Climate variability of precipitation in Ceará Region, Northeast of Brazil

Abstract

The state of Ceará is a semi-arid region located in the Northeast region of Brazil, characterized by an irregular rainy season, great climate variability mainly driven by the El Niño–Southern Oscillation (ENSO), Sea Surface Temperature (SST) of the tropical South Atlantic and extreme weather events. Droughts and their effects were studied to determine their frequency and help reduce their economic, social and environmental impacts. For that, we evaluated the space-time variability of the Standardized Precipitation Index (SPI) and characterized the drought for the twelve hydrographic regions of the State of Ceará in the scales of 3, 6 and 12 months. The data comprise the period 1980-2020 considering the monthly values of precipitation provided by the Cearense Foundation of Meteorology and Water Resources (FUNCEME). During the years 1982 and 1993, the SPI detected the greatest droughts in the state. It was also verified that 1996 and 1998 were the years with less intense dry events, presented in the 3, 6 and 12 month scales of the SPI. The index proved to be a useful tool for identifying drought in the study area at different time scales. Using wavelet analysis we found increases in spectral power at periodicities of 4-10 years, especially around 1982 and 2011, but these oscillations do not seem to be significant above the red noise spectrum. We found that cooler and warmer ENSO conditions and tropical South Atlantic SST variability were related to wetter rainy seasons, while opposite SST conditions to drier seasons.

O estado do Ceará é uma região semiárida localizada na região Nordeste do Brasil, caracterizada por uma estação chuvosa irregular, grande variabilidade climática impulsionada principalmente pelo fenômeno El Niño Oscilação Sul (ENOS), Temperatura da superfície do Mar (TSM) do Atlântico Sul tropical e eventos climáticos extremos. As secas e seus efeitos foram estudados para determinar sua frequência e ajudar a reduzir seus impactos econômicos, sociais e ambientais. Para tanto, avaliamos a variabilidade espaço-temporal do Índice Padronizado de Precipitação (SPI) e caracterizamos a seca para as doze regiões hidrográficas do Estado do Ceará nas escalas de 3, 6 e 12 meses. Os dados compreendem o período 1980-2020 considerando os valores mensais de precipitação fornecidos pela Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos (FUNCEME). Durante os anos de 1982 e 1993, o SPI detectou as maiores secas do estado. Verificou-se também que 1996 e 1998 foram os anos com eventos secos menos intensos, apresentados nas escalas 3, 6 e 12 meses do SPI. O índice provou ser uma ferramenta útil para a identificação da seca na área de estudo em diferentes escalas de tempo. Usando a análise wavelet encontramos um aumento da potência espectral nas periodicidades de 4-10 anos, especialmente por volta de 1982 e 2011, mas essas oscilações não parecem sersignificativas acima do espectro de ruído vermelho. Descobrimos que condições maisfrias e mais quentes de ENOS e a variabilidade da TSM do Atlântico Sul tropical, respectivamente, estavam relacionadas com estações chuvosas mais úmidas, enquanto condições opostas de TSM com estações mais secas.

El estado de Ceará es una región semiárida ubicada en la región Nordeste de Brasil, caracterizada por una estación lluviosa irregular, gran variabilidad climática impulsada principalmente por el fenómeno El Niño Oscilación del Sur (ENOS), la Temperatura de la Superficie del Mar (TSM) del trópico Atlántico Sur y fenómenos meteorológicos extremos. Se estudiaron las sequías y sus efectos para determinar su frecuencia y ayudar a reducir sus impactos económicos, sociales y ambientales. Para eso, evaluamos la variabilidad espacio-temporal del Índice de Precipitación Estandarizado (SPI) y caracterizamos la sequía para las doce regiones hidrográficas del Estado de Ceará en las escalas de 3, 6 y 12 meses. Los datos abarcan el período 1980-2020 considerando los valores mensuales de precipitación proporcionados por la Fundación Cearense de Meteorología y Recursos Hídricos (FUNCEME). Durante los años 1982 y 1993, el SPI detectó las mayores sequías en el estado. También se verificó que 1996 y 1998 fueron los años con eventos secos menos intensos, presentados en las escalas de 3, 6 y 12 meses del SPI. El índice demostró ser una herramienta útil para identificar la sequía en el área de estudio en diferentes escalas de tiempo. Mediante el análisis de wavelet, encontramos aumentos en la potencia espectral con periodicidades de 4 a 10 años, especialmente alrededor de 1982 y 2011, pero estas oscilaciones no parecen ser significativas por encima del espectro de ruido rojo. Descubrimos que las condiciones más frías y calientes de ENOS y la variabilidad del TSM del trópico Atlántico Sur estaban relacionadas con estaciones lluviosas más húmedas, mientras que las condiciones opuestas del TSM estaban relacionadas con estaciones más secas.