Um estudo da relação entre corrente elétrica e luminosidade, extraída de câmeras de alta velocidade, de descargas atmosféricas

• Autor(a) principal: Larissa Antunes da Silva
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
• Texto Completo: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/05.11.19.23

O objetivo principal do trabalho foi estudar a relação entre a luminosidade das descargas de retorno de relâmpagos nuvem-solo naturais, registradas por câmera de alta velocidade, e os picos corrente destas descargas de retorno medidos por redes locais de detecção de relâmpagos. Os dados foram coletados durante quatro campanhas de coleta de dados realizadas no verão de 2011/2012, de 2012/2013 e 2013/2014, no Brasil e no verão de 2017 nos Estados Unidos (EUA). Ao todo 1122 relâmpagos foram analisados, seguindo alguns critérios de seleção que consideram a visibilidade do canal das descargas de retorno, casos em que foi possível observar a presença de chuva, ou que estavam saturados, foram excluídos da análise. Além disso, foram selecionados para este trabalho, apenas os casos que tiveram ao menos cinco descargas de retorno detectadas por pelo menos uma das redes locais de detecção de relâmpagos. Como resultado, 66 relâmpagos foram escolhidos para serem analisados nesse trabalho. Na primeira parte da análise os dados foram analisados caso a caso por conta da luminosidade relativa, extraída das câmeras, não ser uma grandeza comparável entre vídeos. Além disso, os casos foram separados em dois grupos. O primeiro, foi o grupo de dados coletados no verão de 2011/2012, período em que havia duas redes de detecção de relâmpagos, instaladas temporáriamente na região, devido ao projeto CHUVA. Os resultados das 3 redes de detecção BrasilDAT, LINET e TSL200 foram comparados entre si. O segundo, foi o grupo de dados do verão de 2012/2013 e 2013/2014 realizadas no Brasil e verão de 2017, realizada nos EUA. A rede BrasilDAT foi utilizada para os dados do Brasil e a rede ENLTN para os dados dos EUA. As duas redes utilizam sensores da empresa EarthNetworks. Foram aplicados aos dados dois métodos de extração da luminosidade do canal da descarga de retorno. O método de área fixa considerou o mesmo tamanho de janela, em pixeis (30x15), para todos os casos, independentemente do tamanho ou distância do canal. O outro método utilizou a fotogrametria em cada caso para encontrar a razão pixel por metro. A luminosidade relativa foi comparada com picos de corrente, e ajustes lineares proveram a relação entre as duas grandezas. Na segunda parte da análise, foram utilizados os ajustes lineares de cada relâmpago nuvem-solo analisado, para se estimar o pico de corrente. Ao transformar luminosidade relativa em pico de corrente torna-se possível a comparação entre todos os casos estudados. O valor do quadrado do coeficiente linear entre o pico de corrente estimado pela luminosidade extraída pelo método de área fixa (30x15) e pico de corrente medido pelas redes de detecção foi 0,77 e para o pico de corrente estimado pela luminosidade extraída pelo método da fotogrametria foi 0,73. Esses resultados mostram que no geral existe uma boa correlação entre a luminosidade extraída das imagens das câmeras para os dois métodos e esse resultado foi próximo do resultado obtido por outros autores onde as análises foram realizadas a partir de medidas diretas de corrente em relâmpagos induzidos por foguetes. A última parte deste trabalho foi utilizar os dados de relâmpagos nuvem-solo registrados nos EUA, durante o verão de 2017 para analisar o que é visto pelo imaginador geoestacionário GLM, a bordo do satélite xii GOES-16, buscando verificar se existe alguma correlação entre a luminosidade(energia) visto no topo das nuvens pelo GLM e o pico de corrente das descargas para cada descarga de retorno registrada pela câmera de alta velocidade. Os resultados apresentados neste trabalho mostram que é possível estimar o pico de corrente das descargas naturais através da luminosidade extraída das imagens das câmeras de alta velocidade e que existe uma boa correlação entre a luminosidade das descargas de retorno, extraída das imagens de câmeras de alta velocidade, e o pico de corrente medido pelas redes de detecção de relâmpagos para casos que tenham boas condições de visibilidade. Os resultados da comparação dos relâmpagos nuvem-solo, registrados pelas câmeras de alta velocidade, com os dados do sensor ótico GLM, mostraram que algumas descargas de retorno foram registras simultaneamente pelos dois instrumentos, porém não é possível estimar a intensidade da corrente das descargas de retorno dos relâmpagos, pois esse instrumento só consegue registrar a radiação luminosa emitida no topo das nuvens. Somente com os dados utilizados na análise deste trabalho não foi possível identificar qual parte do relâmpago é vista pelo GLM.