Projeto de Iniciação Científica. Estudo do comportamento elétrico dos Sistemas Convectivos Organizados

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1 Projeto de Iniciação Científica Centro Universitário da FEI Estudo do comportamento elétrico dos Sistemas Convectivos Organizados Nome do orientador: Rosangela Barreto Biasi Gin Depto: Física Nome do aluno: Renato Lombardo No Início do projeto: Março de 2010 Término do projeto: Fevereiro de 2011 Duração: 12 meses

2 Resumo Os Sistemas Convectivos Organizados são tempestades que apresentam fortes ventos, chuva intensa, granizo e alta atividade elétrica. Estes sistemas apresentam grande extensão horizontal gerando impactos a população de São Paulo e de São Bernardo do Campo. A identificação do comportamento elétrico das tempestades traz parâmetros importantes para identificar a dinâmica das tempestades e sua severidade. Atualmente o setor elétrico já faz uso dessas informações sendo necessário ampliar a utilização destas. Assim, o estudo do comportamento elétrico dos Sistemas Convectivos Organizados aqui proposto vem colaborar com a comunidade local identificando parâmetros de severidade das tempestades. Esses parâmetros podem ser utilizados pelo setor elétrico bem como órgãos da defesa civil desta região. Palavras-chave: 1. Descargas atmosféricas 2. Monitoramento de tempestades 3. Áreas de risco Objetivo e justificativa O objetivo deste projeto é identificar o comportamento elétrico em larga escala dos Sistemas Convectivos Organizados que atingem São Bernardo do Campo. Este estudo tem como base a identificação dos relâmpagos obtida através de sensores eletromagnéticos disponibilizada pela rede RINDAT. Uma análise elétrica das tempestades será feita para os sistemas que geram impactos em São Bernardo do Campo e em São Paulo identificando o comportamento global dos eventos monitorados na região. Nos últimos anos, a Grande São Paulo e ABCD tem enfrentado grandes problemas gerados por Sistemas Convectivos Organizados. Vários são os casos de mortes devido à

3 ocorrência de enchentes e devido à ocorrência de relâmpagos. Entretanto, muitos desses danos poderiam ser evitados se houvesse um conhecimento prévio do comportamento destes sistemas. Estudos feitos no sudeste do Brasil mostram que estas tempestades apresentam altas taxas de precipitação e descargas elétricas negativas de alta densidade e alta intensidade de corrente média. Assim, o conhecimento do comportamento elétrico destas tempestades gera parâmetros que podem auxiliar a tomada de decisão nos setores de gerenciamento de recursos hídricos, de distribuição de energia elétrica e órgãos de defesa civil. Revisão bibliográfica O Brasil é uma das principais regiões de atividade de tempestade no mundo (Sagalyn et al., 1961). Cerca de 100 milhões de Descargas Atmosféricas ocorrem no Brasil causando mortes e danos à população. Só na Grande São Paulo mais de 20 pessoas foram atingidas por relâmpagos no último verão. Além da população as Companhias de Energia Elétrica são as que mais sofrem com os efeitos diretos ou de surtos atmosféricos induzidos sobre as instalações e equipamentos do sistema elétrico. Desta forma, torna-se importante o monitoramento em larga escala destas tempestades. Em geral, os relâmpagos estão associados a Sistemas Convectivos de Mesoescala (Chéze e Sauvageot, 1997; Carey e Rutledge, 1998; Gin et al., 1998c; 1999; 2002; Kane, 1991). Estes sistemas são os grandes responsáveis por fortes ventos, chuva intensa, granizo e alta atividade elétrica. Atualmente, nada é possível fazer para deter tais sistemas, entretanto, pode-se identificar o comportamento destas tempestades e aplicá-lo a um Sistema de Alerta, com o objetivo de minimizar os danos. A habilidade de localizar e identificar a evolução destas tempestades num programa de Nowcasting auxilia a tomada de decisão num tempo curto e otimizado para gerenciamento de recursos hídricos, de distribuição de energia elétrica e órgãos de defesa civil (Gin et al., 2000b).

4 Várias são as formas de monitoramento de tempestades. Uma das técnicas mais utilizadas é o monitoramento dos relâmpagos em larga escala. Esta técnica está baseada no sistema de Detecção e Localização de Descargas Atmosféricas (Lightning Position and Tracking Systems) que identifica e localiza as descargas atmosféricas que ocorrem numa determinada região. Este sistema tem sido amplamente utilizado no gerenciamento da manutenção de sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica e na emissão de laudos de análise de eventos severos. Atualmente, as descargas atmosféricas que ocorrem nas regiões sul e sudeste do Brasil são monitoradas pela Rede Integrada de Descargas Atmosféricas RINDAT. A figura1 mostra a atividade de relâmpagos registrada em São Bernardo do Campo em 11 de novembro de As descargas atmosféricas aqui monitoradas são do tipo nuvem-solo, na sua maioria, múltiplas e de polaridade negativa. As regiões de maior incidência identificam as áreas de risco. Portanto, através do estudo do comportamento dos relâmpagos pode-se identificar as tempestades e aprimorar as técnicas e os métodos de monitoramento estratégico na região (Gin et al., 2000). Figura 1. Atividade de relâmpagos registrada em São Bernardo do Campo no dia 11 de novembro de 2001.

5 Materiais e Métodos. O objetivo deste projeto é identificar o comportamento elétrico dos Sistemas Convectivos que atingem São Bernardo do Campo. Esses sistemas são tempestades convectivas de larga extensão horizontal que atingem vários lugares da região metropolitana de São Paulo além do Grande ABC. Atualmente, estas tempestades são monitoradas localmente em São Bernardo do Campo. Desta forma, este estudo visa identificar o comportamento elétrico global dos sistemas convectivos que geram impactos em São Bernardo do Campo. Inicialmente serão selecionados eventos tendo como base as informações obtidas dos sensores elétricos desenvolvidos na FEI. Após a seleção dos eventos utilizaremos um banco de dados da rede RINDAT para identificar o comportamento dos relâmpagos em larga escala. A rede RINDAT é constituída de vários sensores eletromagnéticos distribuída na região sul e sudeste do Brasil. Esta rede identifica pontualmente as descargas atmosféricas o que facilita a análise em larga escala. Devido a grande quantidade de dados, cerca de 5 mil descargas por hora para cada tempestade, deve-se tratar os dados para identificar de forma coerente o comportamento elétrico das tempestades. Mapas de densidade e atividade de relâmpagos serão produzidos neste estudo. Utilizaremos um software especifico para o tratamento de dados de relâmpagos ajustando os parâmetros para o local de interesse. O software já se encontra disponível no laboratório assim como os dados. Após a

6 identificação do comportamento dos relâmpagos em larga escala, este resultado será comparado ao comportamento identificado pelos sensores elétricos da FEI. Além do desenvolvimento aqui apresentado, o aluno participará da Campanha de monitoramento contínuo, auxiliando a manutenção dos atuais sensores e acompanhando o desenvolvimento dos novos protótipos. O intuito desta participação é assimilar a técnica de monitoramento de tempestades, baseado em medidas de campo elétrico. O aluno se mostra interessado no desenvolvimento deste projeto e a infra-estrutura utilizada será do departamento de física da FEI. Segue abaixo o cronograma de execução das principais atividades que serão desenvolvidas durante este projeto. Cronograma Etapas \ meses Introdução à Eletricidade atmosférica Introdução a técnica de classificação e análise de descargas atmosféricas em eventos Seleção de eventos para criação de um banco de dados de sistemas convectivos Classificação e análise de descargas atmosférica para eventos específicos Comparação da análise anterior com o identificado pelos sensores elétricos da FEI Participação da Campanha Relatórios

7 Espera-se que sejam criadas condições para identificação do comportamento dos relâmpagos nos Sistemas Convectivos Organizados que ocorrem no Estado de São Paulo. É importante salientar que, as atividades serão desenvolvidas de modo a aperfeiçoar o conhecimento do aluno nas áreas de física e na aplicação destes conhecimento em áreas de pesquisa e desenvolvimento tecnológico. Referências bibliográficas Carey, L.D., Rutledge, S. A. Electrical and multiparameter radar observations of a severe hailstorm Journal of Geophysical Research 103(D12): , June, Chezé, J.L; Sauvageot, H. Area-average rainfall and lightning activity. Journal of Geophysical Research, 102(D02): , Gin, R.B.B.; Beneti, C., Cloud-To-Ground Lightning Flash Of South-Southeastern Of Brazil: International Lightning Detection Conference. ILDC, Tucson. Arizona, Gin, R.B.B.; Pereira Filho, A J.; Beneti, C., Guedes R. L. Estudo de Descargas elétricas atmosféricas em sistemas convectivos: estudo de casos. XI Congresso Brasileiro de Meteorologia, Rio de Janeiro, 2000b.Compack Disk(MR000018) Gin, R.B.B.; Pereira Filho, A J e Guedes, R.L Estudo de Descargas elétricas atmosféricas em sistemas convectivos organizados: estudo de casos. XIII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Minas Gerais, novembro Gin, R.B.B.; Pereira Filho, A J.; Silva Dias, M. A F. Estudo das Descargas Elétricas Atmosféricas em Sistemas Convectivos Organizados: análise preliminar. X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Brasilia, outubro 1998c. Compack Disk (MR 98009)

8 Kane, R. Correlating lightning to severe local Storms in the Northeastern United States. Weather Forecasting, 7, 3-12, Sagalyn, R.C.; Curtis, H.O.; Smith, L.G. Atmospheric electricity. In: Campen Jr., C.F.; Cole, A.E., ed. Handbook of geophysics, New York, NY, MacMillan, cap.9. p