MONITORAMENTO E EVOLUÇÃO DE DESCARGAS ELÉTRICAS ATMOSFÉRICAS ASSOCIADAS A SISTEMAS CONVECTIVOS DE MESOESCALA

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1 MONITORAMENTO E EVOLUÇÃO DE DESCARGAS ELÉTRICAS ATMOSFÉRICAS ASSOCIADAS A SISTEMAS CONVECTIVOS DE MESOESCALA Suzana Rodrigues Macedo, Wagner Flauber Araújo Lima, Luiz Augusto Toledo Machado Divisão de Satélites e Sistemas Ambientais/Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos -DSA/CPTEC Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE s:{suzana, wagner, machado}@cptec.inpe.br RESUMO Este artigo tem como objetivo apresentar um produto recentemente disponibilizado pelo CPTEC/INPE, em parceria com o grupo de Eletricidade Atmosférica, que trata-se da detecção de descargas atmosféricas distribuídas na imagem GOES e também da quantidade de descargas elétricas associadas a sistemas convectivos de mesoescala. Palavras-chave: descargas atmosféricas, sistemas convectivos de mesoescala. ABSTRACT: The main goal of this article is to present a product recently developed by CPTEC/INPE in partnership with the Atmospheric Electricity Group. The product shows the spatial distribution of lightning flashes on a GOES infrared image within an area of 10 km x 10 km, and the number of lightning occurrence associated to mesoscale convective systems detected by the FORTRACC (Forecast and tracking of Active Cloud Clusters) software. Key words: lightning flashes, cloud clusters, convective systems, GOES, FORTRACC 1. INTRODUÇÃO O monitoramento em tempo real de tempestades vem despertando o interesse tanto da comunidade meteorológica, como da sociedade em geral, visto a sua reconhecida utilidade nas tomadas de decisão por parte da defesa civil, redes de distribuição de energia elétrica e possibilidades de estudos sobre suas características em diferentes regiões. Em uma parceria com o grupo de Eletricidade Atmosférica do INPE (ELAT), recentemente a Divisão de Satélites Ambientais (DSA) do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) desenvolveu um novo produto, em caráter operacional, que vem a complementar o acompanhamento das tempestades atmosféricas: o monitoramento de descargas elétricas acumuladas por pixel a cada

2 meia hora e a associação destas descargas com a ocorrência de sistemas convectivos de mesoescala (SCM), disponível aos usuários no sítio Descargas atmosféricas são descargas elétricas de grande extensão (na ordem de kilometros) e intensidade que ocorrem devido ao acúmulo de cargas elétricas em geral em regiões localizadas dentro de tempestades (REF...). Os dados de descargas elétricas nuvem-solo são obtidos através da Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas Elétricas (RINDAT), que é uma rede de sensores e centrais que permitem a detecção, em tempo real, da maior parte de descargas que atingem o solo brasileiro. Os dados de quantidades de raios são recebidos a cada 15 minutos. As informações recebidas no período de 15 minutos antes a 15 minutos, depois do horário da varredura do satélite GOES em 20 S, são distribuídas sobre a grade da imagem (4 x 4 km 2 ) gerando uma matriz M. Desta forma o conteúdo da matriz M corresponde ao número de raios encontrados em cada pixel da imagem GOES (canal infravermelho), no período de meia hora. Esta informação é disponibilizada aos usuários a cada meia hora, após a matriz M ser interpolada para uma grade de 10 x 10 km 2 (referência em 20 S). A Figura 1 ilustra como exemplo, uma imagem GOES no canal infravermelho em cujos pixels foram detectadas descargas elétricas no período de meia hora. A tecnologia empregada nos sensores permite a detecção de descargas atmosféricas com até 90% de eficiência, representada pelas linhas circulares na figura.

3 Figura 1 Número de raios detectados por pixel. As áreas delineadas em preto correspondem a área de eficiência de detecção (%) fornecida pelo fabricante dos detectores. Uma vez que existe uma relação entre a ocorrência de descargas atmosféricas e a existência de tempestades em uma dada região, os dados de quantidades de descargas atmosféricas vem a complementar a previsão a curto prazo e evolução de sistemas convectivos de mesoescala, realizada na DSA através da metodologia empregada no ForTraCC (Forecast and tracking of Active Cloud Clusters). O ForTraCC é um método para acompanhamento das trajetórias e ciclos de vida dos SCM sobre o Brasil, utilizando imagens no canal infravermelho termal de satélite geoestacionário como base fundamental de dados, baseando-se na similaridade das características morfológicas e na área de superposição entre os SCM em imagens sucessivas (Machado et al., 1998). O processo de rastreamento é aplicado para dois limiares de temperatura de brilho, sendo 250K - 235K para SCM e 235K - 210K para células convectivas. O ForTraCC disponibiliza, a cada meia hora, um conjunto de informações a respeito dos SCM detectados na imagem GOES correspondente, acompanhado do histórico destas informações durante a evolução do ciclo do sistema. Assim, tornou-se conveniente uma integração destas informações com aquelas provenientes das matrizes M para cada horário. Uma vez feita a superposição da matriz M com a matriz de identificação dos SCM, pode-se contabilizar, dentro

4 do número de pixels pertencentes a cada SCM, a quantidade de descargas atmosféricas que estão associadas a cada sistema. A Figura 2 apresenta um exemplo de como estas informações são disponibilizadas para usuários. Na Figura 2.a observamos SCM detectados pelo ForTraCC em 31 de agosto de 2005, às 20:30 GMT. A Figura 2.b mostra, para o mesmo horário, a quantidade de raios detectados por sistemas convectivos em meia hora e a Figura 2.c mostra o histórico das descargas elétricas ocorridas em um dos sistemas.

5 Figura 2 Número de descargas atmosféricas por sistema convectivo: a) SCM detectados pelo ForTraCC; b) quantidade de raios em cada SCM; c) evolução histórica do ciclo de descargas elétricas encontradas nos SCM a cada meia hora. 2. CONSIDERAÇÕES FINAIS No material apresentado no item anterior, vê-se uma grande interação entre dois tipos de informações: o acompanhamento da evolução de SCM detectados pelo ForTraCC em imagens GOES e a detecção de descargas elétricas na atmosfera, através de sensores da rede RINDAT. Tanto as informações de quantidades de relâmpagos em pixels de 10 x 10 Km 2 como em sistemas convectivos detectados em tempo real, vem a somar esforços para o conhecimento das características evolutivas de tempestades no território brasileiro. Estas informações convergiram para o desenvolvimento de um novo produto operacional, destinado a aplicações pela defesa civil, redes de distribuição e transmissão de energia elétrica e previsão de tempo entre outras. 3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Machado; Laurent, Henri. The Convective System Area Expansion over Amazonia and its Relationships with Convective System Life Duration and High-Level Wind Divergence. Monthly Weather Review, v.132, n o 4, pp , 2004.

6 Machado, L. A. T; Rossow, W. B; Guedes R. L; Walker, A. Life cycle variations of convective systems over the Americas. Monthly Weather Review, v.126, pp , Macedo, S. R; Machado, L. A. T; Vila, D; Morales, C. A. Monitoramento de sistemas convectivos de mesoescala atuantes no Brasil utilizando o FORTRACC (Forecast and Tracking of Active and Convective Cells). In: XIII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Fortaleza-CE, Anais (CD-ROM) Macedo, S. R; Machado, L. A. T; Morales, C. A; Vila, D; Laurent, H. Características dos sistemas convectivos de mesoescala observados sobre a Amazônia durante o experimento RACCI/LBA. Anais da III Conferência Científica do LBA, Brasília-DF, Julho de Pinto Jr., O; Saba, M. M. F; Pinto, I. R. C. A; Tavares, F. S. S; Solorzano, N. N; Naccarato, K. P; Taylor, M; Pautet, P. D; Holzworth, R. H. Thunderstorm and lightning characteristics associated with sprites in Brazil. Geophys. Rech. Lett., 31(13): , 2004.