@MastersThesis{Araujo:2018:ReRaMi,
author = "Araujo, Carolina de Souza",
title = "Rela{\c{c}}{\~a}o entre raios e microf{\'{\i}}sica para
potencial uso em assimila{\c{c}}{\~a}o de dados",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2018",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2018-05-28",
keywords = "descargas el{\'e}tricas, radar dupla polariza{\c{c}}{\~a}o,
classifica{\c{c}}{\~a}o, GLM, hidrometeoros e
assimila{\c{c}}{\~a}o, lightings, dual-polarization radar,
classification, hidrometeors and assimilation.",
abstract = "A manifesta{\c{c}}{\~a}o de raios em tempestades {\'e}
resultante da presen{\c{c}}a de um campo el{\'e}trico
suficientemente intenso para romper a rigidez diel{\'e}trica do
ar e permitir a ocorr{\^e}ncia da descarga. A
explica{\c{c}}{\~a}o mais aceita para forma{\c{c}}{\~a}o de
tal campo tem por base a troca de carga que se d{\'a} durante a
colis{\~a}o entre as part{\'{\i}}culas de gelo presente na
nuvem, especialmente graupel e cristais de gelo, e a e posterior
transporte dessas part{\'{\i}}culas carregadas para diferentes
regi{\~o}es formando os polos de carga. Essa rela{\c{c}}{\~a}o
existente entre a descarga e os elementos microf{\'{\i}}sicos da
nuvem {\'e} o principal aspecto no qual se baseia o trabalho. Seu
objetivo principal consiste em elaborar perfis verticais
m{\'e}dios das vari{\'a}veis polarim{\'e}tricas para diferentes
classes de densidade de descargas el{\'e}tricas de acordo com a
grade do GLM e, analisar o uso potencial desses perfis no processo
de assimila{\c{c}}{\~a}o de dados em modelos de alta
resolu{\c{c}}{\~a}o espacial e temporal. As principais
ferramentas utilizadas foram o radar de dupla
polariza{\c{c}}{\~a}o de banda X localizado na cidade
Campinas-SP e a Rede Brasileira de Detec{\c{c}}{\~a}o de
Descargas Atmosf{\'e}ricas (GLM proxy), al{\'e}m disso, os
pixels do GLM sobre a regi{\~a}o foram usados para calcular a
densidade de descargas el{\'e}tricas. As diferen{\c{c}}as
observadas entre os perfis m{\'e}dios de cada classes para as
vari{\'a}veis ZH, ZDR, KDP e \ρHV foram mais not{\'a}veis
entre {\`a} superf{\'{\i}}cie e a camada de derretimento. Nas
classes maiores foi poss{\'{\i}}vel notar assinaturas que podem
estar associadas a uma maior concentra{\c{c}}{\~a}o de
part{\'{\i}}culas de gelo em regi{\~o}es mais altas, a
presen{\c{c}}a de gotas super-resfriadas acima do n{\'{\i}}vel
de congelamento e a ocorr{\^e}ncia de gotas de chuva maiores e
mais oblatas. No entanto, para se observar mais detalhadamente os
aspectos microf{\'{\i}}sicos da nuvem o algoritmo de
classifica{\c{c}}{\~a}o de hidrometeoros, com base na
l{\'o}gica fuzzy, foi utilizado para elaborar uma
distribui{\c{c}}{\~a}o percentual dos hidrometeoros de acordo
com a classe permitindo notar, por exemplo, a presen{\c{c}}a das
part{\'{\i}}culas de graupel e cristais de gelo em maiores
altitudes em classes maiores. Al{\'e}m disso, observou-se que a
dist{\^a}ncia entre a regi{\~a}o com mais
concentra{\c{c}}{\~a}o dessas duas part{\'{\i}}culas
tamb{\'e}m {\'e} significativamente maior em sistemas mais
intensos, o que {\'e} coerente com a presen{\c{c}}a de um campo
el{\'e}trico mais forte e a ocorr{\^e}ncia de um maior
n{\'u}mero de raios. Os perfis convectivos m{\'e}dios de
refletividade foram utilizados para analisar o seu
poss{\'{\i}}vel uso como forma de relacionar, mesmo que
indiretamente, as informa{\c{c}}{\~o}es de descargas
el{\'e}tricas no processo de assimila{\c{c}}{\~a}o e verificar
o seu impacto. Foi selecionado um evento no dia 3 de dezembro de
2016 e tr{\^e}s rodadas do modelo Weather Research viii and
Forecast (WRF) foram geradas: sem assimila{\c{c}}{\~a}o,
assimilando os dados de refletividade e vento do radar e,
assimilando os perfis m{\'e}dios de refletividade associados
{\`a}s densidades de descargas el{\'e}tricas. De maneira geral,
a previs{\~a}o obtida assimilando os perfis apresentou resultados
melhores do que sem assimila{\c{c}}{\~a}o e, em
rela{\c{c}}{\~a}o {\`a} assimila{\c{c}}{\~a}o com os dados de
radar, os campos gerados com os perfis tiveram um desempenho mais
positivo a partir da a primeira hora de previs{\~a}o e alocaram
melhor sistemas precipitantes um pouco mais intensos. Diante dos
resultados obtidos nesse trabalho, e da grande possibilidade
oferecida pelo rec{\'e}m lan{\c{c}}ado GLM, especialmente no que
diz respeito {\`a} sua cobertura espacial, buscar estudar e
otimizar o uso dos perfis no processo de assimila{\c{c}}{\~a}o
pode contribuir com a previs{\~a}o de curto tempo. ABSTRACT: The
occurrence of lightning in storms is a result of an electric field
strong enough to break the dielectric strength of air allowing the
discharge. The most accepted explanation for the development of
such intense field is based on the charge exchange between the
collision of ice particles in the cloud, especially graupel and
ice crystals, and the subsequent transport of these charged
particles into different regions forming different poles inside
the cloud. This relationship between the lightning and cloud
microphysics is the main aspect on which the work is based. The
main goal is to elaborate average vertical profiles of
polarimetric variables for different classes of lighting density
according to the GLM grid and then, evaluate the potential use of
these profiles for data assimilation in models of high spatial and
temporal resolution. The data was based on a X-band polarimetric
radar located in the city of Campinas-SP and on the Brazilian
Network for the Detection of Atmospheric Discharge (GLM proxy). In
addition to that, GLM pixels over the region were used to
calculate the lightning density. The main differences between each
class averaged profiles for the four variables ZH, ZDR, KDP e
\ρHV was in the region between the surface and the melting
layer. For more intense classes, it was observed signatures
related with higher concentration of ice particles in altitudes,
the presence of supercooled drops above the freezing level and
with the occurrence of larger and more oblate raindrops. However,
to better observe the microphysical aspects of the cloud, a
hydrometeor classification algorithm, based on the fuzzy logic,
was used to elaborate a percentage distribution of the
hydrometeors according to the density class. Observing the
classification results is possible to notice, for example, the
presence of graupel and ice crystals at higher elevations
associated with more electric activity. It was also observed an
increase in the distance between the region of higher
concentration of these two particles in more intense systems,
which is coherent with the presence of a stronger electric field
and therefore greater number of lightning. Aiming to analyze the
impact of the reflectivity profiles on the assimilation process as
a possibility to indirectly correlated them with lighting
information, it was made a study for the December 3th 2016 case.
Using the Weather Research and Forecast (WRF) model three
different forecasts were x generated: without assimilation,
assimilating radar reflectivity and wind data and assimilating the
reflectivity profiles. In general, the forecast obtained with
profiles assimilation presented better results than without
assimilation and, comparing to radar data assimilation, the
reflectivity fields generated with the profiles had a better
performance apart from the first hour of forecasting and they also
allocated better more intense precipitation systems. Considering
the results obtained in this work and all the possibilities
offered by the recently launched GLM, especially regarding its
spatial coverage, it can be interesting to better understand and
optimize the use of the mean profiles aiming to improve
nowcasting.",
committee = "Vendrasco, {\'E}der Paulo (presidente) and Machado, Luiz Augusto
Toledo (orientador) and Ribaud, Jean-Fran{\c{c}}ois (orientador)
and Kummerow, Christian",
englishtitle = "A relationship between lightning and microphysics for and its
possible use on data assimilation",
language = "pt",
pages = "85",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3R7MA5H",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/3R7MA5H",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}