Relações das propriedades físicas das nuvens convectivas com as descargas elétricas

• Main Author: Enrique Vieira Mattos
• Other Authors: Luiz Augusto Toledo Machado
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2009
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m18@80/2009/04.01.13.07

O entendimento das propriedades físicas e microfísicas associadas à formação e ocorrência da atividade elétrica em nuvens convectivas utilizando dados observacionais, é de grande importância para a determinação de parâmetros previsores da ocorrência desses fenômenos atmosféricos. Visto que diversos segmentos da sociedade como, os setores de rede de distribuição de energia elétrica, sistemas de telefonia e telecomunicações, são afetados diretamente pela atividade de relâmpagos em todo o país, o desenvolvimento de estudos que possam levar a uma maior compreensão da atividade convectiva, processos microfísicos na formação de precipitação e ocorrência de descargas elétricas mostra-se de grande relevância. Desta forma, este trabalho teve como objetivo principal caracterizar as propriedades físicas e microfísicas de nuvens convectivas responsáveis pela ocorrência de raios (relâmpagos nuvem-solo). Para tanto, foram utilizadas as temperaturas de brilho do infravermelho (TB) inferidas pelo satélite GOES, a temperatura de brilho em microondas inferida pelo satélite TRMM e NOAA-18 e dados de ocorrência de raios reportados por detectores em solo para o estado de São Paulo entre 2005 e 2007. A análise da distribuição espacial e temporal de ocorrência de raios sobre o estado de São Paulo evidenciou que a alta incidência de raios próxima a cidades de grande porte e região do Vale do Paraíba, deve-se pelo menos em parte, aos efeitos combinados de incursão freqüente de Sistemas Frontais, orografia, efeitos de ilha de calor e poluição atmosférica. Por outro lado, o ciclo diurno das tempestades mostrou um pico bem definido durante as primeiras horas da tarde (16 horas local), sendo o mesmo observado para a estação de verão, primavera e outono. No entanto, o inverno não apresentou um horário preferencial de ocorrência de raios. A combinação de TB no infravermelho e informação de ocorrência de raios indicou que as propriedades físicas, tamanho, temperatura do topo, taxa de expansão normalizada, excentricidade e fração convectiva dos Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM) possuem forte influência na ocorrência de raios, desta forma, foi possível ajustar curvas que relacionassem a ocorrência média de raios a cada uma dessas propriedades. Utilizando o mesmo conjunto de dados, foi observado que a taxa de expansão dos SCM durante os estágios iniciais sugeriu ser um parâmetro indicativo da ocorrência de raios e do tempo de vida total dos sistemas. Além disso, dentre os SCM estudados, observou-se que a máxima ocorrência média de raios foi caracterizada entre o estágio de iniciação e maturação dos sistemas, sendo o mesmo ocorrendo para a densidade média de raios (raios/km^2). Por outro lado, o estudo combinando informações em microondas com as ocorrências de raios, mostrou que o tamanho, conteúdo integrado verticalmente de gelo e a orientação das partículas de gelo possuíram influência direta nos processos de eletrificação das nuvens convectivas e na ocorrência de raios. Com isso, foi possível ajustar curvas de probabilidade de ocorrência de raios em função de cada um desses parâmetros. Uma relação exponencial crescente foi encontrada entre a probabilidade de ocorrência de raios e o tamanho das partículas de gelo; já uma curva polinomial de segunda ordem caracterizou a probabilidade de raios em função do conteúdo de gelo e uma relação linear negativa entre a probabilidade de ocorrência de raios e a diferença de temperatura polarizada do canal de 85 GHz foi observada. Desta forma, esses resultados inéditos na America do Sul permitirão em um futuro próximo serem utilizados para diagnóstico de severidade e realizar prognóstico de ocorrência de raios. === The knowledge of physical and microphysical properties associated to cloud-ground lightning occurrence is very important for determination of potential forecast parameters of electrical discharges activity. The identification of these parameters could give valuable contribution for different segments of society, such as the sectors of electric energy distribution network, telephone systems and telecommunications, which are directly affected by the activity of lightning. In this context, this work presents the relationship between physical and microphysical properties with cloud-ground lightning. For that, were used combined data from satellite infrared and microwave channels with cloud-ground lightning from the ground network for São Paulo Estate during the period from 2005 to 2008. Combined information from infrared channels with cloud-ground lightning showed that size, cloud top temperature, area expansion, eccentricity and convective fraction of Mesoscale Convective System (MCS) have strong influence on lightning occurrence. Also the initial area expansion appears to indicate systems characterized by lightning and their total life time. Moreover the most electrical activity was characterized between initiation stage and maturation, and the same happened to lightning average density (cloud-ground lightning.km^-2). The preliminary microphysics clouds study has shown that the size, Ice Water Path and ice particles orientation have direct influence in the electrification process of convective clouds and occurrence of cloud-ground lightning. With these results, it was possible to adjust lightning occurrence probability curves for each of these parameters. It was found an exponentially relationship between lightning occurrence probability and ice particles size, a second-order polynomial depending on ice water path and a negative linear relationship between lightning probability and 85 GHz polarized temperature difference. Therefore, the lightning probability relationship found in function of physical and microphysical properties showed considerable potential to be used in severity diagnostic and cloud-ground lightning nowcasting.