SPATIAL DISTRIBUTION AND TEMPORAL TRENDS IN RAINFALL IN MATO GROSSO DO SUL, BRAZIL

DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL E TENDÊNCIAS TEMPORAIS DE PRECIPITAÇÃO NO MATO GROSSO DO SUL, BRASIL

Authors

  • Izabel Rodrigues Leite Universidade Federal do Mato Grosso do Sul - UFMS
  • Luiz Felipe Finck Universidade Federal do Mato Grosso do Sul - UFMS
  • Aleska Kaufmann Almeida Universidade Federal do Mato Grosso do Sul - UFMS
  • Jovane Martins Correa Universidade Federal do Mato Grosso do Sul - UFMS
  • Cássia Monteiro da Silva Burigato Costa Universidade Federal do Mato Grosso do Sul - UFMS
  • Isabel Kaufmann de Almeida Universidade Federal do Mato Grosso do Sul - UFMS https://orcid.org/0000-0002-8609-2991

DOI:

https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2023.v9.n5.165-181

Keywords:

Spatiotemporal analysis, precipitation pattern, temporal variability, tropical region, trend analysis

Abstract

Knowing the spatiotemporal patterns of precipitation is essential to quantify water supply, flood control, soil erosion, and the possibility of drought in a particular region. In addition, rainfall is the most important climatological variable in the tropical region. Although an increase in problems related to extreme rainfall events has occurred over the last several decades in Brazil, few studies have been conducted investigating rainfall trends in this country. Therefore, the objective of this work was to evaluate the spatial and temporal variability of rainfall in Mato Grosso do Sul State (Brazil), during the dry season (May to September) and rainy season (October to April) over four decades. For that, initially, a linear regression analysis was applied to identify the direction of the monotonic tendency of the precipitation. Next, the trends were investigated using the nonparametric Mann-Kendall trend method. The Pettitt test was also employed to identify any changes in the time series of precipitation. For the spatial distribution of rainfall data, the Ordinary Kriging was used. The results demonstrated that the western region of the state (Pantanal south-mato-grossense) showed a significant negative trend of precipitation in the rainy season.

 

Author Biographies

Izabel Rodrigues Leite, Universidade Federal do Mato Grosso do Sul - UFMS

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Católica Dom Bosco (2016) e mestrado em Tecnologias Ambientais - Saneamento Ambiental e Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (2019). Atualmente é doutoranda no Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais na Universidade Federal de Mato Grosso do Sul. Tem experiência em docência na Ensino Superior em cursos de Engenharia e Arquitetura e Urbanismo da UFMS (2019-2020) e no curso de Engenharia Ambiental e Sanitária da Universidade UEMS (2023).

http://lattes.cnpq.br/8510715341532865

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8871-3926

Luiz Felipe Finck, Universidade Federal do Mato Grosso do Sul - UFMS

Mestre em Tecnologias Ambientais - Recursos Hídricos (UFMS/2022), Especialista em Ciências Ambientais (UFMS/2018), Graduado em Tecnologia em Gestão Ambiental (CESUMAR/2016) e Técnico em Meio Ambiente (IETAAM/2022). Possui experiência em Licenciamento Ambiental, Geoprocessamento, Análise Ambiental, Recursos Hídricos e Saneamento.

http://lattes.cnpq.br/9019765608272242

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4191-7897

Aleska Kaufmann Almeida, Universidade Federal do Mato Grosso do Sul - UFMS

Professora do Magistério Superior, Nível Adjunta, da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS). Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (2010), especialização em Engenharia de Segurança do Trabalho pelo Centro Universitário Anhanguera de Campo Grande (2012), especialização em Gestão de Projetos (MBA - Master in Business Administration) pelo Centro Universitário Anhanguera de Campo Grande (2014), Mestrado em Tecnologias Ambientais - Saneamento Ambiental e Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (2016), Doutorado em Saneamento Ambiental e Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (2021), Pós-Doutora pelo Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (2022) através do desenvolvimento de projeto de inovação e pesquisa intitulado: "Abordagem estatística e modelagem de eventos climático e hidrológicos em regiões tropicais".

http://lattes.cnpq.br/8639803940714813

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3821-3776

Jovane Martins Correa, Universidade Federal do Mato Grosso do Sul - UFMS

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões (2015). Atualmente cursa Mestrado em Tecnologias Ambientais na área de Recursos Hídricos.

http://lattes.cnpq.br/5033344764607284

Cássia Monteiro da Silva Burigato Costa, Universidade Federal do Mato Grosso do Sul - UFMS

Possui graduação em Engenharia Ambiental, formada pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (2017), sendo parte da graduação realizada nos Estados Unidos na universidade de Southern Illinois - Carbondale (2014-2015). Mestre em Tecnologias Ambientais - Saneamento Ambiental e Recursos Hídricos (2020) pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul.

http://lattes.cnpq.br/8957863381377124

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8610-4983

Isabel Kaufmann de Almeida, Universidade Federal do Mato Grosso do Sul - UFMS

Possui Graduação em Engenharia Civil pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (1994), Mestrado (2009) e Doutorado (2014) em Tecnologias Ambientais - Saneamento Ambiental e Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul. Atualmente é Professora com Dedicação Exclusiva na Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, onde ministra disciplinas relacionadas a Fenômenos de Transporte, Hidrologia, Hidráulica e Recursos Hídricos em Cursos de Graduação (Engenharia Civil, Engenharia Ambiental, Engenharia Elétrica, Engenharia de Produção e Engenharia de Computação) e Pós-Graduação (Tecnologias Ambientais). 

http://lattes.cnpq.br/7494871013945299

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8609-2991

References

ADAMOWSKI, Jan; ADAMOWSKI, Kaz; BOUGADIS, John. Influence of trend on short duration design storms. Water resources management, v. 24, p. 401-413, 2010. doi:10.1007/s11269-009-9452-z

ALVARES, Clayton Alcarde et al. Köppen’s climate classification map for Brazil. Meteorologische zeitschrift, v. 22, n. 6, p. 711-728, 2013. doi:10.1127/0941-2948/2013/0507

ANA HidroWeb — Sistema de Informações Hidrológicas, (available on‐line through the Agência Nacional de Águas, Brasília, DF, Brasil, 2018. http://hidroweb.ana.gov.br/HidroWeb/).

ASADIEH, Behzad; KRAKAUER, Nir Y. Global trends in extreme precipitation: climate models versus observations. Hydrology and Earth System Sciences, v. 19, n. 2, p. 877-891, 2015. doi:10.5194/hess-19-877-2015

BERGIER, Ivan et al. Amazon rainforest modulation of water security in the Pantanal wetland. Science of the Total Environment, v. 619, p. 1116-1125, 2018. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.11.163

BIRSAN, Marius-Victor et al. Streamflow trends in Switzerland. Journal of hydrology, v. 314, n. 1-4, p. 312-329, 2005. doi:10.1016/j.jhydrol.2005.06.008

BOERS, Niklas et al. A deforestation-induced tipping point for the South American monsoon system. Scientific reports, v. 7, n. 1, p. 41489, 2017. doi: 10.1038/srep41489

Brazil Ministério Da Integração Nacional. Instrução Normativa Nº 02, DE 20 DE DEZEMBRO DE 2016. Estabelece procedimentos e critérios para a decretação de situação de emergência ou estado de calamidade pública pelos Municípios, Estados e pelo Distrito Federal, e para o reconhecimento federal das situações de anormalidade decretadas pelos entes federativos e dá outras providências. Diário Oficial da União, Brasília, 22 de dezembro de 2016.

CONG, Zhentao et al. Understanding the hydrological trends of river basins in China. Journal of Hydrology, v. 388, n. 3-4, p. 350-356, 2010. doi:10.1016/j.jhydrol.2010.05.013

Cressie, N. A. C. Statistics for Spatial Data. Revised ed. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc, 1993. doi: 10.1002/9781119115151

DA SILVA, Vicente de Paulo Rodrigues. On climate variability in Northeast of Brazil. Journal of Arid Environments, v. 58, n. 4, p. 575-596, 2004. doi:10.1016/j.jaridenv.2003.12.002

DABANLI, İsmail et al. Trend assessment by the innovative-Şen method. Water resources management, v. 30, p. 5193-5203, 2016. doi:10.1007/s11269-016-1478-4

DAMBERG, Lisa; AGHAKOUCHAK, Amir. Global trends and patterns of drought from space. Theoretical and applied climatology, v. 117, p. 441-448, 2014. doi:10.1007/s00704-013-1019-5

DANESHMAND, Hojatollah; MAHMOUDI, Peyman. Estimation and assessment of temporal stability of periodicities of droughts in Iran. Water Resources Management, v. 31, p. 3413-3426, 2017. doi:10.1007/s11269-017-1676-8

FARMER, William H. Ordinary kriging as a tool to estimate historical daily streamflow records. Hydrology and Earth System Sciences, v. 20, n. 7, p. 2721-2735, 2016. doi: 10.5194/hess-20-2721-2016

HANIF, M.; KHAN, Azmat Hayyat; ADNAN, Shahzada. Latitudinal precipitation characteristics and trends in Pakistan. Journal of hydrology, v. 492, p. 266-272, 2013. doi:10.1016/j.jhydrol.2013.03.040

HIDALGO-MUÑOZ, J. M. et al. Trends of extreme precipitation and associated synoptic patterns over the southern Iberian Peninsula. Journal of Hydrology, v. 409, n. 1-2, p. 497-511, 2011. doi:10.1016/j.jhydrol.2011.08.049

KENDALL, Maurice George. Rank correlation methods. London: Charles Griffin. 1975.

KYSELÝ, Jan. Trends in heavy precipitation in the Czech Republic over 1961–2005. International Journal of Climatology: A Journal of the Royal Meteorological Society, v. 29, n. 12, p. 1745-1758, 2009. doi:10.1002/joc.1784

Lima, C. A. S.; Souza, R. S; Almeida, A. K.; Almeida, I. K. Economic feasibility of a rainwater harvesting system in a residential condominium in the Brazilian Midwest. International Journal of Sustainable Engineering, v. 14, n. 6, p. 1950-1961, 2021. DOI: 10.1080/19397038.2021.1961910

LONGOBARDI, A. et al. Spatial and temporal distribution of precipitation in a Mediterranean area (southern Italy). Environmental earth sciences, v. 75, p. 1-20, 2016. doi:10.1007/s12665-015-5045-8

MANN, Henry B. Nonparametric tests against trend. Econometrica: Journal of the econometric society, p. 245-259, 1945. doi: 10.2307/1907187

MARENGO, José A. Interdecadal variability and trends of rainfall across the Amazon basin. Theoretical and applied climatology, v. 78, p. 79-96, 2004. doi:10.1007/s00704-004-0045-8

MILLY, Paul CD et al. Stationarity is dead: Whither water management?. Science, v. 319, n. 5863, p. 573-574, 2008. doi:10.1126/science.1151915

MORAES, Jorge M. et al. Trends in hydrological parameters of a southern Brazilian watershed and its relation to human induced changes. Water Resources Management, v. 12, p. 295-311, 1998. doi:10.1023/A:1008048212420

NAGHETTINI, Mauro; PINTO, Éber José de Andrade. Hidrologia estatística. CPRM, 2007.

NALLEY, D.; ADAMOWSKI, J.; KHALIL, B. Using discrete wavelet transforms to analyze trends in streamflow and precipitation in Quebec and Ontario (1954–2008). Journal of hydrology, v. 475, p. 204-228, 2012. doi:10.1016/j.jhydrol.2012.09.049

NOBRE, Antonio Donato. The future climate of Amazonia, scientific assessment report. Sponsored by CCST-INPE, INPA and ARA, São José dos Campos Brazil, 2014.Available from: http://www.ccst.inpe.br/wp-content/uploads/2014/11/The_Future_Climate_of_ Amazonia_Report.pdf

NYEKO-OGIRAMOI, P.; WILLEMS, Patrick; NGIRANE-KATASHAYA, Ghaddi. Trend and variability in observed hydrometeorological extremes in the Lake Victoria basin. Journal of Hydrology, v. 489, p. 56-73, 2013. doi:10.1016/j.jhydrol.2013.02.039

OGUNTUNDE, Philip G.; ABIODUN, Babatunde J.; LISCHEID, Gunnar. Rainfall trends in Nigeria, 1901–2000. Journal of Hydrology, v. 411, n. 3-4, p. 207-218, 2011. doi:10.1016/j.jhydrol.2011.09.037

OLIVEIRA, . C. C.; ALMEIDA, . K.; GUARIENTI, . A.; LIMA, . A. S.; DE ALMEIDA, . V. F.; DE SOUZA, R. S.; DE ALMEIDA, . K. Eventos Extremos de Precipitação e o Risco de Falha Associado em Projetos Hidráulicos no Estado de Mato Grosso do Sul, BRASIL. MIX Sustentável, [S. l.], v. 7, n. 2, p. 147–160, 2021. DOI: 10.29183/2447-3073.MIX2021.v7.n2.147-160.

PAL, Indrani; AL-TABBAA, Abir. Trends in seasonal precipitation extremes–An indicator of ‘climate change’in Kerala, India. Journal of Hydrology, v. 367, n. 1-2, p. 62-69, 2009. doi:10.1016/j.jhydrol.2008.12.025

PETTIT, A. N. A non-parametric approach to the change-point problem. Applied statistics, v. 28, n. 2, p. 126-135, 1979. doi: 10.2307/2346729

SAHOO, D.; SMITH, P. K. Hydroclimatic trend detection in a rapidly urbanizing semi-arid and coastal river basin. Journal of Hydrology, v. 367, n. 3-4, p. 217-227, 2009. doi:10.1016/j.jhydrol.2009.01.014

SARR, Mamadou Adama et al. Recent trends in selected extreme precipitation indices in Senegal–A changepoint approach. Journal of hydrology, v. 505, p. 326-334, 2013. doi:10.1016/j.jhydrol.2013.09.032

SHI, Peng et al. Spatial distribution and temporal trends in precipitation concentration indices for the Southwest China. Water resources management, v. 29, p. 3941-3955, 2015. doi:10.1007/s11269-015-1038-3

DA SILVA, João dos Santos Vila; DE MOURA ABDON, Myrian. Delimitação do Pantanal brasileiro e suas sub-regiões. Pesquisa agropecuária brasileira, v. 33, n. 13, p. 1703-1711, 1998.

SMALLEY, Mark; L’ECUYER, Tristan. A global assessment of the spatial distribution of precipitation occurrence. Journal of Applied Meteorology and Climatology, v. 54, n. 11, p. 2179-2197, 2015. doi:10.1175/JAMC-D-15-0019.1

TABARI, Hossein; TALAEE, Parisa Hosseinzadeh. Temporal variability of precipitation over Iran: 1966–2005. Journal of Hydrology, v. 396, n. 3-4, p. 313-320, 2011. doi:10.1016/j.jhydrol.2010.11.034

YILMAZ, A. G.; PERERA, B. J. C. Extreme rainfall nonstationarity investigation and intensity–frequency–duration relationship. Journal of Hydrologic Engineering, v. 19, n. 6, p. 1160-1172, 2014. doi:10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000878

YILMAZ, A. G.; PERERA, B. J. C. Spatiotemporal trend analysis of extreme rainfall events in Victoria, Australia. Water Resources Management, v. 29, p. 4465-4480, 2015. doi:10.1007/s11269-015-1070-3

YUE, Sheng; PILON, Paul; CAVADIAS, George. Power of the Mann–Kendall and Spearman's rho tests for detecting monotonic trends in hydrological series. Journal of hydrology, v. 259, n. 1-4, p. 254-271, 2002. doi:10.1016/S0022-1694(01)00594-7

ZHANG, Xuesong; SRINIVASAN, Raghavan. GIS‐based spatial precipitation estimation: a comparison of geostatistical approaches 1. JAWRA Journal of the American Water Resources Association, v. 45, n. 4, p. 894-906, 2009. doi: 10.1111/j.1752-1688.2009.00335.x

ZHANG, Zengxin et al. Spatial and temporal variation of precipitation in Sudan and their possible causes during 1948–2005. Stochastic environmental research and risk assessment, v. 26, p. 429-441, 2012. doi:10.1007/s00477-011-0512-6

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Published

2023-10-10

How to Cite

Rodrigues Leite, I., Finck, L. F., Kaufmann Almeida, A., Martins Correa, J. ., Monteiro da Silva Burigato Costa, C. ., & de Almeida, I. K. (2023). SPATIAL DISTRIBUTION AND TEMPORAL TRENDS IN RAINFALL IN MATO GROSSO DO SUL, BRAZIL: DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL E TENDÊNCIAS TEMPORAIS DE PRECIPITAÇÃO NO MATO GROSSO DO SUL, BRASIL . ix Sustentável, 9(5), 165–181. https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2023.v9.n5.165-181

Issue

Vol. 9 No. 5 (2023): Mix Sustentável (edição regular)

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Científica

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Copyright (c) 2023 Izabel Rodrigues Leite, Luiz Felipe Finck, Aleska Kaufmann Almeida, Jovane Martins Correa, Cássia Monteiro da Silva Burigato Costa, Isabel Kaufmann de Almeida

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