	
  
0	
   0	
  
1	
   0	
  
2	
   0	
  
3	
   3	
  
4	
   0	
  
5	
   4	
  
6	
   8	
  
7	
   12	
  
8	
   5	
  
9	
   9	
  
10	
   7	
  
11	
   7	
  
12	
   5	
  
13	
   1	
  
14	
   0	
  
15	
   0	
  
16	
   0	
  
17	
   0	
  
18	
   0	
  
19	
   0	
  
20	
   0	
  
21	
   0	
  
22	
   0	
  
23	
   0	
  
24	
   0	
  
Exemplo	
  de	
  Registro	
  de	
  Chuva	
  
•  Tempo transcorrido entre o início e o fim do evento 
chuvoso. 
Duração	
  da	
  Chuva	
  
Início 03:00 
 
Fim: 13:00 
Duração = 10 horas 
Duração	
  da	
  Chuva	
  
•  Tempo transcorrido entre o início e o fim do evento 
chuvoso. 
Tempo	
   Chuva	
   Chuva	
  Acumulada	
  
0	
   0	
   0	
  
1	
   0	
   0	
  
2	
   0	
   0	
  
3	
   3	
   3	
  
4	
   0	
   3	
  
5	
   4	
   7	
  
6	
   8	
   15	
  
7	
   12	
   27	
  
8	
   5	
   32	
  
9	
   9	
   41	
  
10	
   7	
   48	
  
11	
   7	
   55	
  
12	
   5	
   60	
  
13	
   1	
   61	
  
14	
   0	
   61	
  
15	
   0	
   61	
  
16	
   0	
   61	
  
17	
   0	
   61	
  
18	
   0	
   61	
  
19	
   0	
   61	
  
20	
   0	
   61	
  
21	
   0	
   61	
  
22	
   0	
   61	
  
23	
   0	
   61	
  
24	
   0	
   61	
  
Chuva	
  Acumulada	
  
•  Duração da chuva = 10 horas 
•  Total precipitado = 61 mm 
•  Intensidade média = 6,1 mm/hora 
•  Intensidade máxima = 12 mm/hora entre 6 e 7 horas 
•  Intensidade média do dia = 61/24 = 2,5 mm/hora 
Intensidade	
  média	
  
Pluviograma 
55 
Pluviograma 
56 
Pluviograma 
Frequência 
¡  Freqüência é a quantidade de 
ocorrências de eventos iguais ou 
superiores ao evento de chuva 
considerado. 
¡  Chuvas muito intensas tem 
freqüência baixa, isto é, ocorrem 
raramente. 
¡  Chuvas pouco intensas são mais 
comuns. 
58 
59 
Frequência de 
ocorrência de chuvas 
diárias de diferentes 
alturas em um posto 
pluviométrico no 
interior do Paraná ao 
longo de um período 
de, aproximadamente, 
23 anos. 
 
Freqüência	
  
Tempo de Retorno 
¡  O tempo de retorno é uma 
estimativa do tempo em que um 
evento é igualado ou superado, em 
média. 
Ex. Uma chuva com intensidade 
equivalente ao tempo de retorno de 
10 anos é igualada ou superada 
somente uma vez a cada dez anos, 
em média. 
 
62 
Tempo de Retorno 
¡  O tempo de retorno pode, também, 
ser definido como o inverso da 
probabilidade de ocorrência de um 
determinado evento em um ano 
qualquer. 
63 
TR = 1Probabilidade
Principais Indicadores 
¡  Precipitação total anual média: é a 
média dos totais de chuva anual. P.ex., no 
Brasil em vários locais a precipitação total 
anual média é da ordem de 1500 mm; 
¡  Precipitação total mensal (varia com o 
mês) média: média do mesmo mês de 
vários anos. Permite caracterizar a 
sazonalidade; 
64 
¡  Distribuição das chuvas se aproxima de uma 
distribuição normal (exceto em regiões áridas). 
 
¡  Distribuição normal tabelada para 
 Z = (x-µ)/σ 
 
¡  Conhecendo a média e o desvio padrão das chuvas 
anuais é possível associar uma chuva a uma 
probabilidade. 
Chuvas	
  anuais	
  
Chuvas	
  anuais	
  
Em Porto Alegre de 1961 a 1990 
Chuva	
  média	
  mensal	
  
Belém Cuiabá 
Porto Alegre Florianópolis 
Chuvas	
  médias	
  mensais	
  
Cuiabá Porto Alegre 
Chuvas	
  médias	
  mensais	
  
Sazonalidade das Precipitações 
Ano Hidrológico 
 
¡  “Semestre Seco”: meses do ano em 
que as precipitações médias da 
série histórica referentes a esses 
meses são inferiores à precipitação 
média dos 12 meses. 
 
70 
71 
Variabilidade espacial da chuva 
¡  Os dados de chuva dos 
pluviômetros e pluviógrafos 
referem-se a medições executadas 
em áreas muito restritas (400 cm2), 
quase pontuais. Porém a chuva 
caracteriza-se por uma grande 
variabilidade espacial. 
72 
Exemplo 
¡  Durante um evento de chuva um 
pluviômetro pode ter registrado 60 
mm de chuva enquanto um outro 
pluviômetro, a 30 km de distância 
registrou apenas 40 mm para o 
mesmo evento. Isto ocorre porque a 
chuva apresenta uma grande 
variabilidade espacial, principalmente 
se é originada por um processo 
convectivo. 
73 
Isoietas 
¡  A forma de representar a variabilidade 
espacial da chuva para um evento, para um 
ano inteiro de dados ou para representar a 
precipitação média anual ao longo de um 
período de 30 anos são as linhas de mesma 
precipitação (isoietas) desenhadas sobre 
um mapa. 
¡  As isoietas são obtidas por interpolação dos 
dados de pluviômetros ou pluviógrafos e 
podem ser traçadas de forma manual ou 
automática. 
74 
Isoietas 
75 
76 
Variabilidade sazonal da chuva 
¡  Um dos aspectos mais importantes do clima 
e da hidrologia de uma região é a época de 
ocorrência das chuvas. Existem regiões 
com grande variabilidade sazonal da chuva, 
com estações do ano muito secas ou muito 
úmidas. 
¡  A variabilidade sazonal da chuva é 
representada por gráficos com a chuva 
média mensal 
77 
Precipitação Média sobre uma 
bacia 
¡  O cálculo da chuva média em uma 
bacia pode ser realizado utilizando: 
l  o método da média aritmética; 
l  das Isoietas; 
l  dos polígonos de Thiessen ou 
l  interpolação em Sistemas de 
Informação Geográfica (SIGs). 
78 
Média 
¡  Podemos simplesmente calcular a 
média dos postos e supor que esta 
média representa a precipitação na 
bacia hidrográfica79 
80 
Método de Thiessen 
¡  Neste método é definida a área de 
influência de cada posto e é 
calculada uma média ponderada da 
precipitação com base nestas áreas 
de influência. 
81 
Método de Thiessen 
82 
Traçar linhas que unem os 
postos pluviométricos mais 
próximos entre si. 
 
 
Traçar linhas médias 
perpendiculares às linhas que 
unem os postos pluviométricos. 
Método de Thiessen 
83 
Definir a região de 
influência de cada 
posto pluviométrico e 
medir a sua área. 
 
Método de Thiessen 
84 
Exercício 
¡  Qual é a chuva média na bacia da 
figura abaixo considerando que a 
chuva observada em A é de 1300 
mm, achuva observada em B é de 
900 mm e a chuva observada em C 
é de 1100 mm? 
85 
Exercício 
86 
Solução 
¡  Média aritmética 
87 
Pm =
PB +PC
2 =
900+1100
2 =1000mm
Método de Thiessen – 1º. passo 
88 
Método de Thiessen – 1º. passo 
89