Simulação da eletrificação e geração de relâmpagos em tempestades no Sudeste do Brasil utilizando o modelo numérico Meso-NH

O presente trabalho apresenta uma avaliação dos resultados do modelo francês Meso- NH acoplado com o esquema de eletrificação CELLS. As saídas das simulações foram comparadas com dados observacionais de tempestades que ocorreram na Região Metropolitana de Campinas durante o verão austral de 2016 - 2...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2016
Main Author: André Arruda Rodrigues de Morais
Orientador/a: Osmar Pinto Junior, Kleber Pinheiro Naccarato
Banca: Luiz Augusto Toledo Machado, Rachel Ifanger Albrecht, Ernani de Lima Nascimento
Format: Tese
Language:por
Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
Programa: Programa de Pós-Graduação do INPE em Geofísica Espacial/Ciências Atmosféricas
Online Access:http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/04.03.17.36
Resumo Português:O presente trabalho apresenta uma avaliação dos resultados do modelo francês Meso- NH acoplado com o esquema de eletrificação CELLS. As saídas das simulações foram comparadas com dados observacionais de tempestades que ocorreram na Região Metropolitana de Campinas durante o verão austral de 2016 - 2017. Os eventos simulados correspondem aos dias 03/12/2016, 25/12/2016 e 03/01/2017. A presença de instrumentos meteorológicos do Projeto SOS-CHUVA instalados na região de estudo foram cruciais para a validação do modelo. Eles mediram as características físicas das tempestades e forneceram a oportunidade para comparação dos resultados da simulação com dados observacionais. As análises permitiram avaliar o comportamento das descargas, eletrificação e microfísica simuladas e compará-las com dados da BrasilDAT, radares meteorológicos de bandas S e X e satélite. Bem como apontar as deficiências do modelo, identificando sub ou superestimações dos resultados. Concluiu-se que o modelo foi bem sucedido em representar as principais características dinâmicas, microfísicas e elétricas das tempestades, de acordo, em parte, com os dados observacionais. Dessas características ressalta a posição e horário corretamente simulados para os eventos 03/01/2017 e 03/12/2016 bem como a reprodução do deslocamento da nuvem, e todos os seus constituintes, ao longo do domínio. O movimento das tempestades observados pelos radares meteorológicos foram corretamente simulados para todos os casos, inclusive para o dia 25/12/2016 que apresentou grandes deficiências na convecção devido, provavelmente, aos dados de entrada do modelo. As descargas simuladas apresentaram concordância com a posição dos raios observados pela BrasilDAT. Porém, tanto a quantidade, polaridade e tipo de descarga exibiram comportamento diferentes da rede. A quantidade de descargas simuladas pelo modelo foi afetada por efeitos de borda do domínio para todos os eventos, gerando descargas artificiais e alterando significativamente a quantidade de raios. Testes de sensibilidade revelaram poucas diferenças na intensidade dos centros de carga e campo elétrico simulados, sendo que TAKAH apresentou valores superiores para os dois parâmetros. Porém os esquemas apresentaram polaridade opostas para os centros, o que teve impacto na polaridade das descargas poucas descargas NS simuladas. Este foi o primeiro trabalho a simular eletrificação com o modelo Meso-NH e esquema CELLS no país, permitindo a elaboração de estudos inéditos para a região.
Resumo inglês:In this work the evaluation of the results from the french numeric predictin model Meso-NH coupled with the electrification scheme CELLS is analyzed. The output of the simulations were compared with observational data from thunderstorms that occurred in the Metropolitan Region of Campinas, SP, Brazil, during the summer austral of 2016 - 2017. The simulated events correspond to the dates 12/03/2017, 12/25/2016 and 01/03/2017. The availability of meteorological instruments from the SOS-CHUVA project, installed in the region of study were crucial for the validation of the model. They measured the physical characteristics of the thunderstorms and provided an oportunity for the comparison of the dynamics, microphysics and electrical aspects simulated by the model. The analysis enabled the behaviour of lightning, electrification and microphysics of the model and compare them with the BrasilDAT network, S and X band meteorological radars and satellite images. As well as pointing the deficiencies of the model, identifying under or overestimations of the results. The model was successful in representing the main dynamical, microphysical and electrical features of the thunderstorms according to the observational data. From them, points out the correct spatial and temporal shown for the events 01/03/2017 and 12/03/2016, as well as the representation of the discplacement of the storm and all of its associated particles along the domain. The displacement of the observed storms was correctly represented even for the event 12/25/2016, which presented great deficiencies due to the lack of convection, probably due to erros on the input data of the model. The simulated discharges presented agreement with the observed data on their position. However, the quantity, polarity and type of discharge presented a different behaviour. The amount of lightning simulated by the model was affected by effects of the border of the domain for all events, generating artificial discharges and significantly altering the quantity of lightning. Sensitivity testes revealed few differencies on the intensity of the simulated charge centers and electric field, to which the TAKAH parametrization presented higher values for both parameters. However, the schemes exhibited oposite polarity for the charge centers, which had a large impact on the polarity of the few cloud-to-ground lightning simulated. This was the first work to simulate the electrification with the Meso-NH and CELLS scheme on the country, allowing the elaboration of new studies for the region and the nation.