Microfísica das nuvens de tempestades com e sem raios na América do Sul inferidas pelo GPM-DPR e GLM

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Rivera, Antonio Quispe
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Hydrometeor growth processes; Lightning; Processos de crescimento de hidrometeoros; Radar meteorológico; Raios; Tempestades elétricas; Thunderstorms; Weather radar
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/14/14133/tde-20012026-160805/

Este estudo fez uma análise microfísica das nuvens de tempestades com e sem raios na América do Sul com o objetivo de compreender como os diferentes mecanismos de crescimento dos hidrometeoros auxiliam na eletrificação das nuvens. Para compreender os processos microfísicos que levam à eletrificação das tempestades elétricas (nuvens com raios), este estudo analisou as diferenças observadas nos perfis verticais do fator de refletividade do radar (Z), diâmetro médio ponderado (Dm) e no parâmetro de interceptação normalizado (Nw) inferidos pelo radar de dupla frequência do satélite Global Precipitation Measurement (GPM) durante o ano de 2020 na região da América do Sul (90ºW-30ºW e 50ºS-20ºN) para as nuvens precipitantes que tinham raios ou não. As nuvens foram identificadas com base nos campos de Z (2ADPR) maiores que 20 dBZ. Para identificar as tempestades elétricas foram utilizados os dados de raios detectados pelo Geostationary Lightning Mapper (GLM), que serviram para classificar os sistemas precipitantes que têm raios (SPCR) e os que não têm raios (SPSR). Com base nesta metodologia foi possível identificar 146 033 nuvens precipitantes, sendo que 3 887 (aproximadamente 4%) tinham mais de 10 raios e foram classificadas como SPCR. Os perfis verticais médios das tempestades com e sem raios mostraram que: (i) Z foi maior nos SPCR, entre 2 e 6 dBZ em todos os níveis de temperatura, o que implica a presença de água super-resfriada e o predomínio do processo de acreção na região mista (0ºC a -20ºC), enquanto nos SPSR, observou-se o predomínio do processo de agregação; (ii) o Dm dos hidrometeoros nos SPCR é maior (até 0.4 mm) e sugere a presença de partículas de graupel e granizo; (iii) os SPSR apresentaram valores maiores de Nw, indicando uma maior concentração de hidrometeoros menores. As análises estatísticas (teste t de Student) confirmaram que as diferenças entre os valores médios de Z, Dm e Nw dos SPCR e SPSR são significativas com nível de confiança de 95% em todos os níveis de temperatura. Diferenças significativamente estatísticas também foram observadas nas tempestades elétricas em função da atividade elétrica e de sua extensão. As tempestades com alta atividade elétrica (mais de 268 raios) têm maior quantidade de água super-resfriada na região fria (entre 0º e -40ºC) e hidrometeoros com Dm maior e em maior quantidade, em comparação com tempestades de baixa atividade elétrica (10 a 22 raios). Em relação à extensão horizontal, as tempestades grandes (mais de 126 pixels) apresentaram baixa taxa de raios (0.05 raios/km²) e características mais estratiformes, enquanto tempestades pequenas (4 a 12 pixels) mostraram maior taxa de raios (0.1-0.4 raios/km²), portanto mais convectivas. Essa característica está associada a valores maiores de Z (até 3 dBZ) e Dm (até 0.3 mm). Por fim, a comparação entre as tempestades elétricas fracas (menos de 10 raios) e as SPSR apresentou que as tempestades fracas têm: (i) Z maior (3 e 5 dBZ) em todos os níveis de temperatura; (ii) Dm maior em cerca de 0.15 mm na região mista e 0.25 mm na região quente; (iii) e menor concentração de hidrometeoros maiores. Esses resultados demonstraram que, mesmo para tempestades com poucos raios, é necessária a presença de hidrometeoros maiores, tais como graupel e granizo, e gotículas de água super-resfriada na região mista da nuvem. Como conclusão, este estudo mostrou que a eficiência do processo de eletrificação depende da presença de gotículas de água super-resfriada e da ativação do processo de acreção dos cristais de gelo na zona mista da nuvem.