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Andreia Filipa Ferreira de Sousa
Inundações urbanas na cidade do Porto (2010-2014): Análise da
precipitação (dados EMA), limiares críticos de precipitação e
reanálise de episódios chuvosos extremos.
Dissertação realizada no âmbito do Mestrado em Sistemas de Informação Geográfica e
Ordenamento do Território orientada pelo Professor Doutor António Alberto Teixeira Gomes.
Faculdade de Letras da Universidade do Porto
Setembro de 2015
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Inundações urbanas na cidade do Porto (2010-2014): Análise
da precipitação (dados EMA), limiares críticos de precipitação
e reanálise dos episódios chuvosos extremos.
Andreia Filipa Ferreira de Sousa
Dissertação realizada no âmbito do Mestrado em Sistemas de Informação Geográfica e
Ordenamento do Território orientada pelo Professor Doutor António Alberto Teixeira Gomes.
Membros do Júri
Professora Doutora Laura Maria Pinheiro de Machado Soares
Faculdade de Letras - Universidade do Porto
Professor Doutor Carlos Valdir de Meneses Bateira
Faculdade de Letras - Universidade do Porto
Professor Doutor António Alberto Teixeira Gomes
Faculdade de Letras - Universidade do Porto
Classificação obtida: …. valores
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Dedico esta dissertação aos meus pais, irmã, avós e
namorado pelo apoio constante.
6
Sumário
Agradecimentos……………………………………………………………………....… 5
Resumo…………………………………………………………………………………. 6
Abstract………………………………………………….……………………………… 7
Índice de figuras ............................................................................................................. 10
Índice de tabelas ............................................................................................................. 12
Lista de abreviaturas e siglas .......................................................................................... 13
Capítulo 1- Introdução/Enquadramento do tema e da área de estudo ............................ 14
1.1. Justificação do tema ............................................................................................. 14
1.2. Objetivos .............................................................................................................. 15
1. Enquadramento da área de estudo .......................................................................... 15
1.4. Estrutura e Workflow da dissertação .................................................................... 16
1.5. Estado da Arte ...................................................................................................... 18
1.5.1 Considerações gerais sobre inundações/ inundações urbanas ........................ 18
1.5.2 Clima urbano .................................................................................................. 22
1.5.3 Períodos de retorno e limiares críticos de precipitação .................................. 25
1.5.4 Reanálise das situações meteorológicas ......................................................... 26
Capítulo 2 – Materiais e métodos ................................................................................... 29
2.1. Estações meteorológicas usadas .......................................................................... 29
2.1.1 Estações meteorológicas de controlo ............................................................. 34
2.2. Exploração/ fiabilidade dos dados ....................................................................... 35
2.3. Ocorrências de inundações urbanas (2010-2014) ................................................ 43
Capítulo 3 – Resultados .................................................................................................. 44
3.1. Dados ................................................................................................................... 44
3.2. Períodos de retorno e limiares críticos de precipitação ....................................... 50
3.3. Reanálise das situações meteorológicas (eventos extremos) ............................... 59
Capítulo 4- Considerações finais .................................................................................... 65
Referências bibliográficas .............................................................................................. 68
Anexos ............................................................................................................................ 74
Anexo 1 ....................................................................................................................... 75
Anexo 2 ....................................................................................................................... 76
7
Agradecimentos
A conclusão desta dissertação só se tornou possível, com a ajuda e incentivo prestados por
algumas pessoas, a quem tenho de agradecer.
Ao meu orientador, o Professor Doutor Alberto Gomes, pela orientação, disponibilidade e
apoio dado neste processo.
À Mónica Santos pela imprescindível ajuda dada para a concretização de uma parte deste
trabalho, sem a qual não seria possível.
Um agradecimento ao meu grupo de trabalho, mas também de amigos: Diana Sousa, André
Oliveira, Daniel Sousa, Mafalda Lopes e Marlene Costa pela amizade demonstrada, por todos os
dias de trabalho passados na Mapoteca, pela ajuda e apoio que sempre me deram e que ajudaram-
me a ultrapassar as muitas dificuldades que enfrentei para a concretização desta dissertação.
À minha família e namorado, pela paciência, apoio essencial e incentivo a terminar esta
etapa da vida académica.
A todos os outros amigos que nunca deixaram de demonstrar apoio.
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Resumo
São muitos os estudos feitos sobre as inundações que ocorrem em meio urbano, que têm
como causa a precipitação, e são vários os fatores que podem estar associados ao seu
desencadeamento.
Esta dissertação baseou-se no estudo das inundações urbanas na cidade do Porto que
ocorreram do ano de 2010 até 2014, no seguimento do projeto “Estudo para a identificação de
áreas suscetíveis a serem afetadas por cheias urbanas na Cidade do Porto” que resultou na criação
de uma base de dados “InundaPorto” e que possibilitou a consulta das ocorrências registadas pelo
Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto.
Numa fase posterior, com o objetivo de percebermos que episódios de precipitação
originaram estas ocorrências na área de estudo, foram analisados os valores de precipitação
horária que não faziam parte da base de dados, com recurso às estações meteorológicas
automáticas que disponibilizam dados gratuitos e via online. Foram igualmente utilizados os
dados disponíveis pelo Instituto Português do Mar e da Atmosfera para deste modo, ser possível
testar se estas estações permitem a consulta de dados fiáveis.
Para sabermos a frequência com que estas inundações ocorrem na área de estudo, foram
calculados os períodos de retorno e posteriormente os limiares críticos de precipitação, com o
objetivo de obtermos os valores de precipitação que foram atingidos e que fizeram ultrapassar os
limiares de precipitação, levando assim à ocorrência destes eventos.
Por fim, como forma de avaliarmos as situações meteorológicas que levaram ao
desencadeamento dos eventos de inundação urbana, foram feitas reanálises de dois dias
previamente escolhidos, recorrendo às anomalias registadas pelos dados disponibilizados pelo
NCER/NCAR.
Os resultados permitiram perceber o impacto que estes eventos têm na cidade do Porto, os
valores de precipitação que os originam, bem como os seus fatores desencadeantes. São um
contributo para questões do ordenamento do território e para futuras investigações.
Palavras-chave: Porto; Ordenamento do Território; Inundações Urbanas; Precipitação
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Abstract
There are many studies of floods occurring in urban areas, which are caused by rainfall,
and there are several factors that may be associated with its onset.
This thesis was based on the study of urban flooding in Porto that took place from 2010
until 2014, following the project “Estudo para a identificação de áreas suscetíveis a serem afetadas
por cheias urbanas na Cidade do Porto” that resulted in the creation of a database “InundaPorto”
and made the consultation of the events recorded by the Battalion Fire Brigade of Porto possible.
At a later stage, in order to realize which episodes of precipitation originated these
occurrences in the study area, the hourly precipitation values that were not part of the database
were analysed with the use of automatic weather stations that offer free data and via online. Also
used the data available at the Portuguese Institute for Sea and Atmosphere and thus it was possible
to test whether these stations allow the reliable data query.
To know how often these floods occur in the study area, the return periods were calculated
and subsequently precipitation thresholds, in order to obtain precipitation values have been
achieved and if they exceeded the critical thresholds of precipitation, thus leading the occurrence
of such events.
Finally, in order to assess the weather conditions that led to the outbreak of urban flooding
events, a reanalysis was made two days previously chosen, using the anomalies recorded by the
data provided by NCER / NCAR.
The results allowed a further understanding of the impact that these events have in Oporto,
the precipitation values that originate as well as their triggering factors. They are a contribution
to regional planning issues and for future research.
Keywords: Oporto; Spatial Planning; Urban Flooding; Rainfall
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Índice de figuras
Figura 1- Enquadramento geográfico da área de estudo em relação a Espanha ( A) e Portugal Continental (B) e seu contexto administrativo e rede hidrográfica ( C). .................................... 16 Figura 2- Workflow seguido nesta dissertação. .......................................................................... 17 Figura 3- Interação entre processos naturais e artificiais em meio urbano ............................... 21 Figura 4- Escalas de análise das influências e contextos meteorológicos na cidade .................. 23 Figura 5- Estações meteorológicas utilizadas para tratamento dos dados................................. 30 Figura 6- Davis Vantage Pro 2. .................................................................................................... 32 Figura 7- Davis Vantage Pro 2 Plus (Wireless). ............................................................................ 33 Figura 8- Sensor DRD11 da Vaisala ............................................................................................. 35 Figura 9- Vista mensal da estação meteorológica de Lordelo do Ouro em tabela (Setembro de 2013) ........................................................................................................................................... 36 Figura 10- Vista mensal da estação meteorológica de Lordelo do Ouro em gráfico (Setembro de 2013) ........................................................................................................................................... 37 Figura 11- Problemas encontrados na recolha dos dados nas estações meteorológicas automáticas. ................................................................................................................................ 38 Figura 12- Comparação de valores entre os dados registados pela Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e a de Pedras Rubras e Serra do Pilar (ambas do IPMA) em Abril de 2011 e Novembro de 2013...................................................................................................................... 41 Figura 13- Comparação de valores entre os dados registados pela Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e a de Pedras Rubras e Serra do Pilar (ambas do IPMA) em Setembro e Dezembro de 2014 ...................................................................................................................... 42 Figura 14- Precipitação horária no dia 8 de Janeiro de 2011 e ocorrências registadas pela hora de saída dos Bombeiros .............................................................................................................. 46 Figura 15- Precipitação horária no dia 18 de Setembro de 2014 e ocorrências registadas pela hora de saída dos Bombeiros ...................................................................................................... 47 Figura 16- Relação entre o número total de IU por ano e as precipitações totais anuais (1974 -2014) ........................................................................................................................................... 48 Figura 17- Relação entre o número total de IU por ano de ocorrência e as precipitações totais anuais (2010 -2014) ..................................................................................................................... 48 Figura 18- Distribuição mensal das inundações urbanas e das precipitações totais (2010-2014).. ..................................................................................................................................................... 49 Figura 19- Fórmula da distribuição de Gumbel tendo por base a função das probabilidades acumuladas ................................................................................................................................. 51 Figura 20- Gráfico representativo dos períodos de retorno da Estação Meteorológica da Serra do Pilar (1935-2004) e das estações meteorológicas utilizadas no período de estudo (2010-2014). .......................................................................................................................................... 52 Figura 21- Regressão polinomial obtida com base nas combinações críticas, para as inundações urbanas ........................................................................................................................................ 53 Figura 22- Intensidade de precipitação da combinação crítica quantidade-duração ................. 54 Figura 23- Precipitação diária mínima necessária para ultrapassar os limiares críticos de precipitação que levam à ocorrência de inundações urbanas no ano de 2013 e número de IU em igual período ......................................................................................................................... 56
11
Figura 24- Precipitação diária mínima necessária para ultrapassar os limiares críticos de precipitação que levam à ocorrência de inundações urbanas no ano de 2014 e número de IU em igual período ......................................................................................................................... 58 Figura 25- Base de dados online para a criação das reanálises .................................................. 60 Figura 26- Valores de latitude e longitude escolhidos para representação de Portugal.. .......... 61 Figura 27- Reanálise da precipitação (anomalias) registadas no dia 20 de Março de 2010 às 6,12,18 e 0z ................................................................................................................................. 62 Figura 28- Reanálise da precipitação (anomalias) registadas no dia 8 de Janeiro de 2011 às 6,12,18 e 0z ................................................................................................................................. 64
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Índice de tabelas
Tabela 1- Estações meteorológicas usadas para os dados de precipitação ................................ 31 Tabela 2- Estações meteorológicas (oficiais) automáticas de superfície usadas na comparação e verificação de dados .................................................................................................................... 34 Tabela 3- Estações meteorológicas usadas por mês/ano. .......................................................... 39 Tabela 4- Valores extremos das ocorrências registadas com dados de precipitação (2010-2014) ..................................................................................................................................................... 45
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Lista de abreviaturas e siglas
20Cr- Twentieth Century Reanalysis
α – Alfa
AMP- Área Metropolitana do Porto
β- Beta
BD- Base de Dados
BSB- Batalhão de Sapadores Bombeiros
CAOP- Carta Administrativa Oficial de Portugal
CIRES- Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences
CMP- Câmara Municipal do Porto
DPCCMP- Divisão de Proteção Civil da Câmara Municipal do Porto
EMA- Estações Meteorológicas Automáticas de superfície
ESRL- Earth System Research Laboratory
Fi- Probabilidade Empírica
IPMA- Intitudo Português do Mar e da Atmosfera.
ISEP- Instituto Superior de Engenharia do Porto
IU- Inundações Urbanas
NOAA- National Oceanic and Atmospheric Administration
NCAR- National Center for Atmospheric Research
NCEP- National Centers for Environmental Prediction
PSD- Physical Sciences Division
PTA- Precipitações Totais Anuais
PWS- Personal Weather Stations
SNIRH- Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos
UBL- Urban Boundary Layer
UCL- Urban Canopy Layer
UV- Radiação Ultravioleta
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Capítulo 1- Introdução/Enquadramento do tema e da área de
estudo
1.1. Justificação do tema
A presente dissertação surgiu no âmbito do projeto “Estudo para a identificação de áreas
suscetíveis a serem afetadas por cheias urbanas na Cidade do Porto” que resultou duma parceria
entre a Câmara Municipal do Porto (CMP), a Divisão de Proteção Civil da Câmara Municipal do
Porto (DPCCMP) e o Departamento de Geografia da Faculdade de Letras da Universidade do
Porto. Assim, foi criada para este projeto uma Base de Dados (BD), da autoria do aluno André
Oliveira, a qual, comporta todos registos de 40 anos de inundações urbanas (1934-2014)
registados pelo Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto (BSB), sendo de referir que os dados
relativos à precipitação horária não constavam na BD. Neste seguimento, para esta investigação
foram analisadas todas as ocorrências registadas pelos Sapadores do Porto relativas a inundações
urbanas (IU).
Como forma de caraterizar a distribuição da precipitação na cidade do Porto e perceber os
episódios de precipitação que originaram as IU na área de estudo, foram analisados os valores de
precipitação nos dias compreendidos no intervalo temporal considerado (2010-14), recorrendo a
dados gratuitos disponíveis em estações meteorológicas automáticas1, testando a
representatividade dos dados de precipitação para a cidade do Porto e a sua aplicabilidade na
investigação das IU na cidade do Porto. Foram também calculados os períodos de retorno, os
limiares críticos de precipitação e feita ainda uma reanálise de algumas situações meteorológicas
que conduziram aos eventos de IU mais extremos.
Com esta dissertação pretende-se responder a algumas questões que vão de encontro aos
nossos objetivos, BD/Inundações urbanas (2010-2014): Quais os valores extremos de
precipitação? Será possível avaliar a representatividade dos dados de precipitação para a cidade?
Quais os períodos de retorno das IU na cidade do Porto (2010-2014)? Quais os limiares críticos
de precipitação que podem levar ao desencadeamento das IU? Quais os valores de anomalias
associados à precipitação que resultaram das reanálises?
1 http://portuguese.wunderground.com/, acedido em Abril de 2015.
15
1.2. Objetivos
Um dos objetivos desta dissertação passa pelo estudo das inundações urbanas na cidade do
Porto, fazendo uma relação entre a base de dados de ocorrências e os valores de precipitação
recolhidos nas estações automáticas escolhidas (2010-2014), para obtermos assim os valores
extremos que estão associados a estes eventos.
Como forma de avaliarmos a representatividade dos dados de precipitação para a cidade e
o uso destes para uma investigação credível, foram adotadas metodologias que testaram a escolha
mais eficaz das estações automáticas que disponibilizam os seus dados para consulta.
Posteriormente foi feita uma confrontação gráfica e visual com os dados de estações
meteorológicas próximas e oficiais pertencentes ao Instituto Português do Mar e da Atmosfera
(IPMA).
Outro dos objetivos visa perceber os períodos de retorno que estão associados às IU e que
ocorreram no intervalo temporal considerado, sabendo assim, de quanto em quanto tempo é que
podem ocorrer estes eventos.
Sabermos quais são os limiares críticos de precipitação que podem levar ao
desencadeamento das IU revela-se também importante.
Por fim, e usando alguns dos eventos mais extremos, foram analisados cenários
provenientes das reanálises do NCEP/NCAR com o objetivo de verificarmos e confrontarmos os
valores de anomalias associados à precipitação para alguns dos eventos mais significativos.
1. Enquadramento da área de estudo
A área de estudo desta dissertação é o concelho do Porto (figura 1), que integra a Área
Metropolitana do Porto (AMP) que por sua vez é composta por dezoito concelhos: Amarante,
Baião, Felgueiras, Gondomar, Lousada, Maia, Marco de Canaveses, Matosinhos, Paços de
Ferreira, Paredes, Penafiel, Póvoa do Varzim, Santo Tirso, Trofa, Valongo, Vila do Conde e Vila
Nova de Gaia.
A cidade teve o seu processo de desenvolvimento a partir da frente ribeirinha do Rio Douro,
a linha de água mais importante, seguindo depois os vales dos seus tribuários (figura 1C) e áreas
aplanadas do topo do território urbano atual (Freitas, 2010).
16
De acordo com Freitas (2010), em termos geomorfológicos este território caracteriza-se
por áreas aplanadas, com altitudes que podem ir até cerca de 160 metros e vários afluentes do rio
do Douro.
Figura 1- Enquadramento geográfico da área de estudo em relação a Espanha (A) e Portugal
Continental (B) e seu contexto administrativo e rede hidrográfica (C).
1.4. Estrutura e Workflow da dissertação
No que concerne à estrutura desta dissertação ela encontra-se organizada em quatro
capítulos. No primeiro capítulo é feita uma introdução, que inclui a justificação dos motivos que
levaram à escolha deste tema para estudo; são apresentados os objetivos e questões fundamentais
que com esta dissertação se pretendia dar resposta; é feito um enquadramento geográfico da área
de estudo e foi ainda realizada uma revisão bibliográfica que resultou no estado de arte sobre os
temas que foram alvo de estudo: as inundações urbanas, a influência do clima urbano, os tempos
de retorno e limiares críticos de precipitação e ainda a reanálise das situações meteorológicas. No
17
segundo capítulo são apresentados os materiais e métodos utilizados, como é o caso das estações
meteorológicas e os registos de inundações urbanas. Segue-se o terceiro capítulo que contem os
resultados que foram obtidos da exploração dos dados, do cálculos dos períodos de retorno e dos
limiares de precipitação e ainda das reanálises obtidas. Por fim, no quarto capítulo são expostas
as considerações finais.
A figura 2 mostra o workflow seguido nesta dissertação, com objetivos essenciais que se
pretendia dar resposta e as várias fases de trabalho até obtermos os resultados finais.
Figura 2- Workflow seguido nesta dissertação.
18
1.5. Estado da Arte
1.5.1 Considerações gerais sobre inundações/ inundações urbanas
É imprescindível que se faça uma distinção entre aquilo que se chama de cheia e de
inundação, pois “ todas as cheias provocam inundações, mas nem todas as inundações são
devidas às cheias” (Ramos, 2005, p. 71).
A diretiva 2007/60/CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 23 de Outubro de 2007,
no que se refere à avaliação e gestão dos riscos de inundações, mencionam que as inundações
correspondem à cobertura temporária da terra por água ainda que temporariamente, e que são um
processo natural que não pode ser evitado, mas que existem fatores como os antrópicos,
nomeadamente a fixação da população e atividades económicas nas planícies aluviais e as
alterações em termos climáticos, que ajudam a que a probabilidade da sua ocorrência seja maior
(Parlamento Europeu & Conselho da União Europeia, 2007).
As inundações são um risco natural do tipo climático e hidrológico (Ojeda, 1997; Zêzere
et al., 2006) e podem ser consideradas processos extremos em termos hidrológicos, que resultam
de fatores naturais ou humanos (Julião et. al, 2009; Ramos, 2013). Variam muito e desencadeiam-
se devido à submersão de áreas que normalmente estão emersas (Julião et. al, 2009; Ramos, 2013),
ou seja, quando a água cobre um terreno (Ojeda, 1997). A cobertura dos terrenos por água pode
dever-se também à subida do nível freático, bem como à sobrecarga dos sistemas de drenagem
(Julião et al., 2009).
Quando ocorrem devido a fatores naturais, o fator mais significativo reside na concentração
e abundância de precipitação, mas também no regime de escoamento, na morfologia das bacias,
nos solos e na existência ou não de cobertura vegetal (Pereira & Ventura, 2004).
Por sua vez, quando resultam da ação humana, deve-se à “construção em planícies aluviais
que acelera a impermeabilização dos solos e, consequentemente, a modificação do regime
hídrico natural” (Marafuz, 2011, p. 14) e obstrução à circulação da água e artificialização das
linhas de água (Pereira & Ventura, 2004). A crescente urbanização que se tem verificado de forma
intensa leva ao “desaparecimento dos cursos de água, nomeadamente dos de regime temporário,
através da sua canalização subterrânea ou do seu entulhamento, sendo os antigos leitos fluviais
ocupados por ruas, prédios e outro tipo de construções”, tal como aconteceu à cidade de Lisboa
sobretudo depois do terramoto de 1755 (Soares et al., 2005, p. 1). A população sempre procurou
19
uma localização próximo dos cursos de água (Rebelo, 2001) e consequentemente, a construção
de habitações nos seus leitos de cheia, levando à existência de uma pressão urbanística (Lança, et
al., 2014) e a extensas áreas impermeabilizadas (Portela et al., 2000). Assim, processa-se uma
alteração dos usos do solo que influencia os espaços e a sua vertente natural (Gomes & Marafuz,
2013).
Neste contexto, Ramos (2013) considera que as inundações podem ter várias causas e por
isso, podem ser de vários tipos: cheias ou fluviais, depressões topográficas, e podem ocorrer nas
áreas costeiras ou urbanas.
No que diz respeito às inundações urbanas, visto serem o objeto de estudo nesta
investigação, o Glossário Internacional de Hidrologia define-as como um resultado do aumento
do nível da água derivado da ocorrência de precipitações, que devido à incapacidade dos sistemas
de drenagem naturais e artificiais, ficam acumuladas (Glossário Internacional de Hidrologia).
As inundações urbanas são caracterizadas por uma resposta rápida (Montesarchio, et al.,
2011), são imprevisíveis (Cunha et al., 2012) , a pluviosidade é considerada a causa mais
importante (Ramos, 2013) e ocorrem em tecido urbano impermeabilizado (Oliveira & Ramos,
2002).
De acordo com Ramos (2013), as chuvas que levam à ocorrência das IU podem ser
contínuas e prolongadas, podendo ou não haver uma elevada intensidade, ou caracterizaram-se
pela sua concentração em termos temporal e espacial e pela forte intensidade em ambiente urbano.
Para Rebelo (2001), as IU estão relacionadas sobretudo com a ocorrência de episódios de chuvas
intensas em pouco tempo, podendo desencadear-se em horas ou apenas minutos (Julião et al.,
2009; Ramos, 2013). Chuvas intensas aliadas à impermeabilização do solo levam a um forte
escoamento superficial, a uma sobrecarga dos sistemas de drenagem das águas pluviais/residuais
bem como a uma incapacidade de escoamento destes (Bichança, 2006; Oliveira & Ramos, 2002;
Ramos, 2013; Soares et al., 2005) e à subida do nível freático, quer natural, quer artificial (Ramos,
2013). Segundo Julião et al. (2009, p.55), as inundações ocorrem devido ao fato de haver uma
“sobrecarga dos sistemas de drenagem urbanos, a sua identificação deve considerar a área de
acumulação potencial do escoamento, a topografia , a malha urbana e a capacidade de vazão
desses sistemas”.
As inundações que ocorrem em meio urbano são frequentemente um problema (Lança et
al., 2014), que pelo seu carácter podem ser perigosas, dependendo da magnitude, como é o caso
da altura da coluna de água, caudal, velocidade e a frequência com que acontecem (Ramos, 2013).
20
O seu perigo é real, quando existem elementos que se encontram expostos, tal como pessoas,
atividades económicas, equipamentos e propriedades (Ramos, 2013; Soares et al., 2005; Zêzere
et al., 2006), podendo causar prejuízos económicos (Barrera et al., 2006). Ao nível dos danos, as
IU que resultam de um ineficaz sistema de escoamento das água pluviais podem acarretar danos
significativos, mas “o nível das águas não ultrapassa algumas dezenas de centímetros, afetando
pisos térreos, caves e infraestruturas” (Pereira & Ventura, 2004, p. 2).São um motivo de
preocupação para as pessoas assim como para quem é encarregue da sua monotorização (Gomes
& Marafuz, 2013).
Em meio urbano perceber a intensidade da precipitação é fundamental no estudo das IU
para saber quantas e onde ocorrem (Brandão et al., 2001), sendo que ocorrem maioritariamente
nos meses de Inverno (Dezembro, Janeiro e Fevereiro) (Santos et al., 2014) .
Velhas (1997) desenvolveu uma investigação relativa às cheias na cidade do Porto, com o
uso de dados dos Bombeiros Sapadores da cidade do Porto de Novembro de 1995 a Janeiro de
1996 relativos a ocorrências de inundações das áreas marginais e linhas de água, alagamentos ou
inundações de locais como os edifícios e caves. Nos locais onde os bombeiros ocorreram mais,
as inundações aconteceram em pequenos cursos de água, que levaram a um aumento do
escoamento em locais de baixa cota juntamente com nem sempre eficazes sistemas de drenagem
(Velhas, 1997).
Ojeda (1997) defende que o grau de inundação nas cidades é influenciado por inúmeros
fatores como a sua localização relativamente aos cursos de água, topografia e morfologia da área,
impermeabilização dos terrenos e as caraterísticas dos sistemas de drenagem. Defende que podem
haver inundações urbanas endógenas e exógenas, sendo que no primeiro caso devem-se à
urbanização que produz mudanças no ciclo hidrológico, enquanto as exógenas desencadeiam-se
a montante e afetam o sistema fluvial existente na cidade (Ojeda, 1997). As IU mais graves são
as que resultam de uma combinação entre a inundação de um rio (exógena) com episódios de
precipitação intensa diretamente sobre a cidade (endógena) (Ojeda, 1997).
Oliveira & Brito (2002), num dos estudos sobre as inundações urbanas na cidade de Lisboa,
referem que no caso desta cidade quando o volume de água é pequeno, podem haver na mesma
perturbações por exemplo na circulação metropolitana e automóvel. No caso de inundações cuja
magnitude é superior, a altura da água é maior e podem provocar maiores danos (Oliveira &
Ramos, 2002).
21
No trabalho de Pedrosa & Pereira (2006) onde são abordadas as IU na cidade de
Matosinhos, havia como objetivo perceber que fatores levam ao desencadeamento das IU
recorrendo a dados do Comando Distrital de Operações de Socorro do Porto (1999-2005) e visitas
aos locais. Concluíram entre outros fatores, que a influência da urbanização sobre os processos
de drenagem leva a uma impermeabilização do solo e a uma consequente construção em locais
ocupados por linhas de água (Pedrosa & Pereira, 2006).
Avaliar o risco à ocorrência de inundações urbanas pode ser uma tarefa desafiante, pois
como esta representado na figura 3, em meio urbano há uma interação complexa entre os
processos naturais e os artificiais, sendo que alguns são visíveis apenas à escala local (Dawson et
al., 2008).
Figura 3- Interação entre processos naturais e artificiais em meio urbano (Adaptado de Dawson
et al., 2008, p. 276).
22
1.5.2 Clima urbano
As observações meteorológicas que são realizadas em meio urbano têm aumentado, com o
objetivo de representarem mais detalhadamente o ambiente urbano e de serem obtidos e
fornecidos dados meteorológicos para as necessidades dos usuários (Oke, 2004).
Para Oke (2004), deve existir uma definição das escalas em termos espaciais e temporais,
visto que a localização das estações meteorológicas e a exposição dos instrumentos utilizados
variam.
A heterogeneidade que rodeia o ambiente típico do meio urbano condiciona as observações
a uma escala local, que podem ou não ser repetidas, pois cada local tem as suas próprias
caraterísticas (Oke, 2004).
São três as escalas que influenciam as estações urbanas: microescala, escala local e ainda
numa mesoescala, tal como é demonstrado pela figura 4, onde são visíveis também as interações
entre os componentes atmosfera, oceano, terra e biosfera (Oke, 2004; Shepherd, 2005).
Ao nível da microescala, a temperatura quer da superfície, quer do ar variam em graus e as
escalas existentes estão relacionadas com as dimensões por exemplo dos edifícios, estradas,
árvores e jardins. Dados obtidos a partir desta escala, podem ser usados para saber tendências que
escalas maiores possuem (Oke, 2004).
A escala local é aquela que é monitorizada pelas estações climáticas, onde há uma
influência por exemplo das coberturas de edifícios, espaçamentos existente entre eles e atividades
desenvolvidas (Oke, 2004). As áreas urbanas implicam logicamente a existência de atividade
humana, e apesar disso acontecer a uma escala local, os seus efeitos têm uma repercussão global,
como é o caso da alteração da composição atmosférica, do ciclo do carbono, ecossistema e
também do ciclo da água (Shepherd, 2005).
Por sua vez na mesoescala, a cidade influencia o estado de tempo e o clima numa extensão
que se estende à cidade toda. Uma única estação não consegue representar esta escala (Oke, 2004).
A figura 4 representa também a Urban Boundary Layer (UBL) que pode ser definida como
a “atmosfera urbana superior ou camada limite urbana” , bem como a Urban Canopy Layer (UCL)
que diz respeito à “atmosfera urbana inferior” (Panão et al., 2006, p. 52). A UBL é em meio
urbano mais complexa do que em áreas rurais (Piringer et al., 2002), e apesar de se encontrar ao
nível acima da linha limite, existe ainda influencia do meio urbano e fenómenos em termos
temporais e espaciais de escalas superiores (Panão et al., 2006). Por sua vez, a UCL é composta
pelas ruas e outros elementos que fazem parte da rugosidade (Piringer et al., 2002), extende-se
23
até ao limite dos edifícios mais altos e há a influência de processos em que há transmissão de
energia e massa (Panão et al., 2006).
As interações presentes na figura 4 não se aplicam numa cidade como o Porto, por diversos
fatores.
Figura 4- Escalas de análise das influências e contextos meteorológicos na cidade (camadas
verticais e escalas (Adaptado de Shepherd, 2005, p. 3).
O clima urbano de uma cidade está relacionado com as próprias características do meio
urbano (Panão et al., 2006) e pode ser definido de acordo com Beck et. al, (s/d, p.1) como “a área
de influência que uma cidade tem, capaz de modificar e criar condições adversas na atmosfera
local”.
Como refere Shepherd (2005), a urbanização que se tem verificado e o seu provável
aumento no futuro, leva não só a mudanças nos usos do solo mas também em termos da escala
global, como as possíveis alterações do sistema climático em parâmetros como a temperatura.
24
Muitos são os estudos feitos sobre as alterações climáticas, que podem dever-se a
processos internos ou devido à ação humana (Teegavarapu, 2012), tal como os feitos pelo
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), um organismo científico internacional que
avalia informações sobre o impacto que estas alterações têm a nível social e socioeconómico
(Edenhofer et al., 2014).
Amorim (2000) citado por Beck et al. (n.d) refere que as mudanças climáticas causadas
pelo ambiente da cidade influenciam a qualidade do ar, levam a que o número de inundações
urbanas aumentem através do desencadeamento de precipitação intensas, à formação de ilhas de
calor e muitos outros fatores que influenciam a qualidade de vida da população (Beck et al., n.d).
A modificação topoclimática em meio urbano e a consequente formação das ilhas de calor
que surgem e caracterizam as cidades, podem dever-se a muitas causas como a substituição de
superfícies naturais por artificiais (Beck et al., n.d; Shepherd, 2005). As propriedades térmicas
são bem diferentes e levam a que haja um armazenamento da energia solar sob a forma de calor
sensível (Shepherd, 2005); uma maior absorção da radiação, sendo que estes processos de
absorção são maiores em meio urbano (Beck et al., n.d; Rego & Barros, 2014); menor capacidade
de albedo (reflexão) (Beck et al., n.d); pouca área coberta de vegetação e ainda uma
impermeabilização dos solos devido entre outros fatores, à construção de edifícios que leva a um
forte armazenamento de calor (Beck et al., n.d). Como referem Rego e Barros (2014), a
substituição por superfícies artificiais leva ainda a mudanças na temperatura e humidade do ar e
ainda no vento e na precipitação.
A precipitação tem uma grande importância no ciclo da água e nas mudanças que pode
haver em termos climáticos e por isso, o estudo que o impacto do ambiente urbano tem na
precipitação é importante (Shepherd, 2005). Chove mais na cidade do que em áreas circundantes,
devido à criação de células de baixas pressões que aparecem em virtude do aquecimento que
ocorre de forma diferente em várias áreas e leva a que o vento gire em torno destas células (Beck
et al., n.d).O efeito que as áreas urbanas têm na chuva de maior intensidade ainda que seja difícil
comprovar, deve ter sido em conta pois há a possibilidade de haver uma sobreposição de efeitos
locais e globais (Xavier et al., 1994).
As mudanças climáticas encontram-se relacionadas com os eventos extremos de inundação
bem como a sua variabilidade, por isso, é importante que a frequência, magnitude e duração dos
eventos sejam definidas (Teegavarapu, 2012).
25
Existem estudos que defendem uma possível influência dos campos térmicos da cidade e
da poluição na precipitação, ainda que sem sempre estes sejam de fácil compreensão e aceites
(Xavier et al., 1994). Estes estudos não podem ser conclusivos em virtude da precipitação não ter
uma distribuição uniforme, devido à modificação das camadas de ar adjacentes à superfície
terrestre, que levam à criação de perturbações e posteriormente ao aumento das áreas convectivas
(Beck et al., n.d).
1.5.3 Períodos de retorno e limiares críticos de precipitação
Um dos objetivos desta investigação passou por entender com que frequência ocorrem as
IU na cidade do Porto e quais os limiares críticos de precipitação, a partir do qual ocorrem estes
eventos.
Em meio urbano, a informação relacionada com a intensidade da precipitação, frequência
e duração das chuvadas são importantes para uma melhor perceção das inundações que afetam a
cidade e os locais onde ocorrem (Brandão et al., 2001).
Os dados de precipitação têm a vantagem de serem adquiridos com certa facilidade e a
baixo custo para áreas de maior dimensão, sendo que se estes tiveram uma distribuição densa a
nível espacial, os limiares têm uma boa resolução a este nível (Pereira, 2009; Pereira et al., 2009).
Estes, ao serem ultrapassados podem desencadear um determinado evento (Vaz et al., 2013).
Pereira (2009) defende que existem limitações em termos práticos para a definição dos
limiares, nomeadamente a nível da informação que tem que ter qualidade, resolução temporal,
bem como, um número de anos suficientemente longo.
Os limiares críticos de precipitação determinam a quantidade de precipitação num certo
período de tempo, o que leva a um aumento do caudal de uma determinada secção transversal de
um rio (Montesarchio et al., 2009; Montesarchio et al., 2011).
Nos limiares calculados com base na intensidade e duração, podem existir diferenças em
áreas próximas, em termos geográficos (Pereira, 2009), pois mesmo que as condições de tempo
sejam idênticas, não chove de forma igual em todas as áreas da cidade (Rebelo, 2001).
Para que seja calculado o período de retorno de um fenómeno em específico é necessário
que os dados a usar abranjam um período razoavelmente longo, para que os resultados sejam
conclusivos (Rodrigues, 2009).
26
Saber o período de retorno ou a probabilidade de ocorrências das inundações é de extrema
importância, uma vez que possibilita saber a probabilidade com que ocorrem e qual a sua
frequência (Ramos, 2013). Pereira & Ventura (2004, p.2) afirmam que “A gravidade da
inundação está diretamente relacionada com o período de retorno”. Os períodos de retorno
revelam-se importantes, pois mostram a frequência com que a população tem de estar preparada
para a ocorrência de eventos (Ascenso & Zêzere, 2013). Segundo Andrade et al. (2006) o período
de retorno esta relacionado com a probabilidade de uma inundação de certa magnitude se repetir,
em que é definido o número médio de anos existente entre duas inundações de idêntica magnitude.
O uso dos limiares para o contexto de deslizamentos de terra e previsão de fluxos de detritos
é comum, mas existem poucos estudos que utilizaram os cálculos dos limiares de precipitação
com o intuito de prevenção e criação de sistemas de alerta para a ocorrência de cheias e
inundações (Montesarchio et al., 2009).
1.5.4 Reanálise das situações meteorológicas
As primeiras fases para a concretização da “reanálise” surgiram por parte de Brandes em
1819 e foram realizadas manualmente (Sørensen, 2012).
A partir de então, mapear as observações meteorológicas foi de extrema importância para
o tempo e investigação do clima e muitos foram os projetos de reanálise realizados (Compo et al.,
2011). Contudo, até perto do século XX estes métodos eram subjetivos, pois as características
meteorológicas eram dadas por um meteorologista (Compo et al., 2011). Mais tarde com o método
de assimilação de dados é que começam a ser criados diariamente mapas sinóticos pelos centros
meteorológicos (Daley (1991) citado por Compo et al. (2011)).
A estimativa do estado da atmosfera num determinado momento, resulta do cálculo de uma
média ponderada através de um modelo de previsão numérica do tempo, feita a partir de várias
plataformas de medição como pode é o caso das estações meteorológicas, navios e boias (Compo
et al., 2011). Se por um lado, estas análise sinóticas revelam-se importantes, por outro têm uma
utilidade limitada, em virtude da variabilidade artificial que resulta das mudanças nos métodos de
assimilação, sistemas e no modelo de previsão (Bengtsson & Shukla, 1988). Isto, levou à
utilização de um sistema de assimilação de dados fixo, bem como o modelo de previsão numérica
para evitar assim as variabilidades (Bengtsson & Shukla, 1988; Thorne & Vose, 2010).
27
As reanálises permitem a existência de dados suficientemente longos e sem falhas em
qualquer local (Pinto et al., 2006). Apesar de resultarem de dados de observação, estas estão
dependentes do modelo usado (Trigo et al., 2004).
Estes conjuntos de dados a longo prazo podem ser um recurso muito importante para a
comunidade de investigação a nível climático, nomeadamente, para validações de modelos
climáticos e estudos de diagnóstico (Compo et al., 2011).
A Divisão de Ciências Físicas (PSD) pertencente ao Laboratório de Pesquisa do Sistema
Terrestre (ESRL) realiza investigação sobre o tempo e o clima2. Tem o objetivo de perceber o
ambiente físico que caracteriza a terra e contribuir com avaliações e previsões meteorológicas de
curto prazo, bem como com previsões climáticas a longo prazo (Compo et al., 2011).
As reanálises ou também chamadas de análises retrospetivas resultaram da criação de um
leque de dados climáticos em virtude de ação conjunta do National Centers for Environmental
Prediction (NCEP) com o National Center for Atmospheric Research (NCAR) e tiveram início
em 1948 (Compo et al., 2011). As séries disponibilizadas pelo NCEP/NCAR são alvo de estudo
de trabalhos que descrevam as condições gerais da atmosfera ou análise de áreas isoladas (Pinto
et al., 2006).
O projeto “Twentieth Century Reanalysis (20Cr)” foi criado a nível internacional para
produzir mais tarde uma segunda versão das reanálises (20CRv2) e resulta de um esforço por
parte do ESRL e da PSD, em conjunto com o Instituto Corporativo para a Pesquisa em Ciências
Ambientais (CIRES) da Universidade do Colorado (Physical Sciences Division) com o objetivo
de criarem dados que resultem da observação, relativos à circulação atmosférica global desde o
século XX, e com certezas quantificadas para possíveis validações de simulações de modelos
climáticos (Compo et al., 2011).
A análise global efetuada realiza-se a cada 6 horas de acordo com o provável estado da
atmosfera, recorrendo ao método Ensemble Kalman Filter que consiste num método de
assimilação de dados em conjunto, em que as comparações feitas com radiossondas indicam que
as reanálises obtidas são de elevada qualidade (Compo et al., 2011).
Os dados do NCEP/NCAR podem ser aplicados para diferentes objetivos e metodologias,
consoante o uso que os utilizadores querem dar aos dados.
Trigo et al. (2004) utilizaram os dados de reanálise para um período de 39 anos (1958-
1997), como de forma de atualizar conclusões de outros autores e contribuir para diferentes
2 http://www.esrl.noaa.gov/psd/about/index.html, acedido em Julho de 2015.
28
resultados. Tinham como objetivo fazer uma caracterização a nível global dos impactos climáticos
de bloqueio e episódios de fluxo nos setores euro-atlântico, recorrendo à análise das anomalias de
diferentes varáveis.
No trabalho de Bernardo & Molion (2012) foi feita uma análise comparativa entre os totais
mensais de precipitação já observados e a estimação feita pela reanálise para o Nordeste
Brasileiro. Os resultados mostraram que existe uma relativa coincidência, ainda que os dados da
reanálise tendem a mudar por exemplo os picos de precipitação, diminuindo-os, e a aumentar os
mínimos (Bernardo & Molion, 2002).
Num outro estudo a variação existente da precipitação foi estudada em relação a planícies
dos Estados Unidos, com recurso às séries do NECP/NCAR que viriam a ser caracterizadas como
mais idênticas à realidade quando comparados com dados obtidos de uma reanálise regional
(CPTEC)(Barradas & Nigam, 2005).
29
Capítulo 2 – Materiais e métodos
2.1. Estações meteorológicas usadas
As observações meteorológicas surgiram praticamente no final do século XVII, mas pelo
facto de haver um crescente interesse dos fenómenos que lhe estão inerentes, evoluíram
consideravelmente a partir do século seguinte (Marques et al., 2014).
O estudo da precipitação é importante, sobretudo quando aplicado aos riscos
hidrogeormofológicos, como é o caso das inundações urbanas e do ordenamento urbano (Ganho,
2009).
Neste estudo foram utilizadas diferentes estações meteorológicas que permitissem uma
caraterização pluviométrica da área de estudo, para ser possível assim, aplicar a metodologia
pretendida, que estas cobrissem uma série temporal importante, não existissem falhas de dados e
fosse ainda possível testar a representatividade destes.
As estações meteorológicas que fornecem dados gratuitos e que serviram de referência para
um levantamento dos valores de precipitação registados e consequentemente para um cálculo dos
limiares críticos de precipitação foram as que se apresentam na figura 5, i. é. , a estação
meteorológica da Serra do Pilar e as estações automáticas de Lordelo do Ouro, Leça da Palmeira
e ainda a do Instituto Superior de Engenharia (ISEP). A escolha destas prende-se com a
proximidade à área de estudo e ainda que tenham localizações diferentes, representam as
condições meteorológicas da área de estudo.
30
Figura 5- Estações meteorológicas utilizadas para tratamento dos dados.
A tabela 1 mostra as estações de referência para o tratamento de dados e informações
importantes relativamente a cada uma delas.
Apresentam informação disponível para diferentes períodos de tempo, sendo que apenas
foram utilizados dados dos anos pretendidos.
No que diz respeito à estação meteorológica da Serra do Pilar, o período de funcionamento
teve início a partir de 1885 até ao ano de 2005, sendo que mais tarde, a 1 de Julho de 2009 retomou
atividade com a sua integração na rede nacional de EMA (Fontes, 2010). Por sua vez, as PWS
referidas foram implementadas em anos mais recentes: a de Leça da Palmeira disponibiliza dados
partir de 2008, Lordelo do Ouro de 2009 e por fim, a estação do ISEP desde o ano de 2010.
Para o cálculo dos limiares de precipitação, na estação da Serra do Pilar a análise temporal
foi de 1932 até ao ano de 2005, enquanto para as estações automáticas/locais disponíveis via
online, a análise realizou-se de 2010 até 2014, pelo fato de nos anos anteriores haver falha de
dados (ou não existirem). No que toca à relação da precipitação com as ocorrências registadas
31
pelo BSB do Porto, foram usados somente os dados das estações automáticas de 2010 ao ano de
2014.
Tabela 1- Estações meteorológicas usadas para os dados de precipitação. Fontes: (Weather
Underground) e (SNIRH).
As estações do ISEP, Leça da Palmeira e de Lordelo do Ouro utilizam diferentes sensores,
logo diferentes hardwares tal como é visível na tabela 1. As figuras 6 e 7 mostram duas estações
meteorológicas que podem ou não ter fios, com tipos de sensores diferentes: o Davis Vantage Pro
2 e Davis Vantage Pro 2 Plus (Wireless), sendo que o que os distingue é o fato de a que está
representado na figura 7 incluir um sensor de radiação solar e ultravioleta (UV). Estas estações
têm em comum um pluviómetro, sensores de temperatura e humidade, um anemómetro e ainda o
painel solar (Davis Instruments, 2015).
3 http://portuguese.wunderground.com/personal-weather-station/dashboard?ID=IPORTUGA71, acedido em Abril de 2015. 4 http://portuguese.wunderground.com/personal-weather-station/dashboard?ID=IPORTUGA11#history/s20130928/e20130928/mdaily, acedido em Abril de 2015. 5 http://portuguese.wunderground.com/personal-weather-station/dashboard?ID=IPORTOPO4#history/s20140918/e20140918/mdaily, acedido em Abril de 2015. 6 (Fontes, 2010) 7 Sem dados disponíveis. 8 Sem dados disponíveis.
Nome da
estação Latitude Longitude
Altura
(metros) Hardware Software
Período de
anos
ISEP3
N 41° 10 '
42 ''
W 8 ° 36 '
24 '' 109.1
Davis
Vantage
Pro2 Plus
(Wireless)
wview-
5.21.7 2010-2015
Leça da
Palmeira
(Sardoal)4
N 41° 11'
40 "
W 8° 42'
13" 9.1 DAVIS
Cumulus
v1.9.4 2008-2015
Lordelo
do Ouro5
N 41 ° 9 '
22 ''
W 8 ° 39 '
45 '' 70.1
Davis
Vantage
Pro 2
WeatherD
isplay:10.
37
2009-2015
Serra do6
Pilar
N 41° 8'
19.22"
W 8° 36'
9.66" 93 -7 -8
1885-2005
2009-
presente
32
Figura 6- Davis Vantage Pro 29.
9 Fonte: http://www.davisnet.com/productpics/lrg/06152_02.jpg
33
Figura 7- Davis Vantage Pro 2 Plus (Wireless)10.
As estações automáticas permitem ainda a consulta, além da precipitação instantânea (cada
5 minutos) e em valor acumulado, de outros parâmetros tal como a temperatura, ponto de orvalho,
humidade, velocidade, rajada e direção do vento e da pressão. Para algumas estações, é possível
ainda obter dados da radiação solar e do índice ultravioleta.
10 Fonte:http://www.davisnet.com/productpics/lrg/06162_02.jpg.
34
2.1.1 Estações meteorológicas de controlo
De acordo com Kalnay et al. (1996) citador por Kistler et al. (2001) a precipitação é uma
das variáveis que deve ser utilizada com restrições e comparada com outros dados.
As estações meteorológicas de controlo foram usadas com o intuito de testar a
representatividade dos dados provenientes das estações locais escolhidas e perceber se estes
podem ser aplicados à investigação da precipitação local.
Assim, foram usados os dados disponibilizados pelo IPMA, referentes às estações de
Pedras Rubras, Serra do Pilar e S. Gens (tabela 2), desde o ano de 2010 até 2014 com o objetivo
de comparar aos resultados obtidos pelas estações locais para igual período, em termos gráficos
e numéricos.
Tabela 2- Estações meteorológicas (oficiais) automáticas de superfície usadas na comparação e
verificação de dados (Fonte: IPMA).
Nome da
estação
Tipo Distrito Latitude Longitude Altura
(metros)
Data de
início
Porto- Pedras
Rubras
EMA I Porto 41° 14' 8° 40' 63 01/01/1996
Serra do Pilar-
V. N. Gaia
EMA Porto 41° 08' 8° 36'
93 01/07/2009
Porto- S.Gens EMA Porto 41° 18' -8 ° 65' 83
-11
As estações meteorológicas que fazem parte da rede nacional de Estações Meteorológicas
Automáticas (EMA) de superfície encontram-se ativas desde Junho de 2002 pelo antigo IM e são
um total de 93 EMA. A contagem dos dados é feita de 10 em 10 minutos, a uma escala horária e
tratada na sede do IM, atual IPMA (Fontes, 2010; Instituto Português do Mar e da Atmosfera).
Como demonstra a figura 8 o sensor utilizado nestas estações é o DRD11 da Vaisala que
deteta de forma rápida e precisa do início ao fim do episódio de precipitação, baseando-se nas
gostas de chuva (Instituto Português do Mar e da Atmosfera).
11 Sem dados disponíveis.
35
Figura 8- Sensor DRD11 da Vaisala. Fonte
https://www.ipma.pt/pt/educativa/observar.tempo/index.jsp?page=ema.detector.xml.
2.2. Exploração/ fiabilidade dos dados
A exploração dos dados das estações meteorológicas do ISEP, Leça da Palmeira e de
Lordelo do Ouro foi realizada via online, onde foi possível a consulta e o levantamento dos dados
de precipitação pretendidos. A consulta pode ser feita aos dados diários, semanais, mensais,
anuais ou ainda adotar os critérios à escolha do utilizador. É possível ainda obter os dados em
forma de tabela (figura 9) ou de gráfico, como está representado na figura 10.
36
Figura 9- Vista mensal da estação meteorológica de Lordelo do Ouro em tabela (Setembro de 2013)
Fonte: (Weather Underground).
37
Figura 10- Vista mensal da estação meteorológica de Lordelo do Ouro em gráfico (Setembro de 2013).
Fonte: (Weather Underground).
No que concerne ao período de anos disponível por cada uma das estações automáticas, a
que dispõe de dados mais antigos é a de Leça da Palmeira desde 2008, seguido da estação de
Lordelo do Ouro (2009) e a do ISEP com mais recentes, 2010.
Inicialmente o objetivo passou pelo tratamento de dados a partir do ano de 2009, contudo
existiam valores que estavam em falta para este ano nas estações referidas. Posto isto, foi definido
como período de estudo de 2010 ao ano de 2014.
A recolha dos dados foi realizada na vista mensal nas estações de referência, como forma
de obter assim a precipitação acumulada máxima diária para cada dia, e posteriormente tratados
em ambiente Excel.
A precipitação é uma das variáveis em que o ato de observar enfrenta mais dificuldades,
devido a fatores como erros instrumentais, relativos à exposição bem como à sua localização
38
(Molion & Bernardo, 2000). Bernardo & Molion (2002) referem que estes são erros de medida e
que para além destes, existem outros derivados das próprias estações, como é o caso das falhas.
Conforme o demonstrado pela figura 11, ao longo do levantamento foram encontrados
alguns problemas nos dados fornecidos pelas estações. Nem sempre existiam dados para todos os
dias; alguns dias tinham valores em falta; existiam tempos de contagens diferentes, pois nem
sempre eram realizadas de 5 em 5 minutos e alguns valores podem ser considerados “extremos”,
pois eram bem superiores aos registados no mesmo dia.
Figura 11- Problemas encontrados na recolha dos dados nas estações meteorológicas
automáticas.
Como forma de evitar e ultrapassar estes problemas levantados aquando da consulta dos
dados, foi feita uma alternância entre as estações, escolhendo sempre aquela que se revelava mais
completa e eficaz, evitando os problemas encontrados e de forma a haver dados para o período de
anos escolhido.
Analisando a tabela 3, é evidente que se destaca a estação de Lordelo do Ouro como aquela
que foi a mais utilizada. É notório que das estações meteorológicas consultadas, foi a que se
Problemas
Dias com valores em
falta;
Tempos de contagens diferentes;
Valores "extremos".
Dias sem dados;
39
mostrou mais completa e que foram poucos os meses em que esta estação não continha dados. É
de referir que durante cada mês foi usada sempre a mesma metodologia, ou seja, sempre a mesma
estação, para que a acumulada mensal resultante estivesse relacionada com apenas uma única
estação.
Tabela 3- Estações meteorológicas usadas por mês/ano.
Depois de percebermos que é a estação de Lordelo do Ouro a mais completa e como forma
de verificar e testar a sua fiabilidade, foi feita uma comparação visual relativamente aos dados
disponíveis pelo IPMA, um organismo público que se apresenta como o responsável por tudo que
se relaciona pelo mar e atmosfera (IPMA).
2010 2011 2012 2013 2014
Janeiro Leça da
Palmeira Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro
Fevereiro ISEP Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro
Março ISEP Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro
Abril ISEP Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro
Maio Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro
Junho Lordelo do
Ouro Leça da
Palmeira Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro
Julho Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Leça da
Palmeira
Agosto Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro
Setembro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro
Outubro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro
Novembro Lordelo do
Ouro Leça da
Palmeira Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro
Dezembro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Lordelo do
Ouro Leça da
Palmeira Lordelo do
Ouro
40
As figuras 12 e 13 representam a comparação anteriormente mencionada para os meses de
Abril de 2011 e Novembro de 2013, bem como para Setembro e Dezembro de 2014,
respetivamente. As datas foram escolhidas de forma aleatória, os gráficos têm representado a
precipitação acumulada diária e mensal, sendo que no caso dos gráficos pertencentes ao IPMA
contêm ainda uma média que não fez parte desta investigação e como tal, não faz parte dos
gráficos. Os valores utilizados dizem respeito à estação de Lordelo do Ouro, pelos motivos já
mencionados, também para comprovar a sua fiabilidade e de uma forma mais geral, a das outras
estações.
Assim, as figuras permitem verificar que os dados recolhidos nas estações meteorológicas
são fiáveis e que existem inúmeras semelhanças nos valores registados pela estação e as usadas
pelos IPMA, nomeadamente a de Serra do Pilar, Pedras Rubras e S.Gens.
41
Figura 12- Comparação de valores entre os dados registados pela Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e a de Pedras Rubras e Serra do Pilar
(ambas do IPMA) em Abril de 2011 e Novembro de 2013, respetivamente. Fonte: (Weather Underground) e (IPMA).
42
Figura 13- Comparação de valores entre os dados registados pela Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e a de Pedras Rubras e Serra do Pilar
(ambas do IPMA) em Setembro de 2014 e Dezembro de 2014, respetivamente. Fonte: (Weather Underground) e (IPMA).
43
2.3. Ocorrências de inundações urbanas (2010-2014)
O levantamento das ocorrências de inundações urbanas foi realizado no âmbito do projeto
“Estudo para a identificação de áreas suscetíveis a serem afetadas por cheias urbanas na Cidade
do Porto” que resultou numa parceria entre a CMP, o DPCCMP e o Departamento de Geografia
da Faculdade de Letras da Universidade do Porto ao qual resultou na criação da base de dados
(BD) “InundaPorto” que contêm todos os registos de 40 anos das inundações urbanas (1934-
2014), registadas pelo BSB Porto.
A ocorrência de IU encontra-se relacionada com episódios de precipitação, mais ou menos
intensos. Como forma de perceber os episódios de precipitação que originaram as IU na área de
estudo, foi escolhido como período de análise temporal do ano de 2010 a 2014, pois as estações
automáticas não têm dados mais antigos ou então são muitos os que se encontram em falta. Posto
isto, foi realizado o levantamento das ocorrências recorrendo à BD criada e para todas estas foram
igualmente recolhidos os dados de precipitação disponíveis pelas estações e que não existiam na
BD, tendo sempre em conta se para cada ocorrência haveriam dados disponíveis e escolhidos
apenas as que tinham.
44
Capítulo 3 – Resultados
3.1. Dados
Na tabela 4 estão representados os valores extremos que resultaram da relação feita entre
as ocorrências registadas no período de estudo, com os valores de precipitação obtidos pelas
estações meteorológicas automáticas.
Para o período em estudo houveram um total de 83 dias em que se registaram ocorrências
e que foi possível saber o valor da precipitação horária recorrendo às estações. Foram registadas
um total de 146 IU que afetaram 93 locais, com especial atenção para a Avenida Gustavo Eiffel
e a Via Panorâmica que mostraram ser os locais mais afetados, com 10 e 8 IU, respetivamente.
Neste período de 5 anos de estudo, foram registados valores extremos relativamente às
ocorrências, bem como à precipitação, e que dizem respeito aos máximos atingidos por dia, més
e ano. No que se refere ao maior número de ocorrências, o dia 8 de Janeiro de 2011 e 18 de
Setembro de 2014 foram os dias onde ocorreram mais eventos (8 IU); foi o mês de Janeiro que
neste período de tempo obteve maior número (13 IU) e o ano de 2013 foi o mais afetado com 33
inundações. Quanto os valores extremos associados à precipitação, a precipitação máxima diária
acumulada registada foi de 52,3 milímetros (20 de Março de 2010), o mês que acumulou mais
chuva foi o de Fevereiro de 2014 com 296,8 mm, o que em termos anuais coincidiu pois o ano
mais chuvoso foi o ano de 2014, com uma precipitação total anual de 1409,8 mm.
45
Tabela 4- Valores extremos das ocorrências registadas com dados de precipitação (2010-2014).
Fonte: Base de dados “InundaPorto” e (Weather Underground).
As figuras 14 e 15 são representativas graficamente dos dias em que se se registaram um
maior número de ocorrências, no dia 8 de Janeiro de 2011 e 18 de Setembro de 2014,
respetivamente.
Conforme o demonstrado na figura 14, no dia 8 de Janeiro de 2011 verificaram-se episódios
chuvosos de alguma intensidade, o que levou a uma precipitação diária acumulada de 45,34
milímetros. Isto vem comprovar as ocorrências registadas, em que a maioria dos locais ficaram
inundados após dois episódios de maior intensidade.
46
Figura 14- Precipitação horária no dia 8 de Janeiro de 2011 e ocorrências registadas pela hora de saída
dos Bombeiros. Fonte: Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e Batalhão de Sapadores Bombeiros
do Porto.
Por sua vez, o dia 18 de Setembro de 2014 (figura 15) foi um dia mais chuvoso em que a
máxima diária foi de 52,49 milímetros. Evidenciam-se dois episódios chuvosos, sobretudo o
segundo que foi o de maior intensidade, onde imediatamente a seguir desencadearam-se todas as
ocorrências registadas neste dia.
47
.
Figura 15- Precipitação horária no dia 18 de Setembro de 2014 e ocorrências registadas pela hora de
saída dos Bombeiros. Fonte: Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e Batalhão de Sapadores
Bombeiros do Porto.
A distribuição dos locais que foram alvo de inundações poderá estar relacionada com a
deslocação das massas de ar, que estiveram na origem das precipitações desencadeadas.
Para uma melhor caraterização das IU e precipitação que afetam a área de estudo, foi feito
uma relação entre o total de inundações urbanas registadas e as Precipitações Totais Anuais
(PTA), mas com diferentes durações em termos do período de estudo, conforme o demonstrado
nas figuras 16 e 17.
A figura 16 que integra o projeto, representa as IU registadas na base de dados já referida
de 1974 a 2014, ou seja, para um período de 40 anos e as PTA. É visível que não existe uma
correlação entre os dados, nem uma tendência significativa.
A figura 17 representa o período alvo de estudo desta dissertação e a mesma relação. De
uma forma geral o número de ocorrências acompanha as subidas ou descidas nos valores de
precipitação totais, com exceção do ano de 2013, pois foi o ano em que se registou um maior
número de inundações urbanas (43 ocorrências), contudo não foi quando se registou o máximo
em termos de valores de precipitação, visto ter sido no ano de 2014 (1409,8 mm). Os valores de
2013 levam a concluir que este poderá ter sido um ano de IU mais concentradas.
48
Figura 16- Relação entre o número total de IU por ano e as precipitações totais anuais (1974 -
2014). Fonte:“InundaPorto”, Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto, Estação Meteorológica da
Serra do Pilar e (Weather Underground).
Figura 17- Relação entre o número total de IU por ano de ocorrência e as precipitações totais anuais
(2010 -2014). Fonte: “InundaPorto”, Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto e (Weather
Underground).
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0
20
40
60
80
100
120
ocorrências P(mm)Nrº P(mm)
precip.
ocorr.
49
A distribuição mensal das IU e da precipitação para o período de estudo está representada
na figura 18, onde é visível que os meses que registaram um maior número de inundações urbanas
de 2010 a 2014 foram Janeiro (13), Novembro (12), Fevereiro e Outubro ambos com 11 IU, pelo
fato de nestes meses se registarem os máximos de precipitação. É de referir que por outro lado,
os meses em que ocorreram inundações urbanas em menor número foram os meses de Agosto
com apenas 2 IU, Junho e Julho com apenas 1 cada um, sendo que os valores de precipitação
foram também naturalmente os mais baixos.
Figura 18- Distribuição mensal das inundações urbanas e das precipitações totais (2010-2014).
Fonte: Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto e (Weather Underground).
Os dados de precipitação consultados nas estações meteorológicas automáticas utilizadas
podem ser considerados representativos da precipitação na cidade do Porto.
50
3.2. Períodos de retorno e limiares críticos de precipitação
Numa primeira fase para que fossem realizados os cálculos necessários para obter os
limiares de precipitação, foram utilizados os dados da Estação Meteorológica da Serra do Pilar
para o período de análise temporal de 1932 a 2005, visto que depois desta data não existem de
dados para esta estação. Para um período mais recente, nomeadamente de 2010 a 2014, os dados
de precipitação utilizados foram os das estações automáticas que foram previamente comparados
com os disponibilizados pelo IPMA de forma a valida-los, pois estas estações ou não fornecem
dados de 2006 a 2009 ou em alguns casos existem mas na sua maioria estão em falta e outras
deixaram ainda de disponibilizar os dados. Para que houvesse um bom aproveitamento dos dados
destas estações, a representação dos anos e os posteriores cálculos, foram feitos por ano civil e
não climatológico, estendendo este método aos dados da estação da Serra do Pilar. Foram assim
usados um total de 79 anos para realizar os cálculos.
Os valores de precipitação diária foram analisados e posteriormente calculados para
diferentes durações de tempo, nomeadamente para 1, 2, 3, 4, 5 e 10 dias, obtendo assim as
acumuladas absolutas e intensidades respetivas. Não foram utilizadas durações superiores pelas
características das IU que sendo eventos bastantes frequentes, estas durações são bastantes
representativas. Assim, foram obtidos para cada ano os máximos acumulados para as diferentes
durações, e para cada uma destas a média e desvio padrão, bem como os parâmetros Alfa (α) e
Beta (β). Os máximos acumulados para as diferentes durações foram usados no cálculo do período
de retorno pelo método de probabilidade de excedência de extremos de Gumbel (1958).
Foram depois consideradas todas IU registadas no período de análise estudado (83 IU) e
para cada uma delas foram inseridos os máximos de precipitação em 1, 2, 3, 4, 5 e 10 dias. Nem
sempre havia valores para todas as durações no dia em que o evento ocorreu, pelo que em algumas
foi necessário usar o valor do dia antecedente. Contudo, nas IU dos dias 3 e 4 de Janeiro de 2010
e pelo fato de não haver dados relativos neste caso a Dezembro de 2009, não foi possível adotar
o valor dos dias antecedentes para uma duração de 4,5 e 10 dias na IU de 3 de Janeiro e de 5 e 10
dias para a que ocorreu a 4 de Janeiro de 2010.
No cálculo dos períodos de retorno, foi usada a teoria de valores extremos, a distribuição
de Gumbel, que segundo Dias et al. (s/d), é a mais usada para representar os máximos. Gumbel
foi o primeiro a aplicar a estatística de extremos em diferentes áreas, como é o caso da hidrologia
(Katz, 2010).
51
Conforme o demonstrado na figura 19 foi usada a função das probabilidades acumuladas
e ajustada com o uso dos parâmetros. O cálculo dos parâmetros (α) e (β) é importante para ajustar
a distribuição de Gumbel aos valores máximos diários da precipitação e obter os parâmetros de
escala (α) e posição (β) nesta distribuição.
Figura 19- Fórmula da distribuição de Gumbel tendo por base a função das probabilidades
acumuladas. Adaptado de Dias, Braunschweig, Grosso, Costa, and Garrett (n.d, p. 36).
Os cálculos para os períodos de retorno para as ocorrências de 2010 a 2014 em diferentes
durações de tempo mostraram períodos de retornos curtos de apenas 1 e 2 anos, o que significa
que eventos desta magnitude na cidade do Porto ocorrem praticamente todos os anos. Sendo a
precipitação a sua causa, em meio urbano há uma interação de vários fatores que condicionam a
ocorrência destas inundações, tal como é o caso dos sistemas de drenagem que muitas vezes já se
encontram em sobrecarga e não conseguem dar vazão à água, ao entulho que se localiza junto das
sargetas e à intensa impermeabilização dos solos, impossibilitando o escoamento da água pluvial.
A figura 20 diz respeito aos períodos de retorno associados à estação meteorológica da
Serra do Pilar (pontos azuis) para o período temporal que vai de 1935 até 2004 e que foram
calculados no âmbito do projeto, bem como os períodos de retorno que foram obtidos nesta
dissertação (pontos vermelhos) e referidos anteriormente como os que resultaram dos cálculos
efetuados (2010-2014). Assim, é notório que para o período temporal analisado mesmo sendo
uma amostra mais pequena comparativamente à da Serra do Pilar, se encaixa num período bem
mais longo, pelo que se comprovam os períodos de retorno obtidos.
52
Figura 20- Gráfico representativo dos períodos de retorno da Estação Meteorológica da Serra do
Pilar (1935-2004) e das estações meteorológicas utilizadas no período de estudo (2010-2014).
Posteriormente foi calculada a combinação crítica de quantidade/duração para cada
ocorrência, tendo como referência o valor do período de retorno mais elevado de todas as durações
calculadas. A cada valor de referência estava associado um valor de precipitação que foi usado
juntamente com o número da duração de dia que obteve o maior valor. As combinações críticas
resultaram na regressão polinomial representada na figura 21: y= -0,8878x2 + 20,668x + 2,1855,
que representa o limiar crítico de precipitação e em que o aumento da precipitação acumulada e
da duração em dias seguem esta equação, com um coeficiente de determinação (R²) de 0,7722,
que representa a sua validade.
53
.
Figura 21- Regressão polinomial obtida com base nas combinações críticas, para as inundações
urbanas. Fonte: BSB Porto e (Weather Underground).
O cálculo da intensidade das combinações críticas foi realizado, dividindo os valores
usados para as combinações, ou seja, entre o valor de precipitação e a sua duração que obtiveram
maior período de retorno em cada evento. Verifica-se então na figura 22, que foi na duração de 1
dia onde concentraram-se a maior parte das inundações urbanas de maior intensidade, inclusive a
que obteve maior intensidade. No entanto, o coeficiente de determinação é muito baixo, o que
não o torna válido para o cálculo dos limiares e mostra claramente que as intensidades destes
eventos não estão relacionadas com a duração.
54
Figura 22- Intensidade de precipitação da combinação crítica quantidade-duração. Fonte: BSB
Porto e (Weather Underground).
Na fase seguinte, para a representação dos limiares foram escolhidos para representação
dois anos: o ano de 2013, pelo facto de ter sido o ano que registou um maior número de IU no
período de estudo (33 IU), tentando perceber assim, se nos períodos em que se registaram as
ocorrências os limiares foram ultrapassados, ou seja, se há um ajuste dos limiares às ocorrências.
Foi também escolhido o ano de 2014, pelo facto de ter sido o ano que obteve a maior precipitação
acumulada mensal e ainda anual.
Foram utilizados os dados de precipitação diária para todos os meses de cada ano e
calculada a precipitação acumulada para as durações previamente usadas (1, 2, 3, 4, 5 e 10 dias).
Para o cálculo dos valores críticos por dia e duração foi aplicada a regressão polinomial que esta
representada na figura 21 e fazendo corresponder os X às durações correspondentes, mostrando
assim os valores onde o limiar pode não ser atingido. Isto permite fazer uma relação entre a
precipitação acumulada e a duração de dias que podem levar a que os limiares sejam atingidos.
Posto isto, foi calculada a diferença entre os valores críticos e os que efetivamente
ocorreram diariamente nas diferentes durações, para sabermos depois qual o valor mínimo de
precipitação que é necessário atingir em cada dia para ultrapassar os limiares das diferentes
55
durações. Isto resultou na definição do período favorável à ocorrência de IU, onde é visível a
precipitação crítica necessária para ultrapassar os limiares críticos de precipitação que levam à
ocorrência de inundações urbanas na área de estudo.
A figura 23 representa o ano de 2013 e o número de IU registadas em igual período. É
visível que os períodos de maior instabilidade ocorreram nos meses de Março e Outubro, havendo
ainda períodos de menor instabilidade em Janeiro, Setembro e Dezembro. É de referir que entre
o dia 28 de Setembro e 1 de Outubro foi quando ocorreu maior quantidade de precipitação acima
do limiar crítico, em cerca de 40 mm. O dia que registou um maior número de ocorrências neste
ano foi o dia 28 de Setembro (5 IU), seguido do dia 1 de Outubro (4 IU) e ocorreram precisamente
em períodos favoráveis à sua ocorrência. Cerca de 56% dos eventos (24 IU) ocorreram em
períodos em que os limiares foram ultrapassados e inversamente, 44% das IU (19) ocorreram fora
dos períodos favoráveis à ocorrência de inundações urbanas.
56
Figura 23- Precipitação diária mínima necessária para ultrapassar os limiares críticos de precipitação que levam à ocorrência de inundações urbanas
no ano de 2013 e número de IU ocorridas em igual período. Fonte: BD “InundaPorto” e (Weather Underground).
57
No ano de 2014 (figura 24) destaca-se o período de maior instabilidade ocorrido no mês de
Fevereiro, onde a precipitação ultrapassou o limiar em cerca de 44 mm, o que coincide por ter
sido o mês que dentro do período de estudo obteve a precipitação acumulada mensal (296,8 mm)
e foi ainda o mês que neste ano teve um maior número de ocorrências (9 IU). Outros meses que
apresentaram instabilidade são Setembro, Outubro, Novembro e ainda Janeiro. Nos períodos em
que o limiar foi ultrapassado coincidiram com a ocorrência de 30 IU que representam 81% do seu
total, ainda que haja exceções, pois existem 7 eventos (19%) que ocorreram fora dos limiares. O
dia 18 de Setembro foi um dos dias que obteve o maior número de IU (8) e coincide com um dos
períodos que é favorável à sua ocorrência.
58
Figura 24- Precipitação diária mínima necessária para ultrapassar os limiares críticos de precipitação que levam à ocorrência de inundações urbanas
no ano de 2014 e número de IU ocorridas em igual período. Fonte: BD “InundaPorto” e (Weather Underground).
59
É visível que nos dois anos alvo de estudo nem sempre quando ocorrem as inundações os
limiares são excedidos, pelo que esta diferença entre os limiares e as ocorrências poderá estar
relacionada com mudanças que surgem no meio urbano e que resultam da ação antrópica.
A fórmula que resultou dos cálculos poderá ser aplicada diariamente, sabendo assim se um
determinado dia poderá ser favorável à ocorrência de inundações urbanas, ainda que com algumas
restrições, pois os limiares não podem ser considerados como uma verdade absoluta e que se
aplica geralmente, pois há uma variação em termos espaciais (Vaz et al., 2013).
3.3. Reanálise das situações meteorológicas (eventos extremos)
As reanálises foram realizadas recorrendo a uma das bases online12 disponibilizadas pelo
NECP/NCAR que permite a criação de gráficos acordo com os objetivos definidos pelo usuário,
tal como o demonstrado pela figura 25.
É permitida a escolha entre várias variáveis como o índice de precipitação, a água
precipitada, temperatura do ar, pressão à superfície, humidade específica e relativa, entre outras
possíveis. Outros dos parâmetros que se pode escolher é o nível de análise que conta com 24
níveis de pressão diferentes (10, 20, 30, 50, 70, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550,
600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 e 1000 hPa). A escolha da data pode ser feita de acordo
com o pretendido, onde é inserido o ano, mês e depois o dia e pode-se incluir-se também a hora,
com valores entre o 0 e 24z (mas sem incluir o z), ou escolher um período de tempo definido.
Caso não se opte por mencionar uma hora em específico, aparece por defeito às 0h mas é possível
depois avançar de 3 em 3 horas as reanálises. Em termos de cobertura temporal, a escolha de
valores diários e mensais estão disponíveis de 1941 até anos recentes, por sua vez, caso o objetivo
seja a obtenção de médias mensais a longo prazo estão disponíveis dados de 1968 a 1996. Pode-
se ainda adicionar um rótulo aos gráficos, selecionar se queremos a cores ou a preto e branco e
com ou sem contornos. No que se refere ao tipo de gráfico podemos selecionar se queremos que
seja calculada a média dos dias especificados ou que seja dada uma estimativa de anomalia para
cada dia, que é calculada em virtude da diferença entre o valor que determinada variável tem em
12 http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/composites/subdaily_20thc/, acedido em Julho de 2015.
60
cada dia e o valor médio do período climatológico de 1968 a 1996 , sendo que este é calculado
apenas para dias e não para os anos (Coronel & Castañeda, 2010).
É ainda possível escolher da região do globo que pretendemos ou então há a possibilidade
de inserir os valores de latitude e longitude da área em estudo.
Figura 25- Base de dados online para a criação das reanálises. Fonte: NCEP/NCAR.
Para esta investigação e tendo em conta o objeto de estudo foi escolhida como variável o
índice de precipitação.
As variáveis mostram-se dependentes no que toca ao modelo de assimilação de dados
utilizado para as reanálises, sendo que a taxa de precipitação é uma das que mostra ser mais
dependente do modelo de previsão e de possíveis erros do modelo, o que pode levar a dados de
precipitação errados (Trigo et al., 2004). Segundo Trigo et al. (2004), utilização das anomalias
permite que as debilidades do modelo sejam eliminadas. Diversos estudos demonstram que esta
variável tem validade quando comparada com observações feitas aos dados de precipitação
61
(Widmann & Bretherton, 2000) e que as reanálises mostram capacidade em termos de reprodução
da precipitação diária na Europa (Reid et al., 2001). A taxa de precipitação é consistente com
outras variáveis (Trigo et al., 2004).
Para as reanálises da precipitação foram escolhidos dois dias, como forma de representar o
dia que obteve uma precipitação acumulada diária (20 de Março de 2010) bem como o dia que
registou um maior número de ocorrências (8 de Janeiro de 2011), sendo que não foi inserida
qualquer hora como forma de obtermos resultados ao longo de todo o dia. O objetivo é
percebermos que anomalias foram registadas nestes dias, ou seja, qual a diferença entre os valores
de precipitação associados à variável em relação ao período climatológico utilizado como
referência.
Em relação ao nível de análise foi escolhido o de 1000 mb pois é o mais próximo da pressão
média ao nível do mar e os gráficos foram criados com a representação dos contornos que contêm
os valores associados às anomalias e permitem uma melhor visualização. No que refere à área
para representar, foram inseridos os valores relativos à latitude e longitude, que correspondem a
uma localização aproximada de Portugal (figura 26).
Figura 26- Valores de latitude e longitude escolhidos para representação de Portugal. Fonte:
NCEP/NCAR.
Na figura 27 estão representadas as estimativas de anomalias para o dia 20 de Março de
2010, que como o já referido, foi o dia que dentro do período de estudo teve a precipitação
acumulada diária superior (52,3 milímetros). A reanálise mostra a existência de anomalias
positivas sendo de destacar que os valores superiores ocorreram desde o meio do dia (12z) até
perto do final da tarde (18z) em foram registadas anomalias de 24 mm (anexo 1). Isto mostra a
pluviosidade ocorrida neste dia e verificada nos dados das estações.
62
Figura 27- Reanálise da precipitação (anomalias) registadas no dia 20 de Março de 2010 às 6,12,18 e 0z. Fonte: NCEP/NCAR.
63
O dia 8 de Janeiro de 2011 evidenciou-se por ter sido um dos dias em que o número de IU
ocorridas foi superiores (8 IU), sendo que a sua acumulada diária foi de 45,34 mm. A reanálise
que foi feita para este dia (figura 28 e anexo 2) mostra que houve uma estimativa de anomalia
superior a 30 mm às 9 da manhã e de 25 mm às 12 horas (12z). Estes valores positivos podem
reforçar o facto de ter sido um dos dias em que houve um maior número de ocorrências.
Os valores verificados nos dois dias analisados foram comprovados com dados
provenientes das estações meteorológicas, em que os valores positivos foram realmente registados
nos períodos do dia destacados.
64
Figura 28- Reanálise da precipitação (anomalias) registadas no dia 8 de Janeiro de 2011 às 6,12,18 e 0z. Fonte: NCEP/NCAR.
65
Capítulo 4- Considerações finais
Com esta dissertação pretendia-se responder aos cinco objetivos inicialmente propostos e
que as respostas permitissem obter juízos sustentados.
Um dos primeiros objetivos passou por fazer a ligação entre as inundações urbanas que
ocorreram de 2010 a 2014 e que constam na base de dados, e os dados de precipitação disponíveis
pelas estações meteorológicas automáticas para o mesmo período de estudo. Esta relação
possibilitou-nos adquirir uma perceção geral de quais foram os episódios chuvosos que estiveram
na origem das ocorrências das IU e obtermos assim, os valores extremos associados à precipitação
e ao número de ocorrências. Destes valores, é de evidenciar o caso da Avenida Gustavo Eiffel (10
IU) e da Via Panorâmica (8 IU) que mostraram ser os locais mais afetados. Os dias com mais
ocorrências (ambos com 8 IU) foram 8 de Janeiro de 2011 onde verificaram-se episódios
chuvosos de alguma intensidade e ainda o dia 18 de Setembro de 2014 onde é de destacar foi após
a ocorrência do episódio chuvoso de maior intensidade, que desencadearam-se todas as
inundações registadas e quanto ao dia que obteve a precipitação máxima acumulada foi o dia 20
de Março com 52,3 milímetros. Quanto aos valores mensais, Janeiro foi o mês que contou com
maior número de ocorrências (13 IU), mas o que obteve a máxima acumulada, foi o de Fevereiro
de 2014 com 296,8 mm. Por fim, em questões anuais houveram mais ocorrências em 2013 e maior
acumulada em 2014 (1409,8 mm). É de destacar o ano de 2014, pois além de ter sido o mais
chuvoso, foi também o que teve o mês com mais acumulada. De uma forma geral, as precipitações
que levaram ao desencadeamento das IU foram concentradas em termos espacial o que se explica
pelo número de ocorrências registadas diariamente e pelo fato de haverem locais que ficaram
inundados mais que uma vez por dia.
A avaliação da representatividade dos dados de precipitação dos dados de precipitação para
a cidade do Porto foi feita através da consulta dos dados de precipitação horária, com base na
aplicação de metodologias que permitiram ultrapassar os problemas que se encontram associados
aos dados disponibilizados gratuitamente pelas estações alvo de estudo. A validação destes dados
foi realizada através de uma confrontação visual com os dados oficiais disponibilizados pelo
IPMA, que permitiram confirmar que os dados são fiáveis e que com o recurso a estes, é possível
sustentar o estudo da precipitação local e das IU.
66
Para dar resposta a outro dos objetivos propostos, nomeadamente o de saber-se quais os
períodos de retorno das IU na cidade do Porto (2010-2014), foram realizados os cálculos
necessários com base na distribuição de Gumbel, para diferentes intervalos temporais (de 1, 2, 3,
4, 5 e 10 dias), associados aos valores de precipitação ocorridos no período de estudo. Isto
permitiu concluir que estes eventos são caracterizados por períodos de retorno baixos,
nomeadamente de 1 e 2 anos, e que por isso, eventos desta magnitude na área de estudo ocorrem
praticamente todos os anos. A precipitação é a causa das IU, mas em meio urbano intervêm ainda
outros fatores condicionantes como a sobrecarga dos sistemas de drenagem e a intensa
impermeabilização dos solos urbanos. A comparação feita dos períodos de retorno obtidos com
os já calculados para a estação meteorológica da Serra do Pilar, mostra que estes valores apesar
de estarem relacionados com uma análise temporal curta, enquadram-se num período mais longo,
ou seja, comprovam os períodos de retorno obtidos.
No que diz respeito aos limiares críticos de precipitação que podem levar ao
desencadeamento das ocorrências, foram obtidos através dos cálculos necessários para a definição
dos limiares de quantidade/duração, que tiveram como base as combinações críticas da
precipitação acumulada (mm) e a duração em dias. Os anos de 2013 e 2014 foram utilizados para
os cálculos, a partir do qual se verificou uma diferença entre os limiares e as ocorrências, ou seja,
nem sempre quando ocorrem as inundações os limiares são excedidos. Isto poderá estar
relacionado com fatores antrópicos, que levaram a mudanças no meio urbano.
Saber que valores de anomalias estão associados à precipitação foi o último objetivo
proposto para dar resposta. Como metodologia foram utilizados os dados provenientes da
reanálise de situações meteorológicas do NCEP/NCAR para dois dias de eventos extremos,
escolhidos a título exemplificativo, em termos dos valores de precipitação acumulada (20 de
Março de 2010) e do maior número de ocorrências (8 de Janeiro de 2011). Isto possibilitou
percebermos que nos dois dias inteiros foram registadas anomalias positivas, no primeiro caso os
valores superiores ocorreram desde o meio do dia (12z) até perto do final da tarde (18z) em que
foram registadas anomalias de 24 mm, e por sua vez, no dia 8 de Janeiro de 2011 a anomalia foi
superior a 30 mm às 09h da manhã. Isto veio a ser comprovado com os dados provenientes das
estações meteorológicas.
O tema das inundações urbanas (IU) revela-se de extrema importância para a investigação
geográfica e para a ciência aplicada, derivado das suas significativas consequências no território,
quer no meio natural, quer urbano (Ojeda, 1997).
67
Os resultados permitiram obter uma visão mais geral destes eventos e percebermos que
impactos têm estes, numa cidade como a do Porto. No Porto “a ocorrência de cheias e inundações
é um fato histórico, assumido pelas gentes que aqui habitam como um fenómeno cíclico,
nomeadamente pelas memórias vividas ou documentadas (…) ” (Velhas, 1997) .
As conclusões obtidas com as metodologias aplicadas ao longo da presente dissertação,
podem contribuir como suporte a questões de planeamento urbano ou outros trabalhos de
investigação, e foram de encontro às afirmações de Ojeda (1997) e (Velhas, 1997).
O risco à ocorrência de IU deve ser tido em conta sobretudo em questões do planeamento
urbano, principalmente porque trata-se de uma cidade antiga e com uma malha urbana já
consolidada. Como forma de diminuir a sua frequência, deve de haver uma preocupação com
todas as suas características, desde a sua hidrologia, geomorfologia, geologia, a climatologia que
a caracteriza, bem como em termos antrópicos, nomeadamente pela intensa ocupação que é
exercida por parte do Homem.
Em virtude de estes eventos estarem associados a períodos de retorno baixos, em
conjugação com o facto de as ocorrências não localizarem-se sempre nos períodos favoráveis ao
seu desencadeamento, levam a concluir que na área de estudo há a influência de fatores
condicionantes e eventuais mudanças produzidas por parte do Homem em meio urbano. A
identificação dos locais mais vulneráveis é importante para que haja uma atuação mais direta,
nomeadamente ao nível do que podem ser alguns dos seus fatores condicionantes. Um dos fatores
poderá estar relacionado com os sistemas de drenagem urbanos, que são essenciais para um eficaz
escoamento da água que resulta da precipitação em meio urbano e que na sua maioria encontram-
se em estado de sobrecarga; devido à intensa impermeabilização quer subterrânea quer superficial
e o facto de muitas sarjetas encontrarem-se entupidas com material como lixo e folhas.
Outro dos contributos para a sua diminuição poderá ser com base no uso da regressão linear
que foi obtida nesta investigação, pois poderá ser aplicada para esta área de estudo e para outros
períodos temporais, ainda que devam haver certos cuidados com a sua aplicação, pois é
importante uma validação com o uso de novos dados e ocorrências.
Assim, é importante que haja uma preocupação constante com estes eventos ao nível do
planeamento e do ordenamento do território na cidade do Porto, pois tal como o demonstrado
pelos períodos de retorno obtidos, ocorrem praticamente todos os anos. É importante atenuar
eventuais consequências e em alguns casos preveni-las.
68
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Anexos
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Anexo 1
76
Anexo 2