%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/05.11.19.23
%2 sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/05.11.19.23.30
%T Um estudo da relação entre corrente elétrica e luminosidade, extraída de câmeras de alta velocidade, de descargas atmosféricas
%J A study of the relationship between electric current and luminosity, extracted from high-speed cameras, of atmospheric discharges
%D 2018
%8 2018-05-03
%9 Tese (Doutorado em Geofísica Espacial/Ciências Atmosféricas)
%P 251
%A Silva, Larissa Antunes da,
%E Saba, Marcelo Magalhães Fares (presidente),
%E Pinto Junior, Osmar (orientador),
%E Saraiva, Antonio Carlos Varela (orientador),
%E Vieira, Luis Eduardo Antunes,
%E Alvalá, Plínio Carlos,
%E Piantini, Alexandre,
%E Albrecht, Rachel Ifanger,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K relâmpagos nuvem-solo, câmera de alta velocidade, rede de detecção de relâmpagos, pico de corrente, glm, lightning, lightning cloud-to-ground lightning flashes, high-speed camera, lightning location system, peak current.
%X O objetivo principal do trabalho foi estudar a relação entre a luminosidade das descargas de retorno de relâmpagos nuvem-solo naturais, registradas por câmera de alta velocidade, e os picos corrente destas descargas de retorno medidos por redes locais de detecção de relâmpagos. Os dados foram coletados durante quatro campanhas de coleta de dados realizadas no verão de 2011/2012, de 2012/2013 e 2013/2014, no Brasil e no verão de 2017 nos Estados Unidos (EUA). Ao todo 1122 relâmpagos foram analisados, seguindo alguns critérios de seleção que consideram a visibilidade do canal das descargas de retorno, casos em que foi possível observar a presença de chuva, ou que estavam saturados, foram excluídos da análise. Além disso, foram selecionados para este trabalho, apenas os casos que tiveram ao menos cinco descargas de retorno detectadas por pelo menos uma das redes locais de detecção de relâmpagos. Como resultado, 66 relâmpagos foram escolhidos para serem analisados nesse trabalho. Na primeira parte da análise os dados foram analisados caso a caso por conta da luminosidade relativa, extraída das câmeras, não ser uma grandeza comparável entre vídeos. Além disso, os casos foram separados em dois grupos. O primeiro, foi o grupo de dados coletados no verão de 2011/2012, período em que havia duas redes de detecção de relâmpagos, instaladas temporáriamente na região, devido ao projeto CHUVA. Os resultados das 3 redes de detecção BrasilDAT, LINET e TSL200 foram comparados entre si. O segundo, foi o grupo de dados do verão de 2012/2013 e 2013/2014 realizadas no Brasil e verão de 2017, realizada nos EUA. A rede BrasilDAT foi utilizada para os dados do Brasil e a rede ENLTN para os dados dos EUA. As duas redes utilizam sensores da empresa EarthNetworks. Foram aplicados aos dados dois métodos de extração da luminosidade do canal da descarga de retorno. O método de área fixa considerou o mesmo tamanho de janela, em pixeis (30x15), para todos os casos, independentemente do tamanho ou distância do canal. O outro método utilizou a fotogrametria em cada caso para encontrar a razão pixel por metro. A luminosidade relativa foi comparada com picos de corrente, e ajustes lineares proveram a relação entre as duas grandezas. Na segunda parte da análise, foram utilizados os ajustes lineares de cada relâmpago nuvem-solo analisado, para se estimar o pico de corrente. Ao transformar luminosidade relativa em pico de corrente torna-se possível a comparação entre todos os casos estudados. O valor do quadrado do coeficiente linear entre o pico de corrente estimado pela luminosidade extraída pelo método de área fixa (30x15) e pico de corrente medido pelas redes de detecção foi 0,77 e para o pico de corrente estimado pela luminosidade extraída pelo método da fotogrametria foi 0,73. Esses resultados mostram que no geral existe uma boa correlação entre a luminosidade extraída das imagens das câmeras para os dois métodos e esse resultado foi próximo do resultado obtido por outros autores onde as análises foram realizadas a partir de medidas diretas de corrente em relâmpagos induzidos por foguetes. A última parte deste trabalho foi utilizar os dados de relâmpagos nuvem-solo registrados nos EUA, durante o verão de 2017 para analisar o que é visto pelo imaginador geoestacionário GLM, a bordo do satélite xii GOES-16, buscando verificar se existe alguma correlação entre a luminosidade(energia) visto no topo das nuvens pelo GLM e o pico de corrente das descargas para cada descarga de retorno registrada pela câmera de alta velocidade. Os resultados apresentados neste trabalho mostram que é possível estimar o pico de corrente das descargas naturais através da luminosidade extraída das imagens das câmeras de alta velocidade e que existe uma boa correlação entre a luminosidade das descargas de retorno, extraída das imagens de câmeras de alta velocidade, e o pico de corrente medido pelas redes de detecção de relâmpagos para casos que tenham boas condições de visibilidade. Os resultados da comparação dos relâmpagos nuvem-solo, registrados pelas câmeras de alta velocidade, com os dados do sensor ótico GLM, mostraram que algumas descargas de retorno foram registras simultaneamente pelos dois instrumentos, porém não é possível estimar a intensidade da corrente das descargas de retorno dos relâmpagos, pois esse instrumento só consegue registrar a radiação luminosa emitida no topo das nuvens. Somente com os dados utilizados na análise deste trabalho não foi possível identificar qual parte do relâmpago é vista pelo GLM. ABSTRACT: The main goal of the work was to study the relationship between the return stroke luminosity of natural cloud-to-ground lightning flashes, recorded by high-speed camera, and the peak current of these return stroke measured by local lightning location system. Data were collected during four data collection campaigns that were conducted during the summer of 2011/2012, 2012/2013 and 2013/2014, in Brazil and summer of 2017 in the United States (USA). Over all 1122 lightning flashes were analyzed, following some selection criteria that consider the visibility of the return stroke channel, cases in which it was possible to see the presence of rain, or that were saturated, were excluded from the analysis. In addition, we selected for this work only the cases that had at least five return strokes detected by at least one of the local lightning location system, As result, 66 lightning flashes were chosen to be analyzed in this work. In the first part of the analysis the data, were analyzed case by case because the relative brightness, extracted from the cameras, was not a comparable magnitude between videos. In addition the cases were separated into two groups. The first one was the data group collected during the summer 2011/2012, during which there were two temporary installed lightning location system in the region. Due to the CHUVA project. The results of the 3 lightning location system, BrasilDAT, LINET and TSL200 were compared to each other. The second one was the data group of the summer 2012/2013 and 2013/2014 in Brazil and summer of 2017 in the USA. The lightning location system BrazilDAT was used for data from Brazil and ENLTN for US data. Both systems use sensors from the company EarthNetworks. Two methods of extracting the luminosity of the return stroke channel were applied to the data. The fixed area method considered the same window size, in pixels (30x15), for all cases, regardless of the size or distance of the channel. The other method applied the photogrammetry in each case to find the ratio pixel per meter. Relative luminosity was compared with the peak current, and linear adjustments provided the relationship between the two magnitudes. In the second part of the analysis, the linear adjustments of each analyzed cloud-to-ground lightning flashes were used to estimate the peak current. By transforming relative luminosity into peak currents, it is possible to compare all the cases studied. The square value of the linear correlation coefficient between the peak current estimated by the luminosity extracted by the fixed area method (30x15) and the peak current measured by the lightning location systems 0.77 and for the peak current estimated by the luminosity extracted by the photogrammetry method was 0.73. These results show that in general, there is a good correlation between the luminosity extracted from the images of the cameras for the two methods and this result xiv was similar to the result obtained by other authors where the analyzes were carried out from direct measures of current in lightning induced by rockets . The last part of this work was to use the data from cloud-ground lightning, registered during the summer of 2017 in USA, to analyze what is seen by the geostationary imager GLM onboard the GOES-16 satellite, looking for verify if there is some correlation between the luminosity (energy), seen at the top of the clouds by the GLM, and the peak current of the discharges for each return stroke recorded by the high-speed camera. The results presented in this work show that it is possible to estimate the peak current of the natural discharges through the luminosity extracted from the images of the high speed cameras and that there is a good correlation between the luminosity of the return stroke extracted from the images of high speed cameras , and the peak current measured by lightning location system for cases with good visibility conditions. The results of the comparison of the cloud-ground lightning, recorded by the high-speed cameras with the data of the optical sensor GLM, showed that some return strokes were recorded simultaneously by the two instruments, but it is not possible to estimate the current intensity of the return strokes of the lightning, since this instrument can only register the light radiation emitted at the top of the clouds. Only with the data used in the analysis od this work could not identify which part of the lightning is seen by GLM.
%@language pt
%3 publicacao.pdf