Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3725
Tipo: Dissertação
Título: Impacto da microfísica das tempestades nas características físicas e elétricas dos relâmpagos
Autor(es): PEREIRA, Raquel Gonçalves
Primeiro Orientador: MATTOS, Enrique Vieira
Resumo: O Brasil possui anualmente alta incidência de relâmpagos (aproximadamente 96 milhões), tornando os setores de energia, telecomunicação e a própria população brasileira altamente suscetíveis aos impactos desse fenômeno. O estudo dos relâmpagos e das propriedades das nuvens de tempestades é estratégico e de fundamental importância para subsidiar o desenvolvimento e melhorias de ferramentas de previsão imediata do tempo. No entanto, ainda existe uma lacuna no entendimento de como as propriedades microfísicas das nuvens de tempestades impactam as características dos relâmpagos (como: tipo, polaridade, tamanho e duração). Para isto, os radares meteorológicos e redes de detecção de relâmpagos em superfície têm sido instrumentos empregados amplamente ao longo das últimas décadas. Nesse contexto, o objetivo geral do presente estudo é avaliar o impacto da microfísica das tempestades nas características físicas e elétricas dos relâmpagos. As tempestades foco desta pesquisa são aquelas ocorridas na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) entre novembro de 2011 e março de 2012, que foram obtidas durante a campanha CHUVA-Vale do Paraíba. Na primeira etapa do trabalho foram utilizadas fontes de Very Higher Frequency (VHF) provenientes da rede São Paulo Lightning Mapper Array (SPLMA) e descargas de retorno da rede Brasileira de Detecção de Descargas Atmosféricas (BrasilDAT). Com esta base de dados foi avaliado o ciclo diurno das propriedades dos relâmpagos. Os resultados mostraram que a maior quantidade de relâmpagos ocorre no período da tarde, aproximadamente das 14 às 17 hora local. Embora a frequência de relâmpagos seja maior no período da tarde, nesse período predominam relâmpagos de comprimento menor. Foi observado também que o período do dia com maior ocorrência de relâmpagos não coincide com o período do dia que apresenta os maiores picos de corrente, indicando que tempestades causadas por instabilidade termodinâmica de final de tarde envolvem relâmpagos menos intensos em termos de correntes elétricas. Na segunda e terceira etapa do trabalho foi examinada a relação entre as propriedades microfísicas e as propriedades físicas e elétricas dos relâmpagos. Tanto a duração quanto o comprimento dos relâmpagos apresentaram uma relação positiva com a variável Eco Top de 45 dBZ, ou seja, quanto maior a duração/comprimento são encontrados hidrometeoros grandes em maiores alturas. Em contrapartida, a área dos relâmpagos apresentou maior correlação com as variáveis microfísicas volume de cristal e graupel; enquanto a quantidade de fontes dos relâmpagos foi mais bem correlacionada com a Altura de Waldvogel. Em adição, os relâmpagos intranuvem e nuvem-solo são bem correlacionados ao Vertically Integrated Ice. Em termos de ciclo de vida, as tempestades começaram a apresentar relâmpagos na fase 1 (iniciação) do seu ciclo de vida, e aumentam até atingir seu pico na fase entre a iniciação e a maturação. Comportamento semelhante ocorreu em relação a quantidade de fontes, área e duração dos relâmpagos, que aumentam desde o início da tempestade e atingem seu máximo na fase 2. Após o pico na fase 2 (tempo intermediário entre o primeiro eco do radar e a maturação), as variáveis citadas anteriormente decresceram durante seu ciclo de vida até sua dissipação. Em contrapartida, a variável pico de corrente da rede BrasilDAT atingiu seu pico na fase 3 (maturação). Também foi analisado em maiores detalhes um estudo de caso de duas tempestades, uma com poucos relâmpagos e outra com muitos. Este projeto aprofundou o conhecimento sobre o impacto da microfísica nas propriedades dos relâmpagos e abriu oportunidades para a melhoria de modelos de previsão do tempo, e como consequência poderá propiciar a minimização dos prejuízos ligados aos efeitos negativos das tempestades.
Abstract: Brazil has a higher annual (approximately 96 million) incidence of lightning, making the energy, telecommunication sectors and the Brazilian population highly susceptible to the impacts of this phenomenon. The study of lightning and the properties of storm clouds is strategic and of fundamental importance to support the development and improvement of immediate weather forecasting tools. However, there is still a gap in understanding how the microphysical properties of storm clouds impact lightning characteristics (such as type, polarity, size and duration). widely used over the last few decades. In this context, the general objective of the present study is to evaluate the impact of the microphysics of storms on the physical and electrical characteristics of lightning. The storms that are the focus of this research are those that occurred in the Metropolitan Region of São Paulo (RMSP) between November 2011 and March 2012, which were obtained during the CHUVA-Vale do Paraíba campaign. In the first stage of the work, Very Higher Frequency (VHF) sources from the São Paulo Lightning Mapper Array (SPLMA) network and return discharges from the Brazilian Atmospheric Discharge Detection Network (BrasilDAT) were used. With this database, the diurnal cycle of lightning properties was evaluated. The results showed that the highest amount of lightning occurs in the afternoon, approximately from 2 pm to 5 pm local time. Although the frequency of lightning strikes is higher in the afternoon, shorter lightning strikes predominate in this period. It was also observed that the period of the day with the highest occurrence of lightning does not coincide with the period of the day that presents the highest current peaks, indicating that storms caused by late afternoon thermodynamic instability involve less intense lightning in terms of electrical currents. In the second and third stages of the work, the relationship between the microphysical properties and the physical and electrical properties of lightning was examined. Both the duration and the length of the lightning flashes showed a positive relationship with the Eco Top variable of 45 dBZ, that is, the greater the duration/length are large hydrometeors found at greater heights. On the other hand, the area of the lightning showed a higher correlation with the microphysical variables crystal volume and graupel; while the amount of lightning sources was better correlated with the Waldvogel Height. In addition, intracloud and cloud-to-ground lightning are well correlated with Vertically Integrated Ice. In lifecycle terms, storms begin to flash in phase 1 (initiation) of their lifecycle, and increase until they reach their peak in the phase between initiation and maturation. A similar behavior occurred in relation to the number of sources, area and duration of lightning, which increase since the beginning of the storm and reach their maximum in phase 2. After the peak in phase 2 (intermediate time between the first radar echo and maturation), the variables mentioned above decreased during their life cycle until their dissipation. On the other hand, the peak current variable of the BrasilDAT network reached its peak in phase 3 (maturation). Also analyzed in greater detail was a case study of two storms, one with a few lightning strikes and the other with a lot of lightning. This project deepened the knowledge about the impact of microphysics on the properties of lightning and opened opportunities for the improvement of weather forecast models, and as a consequence, it may provide the minimization of damages linked to the negative effects of these storms.
Palavras-chave: Radares meteorológicos
rede de detecção de relâmpagos
microfísica
tempestades
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITÁRIA::RECURSOS HIDRICOS
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IRN - Instituto de Recursos Naturais
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Meio Ambiente e Recursos Hídricos
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3725
Data do documento: 21-Mar-2023
Aparece nas coleções:Dissertações

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
Dissertação_2023071.pdf6,09 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.