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@PhDThesis{Magina:2016:SiAlOc,
               author = "Magina, Fl{\'a}vio de Carvalho",
                title = "Sistema de alerta de ocorr{\^e}ncia de raios utilizando rede de 
                         sensores de campo el{\'e}trico atmosf{\'e}rico",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2016",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2016-02-25",
             keywords = "rel{\^a}mpagos, raios, descargas atmosf{\'e}ricas, sistemas de 
                         alerta de raios, sensores de campo el{\'e}trico atmosf{\'e}rico, 
                         lightning, lightning flash, atmospheric electric discharges, 
                         lightning warning systems, atmospheric electric field sensors.",
             abstract = "H{\'a} evid{\^e}ncias de que o clima global est{\'a} mudando e 
                         aumentos de eventos extremos, como tempestades severas, est{\~a}o 
                         previstos para o futuro. As descargas el{\'e}tricas 
                         atmosf{\'e}ricas, mais precisamente as descargas nuvem-solo ou 
                         raios, s{\~a}o uma caracter{\'{\i}}stica das tempestades que 
                         causam perdas de vidas e danos aos empreendimentos e que, tendem a 
                         aumentar com o aumento das tempestades. No Brasil, morrem mais de 
                         uma centena de pessoas por ano atingidas por raios e 
                         preju{\'{\i}}zos econ{\^o}micos anuais de cerca de um 
                         bilh{\~a}o de Reais s{\~a}o contabilizados pelo setor 
                         el{\'e}trico em danos em equipamentos e instala{\c{c}}{\~o}es 
                         atingidos por raios. Como consequ{\^e}ncia destes fatos, uma 
                         cresceste demanda por sistemas de monitoramento e alerta da 
                         ocorr{\^e}ncia de raios tem sido verificada. A tecnologia de 
                         monitoramento de raios conta hoje com os sistemas de 
                         localiza{\c{c}}{\~a}o de descargas atmosf{\'e}ricas que podem 
                         localizar com precis{\~a}o a ocorr{\^e}ncia de raios e assim 
                         reportar a aproxima{\c{c}}{\~a}o de uma tempestade de uma 
                         {\'a}rea onde se deseja proteger as pessoas e o patrim{\^o}nio. 
                         Entretanto, estes sistemas s{\~a}o complexos, caros e de 
                         dif{\'{\i}}cil manuten{\c{c}}{\~a}o. Al{\'e}m disso, s{\'o} 
                         conseguem reportar a ocorr{\^e}ncia do raio depois que o mesmo 
                         ocorreu. Uma outra forma de se detectar a aproxima{\c{c}}{\~a}o 
                         de uma tempestade com potencial para o desenvolvimento de raios 
                         {\'e} medindo o campo eletrost{\'a}tico local utilizando 
                         sensores projetados para tal fim. Os dispositivos conhecidos como 
                         Field Mill ou sensor EFM podem detectar varia{\c{c}}{\~o}es no 
                         campo el{\'e}trico atmosf{\'e}rico quando da 
                         aproxima{\c{c}}{\~a}o de uma tempestade com atividade 
                         el{\'e}trica a uma dist{\^a}ncia de at{\'e} vinte 
                         quil{\^o}metros. Os sistemas de alerta baseados nas 
                         medi{\c{c}}{\~o}es de sensores EFM s{\~a}o os {\'u}nicos com 
                         capacidade para emitir alertas antes da ocorr{\^e}ncia do 
                         primeiro raio dentro da {\'a}rea de prote{\c{c}}{\~a}o. Os 
                         sensores EFM s{\~a}o dispositivos mais simples e de menor custo 
                         se comparados com os sistemas de localiza{\c{c}}{\~a}o de 
                         descargas atmosf{\'e}ricas. Por{\'e}m, as suas 
                         medi{\c{c}}{\~o}es s{\~a}o fortemente influenciadas pelas 
                         caracter{\'{\i}}sticas do local onde se encontram instalados 
                         (altura do centro de carga das nuvens de tempestade na 
                         regi{\~a}o, topografia, obstru{\c{c}}{\~o}es, etc.), o que pode 
                         resultar em baixos {\'{\i}}ndices de alarmes efetivos ou altos 
                         {\'{\i}}ndices de alarmes falsos ou n{\~a}o reportados. 
                         V{\'a}rios sistemas de alerta foram constru{\'{\i}}dos, em 
                         v{\'a}rios locais do mundo, com base em medi{\c{c}}{\~o}es 
                         pontuais de sensores EFM, na maioria dos casos de um {\'u}nico 
                         sensor instalado no local para o qual se deseja 
                         prote{\c{c}}{\~a}o. Esta configura{\c{c}}{\~a}o {\'e} afetada 
                         pelas limita{\c{c}}{\~o}es inerentes da medi{\c{c}}{\~a}o 
                         pontual. Uma rede com onze sensores EFM foi integrada na 
                         regi{\~a}o de S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos, Sudeste do Brasil, 
                         com o prop{\'o}sito de fornecer medi{\c{c}}{\~o}es de campo 
                         el{\'e}trico atmosf{\'e}rico em tempo real para o 
                         desenvolvimento de um sistema experimental de alerta de raios. Com 
                         as medi{\c{c}}{\~o}es coletadas por esta rede, no ver{\~a}o de 
                         2013-2014 (no hemisf{\'e}rio sul), foi desenvolvida e avaliada 
                         uma solu{\c{c}}{\~a}o inovadora, para estrutura{\c{c}}{\~a}o 
                         de um sistema de alerta de raios, utilizando medi{\c{c}}{\~o}es 
                         interpoladas espacialmente adquiridas da rede de sensores EFM e 
                         formatadas como matrizes de pontos de grade regularmente 
                         espa{\c{c}}ados. O processo de interpola{\c{c}}{\~a}o tende a 
                         suavizar as medi{\c{c}}{\~o}es de campo el{\'e}trico 
                         atmosf{\'e}rico, reduzindo assim os efeitos indesejados das 
                         medi{\c{c}}{\~o}es pontuais, resultando em uma maior efetividade 
                         dos alertas que se baseiam neste tipo de informa{\c{c}}{\~a}o. 
                         Os resultados da avalia{\c{c}}{\~a}o da efetividade dos alertas, 
                         com base nas medi{\c{c}}{\~o}es espacialmente interpoladas, 
                         mostraram uma excelente resposta na aplica{\c{c}}{\~a}o do 
                         m{\'e}todo, com altos valores para os {\'{\i}}ndices 
                         estat{\'{\i}}sticos de alarmes efetivos e baixos 
                         {\'{\i}}ndices de alarmes falsos e n{\~a}o reportados, quando 
                         comparado com as avalia{\c{c}}{\~o}es encontradas na literatura 
                         para sistemas baseados em medi{\c{c}}{\~o}es pontuais. Estes 
                         resultados fomentam a continuidade desta investiga{\c{c}}{\~a}o, 
                         abrindo perspectivas para trabalhos futuros utilizando o 
                         m{\'e}todo proposto e avaliado nesta tese. ABSTRACT: There is 
                         evidence that the global climate is changing and extreme events 
                         increases, as severe storms are expected in the future. 
                         Atmospheric electrical discharges, specifically the 
                         cloud-to-ground discharge or lightning, are a feature of storms 
                         that cause loss of life and damage to property and tend to 
                         increase with the increase of storms. In Brazil, over a hundred 
                         people a year are killed by lightning and annual economic losses 
                         of about one billion Reais are recorded by the electricity power 
                         sector in damage to equipment and facilities struck by lightning. 
                         Because of these facts, one grown demand for lightning monitoring 
                         and warning systems have been verified. The lightning monitoring 
                         technology currently has the lightning location systems that can 
                         locate the occurrence of lightning and thus report a storm 
                         approach of an area where people and property must be protected. 
                         However, these systems are complex, expensive and difficult to 
                         maintain. In addition, they can only report the lightning 
                         occurrence after it occurred. Another way to detect a storm 
                         approach with potential for developing lightning is measuring the 
                         local electrostatic field using sensors properly designed for this 
                         purpose. Devices known as Field Mill or EFM sensor can detect 
                         variations in the atmospheric electrostatic field when there is a 
                         storm approach with electrical activity at a distance of up to 
                         twenty kilometres. Lightning warning systems based on EFM sensors 
                         measurements are the only one able to issue warnings before the 
                         first lightning discharge occurrence within the protected area. 
                         The EFM sensors are simple devices and have lower cost compared 
                         with the lightning location systems. However, their measurements 
                         are strongly influenced by the characteristics of the site where 
                         they are installed (the charge centre height of storm clouds in 
                         the region, topography, obstructions, etc.), which may result in 
                         low rates of effective alarms or high rates of false alarm or not 
                         reported lightning. Several warning systems have been built in 
                         various parts of the world based on local measurements of EFM 
                         sensors, in most cases a single sensor installed at the site to be 
                         protected. This configuration is affected by the inherent 
                         limitations of local measurements. A network with eleven EFM 
                         sensors were integrated in the region of S{\~a}o Jos{\'e} dos 
                         Campos, south-eastern Brazil, with the purpose of providing 
                         atmospheric electrostatic field measurements in real time in order 
                         to support the development of an experimental lightning warning 
                         system. With measurements collected by this network in the summer 
                         of 2013-2014 (in the South Hemisphere), an innovative solution was 
                         developed and evaluated for a lightning warning system developing, 
                         using spatially interpolated measurements, acquired from the EFM 
                         sensors network, formatted as arrays of grid points regularly 
                         spaced. The interpolation process tends to smooth out the 
                         measurements of atmospheric electrostatic field, thereby reducing 
                         the unwanted effects of discontinuous measurements, resulting in 
                         greater effectiveness of the alerts that are based on this type of 
                         information. Results of the evaluation of the effectiveness of 
                         alerts based on spatially interpolated measurements showed an 
                         excellent response in the method, with high rates for the 
                         statistical indices of effective alarms and low rates of false and 
                         not reported alarms if compared with assessments found in the 
                         literature for systems based on local pointed measurements. These 
                         results encourage the continuation of this research, opening up 
                         prospects for future work, using the proposed and evaluated method 
                         presented in this thesis.",
            committee = "Alval{\'a}, Pl{\'{\i}}nio Carlos (presidente) and Pinto Junior, 
                         Osmar (orientador) and Naccarato, Kleber Pinheiro (orientador) and 
                         Saraiva, Antonio Carlos Varela and Ferro, Marco Antonio da Silva",
           copyholder = "SID/SCD",
         englishtitle = "Lightning warning system using atmospheric electric field sensors 
                         network",
             language = "pt",
                pages = "154",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3L6ACE5",
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           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "04 dez. 2020"
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