ESTUDO DE RELÂMPAGOS NO BRASIL COM BASE NA ANÁLISE DE DESEMPENHO DO SISTEMA DE LOCALIZAÇÃO DE TEMPESTADES

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1 MINISTÉRIO DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS INPE-8380-TDI/770 ESTUDO DE RELÂMPAGOS NO BRASIL COM BASE NA ANÁLISE DE DESEMPENHO DO SISTEMA DE LOCALIZAÇÃO DE TEMPESTADES Kleber Pinheiro Naccarato Dissertação de Mestrado em Geofísica Espacial, orientada pelos Drs. Osmar Pinto Júnior e Iara Regina Cardoso de Almeida Pinto, aprovada em 30 de maio de INPE São José dos Campos 2001

2 (815 A/Z) NACCARATO, K. P. Estudo de relâmpagos no Brasil com base na análise de desempenho do sistema de localização de tempestades / K. P. Naccarato São José dos Campos: INPE, p. (INPE-8380-TDI/770). 1.Relâmpagos. 2.Tempestades. 3.Medidas eletromagnéticas. 4.Radiação eletromagnética. 5.Sensores. 6.Aquisição de dados. I.Título.

3 Aprovado pela Banca Examinadora em cumprimento a requisito exigido para a obtenção do Título de Mestre em Geofísica Espacial Candidato (a) : Kleber Pinheiro Naccarato São José dos Campos, 30 de maio de 2001.

4 Sem luta não há vitória. Sem empenho não há conquista. Autor desconhecido..

5 Aos meus pais, que souberam transformar uma criança em um homem pleno. Ao meu grande amor, que soube transformar esse homem em uma eterna criança.

6 AGRADECIMENTOS Ao nosso Mestre Maior, que através de sua infinita bondade, nos concede incontáveis oportunidades para o crescimento. À toda espiritualidade amiga que, silenciosamente, apoia-me, orienta-me e torce pelo meu sucesso. À minha família que, com muita dedicação e amor, procurou compreender meus erros, sanar minhas dúvidas e manter-me no caminho do bem durante essa e todas as outras etapas de minha vida. Aos meus orientadores que, com muito profissionalismo e paciência, introduziram-me no meio científico com segurança e companheirismo. Aos colegas do grupo de Eletricidade Atmosférica (Natália, Heloísa, Fernando Miranda, Dailton, Widinei, Roberto Serrano, Evandro, Rosa, Aurora), pela forte amizade que, direta ou indiretamente, contribuiu para a realização deste trabalho. Aos grandes amigos Caio Eduardo, Perky, Ana, Ana Paula, Zé Luiz, Manuella, Dário, Rodrigo e André pelo apoio constante e a compreensão paciente durante mais esta etapa de minha vida. Aos doutores Polinaya Muralikrishna e Eurico Rodrigues de Paula pela boa vontade na análise deste trabalho, enriquecendo-o com suas sugestões. Ao Dr. João Alberto Pratini de Moraes que, com sua amizade, humildade e experiência, contribuiu com valiosos comentários e ensinamentos. À Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG) por possibilitar o acesso a seu Sistema de Localização de Tempestades, o que tornou possível o desenvolvimento deste trabalho. Aos amigos do Departamento de Planejamento Energético (GE/PE), especialmente Armando Cazetta Filho e Gustavo Enésio Amorim, pela enorme paciência, atenção e dedicação durante a etapa de aprendizado e aquisição dos dados do sistema. À Sra. Regina e funcionários do Forum Apart Hotel em Belo Horizonte/MG, pela simpática e prestativa recepção que facilitou muito minha estadia nesta cidade, tornando-a produtiva e agradável.

7 Às funcionárias da biblioteca Marciana, Silvia, Suelena, Eunice e Yolanda pelas importantes orientações e auxílio competente na localização e organização das referências bibliográficas. Ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), pelo apoio técnico e infra-estrutura, ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) pelo suporte financeiro.

8 RESUMO Os efeitos deletérios diretos e indiretos dos relâmpagos sobre os seres humanos têm motivado inúmeros e constantes estudos no Brasil e no mundo sobre suas características e sua relação com fatores geográficos, sazonais, topográficos e demográficos, visando assim minimizar seu impacto sobre um mundo em pleno avanço tecnológico. Os sistemas de localização de tempestades (SLT) sugiram então como um poderoso aliado a essas pesquisas. Compostos por uma rede de sensores que captam as radiações EM emitidas pelos relâmpagos e enviam essas informações a uma central de processamento, esses sistemas podem determinar com precisão a localização do evento e seus principais parâmetros físicos, abrangendo grandes extensões territoriais. Desta forma, o SLT possibilita desenvolver estudos das características dos relâmpagos para regiões e períodos de interesse. O objetivo deste trabalho foi, primeiramente, avaliar o desempenho do SLT instalado na região sudeste do Brasil para estabelecer suas limitações como instrumento de medida e a influência de sua configuração e de sua rede de detecção nos dados gerados. A partir daí, com base nesses resultados, obteve-se os principais aspectos dos relâmpagos em função das condições geográficas e sazonais usando dados do verão e inverno de 1999 e Como principais resultados, obteve-se que o percentual de relâmpagos positivos registrados na região sudeste do Brasil foi significativamente maior no inverno (média de 23%) que no verão (média de 5,7%). Além disso, os relâmpagos negativos mostraram-se menos intensos que os relâmpagos positivos. Por outro lado, os relâmpagos negativos apresentaram uma intensidade de corrente de pico maior no verão (média de 36,9 ka) que no inverno (média de 29,9 ka), enquanto que um comportamento contrário pôde ser observado para os positivos (com médias de 50,5 ka no inverno e 46,9 ka no verão). Por fim, os relâmpagos negativos apresentaram uma maior multiplicidade (média de 1,7) em relação aos positivos (média de 1,05), não havendo variações sazonais significativas. Desenvolveu-se também um estudo preliminar sobre a ocorrência de relâmpagos em regiões densamente povoadas no verão dos anos de 2000 e Os resultados revelaram indícios de uma maior concentração de relâmpagos sobre grandes centros urbanos, como a Grande São Paulo, Grande Campinas e Vale do Paraíba. Acredita-se que estas alterações estejam associadas a eventuais alterações climáticas locais provocadas pelo crescimento populacional e industrial, responsáveis pela emissão de poluentes na atmosfera, urbanização e devastação da vegetação.

9 A STUDY OF THE LIGHTNING CHARACTERISTICS IN BRAZIL BASED ON AN ANALYSIS OF THE PERFORMANCE OF THE LIGHTNING LOCATION SYSTEM. ABSTRACT The harmful lightning effects on the mankind have motivated several investigations on lightning characteristics in the world and, particularly, in Brazil. Many studies on the geographic, seasonal, topographic and demographic features of lightning have been done using lightning location systems (LLS). The LLS, which is located in the southeastern region of Brazil, is a complex measurement system composed by a network of sensors that detects the electromagnetic radiation of the discharges over a wide continental area and sends these informations to a central processing unit. The location of the lightning strike point and the main physical parameters are then precisely calculated. These data play a significant role on the development of the lightning research in specific areas and periods. On the other hand, the LLS presents limitations that should be studied in order to assure more realistic results. The objective of this work is to develop a preliminary analysis of the LLS performance and the influence of its configuration on the lightning data. A study of the lightning seasonal and geographic characteristics during summer and winter seasons of 1999 and 2000 are then performed based on this analysis. The main conclusions reveal that the percentage of positive flashes is significantly greater in winter (about 23%) than in summer (about 5.7%). The peak currents of negative lightning are less intense than the peak currents of positive flashes. Negative flashes tend to be more intense in summer with a mean peak current of 36.9 ka. The correspondent winter value is 29.9 ka. Positive lightning present an inverse behavior with a mean value of 46.9 ka in summer and 50.5 ka in winter. It was observed that single lightning (both positive and negative) were less intense than the first return stroke of multiple lightning. The negative lightning have a greater number of return strokes with a mean value of 1.74 while in positive lightning the mean multiplicity is The multiplicity does not present a significant seasonal variation for both polarities. Also, a preliminary study of lightning occurrence over highly populated areas was developed during the summer seasons of 2000 and The results reveal that lightning tend to concentrate over large urban areas, as the metropolitan regions of São Paulo, Campinas and Vale do Paraíba. It is supposed that population growth and urbanization are responsible for this specific behavior due to the atmospheric pollution and deforestation which cause local meteorological changes.