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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.14.2023.tde-18042023-100443
Documento
Autor
Nome completo
Eduardo Ximenes de Abreu
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2023
Orientador
Banca examinadora
Rodriguez, Carlos Augusto Morales (Presidente)
Almeida, Gerson Paiva
Martins, Jorge Alberto
Título em português
Distribuição de tamanho de gotas de chuva em tempestades com e sem descargas elétricas na cidade de São Paulo
Palavras-chave em português
Descargas elétricas; Micro radar de chuva; Distribuição de tamanho de gotas de chuva; Tempestades; Campo elétrico vertical.
Resumo em português
Este estudo fez uma análise da distribuição de tamanho de gotas de chuva (DSD) observada em sistemas precipitantes com descargas elétricas (tempestades elétricas) e sem descargas elétricas na cidade de São Paulo a partir de medidas de um radar de apontamento vertical (micro rain radar MRR) durante o período de dezembro de 2015 à março de 2020. Durante este período foram selecionados 94 sistemas precipitantes que resultaram em 117,87 horas de observações (42.431 DSDs), sendo que 43 foram classificadas como tempestades com descargas elétricas e 51 sem descargas elétricas. Independente da atividade elétrica, a DSD pode ser representada por uma função gama com parâmetro de forma negativo. As tempestades com descargas elétricas têm taxa de precipitação e diâmetros medianos maiores do que as tempestades sem descargas elétricas, ou seja, 7,15 mm/h contra 3,11 mm/h e 1,44 mm contra 1,17 mm respectivamente. Quando se analisa a distribuição de frequência de ocorrência, observa-se que 59% das DSDs das tempestades com descargas elétricas têm taxa de precipitação inferior a 2 mm/h, enquanto que as tempestades sem descargas elétricas têm 73% das observações. Já para taxas de precipitação maiores que 10 mm/h, as tempestades com descargas elé- tricas têm mais de 18% das observações, enquanto que as tempestades sem descargas elétricas ficam restritas a 9% das medidas. As tempestades com descargas elétricas têm maior concentração de gotas acima de 2 mm de diâmetro e as tempestades sem descargas elétricas para diâmetros menores que 2 mm. Ao analisar a variação da DSD em fun- ção da atividade elétrica (ciclo de vida), observou-se que as taxas de precipitação são mais altas durante o estágio de desenvolvimento (9,03 mm/h), seguido da maturação (7,81 mm/h) e dissipação (5,02 mm/h). Já no diâmetro mediano, temos que a fase de dissipação apresentou o maior valor, ou seja, 1,57 mm, seguido da maturação com 1,53 mm e 1,48 mm no desenvolvimento. Por fim, analisou-se como a DSD variava em fun- ção da polaridade do campo elétrico. As tempestades elétricas com campo elétrico negativo tinham 81% das observações com taxa de precipitação inferior a 10 mm/h, já as com campo elétrico positivo eram 91% das medidas. As tempestades com campo elétrico negativo têm maior concentração de gotas com diâmetros maiores que 2,3 mm, já as tempestades elétricas com campo elétrico positivo tinham maiores concentrações para diâmetros menores que 1,7 mm. As tempestades com campo elétrico negativo têm diâ- metro mediano de 1,53 mm, enquanto que as com campo elétrico positivo têm 1,45 mm. Estes resultados indicam que nas tempestades com descargas elétricas existe um predomínio do processo de acreção que é potencializado durante o processo de colisão seguido de coalescência abaixo da base da nuvem. Já os sistemas sem descargas elétricas, o processo de agregação predomina e produz cristais de gelo menos densos que derretem e aumentam a eficiência de quebra das gotas em detrimento da coalescência.
Título em inglês
Raidrop size distribution in storms with and without electric discharges in the city of São Paulo
Palavras-chave em inglês
Lightning; Micro rain radar; Raindrop size distribution; Thunderstorms; Vertical electric field.
Resumo em inglês
This study analyzed the rain drop size distribution (DSD) observed in thunderstorms (with lightning) and rain storms (without lightning) in the city of São Paulo, based on measurements of a vertical pointing radar (micro rain radar MRR), during the period from December 2015 to March 2020. During this period, 94 precipitating systems were identified that resulted in 117.87 hours of observations (42,431 DSDs), of which 43 were classified as thunderstorms and 51 rain storms. Regardless of the electrical activity, the DSD can be represented by a gamma function with a negative shape factor. Thunderstorms show greater rain rate and median diameters than rain storms, i.e, 7.15 mm/h versus 3.11 mm/h and 1.44 mm versus 1.17 mm respectively. When analyzing the frequency distribution of occurrence, it is observed that 59% of DSDs of thunderstorms have a precipitation rate of less than 2 mm/h, while rain storms have 73% of observations. For precipitation rates greater than 10 mm/h, thunderstorms have more than 18% of observations, while rain storms are restricted to 9% of measurements. Thunderstorms have a higher concentration of droplets above 2 mm in diameter and rain storms for diameters smaller than 2 mm. When analyzing the variation of DSD as a function of electrical activity (life cycle), it was observed that precipitation rates are higher during the development stage (9.03 mm/h), followed by mature (7.81 mm /h) and dissipation (5.02 mm/h) stages. In the median diameter, the dissipation phase presented the highest value, that is, 1.57 mm, followed by mature with 1.53 mm and 1.48 mm in developing stages. Finally, it was analyzed how the DSD varied as a function of the polarity of the electric field. Thunderstorms with a negative electric field had 81% of the observations with a precipitation rate of less than 10 mm/h, while those with a positive electric field were 91% of the measurements. Thunderstorms with a negative electric field have a higher concentration of droplets with diameters greater than 2.3 mm, whereas electric storms with a positive electric field had higher concentrations for diameters smaller than 1.7 mm. Thunderstorms with a negative electric field have a median diameter of 1.53 mm, while those with a positive electric field are 1.45 mm. These results indicate that in thunderstorms there is a predominance of the accretion process that is potentiated during the collision process followed by coalescence below the cloud base.
 
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Data de Publicação
2023-04-18
 
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