II. Détermination du concept de souverain bien
2. La Révolution copernicienne en morale
Hayes (2003) apresenta uma compilação dos principais índices de seca utilizados nos EUA e na Austrália, indicando as suas limitações e potencialidades. Assim, refere os seguintes
índices: Percentagem da Normal, Decis, Standardized Precipitation Index (SPI), Índice de
Severidade de Seca de Palmer (PDSI) , Crop Moisture Index (CMI), Surface Water Supply
Index (SWSI) e Reclamation Drought Index (RDI). Também Vermes (1998), a propósito da definição de estratégias de mitigação da seca, apresenta um glossário dos índices de seca mais conhecidos e utilizados até então. Este autor lista e descreve resumidamente aqueles que são considerados os principais índices de seca, PDSI, CMI, SWSI, SPI, RDI, PAI (Índice
de aridez de Palfai - Pálfai Aridity Index)) e AHP (Potencial Agro-Hídrico - Agro-Hydro
Potential) advertindo que esta lista poderá ser actualizada a qualquer momento como resultado de trabalhos de investigação e desenvolvimento em curso em vários países.
Tate e Gustard (2000) definem, de um ponto de vista hidrológico, várias categorias de seca: climática, agro-meteorológica, fluvial, subterrânea e operacional. Apresentam várias formas de avaliação das secas que incluem, para além dos índices de seca, outro tipo de metodologias. Deste modo, na seca climática, Tate e Gustard referem o índice de Palmer e índices derivados deste, o SWSI, as anomalias na precipitação que expressam os desvios em relação a um valor arbitrário adoptado como padrão, os Decis e o PAI.
A seca agro-meteorológica resulta dos impactes sobre a agricultura das secas meteorológica e hidrológica. As variáveis de interesse neste tipo de seca são, preferencialmente, os défices de água no solo e as diferenças entre a evapotranspiração actual e a evapotranspiração potencial. Dos métodos referidos (Tate e Gustard, 2000) para avaliar esta categoria de seca destacam-se o índice de satisfação hídrica da FAO (FAO Water Satisfaction Index), o AHP, o índice de adequação de humidade (Index of Moisture Adequacy), o índice de humidade utilizável (Moisture Availability Index), o balanço hídrico de Thornthwaite. Todos estes métodos relacionam a evapotranspiração real (ET) com a evapotranspiração potencial (ETP), durante o ciclo cultural. Nalguns, a evapotranspiração real é obtida através do balanço hídrico do solo, noutros, de forma mais simplista, a evapotranspiração é igualada à ETP, quando, no período em análise, a precipitação excede a ETP, ou é igualada à precipitação, no caso contrário. Maracchi (2000), ao examinar os índices desenvolvidos no século XX para avaliar as secas agrícolas, classifica-os em dois grupos, de acordo com as informações necessárias para o seu cálculo: a) índices que requerem parâmetros meteorológicos ou agrometeorológicos e b) índices que requerem, além de informações climáticas, informação relativa a práticas agrícolas locais. Dentro do primeiro grupo identifica três tipos de índices, de acordo com as variáveis utilizadas na análise: i) índices de precipitação, que detectam desvios na precipitação, os quais são utilizados principalmente por gestores da água; ii) índices baseados na precipitação e temperatura, usados para a classificação climática a nível regional ou continental, adoptados essencialmente por geógrafos e iii) índices baseados na precipitação, na evapotranspiração potencial (ETP) e na humidade do solo, usados por agrónomos. Pereira (1990) assinala, a propósito do índice AHP, que este não deverá ser considerado um índice de seca, mas sim um índice que, avaliando a relação água-planta, traduz o défice hídrico da cultura. Estas mesmas considerações são extensíveis aos outros índices agro- meteorológicos (Pereira et al., 2002a). Uma vez que não se devem, desde logo, identificar situações de défice hídrico de uma dada cultura como situações de seca, torna-se indispensável uma análise frequencista ou probabilística de séries longas destes índices. Esta análise permitirá relacionar os valores actuais do índice, referentes a um dado intervalo
de tempo, com a série histórica registada em intervalos de tempo análogos, sendo essencial para a identificação e quantificação da severidade de seca agrícola.
A seca fluvial, assim designada por Tate e Gustard (2000), refere-se a situações de redução significativa do escoamento. As metodologias referidas por estes autores para identificação desta categoria de secas incluem curvas de frequência de caudais, processos discretos de Markov, índices de deficiência de precipitação e de escoamento, assim como a teoria dos chorrilhos (runs).
A seca subterrânea é definida (Tate e Gustard, 2000) por uma recarga anual dos aquíferos inferior à média, com duração superior a um ano. Os níveis de água subterrânea são mais fáceis de medir que o armazenamento, sendo habitualmente usados como indicadores de seca subterrânea (Lanen e Peters, 2000).
A seca operacional resulta de conflitos entre a escassez de água e a gestão da procura da água. O grupo de indicadores de seca operacional apresentado por Tate e Gustard (2000) baseia-se nas relações entre o volume de água armazenado, a procura e o fornecimento. Uma revisão dos índices de seca utilizados nos EUA no século XX é apresentada por Heim (2002). Este autor considera o trabalho desenvolvido por Palmer (1965) um marco na evolução dos índices de seca. Assim, Heim (2002), agrupa cronologicamente os índices de seca em: a) índices de seca iniciais, desenvolvidos antes de 1965; b) índice de Palmer e índices que decorrem do índice de Palmer (Crop Moisture Index, Palmer Hydrological Drought Index, Índice de Anomalia de Humidade ( ), Índice de Palmer Ponderado) e c) índices Pós-Palmer. Adoptando a perspectiva cronológica de Heim, apresenta-se seguidamente uma breve descrição dos índices de seca correntemente utilizados.
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O primeiro grupo de índices, baseados na precipitação ou no escoamento, usam como medida de seca os desvios da precipitação ou do escoamento em relação às condições estabelecidas como normais. Por exemplo, a Percentagem da Normal resulta do quociente entre a precipitação actual, verificada no intervalo de tempo em análise, e a precipitação “normal”, geralmente considerada a média de 30 anos de intervalos de tempo análogos. Este é um índice fácil de calcular, podendo reportar-se a qualquer escala de tempo (um mês, grupos de meses ou um ano). Como geralmente a precipitação não segue distribuição normal, a precipitação média não coincide com a precipitação mediana, ou seja, existe assimetria. Por esse motivo, os valores deste índice não são comparáveis, nem espacial nem temporalmente.
Outros índices, na fase Pré-Palmer, reportam-se a definições locais de seca, sendo por isso de aplicação limitada (e.g. Inglaterra – 15 dias consecutivos com precipitação inferior a
0,25 mm ou 1 mm; Bali – período de 6 dias sem chuva; Líbia – precipitação anual inferior a 180 mm; Rússia – períodos de 10 dias consecutivos com precipitação total inferior a 5 mm; Índia – semanas com precipitação não superior a metade do valor normal) (Heim, 2002). A evapotranspiração potencial, conceito introduzido por Thornthwaite em 1931, designando “as perdas de água que ocorrerão se não existir deficiência de água no so o para o uso da vegetação” (Thornthwaite, 1944, citado em Linsley et al., 1988), possibilitou o desenvolvimento de novos índices de seca. Thornthwaite desenvolveu uma fórmula expedita para o cálculo da evapotranspiração potencial, baseada na temperatura média diária, na latitude e no dia juliano, tornando possível a sua quantificação. Penman, em 1948, combinando a equação do balanço de energia de uma superfície vegetada com as equações dos fluxos de calor sensível e latente (Alves, 1995), propôs uma nova equação para o cálculo da evapotranspiração que utiliza a radiação solar, a temperatura do ar, a duração do dia, a humidade relativa e a velocidade do vento. Penman (1956) define a evapotranspiração potencial como “a quantidade de água transpirada, por unidade de tempo, por uma cultura vegetal baixa, de altura uniforme, cobrindo completamente o solo, bem abastecida de água”. O balanço hídrico do solo considera o solo um reservatório em que se verificam entradas e saídas de água. A variação do volume de água armazenada no reservatório solo é calculada combinando a precipitação, a evapotranspiração potencial e a capacidade de armazenamento do solo. O balanço hídrico do solo ganhou especial importância na identificação da seca agrícola e no cálculo das necessidades de rega.
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O índice desenvolvido por Palmer (Palmer, 1965) para a identificação das secas meteorológicas incorpora a precipitação anterior, a oferta e a procura de humidade. Um dos termos da procura de humidade corresponde à evapotranspiração potencial calculada segundo Thornthwaite. O cálculo do índice de Palmer requer dados mensais de precipitação, de temperatura e da reserva utilizável do solo vulgarmente designada por capacidade utilizável. O índice baseia-se no balanço hídrico do solo e no cálculo dos desvios entre a precipitação actual e a estimativa da precipitação considerada ajustada às condições climáticas locais. Esses desvios são convertidos em índices de anomalia de humidade e posteriormente transformados no índice de Palmer, através de um algoritmo mais ou menos complexo, conforme apresentado na secção 3.2.3. O índice de Palmer é largamente usado nos EUA e é um dos índices em que se baseia o Atlas Nacional Electrónico da Seca (National Electronic Drought Atlas), fazendo ainda parte dos sistemas de monitorização da seca em vários estados. O índice não é fiável para regiões onde a
variabilidade na precipitação e no escoamento é elevada (Smith et al., 1993). A sua
noutros países (Briffa et al., 1994; Szinell et al., 1998; Kim e Valdés, 2002; Cancelliere e Salas, 2004). O índice de Palmer foi concebido com o objectivo de fornecer uma medida padronizada das condições de humidade que permitisse comparações espaciais e temporais. Todavia, identifica situações de seca severa e extrema com uma frequência mais elevada numas regiões do que noutras; segundo Guttman (1998b), o índice de Palmer sobreavalia a frequência de secas severas e extremas.
O índice de anomalia de humidade , o PHDI (
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Palmer Hydrological Drought Index) e o CMI(Crop Moisture Index) (Palmer, 1968) derivam de procedimentos utilizados no cálculo do índice de Palmer, vulgarmente designado por PDSI (Palmer Drought Severity Index) e são incluídos cronologicamente por Heim (2002) no grupo de índices de seca de Palmer. O
índice de anomalia de humidade e o PHDI são índices intermédios obtidos aquando do
cálculo do PDSI; são referidos detalhadamente na secção 3.2.3. O CMI, calculado semanalmente, identifica as secas agrícolas potenciais. Este índice baseia-se na temperatura média e na precipitação da semana de interesse e também no valor do CMI calculado para a semana anterior. É utilizado para avaliar as condições de desenvolvimento das culturas, sendo geralmente igual a zero, quer no início, quer no fim do período vegetativo. Por esta razão, deverá apenas ser aplicado durante o ciclo de desenvolvimento das culturas. O CMI não permite identificar secas com uma duração superior àquele período. Foi concebido para quantificar as condições de humidade no curto prazo e, ao contrário do PDSI, não fornece indicações sobre a evolução das condições de humidade a longo prazo. Se, por exemplo, ocorrer precipitação durante um período de seca, existe reflexo imediato sobre o CMI, embora a situação de seca a longo prazo, indicada pelo PDSI, possa continuar a persistir. O índice de Palmer ponderado, WPDSI, resulta de valores de variáveis intermédias obtidas na aplicação do algoritmo de Palmer e é recomendado para a monitorização da seca em tempo real (Heddinghaus e Sabol, 1991).
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Depois da introdução do índice de Palmer e dos seus derivados foram desenvolvidos vários índices, baseados no balanço hidrológico, que pretendiam colmatar algumas das deficiências apontadas ao índice de Palmer.
No domínio da hidrologia, Yevjevich (1967) aplicou a teoria dos runs, traduzida por teoria
dos chorrilhos (Vaz, 1993; Santos, 1996), na identificação de eventos secos. Cada sequência temporal de valores da variável analisada, inferiores a um dado limiar crítico, constitui um chorrilho negativo e identifica um período seco. A teoria dos chorrilhos permite caracterizar um evento seco em termos de duração, severidade e magnitude (Dracup et al., 1980a). Esta metodologia, inicialmente aplicada na análise dos escoamentos (e.g. Yevjevich, 1967; Sen, 1976; Dracup et al., 1980a; Dracup et al., 1980b), tem também sido
aplicada à precipitação (Rossi, 1979, 1989; Santos, 1981, 1983b; Vaz, 1993; Santos,
1996; Cancelliere e Rossi, 2003; Paulo et al., 2003a). O défice hídrico total (Total Water
Deficit) obtém-se somando as diferenças entre os valores críticos e a variável analisada, designadas por défices, durante um chorrilho negativo.
O método dos Decis (Gibbs e Maher, 1967) é simples e fácil de calcular. A precipitação mensal é ordenada e agrupada, correspondendo cada grupo a 10% das ocorrências. A precipitação é então classificada na seguinte escala: muito abaixo do normal (1º e 2º decis), abaixo do normal (3º e 4º decis), quase normal (5º e 6º decis), acima do normal (7º e 8º decis) e muito acima do normal (9º e 10º decis). Para que os decis obtidos sejam representativos são necessários períodos de registo longos (Hayes, 2003). É usado pelo Australian Drought Watch System como medida meteorológica da seca e é tido em consideração na decisão de apoio governamental aos agricultores em caso de seca.
O SWSI (Surface Water Supply Index) foi desenvolvido em 1982 com o objectivo de complementar o índice de Palmer em regiões montanhosas, onde a neve e o degelo constituem importantes fontes de abastecimento dos cursos de água. O SWSI, calculado para cada bacia hidrográfica, usa dados mensais de precipitação, de altura de neve e de água armazenada nos reservatórios. As observações de cada variável são somadas e padronizadas, através da análise de frequências aplicadas às respectivas séries históricas. A probabilidade de não excedência referente à soma actual de cada componente permite comparar componentes em termos de probabilidades. Cada componente é ponderada de acordo com a sua importância na bacia e a soma destes valores ponderados dá origem ao SWSI. Este índice é centrado em zero e varia entre –4,2 e 4,2. O SWSI e algumas modificações ao índice são usados, em conjunto com o índice de Palmer, para desencadear a activação e desactivação de Planos de Seca em algumas regiões dos EUA. O SPI (Standardized Precipitation Index), desenvolvido por McKee et al. (1993), baseia-se na distribuição de probabilidades da precipitação, em várias escalas temporais (3, 6, 12, 24, 48 meses). O seu cálculo em diferentes escalas temporais permite avaliar os impactes diferenciados da seca sobre as várias formas de recursos hídricos, superficiais, subsuperficiais e subterrâneos. O SPI é normalizado no espaço e no tempo, e, por esse motivo, permite comparações entre meses e entre regiões. Este índice é relativamente recente e a sua utilização tem vindo a expandir-se quer dentro quer fora dos EUA, onde foi desenvolvido. Uma apresentação mais detalhada do índice é fornecida na secção 3.3.2. Na Grã-Bretanha, Phillips e McGregor (1998) desenvolveram um índice, o Drought Severity Index (DSI), que se baseia nos défices acumulados de precipitação. No seu cálculo podem
ser usadas sequências de 3 e de 6 meses, obtendo-se assim o DSI3 ou o DSI6. Com o DSI3
considera-se que a seca tem início quando a precipitação num dado mês é inferior à média desse mês e a precipitação média registada nos últimos três meses é também inferior à média das precipitações médias dos meses correspondentes; uma seca termina apenas quando a precipitação média dos últimos três meses for excedida. O valor do índice, expresso em percentagem, resulta da divisão da soma dos défices pela precipitação média anual local. O valor final do índice expressa o défice acumulado como uma
percentagem da precipitação média anual. O índice DSI6 calcula-se de forma semelhante
mas para um período de seis meses. A escolha do período de agregação do défice acumulado depende dos recursos hídricos dominantes na região: os 3 meses são mais apropriados para zonas onde dominem as águas superficiais e os 6 meses para áreas onde as reservas subterrâneas são mais importantes (Goldsmith et al., 1997).
Neste grupo de índices estão ainda incluídos índices desenvolvidos especificamente para determinadas regiões/continentes do Mundo. Entre estes, destacam-se os índices National Rainfall Index (RI), Dependable Rains (DR) e Drought Area Index (DAI).
O National Rainfall Index é um indice desenvolvido por Gommes e Petrassi (1994) para
comparar o comportamento da precipitação a uma escala nacional e continental, tendo sido aplicado em vários países da África sub-sahariana. Permite comparações entre anos e entre regiões e/ou países. O RI é calculado em cada região, tomando a precipitação anual média, ponderada pelas precipitações médias históricas disponíveis em todos os locais de medição da região de interesse. Locais com precipitação mais elevada têm um maior peso no cálculo do índice do que locais situados em áreas mais secas e com menor precipitação. De um modo geral, em África, onde predomina a agricultura de sequeiro, as regiões mais produtivas do ponto de vista agrícola coincidem com aquelas em que se registam valores mais elevados de precipitação. É também nestas zonas que a densidade da rede de medição é maior. Por estes motivos, o RI é um índice vocacionado para a agricultura e a sua aplicação tem mostrado que está bem correlacionado com as produções das culturas com maior peso na agricultura do país em causa (Figura 3.1) . Uma das vantagens deste índice reside no facto de poder ser calculado a partir do momento em que começaram a existir registos de precipitação. Uma vez que o índice é calculado de acordo com os dados disponíveis e ponderado pelas estações usadas no seu cálculo, é possível obter séries temporais longas do índice, usando para cada período de tempo os dados referentes aos postos de medição existentes.
O índice Dependable Rains, estabelecido por Le Houérou et al. (1993), é definido como a altura de precipitação que ocorre com uma frequência de quatro em cada cinco anos. O
comportamento deste índice em relação à precipitação média anual varia de região para região, podendo tomar valores que vão desde os 40-50% da precipitação média anual no Sahara até valores de 80% em regiões onde a precipitação média anual se situa entre 700 e 800 mm. O índice constitui uma ferramenta de apoio para o planeamento da produção agrícola.
Figura 3.1 Produção média de cereais em África (1961-1994) como função do National Rainfall Index
(Gommes e Fresco, 1998)
O Drought Area ndex foi desenvolvido por Bhalme e Mooley (1980) para avaliar as
condições de humidade durante a estação das monções, no continente indiano. É um índice recursivo, que depende do valor tomado pelo índice no mês anterior, da precipitação no mês corrente e da média e desvio padrão da série histórica de precipitações verificadas em meses análogos ao mês corrente. A utilização do índice noutras regiões requer calibração, pois a equação para o seu cálculo inclui constantes empíricas obtidas especificamente para a Índia.
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No Quadro 3.1. apresenta-se uma compilação dos índices de seca mais vulgarmente utilizados, referindo as suas principais características.
Quadro 3.1 Compilação de índices de seca e suas principais características (continua)
Índice Referência Variáveis Fundamentos Escala
temporal
Região/Utilizadores Limitações Potencialidades
Percentagem da normal
? Precipitação Quociente entre a precipitação actual e a precipitação normal
Qualquer USA, Austrália Público em geral Comparação entre regiões ou entre épocas Bons resultados na comparação numa dada região
Decis Gibbs e Maher,
1967 Precipitação Ordenação e classificação da precipitação, correspondendo cada grupo a 10% das ocorrências Mês Austrália Agricultura Necessita de séries longas das variáveis
Fácil de calcular, medida estatística mais ou menos rigorosa Índice de Palmer (PDSI) Palmer, 1965 Precipitação, temperatura, água disponível total do solo (TAW)
Balanço hídrico do solo, desvios entre a precipitação actual e a precipitação estimada Mês EUA Meteorologia, Agricultura, Hidrologia Necessita de séries longas das variáveis; inadequado para regiões de montanha e com extremos climáticos frequentes Fisicamente baseado, pode ser calibrado localmente
Crop Moisture Index (CMI)
Palmer, 1968 Precipitação, temperatura, água disponível total do solo (TAW) Procedimentos de cálculo incluídos no algoritmo do Índice de Palmer Semana EUA Agricultura Inadequado para monitorização de secas prolongadas Aplicabilidade universal. Identificação de potenciais secas agrícolas Surface Water Supply Index (SWSI) Shafer e Dezman, 1982 Precipitação, altura de neve e água armazenada nos reservatórios numa bacia hidrográfica Análise de frequências e probabilidade de não excedência de cada variável ao nível da bacia Mês EUA (Colorado) Hidrologia Índice específico da bacia; inadequado para comparações entre bacias Bom indicador da condição das águas superficiais ao nível da bacia Índice de Palmer Ponderado(WPDSI) Heddinghaus e Sabol, 1991
Igual ao PDSI Igual ao PDSI Igual ao PDSI
Igual ao PDSI Igual ao PDSI Igual ao PDSI, vantagem de poder ser usado em modo operacional
Quadro 3.1 Compilação de índices de seca e suas principais características (continuação)
Índice Referência Variáveis Fundamentos Escala
temporal
Região/Utilizadores Limitações Potencialidades
Standardized Precipitation Index (SPI) McKee et al., 1993 Precipitação Probabilidade da precipitação em várias escalas temporais Mês, múltiplos do mês EUA, Europa Agricultura, Meteorologia, Hidrologia Necessita de séries longas de precipitação Aplicável em qualquer região, comparável no espaço e no tempo. Versátil na identificação de vários tipos de seca National Rainfall Index (RI) Gommes e Petrassi, 1994 Precipitação Cálculo da precipitação média anual nacional, ponderada pelas precipitações médias