@PhDThesis{Bourscheidt:2012:SiDiEs,
author = "Bourscheidt, Vandoir",
title = "Singularidades da distribui{\c{c}}{\~a}o espacial e temporal de
rel{\^a}mpagos nuvem-solo a partir de dados de sistemas de
detec{\c{c}}{\~a}o",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais",
year = "2012",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2012-04-12",
keywords = "rel{\^a}mpagos, sistemas de detec{\c{c}}{\~a}o, desempenho do
sistema, climatologias de rel{\^a}mpagos, m{\'e}todos de kernel,
lightning, detection systems, system performance, lightning
climatologies, kernel methods.",
abstract = "Uma das aplica{\c{c}}{\~o}es mais comuns dos dados de
rel{\^a}mpagos {\'e} a elabora{\c{c}}{\~a}o de
mapas/climatologias de rel{\^a}mpagos, visando identificar
\textquotedblleft {singularidades
f{\'{\i}}sicas}\textquotedblright na sua
distribui{\c{c}}{\~a}o, ou seja, padr{\~o}es ou tend{\^e}ncias
associados a aspectos f{\'{\i}}sicos. Os dados s{\~a}o obtidos
por meio de redes de sensores e a qualidade desta
informa{\c{c}}{\~a}o {\'e} usualmente avaliada por
crit{\'e}rios de desempenho: efici{\^e}ncia de
detec{\c{c}}{\~a}o e precis{\~a}o de localiza{\c{c}}{\~a}o.
As redes, no entanto, est{\~a}o sujeitas a varia{\c{c}}{\~o}es
de desempenho no tempo e espa{\c{c}}o, que podem criar
singularidades resultantes do pr{\'o}prio sistema. Esta tese se
concentra no aprimoramento e no desenvolvimento de t{\'e}cnicas e
m{\'e}todos para incluir e/ou superar efeitos do desempenho dos
sistemas de detec{\c{c}}{\~a}o de rel{\^a}mpagos na
an{\'a}lise espacial e temporal de descargas. Por aprimoramento
entende-se o novo modelo de efici{\^e}ncia de
detec{\c{c}}{\~a}o relativa (MEDR), que passou por melhorias
n{\~a}o s{\'o} no c{\'a}lculo da efici{\^e}ncia, passando a
incluir varia{\c{c}}{\~o}es angulares da mesma, mas tamb{\'e}m
nos filtros, pela inclus{\~a}o das varia{\c{c}}{\~o}es
di{\'a}rias de estado (\textit{uptime}) dos sensores. Por
desenvolvimento, entende-se a inclus{\~a}o das elipses de
seguran{\c{c}}a como um m{\'e}todo de suaviza{\c{c}}{\~a}o
para os mapas ou climatologias de rel{\^a}mpagos, chamado de
KBBES. Outros m{\'e}todos baseados em t{\'e}cnicas existentes
s{\~a}o sugeridos como forma de minimizar os efeitos de
desempenho espacial e temporalmente: filtros para baixa corrente,
dias de tempestade e horas de tempestade. Finalmente, tamb{\'e}m
{\'e} proposto um m{\'e}todo baseado em dados de descarga que
busca identificar o in{\'{\i}}cio das tempestades (chamado de
TIT - \textit{Thunderstorm Initiation Technique}). Com base
nestes m{\'e}todos, desenvolveu-se a an{\'a}lise de efeitos da
ilha de calor de S{\~a}o Paulo e dos efeitos da altitude. As
melhorias no MEDR s{\~a}o consider{\'a}veis, concentrando as
maiores efici{\^e}ncias na parte interna da rede. O KBBES, por
sua vez, permite que mapas de alta resolu{\c{c}}{\~a}o sejam
desenvolvidos sem prejudicar as estimativas de densidade - efeito
comum no caso de m{\'e}todos de contagem simples. Os demais
m{\'e}todos para superar efeitos de desempenho se mostraram uma
boa contribui{\c{c}}{\~a}o cient{\'{\i}}fica, principalmente
para an{\'a}lises espaciais e temporais para longos
per{\'{\i}}odos. No que concerne {\`a}s ilhas de calor,
destaca-se a forma diferenciada que a TIT apresentou sobre a
{\'a}rea urbana, indicando forte atua{\c{c}}{\~a}o do gradiente
t{\'e}rmico sobre a forma{\c{c}}{\~a}o das tempestades.
N{\~a}o foram encontradas tend{\^e}ncias temporais de aumento na
ocorr{\^e}ncia de rel{\^a}mpagos ou da temperatura de um modo
geral. O m{\^e}s de novembro, considerado como o in{\'{\i}}cio
da esta{\c{c}}{\~a}o de tempestades, apresentou alguma
tend{\^e}ncia, por{\'e}m pouco significativa. Com
rela{\c{c}}{\~a}o {\`a} altitude, a an{\'a}lise atrav{\'e}s
de mapas de alta resolu{\c{c}}{\~a}o permitiu identificar
rela{\c{c}}{\~o}es estreitas entre a eleva{\c{c}}{\~a}o e os
rel{\^a}mpagos. Ideias para compreender esta rela{\c{c}}{\~a}o
remetem a quest{\~o}es relativas ao pr{\'o}prio canal do
rel{\^a}mpago, bem como {\`a} inibi{\c{c}}{\~a}o das
tempestades no ambiente p{\'o}s-montanha. A an{\'a}lise espacial
da TIT para este caso tamb{\'e}m apontou a associa{\c{c}}{\~a}o
do in{\'{\i}}cio das tempestades com as {\'a}reas elevadas. Em
resumo, os m{\'e}todos e t{\'e}cnicas se mostraram
satisfat{\'o}rios e avan{\c{c}}os significativos para a melhor
compreens{\~a}o das singularidades f{\'{\i}}sicas e/ou
resultantes dos sistemas de detec{\c{c}}{\~a}o foram
alcan{\c{c}}ados. ABSTRACT: One of the most common applications
of lightning data is providing lightning climatologies to identify
physical \textquotedblleft {singularities}\textquotedblright on
its distribution, i.e., patterns or trends associated with
physical aspects. Data are collected by Lightning Location Systems
(LLSs) and the quality of information is usually evaluated by two
performance criteria: detection efficiency and location accuracy.
The networks are subject to spatial and temporal performance
variations, which may imply in singularities resulting from the
LLSs. This study focuses on the improvement and development of
techniques and methods to include and/or overcome performance
effects of lightning detection systems on the CG lightning spatial
and temporal analysis. The improvements are related to the new
relative detection efficiency model (RDEM), which has been
modified to include the angular efficiency variations and filters
for a status change of the sensors (daily uptime). The main
development is related to the smoothing method for the lightning
maps or climatologies, based on the confidence ellipses and is
called KBBES. Other methods based on existing techniques are
suggested in order to minimize the effects of spatial and temporal
performance variations: filters for low peak current events,
thunderstorm days and thunderstorm hours. Finally, a method to
identify the onset of thunderstorms (called TIM - Thunderstorm
Initiation Method) based on the lightning data is proposed. These
methods are used, then, to analyze the effects of the urban heat
island of S{\~a}o Paulo and the effects of the altitude. The
improvements in the RDEM are significant, increasing the estimated
efficiencies in the inner network. The proposed KBBES allowed the
development of high-resolution maps without losing the density
values, which usually happens for the simple count method. The
methods to overcome the performance variations proved to be
interesting, especially for long-term spatial and temporal
analyzes. Regarding the urban heat island, the TIM showed a unique
pattern, suggesting greater instability along the perimeter of the
urban area. For the temporal analysis, no trends were observed in
general. November, considered as the beginning of the storms
season, showed some tendency, despite slight. With respect to the
altitude, the analysis using high-resolution maps showed a good
agreement between elevation and lightning. Ideas to understand
this relationship refer to the lightning channel attachment
process, and inhibition of storms in the post- mountain
environment. Spatial analysis of TIM for this case also indicated
that the storms are related to the elevation. In summary, methods
and techniques gave satisfactory results and significant advances
to understand the physical aspects and singularities resulting
from the detection systems have been achieved.",
committee = "Muralikrishna, Polinaya (presidente) and Saba, Marcelo
Magalh{\~a}es Fares (vice-presidente) and Pinto Junior, Osmar
(orientador) and Naccarato, Kleber Pinheiro (orientador) and
Alval{\'a}, Pl{\'{\i}}nio Carlos and Cummins, Kenneth Laurence
and Fernandes, Widnei Alves",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Singularities on the spatial and temporal distribution of
cloud-to-ground lightning based on location systems data",
language = "pt",
pages = "159",
ibi = "8JMKD3MGP7W/3BGQHEB",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP7W/3BGQHEB",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "08 maio 2024"
}