Singularidades da distribuição espacial e temporal de relâmpagos nuvem-solo a partir de dados de sistemas de detecção

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Vandoir Bourscheidt
• Orientador(a): Osmar Pinto Junior, Kleber Pinheiro Naccarato
• Banca de defesa: Plínio Carlos Alvalá, Kenneth Laurence Cummins, Widnei Alves Fernandes
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Geofísica Espacial/Ciências Atmosféricas
• País: BR
• Resumo em Inglês: One of the most common applications of lightning data is providing lightning climatologies to identify physical \textquotedblleft {singularities}\textquotedblright on its distribution, i.e., patterns or trends associated with physical aspects. Data are collected by Lightning Location Systems (LLSs) and the quality of information is usually evaluated by two performance criteria: detection efficiency and location accuracy. The networks are subject to spatial and temporal performance variations, which may imply in singularities resulting from the LLSs. This study focuses on the improvement and development of techniques and methods to include and/or overcome performance effects of lightning detection systems on the CG lightning spatial and temporal analysis. The improvements are related to the new relative detection efficiency model (RDEM), which has been modified to include the angular efficiency variations and filters for a status change of the sensors (daily uptime). The main development is related to the smoothing method for the lightning maps or climatologies, based on the confidence ellipses and is called KBBES. Other methods based on existing techniques are suggested in order to minimize the effects of spatial and temporal performance variations: filters for low peak current events, thunderstorm days and thunderstorm hours. Finally, a method to identify the onset of thunderstorms (called TIM - Thunderstorm Initiation Method) based on the lightning data is proposed. These methods are used, then, to analyze the effects of the urban heat island of São Paulo and the effects of the altitude. The improvements in the RDEM are significant, increasing the estimated efficiencies in the inner network. The proposed KBBES allowed the development of high-resolution maps without losing the density values, which usually happens for the simple count method. The methods to overcome the performance variations proved to be interesting, especially for long-term spatial and temporal analyzes. Regarding the urban heat island, the TIM showed a unique pattern, suggesting greater instability along the perimeter of the urban area. For the temporal analysis, no trends were observed in general. November, considered as the beginning of the storms season, showed some tendency, despite slight. With respect to the altitude, the analysis using high-resolution maps showed a good agreement between elevation and lightning. Ideas to understand this relationship refer to the lightning channel attachment process, and inhibition of storms in the post- mountain environment. Spatial analysis of TIM for this case also indicated that the storms are related to the elevation. In summary, methods and techniques gave satisfactory results and significant advances to understand the physical aspects and singularities resulting from the detection systems have been achieved.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2012/03.13.23.12

Uma das aplicações mais comuns dos dados de relâmpagos é a elaboração de mapas/climatologias de relâmpagos, visando identificar \textquotedblleft {singularidades físicas}\textquotedblright na sua distribuição, ou seja, padrões ou tendências associados a aspectos físicos. Os dados são obtidos por meio de redes de sensores e a qualidade desta informação é usualmente avaliada por critérios de desempenho: eficiência de detecção e precisão de localização. As redes, no entanto, estão sujeitas a variações de desempenho no tempo e espaço, que podem criar singularidades resultantes do próprio sistema. Esta tese se concentra no aprimoramento e no desenvolvimento de técnicas e métodos para incluir e/ou superar efeitos do desempenho dos sistemas de detecção de relâmpagos na análise espacial e temporal de descargas. Por aprimoramento entende-se o novo modelo de eficiência de detecção relativa (MEDR), que passou por melhorias não só no cálculo da eficiência, passando a incluir variações angulares da mesma, mas também nos filtros, pela inclusão das variações diárias de estado (\textit{uptime}) dos sensores. Por desenvolvimento, entende-se a inclusão das elipses de segurança como um método de suavização para os mapas ou climatologias de relâmpagos, chamado de KBBES. Outros métodos baseados em técnicas existentes são sugeridos como forma de minimizar os efeitos de desempenho espacial e temporalmente: filtros para baixa corrente, dias de tempestade e horas de tempestade. Finalmente, também é proposto um método baseado em dados de descarga que busca identificar o início das tempestades (chamado de TIT - \textit{Thunderstorm Initiation Technique}). Com base nestes métodos, desenvolveu-se a análise de efeitos da ilha de calor de São Paulo e dos efeitos da altitude. As melhorias no MEDR são consideráveis, concentrando as maiores eficiências na parte interna da rede. O KBBES, por sua vez, permite que mapas de alta resolução sejam desenvolvidos sem prejudicar as estimativas de densidade - efeito comum no caso de métodos de contagem simples. Os demais métodos para superar efeitos de desempenho se mostraram uma boa contribuição científica, principalmente para análises espaciais e temporais para longos períodos. No que concerne às ilhas de calor, destaca-se a forma diferenciada que a TIT apresentou sobre a área urbana, indicando forte atuação do gradiente térmico sobre a formação das tempestades. Não foram encontradas tendências temporais de aumento na ocorrência de relâmpagos ou da temperatura de um modo geral. O mês de novembro, considerado como o início da estação de tempestades, apresentou alguma tendência, porém pouco significativa. Com relação à altitude, a análise através de mapas de alta resolução permitiu identificar relações estreitas entre a elevação e os relâmpagos. Ideias para compreender esta relação remetem a questões relativas ao próprio canal do relâmpago, bem como à inibição das tempestades no ambiente pós-montanha. A análise espacial da TIT para este caso também apontou a associação do início das tempestades com as áreas elevadas. Em resumo, os métodos e técnicas se mostraram satisfatórios e avanços significativos para a melhor compreensão das singularidades físicas e/ou resultantes dos sistemas de detecção foram alcançados.