ANALYSIS OF PRECIPITATIONS BY NON-PARAMETRIC TESTS OF MANN-KENDALL AND KRUSKAL-WALLIS

Abstract

The main objective of this research was to verify the long-term rainfall behavior in a location in the Brazilian semiarid region. Century-long monthly precipitation data (1911 to 2017) provided by DNOCS/SUDENE were used in the investigation. These data were used to determine descriptive statistics at monthly, annual, decadal and climatic scales. Next, nonparametric statistical tests were applied: Mann-Kendall (trend) and Kruskal-Wallis (multiple comparisons), both with a statistical confidence level of 95%. It was observed that 67.8% of annual rainfall (661.4 mm) is concentrated in three months (Feb-Mar-Apr) and that there was no significant tendency of monthly and consequently, annual rainfall. The 1930s, 1950s, 1990s, and 2010s were the driest years in the series, showing that the current dry period (2012-2016) is not unexceptional. Although significant trends were observed at 1% rainfall increase between 1930-1980 and 1% rainfall decrease from 1960-2000, when the full series was analyzed there was no significant trend. For climatologies the differences were significant at 1% when comparing Climate_2 (1958-1987), which was the wettest, with Climate_1 (1928-1957) and Climate_3 (1988-2017). It is concluded that the current climate and decade have had significantly less rain, but they are not unique since other decades and/or past climate series have been drier.

Keywords: Rainfall, Brazilian Semiarid, Tendencies, Water Resources.

Author Biographies

Jório Bezerra Cabral Júnior, Universidade Federal de Alagoas, Maceió (AL), Brasil.

Doutor (2015-2018) em Ciências Climáticas pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte (PPGCC, UFRN).  Atualmente é Prof. Dr. da Universidade Federal de Alagoas (UFAL), lotado no Instituto de Geografia, Desenvolvimento e Meio Ambiente (IGDEMA, UFAL), onde atua no curso de Geografia (Licenciatura e Bacharelado). Proponente e Líder do grupo de pesquisa Climatologia Teórica e Aplicada - CTA (CNPq). Coordenador de Pesquisa do IGDEMA-UFAL e Coordenador do Laboratório de Estudos Climáticos (LAEC). É membro sócio da Associação Brasileira de Climatologia (ABClima) e da Associação dos Geógrafos Brasileiros (AGB). Possui experiência na área de Geociências com ênfase em Geografia Física, atuando principalmente nos seguintes temas: Climatologia Geral e Geográfica, Variabilidade e Mudanças Climáticas, Geografia Ambiental, Estatística Aplicada à Climatologia e Geografia, Hidrogeografia e Evapotranspiração.

Rebecca Luna Lucena, Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), Caicó (RN), Brasil.

Doutora em Geografia pela Universidade de Brasília, com especialidade na área de estudos teóricos e aplicados em Climatologia Geográfica (UnB 2016). Professora de Geografia da Universidade Federal do Rio Grande do Norte CERES/UFRN, onde coordena o Laboratório de Hidrografia, Climatologia e Cartografia - LAHICC e a Estação Climatológica do Seridó (Caicó), UFRN-INMET. Membra efetiva do Comitê da Bacia Hidrográfica do Rio Piancó-Piranhas-Açú (CBH-PPA), da Associação dos Geógrafos Brasileiros (AGB) e da Associação Brasileira de Climatologia (ABClima). Tem experiência na área de Geociências e Meio Ambiente, trabalhando com temas da Climatologia geral, Climatologia aplicada, Hidroclimatologia e biometeorologia.

References

ALMEIDA, H.A.; CABRAL JÚNIOR, J.B. Variabilidades Sazonais e Interdecadais da Chuva nas Microrregiões Geográficas do Estado da Paraíba. Revista Brasileira de Geografia Física, v.7, n.5, p.846-858, 2014.
ALVARES, C.A.; STAPE, J.L.; SENTELHAS, P.C.; GONÇALVES, J.L. de M.; SPAROVEK, G. Köppen’s climate classification map for Brazil. Meteorologische Zeitschrift, v.22, p.711 728, 2013.
ANDREOLI, R.V.; KAYANO, M.T. A importância relativa do Atlântico Tropical Sul e Pacífico Leste na variabilidade de precipitação do Nordeste do Brasil. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 22, n.1, 63-74, 2007.
ARAÚJO, J. Barragens no Nordeste do Brasil: Experiência do DNOCS em Barragens na Região Semiárida. Departamento Nacional de Obras contra as Secas, Ministério do Interior, p. 15. 1982.
Articulação do Semiárido (ASA). Brasil. Disponível em: http://www.asabrasil.org.br/. Acessado em 20 de Dez de 2016.
BARBOSA, H. A.; LAKSHMI KUMAR, T. V. Influence of rainfall variability on the vegetation dynamics over Northeastern Brazil. Journal of Arid Environments, v. 124, p. 377–387, 2016.
BRITO, S. S. B.; CUNHA, A. P. M. A.; CUNNINGHAM, C. C.; et al. Frequency, duration and severity of drought in the Semiarid Northeast Brazil region. International Journal of Climatology, 2017.
CEPED/UFSC. Atlas brasileiro de desastres naturais: 1991 a 2012 / Centro Universitário de Estudos e Pesquisas sobre Desastres. 2. ed. rev. ampl. – Florianópolis: CEPED UFSC, 2013. Volume Rio Grande do Norte. 126 p.
EAKIN, H.C; LEMOS, M.C; NELSON, D.R. Differentiating capacities as a means to sustainable climate change adaptation. Global Environmental Change, v.27, 1–8, 2014.
FERREIRA, P.S.; GOMES, V.P.; GALVÍNCIO, J.D.; SANTOS, A.M.; SOUZA, W.M. Avaliação da tendência espaço-temporal da precipitação pluviométrica em uma região semiárida do estado de Pernambuco. Revista Brasileira de Climatologia, v.21, 2017.
Geo Brasil. Recursos hídricos: componente da série de relatórios sobre o estado e perspectivas do meio ambiente no Brasil. Ministério do Meio Ambiente; Agência Nacional de Águas; Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente. Brasília: MMA; ANA. GEO Brasil Série Temática: GEO Brasil Recursos Hídricos, 264 p., 2007.
GREISCHAR, L.; HASTENRATH, S. The rainy seasons of the 1990s in northeast Brazil: Real-time forecasts and verification. Journal of Climate, v. 13, n. 21, p. 3821–3826, 2000.
GUTIERREZ, A. P. A.; ENGLE, N. L.; DE NYS, E.; MOLEJ??N, C.; MARTINS, E. S. Drought preparedness in Brazil. Weather and Climate Extremes, v. 3, p. 95–106, 2014.
HASTENRATH, S. Prediction of Northeast Brazil rainfall anomalies. Journal of Climate, v.3, p.893-904, 1990.
HASTENRATH, S. Exploring the climate problems of Brazil’s Nordeste: A review. Climatic Change, v. 112, n. 2, p. 243–251, 2012.
HOFFMANN, R. Estatística para economistas. 4ª Ed. rev. e ampl., São Paulo: Cengage Learning, 2011.
KAYANO, M.T.; CAPISTRANO, V.B. How the Atlantic multidecadal oscillation (AMO) modifies the ENSO influence on the South American rainfall. International Journal of Climatology, v.34, n.1, p.162-178, 2013.
KANE, R .P. Prediction of droughts in North-east Brazil: Role of ENSO and use of Periodicities. International Journal of Climatology, v.17, p. 655-665, 1997.
KENDALL, M. G., Rank Correlation Measures. Ed. Charles Griffin. London, 1975
KIEM, A.S.; AUSTIN, E.K. Drought and the future of rural communities: Opportunities and challenges for climate change adaptation in regional Victoria, Australia. Global Environmental Change, v.23, n.5, p.1307–1316, 2013.
KRUSKAL, W.H.; WALLIS, W.A. Use of ranks in on-criterion variance analyses. Journal os the American Statistical Association, v.47, n.260, p.583-621, 1952.
LUCENA, R. L.; FERREIRA, A. M.; FERREIRA, H. F. P. A.; STEINKE, E. T. Variabilidade climática no município de Caicó/RN: secas e chuvas num arquétipo do clima semiárido do Nordeste brasileiro. CLIMEP – Climatologia e Estudos da Paisagem. Rio Claro (SP) – v.8, n.2, p. 67-89, 2013.
MAGALHÃES, A et al. The effects of climate variations on agriculture in Northeast Brazil. In: Parry M, Carter T and Konijn N (Eds), The Impact of Climate Variations on Agriculture, v.2. Assessments in semiarid regions, Kluwer Academic Publishers, Amsterdam, p. 277-304, 1988.
MANN, H. B. Non-parametric tests against trend. Econometrica 13, 245-259, 1945.
MARENGO, J,A.; ALVES, L.M.; SOARES, W.R.; RODRIGUEZ, D.A.; CAMARGO, H.; RIVEROS, M.P.; PABLO, A.D. Two contrasting seasonal extremes in tropical South America in 2012: Flood in Amazonia and drought in Northeast Brazil. Journal of Climate, v.26, n.22, p.9137-9154, 2013.
MARENGO, J.A.; BERNASCONI, M. Regional differences in aridity/drought conditions over Northeast Brazil: presente state and future projections. Climatic Change, v.129, n.1-2, p.103–115, 2015.
MARENGO, J.A.; CHOU, S.C.; KAY, G.; ALVES, L.M.; PESQUERO, J.F.; SOARES,W.R.; SANTOS, D.C.; LYRA, A.A.; SUEIRO, G.; BETTS, R. Development of regional future climate change scenarios in South America using the Eta CPTEC/HadCM3 climate change projections: climatology and regional analyses for the Amazon, São Francisco and the Parana River basins. Climate Dynamics, v.38,n.9-10, 1829-1848, 2012.
MARENGO, J. A.; ALVES, L. M.; ALVALA, R. C.; et al. Climatic characteristics of the 2010-2016 drought in the semiarid Northeast Brazil region. Anais da Academia Brasileira de Ciências, p. 1–13, 2017.
MARENGO, J. A.; TORRES, R. R.; ALVES, L. M. Drought in Northeast Brazil???past, present, and future. Theoretical and Applied Climatology, p. 1–12, 2016.
MARES, M.A.; WILLIG, M.R.; LACHER JÚNIOR., T.E. The Brazilian caatinga in South American zoogeography: tropical mammals in a dry region n. Journal of Biogeography. v. 12, n. , 57-69, 1985.
MEDEIROS, L.C.; GUEDES, J.C.F.; OLIVEIRA, A.M.; COSTA, D.F.S. Uso de SIG na análise dos recursos hídricos no município de Caicó (RN). Geoambiente On-line, n.27, p.134-149, 2016.
MELO, J.C. O Fenômeno El Niño e as Secas no Nordeste do Brasil. In: Raízes, ano XVIII, n°20. 1999.
Ministério da Integração Nacional (MI) - Brasil. Programa Água para todos. Disponível em: http://www.mi.gov.br/. Acessado em 15 de out de 2017.
MMA – Ministério do Meio Ambiente do Brasil. Atlas das áreas susceptíveis à desertificação do Brasil. SANTANA, Marcos Oliveira (Org). Brasília: Ed: MMA - Ministério do Meio Ambiente, 2007.
MOLION, L. C. B.; BERNARDO, S. O. Uma revisão da dinâmica das chuvas no nordeste brasileiro. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 17, p. 1-10, 2002.
MOURA, A.D.; SHUKLA, J. On the Dynamics of Droughts in Northeast Brazil: Observations, Theory and Numerical Experiments with a General Circulation Model. Journal of the Atmospheric Sciences, v.38, p. 2653-2675, 1981.
NOBRE, P.; SHUKLA, J. Variations of sea surface temperature, wind stress, and rainfall over the tropical Atlantic and South America. Journal of Climate, v.9, n.4, p.2464-2479, 1996.
OLIVEIRA, P. T.; SILVA, C. M. S.; LIMA, K. C. Linear trend of occurrence and intensity of heavy rainfall events on Northeast Brazil. Atmospheric Science Letters, v. 135, p. 598- 617, 2014.
PAREDES, F.J., BARBOSA, H.A., GUEVARA, E. Análisis espacial y temporal de las sequías en el nordeste de Brasil. Agriscientia, v. 32, n.1, 57-67, 2015.
QUEIROZ, R. de. O Quinze. 77ª ed. Rio de Janeiro: José Olympio, 2004.
RIOS, K.S. Isolamento e Poder: Fortaleza e os Campos de Concentração na Seca de 1932. (Dissertação) Mestrado em História. Pontifícia Universidade Católica de São Paulo. São Paulo, 1998.
RODRIGUES, R.R.; MCPHADEN, M.J. Why did the 2011-2012 La Niña cause a severe drought in the Brazilian Northeast? Geophysical Research Letters, v.41, n.3, p.1012-1018, 2014.
SALAZAR, L.F.; NOBRE, C.A.; OYAMA, M.D. Climate change consequences on the biome distribution in tropical South America. Geophysical Research Letters, v.34, n.9, 1-6. 2007.
SANTOS, C. A. C. DOS; MANZI, A. O. Eventos Extremos de Precipitação no Estado do Ceará e Suas Relações Com a Temperatura dos Oceanos Tropicais. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 26, n. 1, p. 157–165, 2011.
SILVA, F. B.; SANTOS, J.R.N.; FEITOSA, F.E.C.S.; SILVA, I.D.C.; ARAÚJO, M.L.S.; GUTERRES, C.E.; SANTOS, J.S.; RIBEIRO, C.V.; BEZERRA, D.S.; NERES, R.L. Evidências de mudanças climáticas na região de transição Amazônia-Cerrado no Estado do Maranhão. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 31, n. 3, p. 330–336, 2016.
SOUZA, D. C.; OYAMA, M. D. Climatic consequences of gradual desertification in the semi-arid area of Northeast Brazil. Theoretical and Applied Climatology, v. 103, n. 3–4, p. 345–357, 2011.
TREWARTHA G.T. The Earth’s problem climates. University of Wisconsin Press, Madison, p 371, 1962.
TUKEY, J.W. One degree of freedon for non-additivity.Biometrics, v.5,p.232-242, 1949.
UVO, C.B.; REPELLI, C.A.; ZEBIAK, S.E.; KUSHNIR, Y. The Relationship between Tropical Pacific and Atlantic SST and Northeast Brazil Monthly Precipitation. Journal of Climate, v.11, p.551-562, 1998.
VALADÃO, C. E. A; OLIVEIRA, P. T.; SCHMIDT, D. M.; SILVA, B. K. N.; BARRETO N. J.C.; CORREIA FILHO, W. L.F.; JESUS E. S.; LOPO, A.B.; SANTOS A.S.; PINHEIRO, J.U.; MATTOS, A. Classificação climática da microrregião do Seridó/RN. In: XVI Congresso Brasileiro de Meteorologia: Anais.. Belém: CBMET, Sociedade Brasileira de Meteorologia, 2010.
VIEIRA, R.M.S.P; TOMASELLA, J.; ALVALÁ, R.C.S; SESTINI, M.F.; AFFONSO, A.G.; RODRIGUEZ, D.A.; BARBOSA, A.A.; CUNHA, A.P.M.A.; VALLES, G.F.; CREPANI, E.; OLIVEIRA, S.B.P.; SOUZA, M.S.B.; CALIL, P.M.; CARVALHO, M.A.; VALERIANO, D.M.; CAMPELLO, F.C.B.; SANTANA, M.O. Identifying areas susceptible to desertification in the Brazilian northeast. Solid Earth, v.6, p.347–360, 2015.
Published
08/12/2019
How to Cite
CABRAL JÚNIOR, Jório Bezerra; LUCENA, Rebecca Luna. ANALYSIS OF PRECIPITATIONS BY NON-PARAMETRIC TESTS OF MANN-KENDALL AND KRUSKAL-WALLIS. Mercator, Fortaleza, v. 19, dec. 2019. ISSN 1984-2201. Available at: <http://www.mercator.ufc.br/mercator/article/view/e19001>. Date accessed: 28 mar. 2024. doi: https://doi.org/10.4215/rm2020.e19001.
Section
ARTICLES