Variabilidade climática em séries hidrológicas : identificação, origens e contribuição a eventos extremos

Abstract

Resumo: São identificadas oscilações devidas a modos de variabilidade climática em séries temporais hidrológicas, sua possível origem e sua contribuição a eventos extremos. A identificação das oscilações nas séries temporais é feita por meio de um método de decomposição em modos empíricos. A versão usada do método é a Improved Complete Ensemble Empirical Decomposition Modes with Adaptive Noise (ICEEMDAN). Investiga-se a relação de tais modos empíricos com modos de variabilidade climática obtidos por Análise de Componentes Principais de temperatura da superfície do mar global ou caracterizados por índices climáticos dados na literatura. Os modos empíricos de vazões e precipitações e dos índices e modos de variabilidade climática são comparados e possíveis variações climáticas causadoras das oscilações nas séries hidrológicas são verificadas. Bacias hidrográficas selecionadas, constituintes da Bacia do Rio Paraná são analisadas, como exemplos da identificação do papel da variabilidade climática no comportamento de séries temporais hidrológicas, da origem desta variabilidade e da sua contribuição a eventos extremos. O modo El Niño/La Niña é o maior responsável por variações na precipitação e na vazão de todas as bacias, não apenas nas escalas interanuais, mas também decadais e nas interdecadais de menor período. Outras oscilações, como a Oscilação do Atlântico Norte, a Oscilação Interdecadal do Pacífico e a Oscilação Multidecadal do Atlântico também exibem influência significativa. Demonstra-se que os eventos extremos de cheias mais críticos possuíam contribuições positivas da maior parte dos modos, e, em algumas ocasiões, de todos. Nota-se que cenários hidrológicos de secas são essencialmente formados pela persistência de contribuições negativas de modos com variabilidade mais longa. Palavras-chaves: Variações climáticas. Séries temporais hidrológicas. Eventos extremos.

Abstract: Oscillations associated with climate variability modes in hydrological time series are identified, as well as their possible source and their contribution to extreme events. Oscillations in time series are identified through a method of empirical modes decomposition. The Improved Complete Ensemble Empirical Decomposition Modes with Adaptive Noise (ICEEMDAN) is the used version. The relationship between these empirical modes and climate variability modes obtained from Principal Component Analysis of global sea surface temperature or characterized by climate indexes from literature is explored. Empirical modes of precipitation and river flows and of the climate variability modes are compared and possible climate oscillations causing these oscillations in the hydrological series are verified. Selected drainage basins within the Parana River Basin are analyzed, as examples of the identification of the climate variability role on the behavior of hydrological time series, of its source and its contribution to extreme events. The El Niño/La Niña climatic mode is the major responsible for variations in the precipitation and river flows in all the analyzed basins, not only in the interannual time scales, but also in the decadal scales and shorter period interdecadal time scales. Other climatic oscillations, such as the North Atlantic Oscillation, the Interdecadal Pacific Oscillation, and the Atlantic Multidecadal Oscillation also display significant influence. It is shown that the most critical extreme floods had positive contributions from most of the empirical modes associated with climate variability, and, in some occasions, from all of them. It is noticed that hydrological scenarios of drought are essentially formed by the persistent negative contributions of longer variability modes. Key-words: Climate variations. Hydrological time series. Extreme events.