Explorando chuvas e temperaturas em João Pessoa, Campina Grande e Patos

library(tidyverse)
library(here)
theme_set(theme_bw())

clima_tudo = read_csv(
    here("data/tempo-jp-cg-pt.csv"),
    col_types = cols(
        .default = col_double(),
        cidade = col_character(),
        semana = col_date(format = ""),
        ano = col_integer(),
        mes = col_integer()
    )
)
clima = clima_tudo %>% 
    filter(ano <= 2019, ano >= 2010)
#glimpse(clima)

sumarios = clima %>%
    filter(!is.na(chuva), !is.na(temp_max), !is.na(temp_min)) %>% 
    group_by(cidade, mes) %>% 
    summarise(temp_max_anual = max(temp_max), 
              temp_min_anual = min(temp_max),
              metade = quantile(temp_max, .5),
              temp_metade = median(temp_max),
              temp_max_anual_min = max(temp_min), 
              temp_min_anual_min = min(temp_min),
              metade_min = quantile(temp_min, .5),
              temp_metade_min = median(temp_min),
              chuva_max = max(chuva), 
              chuva_mediana = median(chuva), 
              chuva_min = min(chuva),
              chuva_80perc = quantile(chuva, .8),
              desvio_padrao = sd(temp_max),
              variancia = desvio_padrao**2,
              .groups = "drop")

João Pessoa, Campina Grande e Patos pertencem a regiões distintas da Paraíba sendo elas: Mata Paraibana, Agreste Paraibano e Sertão Paraibano, respectivamente. Por esta razão, as cidades estudadas são um bom exemplo para investigar a diferença do clima paraibano. De antemão, é esperado que as cidades de Campina Grande e João Pessoa tenham um clima mais frio e com mais chuvas em relação à Patos, precisamos analisar em que épocas do ano (meses) as cidades são mais quentes/frias e quais os períodos mais chuvosos. Diante disto, queremos responder às seguintes questões:

Como são as semanas em que as cidades apresentam dias mais chuvosos e com que frquência as cidades passam mais tempo sem chuva?
Comparando as três cidades, quais os meses que apresentam temperaturas mais ou menos elevadas e, qual das cidades apresenta épocas mais diferentes?

Buscando responder as perguntas, estão sendo utilizados os dados meteriologicos do INMET (Instituto Nacional de Meteorologia )do Brasil, os dados foram filtrados por ano/mes e unidades de medida meteriologicas (umidade e temperatura), além de serem tranformados utilizando sumarização dos dados. Os gráficos a seguir mostra a distribuição da chuva por mês para as três cidades estudadas:

clima %>%
    filter(!is.na(chuva)) %>% 
    ggplot(aes(x = mes, y = chuva)) +
    facet_wrap(~ cidade) +
    geom_point(alpha = .5, size = .9, color = "steelblue") + 
    geom_point(data = sumarios, aes(y = chuva_max), color = "black") + 
    geom_point(data = sumarios, aes(y = chuva_min), color = "navyblue") + 
    geom_point(data = sumarios, aes(y = chuva_mediana), color = "coral") + 
    labs(
        y = "Chuva",
        title = "Gráfico 1 - Distribuição da chuva por mês"
    )

clima %>% 
    ggplot(aes(x = chuva, color = cidade))+
    geom_freqpoly()+
    #theme_ipsum()+
    facet_wrap(~ mes)+
        labs(
        x = "chuva",
        y = "",
        title = "Gráfico 2 - Densidade de chuva mensal (mm)"
    )

## `stat_bin()` using `bins = 30`. Pick better value with `binwidth`.

Observando o gráfico 1, João Pessoa é a cidade que apresenta semanas com mais chuvas, porém, com muita dispersão apresentando chuvas com pouco mais de 200mm tendo destaque para os meses de abril a julho com chuvas mais intensas e, no período de junho houve um ponto extremo que chegou a 400mm de precipitação. Já em Campina Grande vemos um comportamento diferente de João Pessoa, a mediana mostra valores baixos muito próximo de 0mm com uma melhora a partir do mês de abril e vai até o mês de julho, mas, os valores chegam a aproximadamente 25mm. Os pontos máximos de precipitação em Campina Grande reforça que os meses mais chuvosos foram entre abril e julho chegando a quase 150mm em junho. Patos como esperado é a cidade como menos chuvas tendo uma mediana que se afasta do 0mm entre fevereiro e abril, entretanto, houve pontos máximos melhores que Campina Grande chegando a quase 200mm no mês de abril.

Como mostra o gráfico 2, João Pessoa tem uma frequêbcua maior de chuvas aolongo dos meses, destacando meses entre abril e maio reforçando as observações feitas no gráfico 1. A cidade que mais se destaca com mais seca é Patos, apresentando uma frequancias mais altas de precipitação próxima de 0mm. Campina Grande, apesar de ter frequências de chuva mais próximo de 0mm, entre os meses de abril e julho apresentou uma leve melhora.

clima %>%
    ggplot(aes(x = mes, y = temp_max)) +
    facet_wrap(~ cidade) +
    geom_point(alpha = .5, size = .9, color = "gray") + 
    geom_point(data = sumarios, aes(y = temp_max_anual), color = "coral") + 
    geom_point(data = sumarios, aes(y = temp_min_anual), color = "steelblue") + 
    geom_point(data = sumarios, aes(y = temp_metade), color = "orange") + 
    labs(
        y = "calor",
        title = "Gráfico 3 - Distribuição de temperatura máxima por mês (C)"
    )

## Warning: Removed 4 rows containing missing values (geom_point).

clima %>%
    ggplot(aes(x = mes, y = temp_min)) +
    facet_wrap(~ cidade) +
    geom_point(alpha = .5, size = .9, color = "gray") + 
    geom_point(data = sumarios, aes(y = temp_max_anual_min), color = "coral") + 
    geom_point(data = sumarios, aes(y = temp_min_anual_min), color = "steelblue") + 
    geom_point(data = sumarios, aes(y = temp_metade_min), color = "orange") + 
    labs(
        y = "calor",
        title = "Gráfico 4 - Distribuição de temperatura mínima por mês (C)"
    )

## Warning: Removed 6 rows containing missing values (geom_point).

variacao = clima %>% 
    group_by(cidade, mes) %>% 
    summarise(amplitude = max(temp_max, na.rm = TRUE) - min(temp_max, na.rm = TRUE), 
              interquartil = IQR(temp_max, na.rm = TRUE),
              .groups = "drop")

variacao %>% 
    ggplot(aes(x = mes, y = amplitude, color = cidade)) + 
    geom_point() + 
    geom_line()+
    labs(
      y = "amplitude da temperatura (C)",
      title = "Gráfico 5 - Amplitude das temperaturas (C)"
    )

Comparando as três cidades estudadas e observando os gráficos 3 e 4 de temperatura máxima e mínima, respectivamente, é possível observar que a cidade de Patos apresenta temperaturas mais elevadas que as outras cidades, com temperaturas chegando a quase 40ºC no período entre jan e fevereiro, já as semanas com menos calor é entre junho e julho, contudo, Patos apresentou uma alta variação das temperaturas peincipalmente se tratando de temperaturas baixas, isso é reforçado ao observamos o gráfico 5 onde a amplitude da temperatura em Patos foi a que mais variou.

João Pessoa, mostrou ser a cidade com menos variação das temperaturas principalmente nas temperaturas máximas que mantém uma mediana entre 30ºC e 32ºC, o gráfico 5 mostra que João Pessoa variou de 1 a 2 graus Celsius de janeiro até fim de agosto quando tem uma amplitude que chega a quase 4ºC.

Apesar de Campina Grande ter temperaturas mais baixas que as outras cidades, a distribuição dos dados é muito dispersa, o que mostra que as semanas de Campina Grande têm muitas variações nas temperaturas, isso é demsontrado no gráfico 5 que mostra maiores amplitudes na variação das temperaturas com máximas que chegaram a quase 35ºC de novembro a fevereiro e mínimas de quase 15ºC no peíodo de festas juninas.

Por fim, Patos apresentou pontos muito diferentes das outras cidades , mesmo sendo a cidade com mais calor, chegou a apresentar semenas com temperaturas menor que 15ºC.

Explorando chuvas e temperaturas em João Pessoa, Campina Grande e Patos - PB