Apresentação

Rachel I. Albrecht1,2*, Richard J. Blakeslee3, Jeffrey C. Bailey4,
Larry Carey4, Steven J. Goodman5,6, Eric C. Bruning7,
William Koshak4, Carlos A. Morales8, Luiz A. T. Machado1,
Carlos F. Angelis1, Osmar Pinto Jr.9, Kleber Naccarato9, Marcelo Saba9
1 Instituto
Nacional de Pesquisas Espaciais, Cachoeira Paulista, SP, Brazil
Institute for Climate and Satellites – UMD/NOAA, College Park, MD, USA
3 Marshal Space Flight Center – NASA, Huntsville, AL, USA
4 University of Alabama-Huntsville, Huntsville, AL, USA
5 National Environmental Satellite, Data, and Information – NOAA, Camp Springs, MD
6 Goddard Space Flight Center – NASA, Greenbelt, MD, USA
7 Texas Tech University, Lubbock, TX, USA
8 Universidade de São Paulo, São Paulo, SP, Brazil
9 Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, SP, Brazil
2 Cooperative
* [email protected]
XVI Congresso Brasileiro de Meteorologia
Belém – PA, 13 de setembro de 2010
Introdução
o
Raios e relâmpagos têm sido objeto
de interesse e investigação há
décadas:
o
o
A atividade elétrica nas tempestades é
controlada pela intensidade as correntes
ascendentes, precipitação e formação de
gelo nas nuvens, o que torna
estreitamente relacionados com a
dinâmica temporal e microfísica.
Portanto, a eletrificação das nuvens
transmite informações úteis sobre a taxa,
quantidade e distribuição da precipitação
convectiva (Goodman e Buechler, 1990;
Petersen 1998; Cecil et al., 2005; Liu et
al. 2008), bem como o tempo severo
(Williams et al. de 1999, Schultz et al.
2009, Gatlin ea Goodman, 2010) e suas
potenciais ameaças para a vida,
incêndios selvagens e danos para as
estruturas e instalações.
Introdução
o
o
o
Todas estas implicações tornar o local de ocorrência de raios de
grande interesse para vários setores da sociedade.
Neste sentido, os sistemas de Detecção de Descargas Atmosféricas
(LLS – Lightning Location Systems) tem estado em funcionamento
durante muitas décadas.
LLS são baseados na detecção da radiação eletromagnética emitida
por um raio, que pode ser feito principalmente através das
freqüências de rádio, ópticas e infra-vermelho próximo:
o
Emissões nas freqüências de radio:
pulsos curtos emitidos por cargas
aceleradas durante a rápida mudança
dos passos de corrente
o
Emissões no infra-vermelho próximo:
gases ionizados e dissociados pela
radiação térmica do canal do relâmpago.
Medidas de raios através de ondas de rádio
Rádio
Espectro de potência
5000 km
VHF
400 km
VLF VLF/
LF
1
10
100
1000
100 km
Líder escalonado (canal precursor)
VHF
10.000 100.0000
Freqüência (kHz)
Descarga de retorno (descarga de
retorno) nuvem-solo
o
Processos energéticos altos dos raios (por exemplo, descargas de retorno) podem ser
detectados na escala de baixa (LF) a muito baixa (VLF) de radiofrequências.
o
Outros processos (por exemplo, processos de decomposição menos energéticos) são
detectados somente por meio de freqüências muito altas (VHF).
o
A maior parte das redes LLS operacionais no mundo são compostas de sensores de
VLF e LF, o que torna possível a localização de relâmpagos (principalmente nuvem-solo)
no espaço e no tempo em coordenadas bidimensionais (isto é, latitude e longitude).
Medidas de raios através de ondas de rádio
o
O New Mexico Institute of Mining and Technology desenvolveu um
sistema de detecção chamado “Lightning Mapping Array” (LMA)
(Rison et al. 1999), baseado no sistema “Lightning Detecting and
Ranging” (LDAR) desenvolvido no Kennedy Space Center – NASA
(Maier et al . 1,995):
o
o
o
localiza as fontes de picos de sinais de rádio em VHF provenientes de raios;
usa canais de televisão não utilizados, medindo o tempo de chegada (GPS) dos picos
eletromagnéticos em diferentes estações de recepção em sucessivos intervalos de 80 µs;
centenas de fontes por relâmpagos podem ser detectadas no espaço e no tempo,
permitindo um mapa relâmpago tridimensional (3-D) (<50 m de erro até 150 km)
(Goodman et al. 2005).
Medidas de raios através de ondas de rádio
Estação LMA em Oklahoma, E.U.A.
Antena de sinal VHF
Antenas de comunicação
Estrutura que
abriga a caixa
eletrônica do sensor
Chickasha, Oklahoma
Medidas de raios através de ondas de rádio
o
Versão portátil:
Z-tempo
Exemplo de um mapa de
fontes de radiação de um
raio do tipo –CG
observado com o LMA
Z-X
(técnica Time-Of-Arrival)
Tempo = 0 ms
X-Y
Z-Y
Copyright New Mexico Tech
Z
tempo
Z
X
Tempo = + 100 ms
Y
Y
X
Z
Copyright New Mexico Tech
tempo
Z
X
Tempo = + 200 ms
Y
Y
X
Z
Copyrights New Mexico Tech
tempo
Z
X
Tempo = + 300 ms
Y
Y
X
Z
Copyrights New Mexico Tech
tempo
Z
X
Tempo = + 400 ms
Y
Y
X
Z
Copyrights New Mexico Tech
tempo
Z
X
Tempo = + 500 ms
Y
Y
X
Z
Copyrights New Mexico Tech
tempo
Z
X
Tempo = + 600 ms
Y
Y
X
Z
Copyrights New Mexico Tech
tempo
Z
X
Tempo = + 700 ms
Y
Y
X
Z
Copyrights New Mexico Tech
tempo
Z
X
Tempo = + 800 ms
Y
Y
X
Z
Copyrights New Mexico Tech
Z
t
Z
X
Código de cores
para densidade
de fontes
Y
Y
Código de cores inferido
para densidade de fontes
e “polaridade” a partir
de medidas de campo
elétrico com balão
(Exp. STEPS, EUA)
Z
t
Z
X
Y
Y
Medidas de raios através de ondas de rádio
o
Redes de detecção de raios totais (nuvem-solo + intra-nuvem) em
VHF operacionais e de pesquisa nos E.U.A.
DCLMA
NMLMA
OKLMA
NALMA
LDAR KSC
LDAR Houston
São Paulo Lightning Mapping Array (SPLMA)
o
o
o
o
o
o
Configuração preliminar da SPLMA:
IAG – USP;
o USP Leste;
Parque CienTec – USP;
o Pq. Est. da Serra da Cantareira;
Univ. Aberta do Brasil (UAB); o Mackenzie – Barueri;
UniFEI;
Biblioteca Pública de Suzano;
o UNIVAP – S. J. Campos;
o Pq. Tecnológico – S. J. Campos;
o Alcides – S. J. Campos;
52 km
90 km
135 km
São Paulo Lightning Mapping Array (SPLMA)
o
o
o
o
o
o
Configuração preliminar da SPLMA:
IAG – USP;
Parque CienTec – USP;
Univ. Aberta do Brasil (UAB);
UniFEI;
Biblioteca Pública de Suzano;
o
o
o
o
o
USP Leste;
o UNIVAP – S. J. Campos;
Pq. Est. da Serra da Cantareira;
o Pq. Tecnológico – S. J. Campos;
Mackenzie – Barueri;
o Casa Alcides – S. J. Campos;
UNIVAP – dd S. J. Campos;
Parque Tecnológico de S. J. Campos;
52 km
90 km
135 km
INPE – S. J. Campos:
- Câmeras rápidas, etc.
- BRASILDAT (senores IMPACT, LPATS – SE Brasil)
- Sensores WeatherBug (SP)
São Paulo Lightning Mapping Array (SPLMA)
o
Há também a possibilidade de termos uma rede LINET:
o LINET opera em VLF - Eumetsat
o Mackenzie – Barueri;
o Unicamp – Campinas;
o INPE – S. J. Campos;
o Unesp – São Vicente;
o Maracatu – SP;
o Fatec – Tatuí;
LINET
SPLMA
SJLMA
São Paulo Lightning Mapping Array (SPLMA)
o
A SPLMA é uma rede experimental em apoio à um dos experimentos do projeto
CHUVA e em apoio às atividades de pré-lançamento do satélite GOES-R.
o
Experimento CHUVA:
o
Working Group 1: Characteristics of the precipitating systems
as function of the region and life stage (Luiz Augusto Machado)
o
Working Group 2: Precipitation estimation – development and
validation algorithm (Carlos Frederico Angelis)
o
Working Group 3: Eletrification process: moving from
clouds to thunderstorms (Carlos Augusto Morales)
o
Working Group 4: Characteristics of the boundary layer for
different cloud processes and precipitation regimes (Gilberto
Fish)
o
Working Group 5: Model improvements and validation, with
focus in cloud microphysics and aerosol interactions, for
satellite precipitation estimates in Brazil (Maria Assunção F.
Silva Dias)
Jan
Fev
Mar
Abr
2011
Fortaleza, CE
2012
Manaus, AM
2013
Mai
Jun
Jul
Belém, PA
Ago
Set
Out
Nov
Dez
S. L. do
Paraitinga, SP
Foz do Iguaçu,
PR
Brasília, DF
São Paulo Lightning Mapping Array (SPLMA)
o
GOES-R (lançamento em 2015):
o
o
Terá, entre outros instrumentos, o Geostationary Lightning Mapper (GLM) e o
Advanced baseline Imager (ABI).
GLM é um sensor óptico de raios totais, a partir da herança dos sensores OTD (Optical
Transient Device – 1995 à 2000) e TRMM-LIS (Lightning Imaging Sensor – 1997 ao
presente).
Visão do GLM
o
o
O GLM usa dados de redes LMA totais de raios para dados “proxy”
O ABI usa o SEVERI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager) abordo do satélite
Meteosat Second Generation (MSG) – que tem cobertura sobre São Paulo.
São Paulo Lightning Mapping Array (SPLMA)
o
GOES-R (lançamento em 2015):
15 min: “Full disk”
São Paulo Lightning Mapping Array (SPLMA)
o
GOES-R (lançamento em 2015):
15 min: “Full disk”
5 min: “Continental U.S.”
São Paulo Lightning Mapping Array (SPLMA)
o
GOES-R (lançamento em 2015):
15 min: “Full disk”
5 min: “Continental U.S.”
30 seg: “Mesoscale”