Redesenvolvimento do líder positivo no relâmpago

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Maurício Grade Ballarotti
• Orientador(a): Osmar Pinto Junior, Marcelo Magalhães Fares Saba
• Banca de defesa: Jonas Rodrigues de Souza, Alexandre Piantini, Manuel Luiz Barreira Martinez, Marco Antonio da Silva Ferro
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Geofísica Espacial/Ciências Atmosféricas
• País: BR
• Resumo em Inglês: This thesis characterizes the internal lightning process called recoil leader, which is responsible for the positive leader redevelopment based on breakdown in many types of lightning discharges. This process is somehow the least analyzed and understood, at the same time that it has been indirectly observed for almost a century. The literature review treated the following subjects: thunderstorm electrical environment for lightning; internal processes of the negative cloud-to-ground lightning (preliminary breakdown, stepped-leader, upward connecting leader, return stroke, subsequent leaders, continuing current and M component, K and J processes), of the positive cloud-to-ground and the upward lightning; recoil leader; and lightning as a bidirectional leader. Two analyses of the positive leader were performed in parallel, focusing on its redevelopment: one based on high-speed camera records of exposed leader (outside the cloud) on 18 events of positive cloud-to-ground and negative upwards, and the other based on high-speed camera and electric field antennas records of hidden leader (inside the cloud) on 16 events of negative cloud-to-ground lightning. Both analyses were discussed together in the following topics: recoil leader characteristics (regime, propagation direction, initiation location and electric field signature); recoil leader in the positive leader structure (branch propagation during recoil leader, location of a recoil leader series, propagation direction and extent of the recoil leader, recoil leader roles, generation rates, particular behaviors in different lightning types); recoil leader interaction with other process (grouping, interactivity, cyclic interactivity, recoil leader generating rates during different processes of the negative cloud-to-ground lightning); and about the recoil leader triggering mechanism. A particularly important result of the present thesis shows the key role of a minimum potential difference over the decayed branch as an important condition for recoil leader triggering. Based on several evidences synthesized from both analyses, a simplified electrical model of the recoil leader triggering was developed, and applied to different lightning types and conditions. Such potential difference is presented as a function of decayed branch temperature and length. In terms of nomenclature, it is also suggested redevelopment leader instead of recoil leader.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2015/03.26.00.37

Neste trabalho é caracterizado o processo interno do relâmpago chamado então de ${"}$líder de recuo${"}$(LR), responsável pelo redesenvolvimento do líder positivo através da quebra de rigidez nos diversos tipos de relâmpagos. É o processo que, de certo modo, foi menos estudado e compreendido, ao mesmo tempo em que tem sido observado indiretamente há quase um século. A revisão da literatura contemplou os seguintes tópicos: o ambiente elétrico do relâmpago na nuvem de tempestade; os processos internos do relâmpago nuvem-solo negativo (quebra de rigidez preliminar, líder escalonado, líder ascendente conectivo, descarga de retorno, líderes subsequentes, corrente contínua e componente M, e processos K e J), do nuvem-solo positivo e dos ascendentes; o líder de recuo; e o relâmpago como um líder bidirecional. Foram realizadas duas análises paralelas de registros do líder positivo, com foco no seu redesenvolvimento: uma baseada em câmera rápida com o líder exposto fora da nuvem para 18 relâmpagos nuvem-solo positivos e ascendentes negativos, e outra baseada em câmera rápida e antenas de campo elétrico com o líder dentro da nuvem para 16 relâmpagos nuvem-solo negativos. As duas análises foram discutidas em comum nos seguintes aspectos: características do líder de recuo (regime, sentido de propagação, local de iniciação e assinatura de campo elétrico); o líder de recuo na estrutura do líder positivo (propagação do ramo que sofre a ocorrência dos líderes de recuo, localização de uma série de líderes de recuo, direção de propagação do líder de recuo, funções do líder de recuo e extensão de sua propagação, taxas de geração e particularidades nos diferentes tipos de relâmpagos); interação do líder de recuo com outros processos (agrupamento, interatividade, interatividade cíclica e taxas médias de geração de líderes de recuo durante diferentes processos no nuvem-solo negativo); e sobre o mecanismo de disparo do LR. Um resultado particularmente importante desta tese trata sobre o papel de uma mínima diferença de potencial sobre o ramo decaído para o disparo do líder de recuo. Baseado em diversas evidências sintetizadas ao longo das duas análises, foi elaborado um modelo elétrico simplificado do disparo do líder de recuo, aplicável a diferentes tipos e situações observadas de relâmpagos. Tal diferença de potencial é apresentada em função da temperatura e do comprimento do ramo decaído. Sugere-se a mudança na nomenclatura de líder de recuo para líder de redesenvolvimento.