Detalhes bibliográficos
| Ano de defesa: |
2012 |
| Autor(a) principal: |
Leandro Zanella de Souza Campos |
| Orientador(a): |
Marcelo Magalhães Fares Saba |
| Banca de defesa: |
Fernanda São Sabbas Tavares,
Moacir Lacerda |
| Tipo de documento: |
Dissertação
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| Tipo de acesso: |
Acesso aberto |
| Idioma: |
por |
| Instituição de defesa: |
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
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| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação do INPE em Geofísica Espacial/Ciências Atmosféricas
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
BR
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| Resumo em Inglês: |
The present work project consists in combining observations obtained from high-speed video cameras and atmospheric electric field measurements to study two physical phenomena involved in the production of natural cloud-to-ground lightning: leaders and M components. By using data from lightning locating systems and applying photogrammetry techniques it was possible to obtain statistical distributions of the propagation speed of negative stepped, dart and positive leaders, as well as analyze how they change as the leader approaches the ground. We have observed that the majority of positive leaders accelerate throughout their development, while stepped leaders present speeds that tend to oscillate around an average value and dart leaders most frequently decelerate. For the three leader types mentioned above we have found no correlation between average speed and the estimated return stroke peak current; on the other hand, dart leader average speeds depend strongly on the elapsed time since the previous return stroke, which indicates that they are strongly influenced by the remaining channel electric conductivity. Also, a series of case studies of leaders and M components was done based on synchronization of the high-speed camera recordings with the electric field sensor data. We noticed that stepped and positive leaders must have similar electric charge distributions, while dart leaders present a distinct structure. For the very first time it was possible to associate the occurrence of recoil leaders (visible through the camera records) to the production of short duration pulses, of the order of a few microseconds, and detectable by the fast electric field sensor. These pulses resemble those described in previous works that focus on K changes of intracloud and ground flashes, reinforcing the hypothesis that proposes that they are the same phenomenon. We have also analyzed special cases of stepped leaders; two events categorized as $\beta$$_{1}$ leaders and seven cases of $\beta$$_{2}$ leaders. This has induced us to propose a hypothesis to describe them in the context of the bidirectional leader model. Finally, we have done a comparative analysis between positive and negative M components, showing the differences in their electric field waveforms. The results suggest that negative M components are usually preceded by short duration pulses (of the order of microseconds), suggesting that they are initiated by recoil leaders. |
| Link de acesso: |
http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2012/02.01.01.59
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Resumo: |
O presente trabalho consiste em combinar observações obtidas através de câmeras de vídeo de alta resolução temporal e medidas de campo elétrico atmosférico para estudar e caracterizar dois dos fenômenos relacionados aos relâmpagos nuvem-solo naturais: líderes e componentes-M. Utilizando dados de redes de detecção de relâmpagos de larga escala e aplicando técnicas de fotogrametria foi possível obter distribuições estatísticas da velocidade de propagação de líderes escalonados (negativos), contínuos e positivos, bem como analisar como ela evolui conforme eles se aproximam do solo. Observamos que a maior parte dos líderes positivos acelera ao longo de seu desenvolvimento, enquanto os líderes escalonados (negativos) desenvolvem velocidades que tendem a oscilar ao redor de um valor médio e os líderes contínuos frequentemente desaceleram. Para os três tipos mencionados nós não encontramos qualquer correlação entre a velocidade média do líder e o pico de corrente da descarga de retorno iniciada por ele. Por outro lado, foi possível mostrar que a velocidade dos líderes contínuos depende do tempo transcorrido desde a descarga de retorno anterior, o que indica que eles sofrem uma grande influencia da condutividade remanescente ao longo do canal. Uma série de estudos de caso de líderes e componentes-M foi realizada a partir da sincronização entre os registros obtidos pelas câmeras e os dados fornecidos pelos sensores de campo elétrico. Através deles foi possível notar que líderes escalonados e líderes positivos devem possuir distribuições semelhantes de cargas elétricas, enquanto que líderes contínuos aparentam ter uma estrutura bastante distinta. Pela primeira vez foi possível associar a ocorrência de líderes de recuo (visíveis com o auxílio das câmeras de alta resolução temporal) à produção de pulsos de campo elétrico de curta duração, da ordem de alguns microssegundos. Estes pulsos se assemelham bastante aos descritos em trabalhos anteriores que analisaram descargas K de relâmpagos intranuvem e nuvem- solo, reforçando a hipótese de que ambos consistem em um mesmo fenômeno físico. Observamos também casos especiais de líderes escalonados; dois eventos classificados como tipo $\beta$$_{1}$ e sete casos do tipo $\beta$$_{2}$. Finalmente, realizamos uma análise comparativa das componentes-M negativas e positivas, mostrando as diferenças entre suas assinaturas de campo elétrico. Os resultados sugerem que as componentes-M negativas, normalmente precedidas por pulsos de curta duração (da ordem de microssegundos), são iniciadas por líderes de recuo. |
