Estimativa de Descargas Elétricas através de Simulações Numéricas com o WR

Santos, M. O. Estimativa de Descargas Elétricas através de Simulações Numéricas com o WRF. 2013. 106f. Dissertação (Mestrado) – Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2013. 

Este trabalho teve como objetivo avaliar a possibilidade de se utilizar um modelo numérico de simulação atmosférica para a estimativa de ocorrência de descargas elétricas geradas pelas nuvens de tempestades. Particularmente, pretende-se analisar o impacto da resolução espaço-temporal da simulação na eficiência desta estimativa. Para tal foram realizadas diferentes experimentos numéricos variando a abrangência das resoluções espacial e temporal aplicadas. As simulações foram realizadas com o modelo Weather and Forecasting Research (WRF) e comparadas às descargas elétricas do tipo nuvem-solo detectadas pela Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas Atmosféricas (RINDAT). O Lightning Potential Index (LPI), proposto por Yair et al. (2010) foi utilizado para estimar o potencial de atividade elétrica das simulações numéricas realizadas. As simulações numéricas foram classificadas em dois grupos, o primeiro deles, caracterizado por grades de maior resolução espacial-temporal (o menor domínio com 3 km x 3 km de espaçamento horizontal e passo no tempo de 16,7 segundos) onde foram simulados três casos de tempestades ocorridas sobre o norte do Paraná e sudeste do Brasil. O segundo grupo constitui-se de simulações que abrangem os meses de janeiro de 2010 e janeiro de 2011, realizadas em uma grade de menor resolução espacial-temporal (o menor domínio com 5 km x 5 km de espaçamento horizontal e passo no tempo de 20 segundos). Outro fator que distingue estas simulações é a utilização da parametrização de convecção no segundo grupo de simulações, juntamente com a parametrização de microfísica, ao passo que no primeiro grupo foi aplicada somente a parametrização de microfísica. Os resultados obtidos mostraram que, no caso das simulações de maior resolução espacial-temporal, os parâmetros atmosféricos reproduzidos pelo WRF são coerentes com a atividade elétrica observada, de forma que o LPI apresenta desempenho satisfatório, em termos qualitativos e quantitativos, ao estimar a ocorrência de descargas elétricas. Ao avaliar os resultados obtidos para as simulações de menor resolução espacial-temporal, às quais foi aplicada a parametrização de convecção, conclui-se que o WRF também foi capaz de reproduzir, em termos qualitativos, padrões atmosféricos coerentes com a atividade elétrica observada. Entretanto, não foi possível obter uma relação quantitativa entre os valores obtidos para o LPI e para as demais variáveis simuladas com os totais de descargas elétricas observados. Dentre os motivos propostos para este fato estão (i) a inabilidade do WRF em simular nuvens e seus respectivos hidrometeoros, incluindo chuva; (ii) a utilização de valores horários instantâneos das variáveis simuladas em comparação com acumulados horários de descargas elétricas e (ii) a utilização de uma base de comparação composta somente pelas descargas do tipo nuvem-solo. Ao final destas análises, conclui-se que a eficiência apresentada pelo WRF em reproduzir os padrões atmosféricos verificados a partir dos dados de descargas elétricas da RINDAT difere entre os dois grupos de simulações numéricas realizadas, as quais se distinguem não somente pelas resoluções de espaço e tempo aplicadas, mas também pela inclusão ou não da parametrização de convecção no conjunto de parametrizações resolvidas durante seus respectivos processamentos.