Changes in precipitation rates over the last 70 years in Eastern Paraná State, Brazil

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5902/2179460X63260

Keywords:

Hydrometeorological Series, Trends, Joseph Effect

Abstract

Temporal hydrometeorological series may present variations over time. The awareness of these characteristics is important to improve the monitoring of changes that these series may suffer along time. In this regard, the present paper aims to identify the existence of precipitation trends for the east portion of Paraná state, in Brazil, and also investigate the changes in the observed rates over the last 70 years. The statistical tests of Mann-Kendall and Pettitt, and also the Theil-Sen estimator, are applied for series of precipitation from 13 pluviometric stations of eastern Paraná state, Brazil, with 70 years of data records. By the results it was identified long-term linear positive trend for 11 of the precipitation series and also detected medium-term patterns in precipitation over 10 stations, characterizing the Joseph effect. These series have presented a behavior with higher rates in the most recent years in comparison from the first years of the historical data, sectioning the complete series into two shorter stationary periods, and presenting an abrupt change point.

Author Biographies

Bruno Henrique Toná Juliani, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR

Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Estadual de Maringá (2017), Especialista em Gerenciamento de Projetos pelo Centro Universitário de Maringá (2019), e Mestre em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental pela Universidade Federal do Paraná (2020). Atua principalmente nos seguintes temas: hidrologia, estatística, programação, recursos hídricos, monitoramento ambiental. Possui também experiência com gestão de projetos e análise de dados.

Cristhiane Michiko Passos Okawa, Universidade Estadual de Maringá, Maringá, PR

Graduada em Engenharia Civil pela Universidade Estadual de Maringá (1992), Mestre em Engenharia Hidráulica, área de concentração: Recursos Hídricos pela Universidade Federal do Paraná (1998), Doutora em Ecologia de Ambientes Aquáticos Continentais, área de concentração: Ciências Ambientais pela Universidade Estadual de Maringá (2009) e Pós-doutora em Recursos Hídricos pela UNICAMP (2019). Professora Associada da Universidade Estadual de Maringá. Tem experiência na área Ambiental, atuando principalmente nos seguintes temas: Gestão Integrada de Águas Urbanas, Gestão Integrada de Recursos Hídricos, Análise Multicritério para resolução de conflitos em recursos hídricos, Hidrologia Urbana, Drenagem Urbana Sustentável, Cidades Inteligentes. Líder do Grupo de Pesquisa cadastrado no CNPq: GESTÃO INTEGRADA DE ÁGUAS URBANAS (UEM). Participa de 3 outros Grupos de Pesquisa: Sistemas Sustentáveis Aplicados a Áreas Urbanas (UFRGS), Laboratório de Apoio multicritério à Decisão orientada à Sustentabilidade Empresarial e Ambiental (LADSEA-UNICAMP) e Hidráulica Ambiental (UFTM). Docente credenciada no PROFCIAMB e no Programa de Pós-graduação em Engenharia Urbana, ambos da Universidade Estadual de Maringá; e no PROFÁgua pólo IPH/UFRGS. É vice-diretora da Tropical Water Research Alliance (TWRA) seção Paraná, uma associação formada por pesquisadores e especialistas australianos e brasileiros com o intuito de fomentar o intercâmbio acadêmico e políticas públicas para o manejo dos recursos hídricos. É Diretora de Eventos do Comitê de Cidades Inteligentes da ABINC.

Miriam Rita Moro Mine, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Paraná (1976), mestrado em Engenharia Civil pela Universidade de São Paulo (1984) e doutorado em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1998). Pós-doutorado na École des Mines de Paris (2006). Professora Titular da Universidade Federal do Paraná. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Hidrologia, atuando principalmente nos seguintes temas: hidrologia, mudanças climáticas, recursos hídricos, operação de reservatórios e energia elétrica.

References

AGUASPARANA. Hydrological Information System of Parana’s Water Institute. 2020. Disponível em: http://www.aguasparana.pr.gov.br. Acesso em 5 mai. 2020.

BORMANN, H.; PINTER, N. Trends in low flows of German rivers since 1950: Comparability of different low-flow indicators and their spatial patterns. River Research and Applications, v. 33, n. 7, p. 1191-1204, 2017.

BYAKATONDA, J. et al. Analysis of long term drought severity characteristics and trends across semiarid Botswana using two drought indices. Atmospheric Research, v. 213, p. 492-508, 2018.

CHAGAS, V. B. P.; CHAFFE, P. L. B. Análise das tendências de chuva no Brasil, de 1980 a 2015. In: Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 23, 2019, Foz do Iguaçu. Anais. Foz do Iguaçu: ABRHidro, 2019.

HAJANI, E.; RAHMAN, A. Characterizing changes in rainfall: A case study for New South Wales, Australia. International Journal of Climatology, v. 38, n. 3, p. 1452-1462, 2018.

JULIANI, B. H. T. et al. Estudo de estacionariedade na série histórica de precipitação da estação Tibagi, Paraná. In: Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 23, 2019, Foz do Iguaçu. Anais... Foz do Iguaçu: ABRHidro, 2019.

KAZEMZADEH, M.; MALEKIAN, A. Changeability evaluation of hydro-climate variables in Western Caspian Sea region, Iran. Environmental Earth Sciences, v. 77, n. 120, p. 12, 2018.

KENDALL, M. G. Rank correlation measures. London: Charles Griffin, 1975.

MANN, H. B. Nonparametric Tests Against Trend. Econometrica, v. 13, n. 3, p. 245-259, 1945.

MELATI, M. D.; MARCUZZO, F. F. N. Efeito da altitude na chuva média anual nas sub-bacias pertencentes à bacia do Atlântico – trecho sudeste. In: Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste, 13, 2016, Aracaju. Anais... Aracaju: ABRHidro, 2016.

LIMA, S. G. et al. Análise de tendência em precipitações no sertão alagoano: estudo de caso do município de Delmiro Gouveia. In: Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 23, 2019, Foz do Iguaçu. Anais... Foz do Iguaçu: ABRHidro, 2019.

MELLO, Y. R.; SAMPAIO, T. V. M. Análise geoestatística da precipitação média para o estado do Paraná. Revista Brasileira de Climatologia, v. 25, p. 643-660, 2019.

NAGHETTINI, M.; PINTO, E. J. A. Hidrologia estatística. Belo Horizonte: CPRM, 2007.

NATIONAL WATER AGENCY. Brazilian National Information System on Water Resources. Portal HidroWeb. Disponível em: https://www.snirh.gov.br/hidroweb/. Acesso em 5 mai. 2020.

OBREGÓN, G.; MARENGO, J. A. Caracterização do Clima no Século XX no Brasil: Tendências de Chuvas e Temperaturas Médias e Extremas. Mudanças Climáticas Globais e seus Efeitos sobre a Biodiversidade, Relatório n. 2, CPTEC/INPE, 2007.

PENEREIRO, J. C.; ORLANDO, D. V. Analysis of trends in annual time series of hydrological and climatic data in the Paranaíba river basin between Maranhão and Piauí States, Brazil. Revista Geográfica Acadêmica, v. 7, n. 2, p. 5-21, 2013.

PINTO, E. J. DE A.; AZAMBUJA, A. M. S. DE; FARIAS, J. A. M.; SALGUEIRO, J. P. DE B.; PICKBRENNER, K. (Coords.). Atlas pluviométrico do Brasil: isoietas mensais, isoietas trimestrais, isoietas anuais, meses mais secos, meses mais chuvosos, trimestres mais secos, trimestres mais chuvosos. Brasília: CPRM, 2011. 1 DVD. Escala 1.5:1.000.000. Equipe Executora: Da Costa, Margarida Regueira; Dantas, Carlos Eduardo de Oliveira; De Azambuja, Andressa Macêdo Silva; Do Nascimento, Jean Ricardo da Silva; Dos Santos, André Luis M. Real; Farias, José Alexandre Moreira; Machado, Érica Cristina; Marcuzzo, Francisco Fernando Noronha; Medeiros, Vanesca Sartorelli; Melo, Denise Christina de Rezende; Rodrigues, Paulo de Tarso R.; Weschenfelder, Adriana Burin; Sistema de Informação Geográfica-SIG, versão 2.0, atualizada em novembro/2011; Programa Geologia do Brasil; Levantamento da Geodiversidade. Disponível em: http://www.cprm.gov.br/publique/Hidrologia/Estudos-Hidrologicos-e-Hidrogeologicos/Atlas-Pluviometrico-do-Brasil-6604.html. Acesso em: 26 abr. 2021.

PIYOOSH, A. K.; GHOSH, S. K. Effect of autocorrelation on temporal trends in rainfall in a valley region at the foothills of Indian Himalayas. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, v. 31, n. 8, p. 2075-2096, 2017.

SANTOS, C. A. et al. Análise Estatística Da Não Estacionariedade De Séries Temporais De Vazão Máxima Anual Diária Na Bacia Hidrográfica Do Rio Pardo. Holos, v. 7, p. 179-193, 2016.

SEN, P. K. Estimates of the Regression Coefficient Based on Kendall’s Tau. Journal of the American Statistical Association, v. 63, n. 324, p. 1379-1389, 1968.

SIQUEIRA, B.; NERY, J. T.; MARTINS, G. Variabilidade sazonal da precipitação na bacia do Paraná em território brasileiro. Revista Brasileira de Climatologia, v. 23, p. 45-59, 2018.

QUADROS, L. E. et al. Rainfall trends for the State of Parana: present and future climate. Ambiente e Agua - An Interdisciplinary Journal of Applied Science, v. 14, n. 2, e2258, 2018.

MANDELBROT, N. N.; WALLIS, J. R. Noah, Joseph and Operational Hydrology. Water Resources Research, n. 4, n. 5, p. 909-918, 1968.

STAHL, K. et al. Streamflow trends in Europe: evidence from a dataset of near-natural catchments. Hydrology and Earth System Sciences, v. 14, p. 2367-2382, 2010.

TAN, X.; GAN, T. Y.; SHAO, D. Effects of persistence and large-scale climate anomalies on trends and change points in extreme precipitation of Canada. Journal of Hydrology, v. 550, p. 453-465, 2017.

TEEGAVARAPU, R. S. V.; NAYAK, A. Evaluation of long-term trends in extreme precipitation: Implications of in-filled historical data use for analysis. Journal of Hydrology, v. 550, p. 616-634, 2017.

THEIL, H. A rank-invariant method of linear and polynomial regression analysis. A Mathematical Sciences, v. 53, p. 386-392, 1950.

ULIANA, E. M. et al. Análise de tendência em séries históricas de vazão e precipitação: uso de teste estatístico não paramétrico. Ambiente e Água - An Interdisciplinary Journal of Applied Science, v. 10, n. 1, p. 445-458, 2015.

YANG, Y. et al. A framework for assessing flow regime alterations resulting from the effects of climate change and human disturbance. Hydrological Sciences Journal, v. 63, n. 3, p. 441-456, 2018.

ZANDONADI, L. et al. Changes in precipitation extremes in Brazil (Paraná River Basin). Theoretical and Applied Climatology, v. 123, p. 741-756, 2015.

PETTITT. A. Non-Parametric Approach to the Change-Point Problem. Applied Statistics, v. 28, n. 2, p. 126-135, 1979.

ZUFFO, A. C. O Sol, o motor das variabilidades climáticas. Revista DAE, v. 63, p. 6-24, 2015.

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Published

2021-06-02

How to Cite

Juliani, B. H. T., Okawa, C. M. P., & Mine, M. R. M. (2021). Changes in precipitation rates over the last 70 years in Eastern Paraná State, Brazil. Ciência E Natura, 43, e15. https://doi.org/10.5902/2179460X63260

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