Monitoramento de chuvas e raios

Através da internet, é possível acompanhar em tempo real (e com um histórico arquivado) das chuvas e raios ocorridos em boa parte da região metropolitana de São Paulo. Os sites e toda a tecnologia, conhecimento e manutenção por trás são mantidos principalmente pelo laboratório de Sensoriamento Remoto Meteorológico de Tempestades, o STORM-T, do IAG/USP (Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo).

Projeto Chuva Online

No final de 2014, dois mini radares de tecnologia italiana foram instalados na cidade de São Paulo: um na EACH – USP Leste (Escola de Artes, Ciências e Humanidades) e outro no prédio do Instituto de Física (IF) da USP, na Cidade Universitária. Cada equipamento tem um custo de cerca de R$ 350 mil, enquanto um radar meteorológico convencional pode custar até R$5 milhões. Outra vantagem é que o equipamento, com peso de 100 quilos, é portátil e pode ser alimentado pela rede elétrica comum.

Mini radar instalado no topo do Pelletron - IF/USP. Fotos: ViniRoger.

Mini radar instalado no topo do Pelletron – IF/USP. Fotos: ViniRoger.

Devido às suas pequenas proporções, ele pode ser transferido de um lugar a outro sem grandes inconvenientes. “Os radares convencionais têm um alcance de até 200 km; dessa maneira, colocá-los em direção a uma montanha, o que acabaria por acontecer já que eles precisam ficar em um lugares altos, limitaria seu desempenho, e eles enxergariam apenas os 10 km iniciais que correspondem à encosta”, conforme afirma o coordenador dos estudos, prof. Carlos Morales. Os mini radares têm alcance de 21 km, resolução de 90 metros e varreduras a cada 5 minutos.

O projeto está inserido em um contexto de preparar a sociedade para tomar precauções contra desastres naturais, como deslizamento de terras, enchentes e alagamentos. Como projeto de uma universidade pública, sua parte de ensino diz respeito aos treinamentos, a de pesquisa insere o desenvolvimento de novos conceitos e tecnologias e a da extensão faz a disponibilização desses dados para à comunidade em tempo real.

Dentre os produtos disponíveis no site Chuva Online estão as imagens de chuva fornecidas pelo radar da Cidade Universitária e pelo radar da EACH, assim como a integração das imagens. É possível ver a última imagem obtida, que é atualizada a cada 5 minutos) ou uma animação com quatro imagens dos últimos 20 minutos, permitindo acompanhar a evolução temporal das chuvas e o seu deslocamento. Também está disponível um histórico de imagens, para consultar algum evento específico.

O alcance dos radares está reduzido, permitindo uma resolução grande o suficiente para saber em qual bairro está chovendo ou não, assim como a intensidade dessa precipitação (cores quentes indicam chuvas mais fortes, enquanto que azul e cinza indicam garoa ou chuva que não chega ao solo). Porém, existe outro produto no site que mostra os resultados para um raio de cobertura de 108 km, permitindo acompanhar a chegada de tempestades à região metropolitana.

Radar Meteorológico instalado no Parque Cientec em 2016. Foto: USP/Divulgação

Radar Meteorológico instalado no Parque Cientec em 2016. Foto: USP/Divulgação

Atualização: um novo radar operando na Banda X Doppler Polarimétrico foi inaugurando no Parque Cientec em 14/06/2016. A área de cobertura compreende um raio de 60 quilômetros com resolução de 75 metros e com uma novas imagens a cada minuto. O aparelho está instalado a 45 metros do solo, onde fica o gabinete com os computadores que processam as informações obtidas pelo radar. Dentre os realizadores do projeto, estão a FCTH, que visa complementar as observações realizadas pelo radar Banda S de Ponte Nova. Fontes: Jornal USP, Jornal do Brasil e G1.

Veja mais como funciona um radar clicando no link.

Rio Catatumbo, na Venezuela: tempestades acontecem 160 dias em um ano, durando aproximadamente 10 horas por dia com mais de 280 descargas elétricas por hora. Fonte: Biologia Total - 20 espetáculos da atmosfera.

Rio Catatumbo, na Venezuela: tempestades acontecem 160 dias em um ano, durando aproximadamente 10 horas por dia com mais de 280 descargas elétricas por hora. Fonte: Biologia Total – 20 espetáculos da atmosfera.

Rede de detecção de raios Starnet

A rede de detecção de descargas atmosférica a longa distância, ou “Sferics Timing And Ranging NETwork (STARNET)”, também é mantida pelo laboratório STORM-T do IAG/USP. Foi concebida pela Resolution Display Inc (RDI) a partir do programa de desenvolvimento inovativo de pequenas empresas da NASA.

O ruído de rádio emitido por descargas atmosféricas dentro de uma grande faixa do espectro eletromagnético é chamado “sferics”. O sinal pode se propagar a milhares de quilômetros de distância dentro do guia-de-onda formado pela ionosfera e a superfície terrestre na faixa de frequência de VLF (7-15 kHz). Desse modo, consegue cobrir uma área de dezenas de milhares de quilômetros quadrados com menos de uma dezena de sensores. O sistema mede somente raios nuvem-solo.

Antena e interface VLF. Fotos: Laboratório Storm-T.

Antena e interface VLF.

O sistema de detecção consiste de antenas de rádio receptoras na faixa de frequência de VLF, que medem continuamente o campo elétrico vertical e estão temporalmente sincronizado por um GPS (Sistema de Posicionamento Global). O hardware pode ser separado em duas partes: receptor (antena de VLF, pré-amplificador, gerador de pulsos sincronizados com o GPS, conversor Analógico/Digital e computador pessoal) e uma estação central de computação (PC com alta capacidade de processamento, que recebe as medidas de campo elétrico de cada receptor através da internet). Para entender melhor o processo, veja esse curso online gratuito: Processamento Digital de Sinais – Amostragem.

O sinal detectado por cada sensor é emitido pela descarga de retorno, ou seja, quando o raio percorre o caminho ionizado em sentido inverso para neutralizar as cargas. Ele representa formas de onda dos sferics. As séries com as formas de onda obtidas são utilizadas para o cálculo da diferença do tempo de chegada (ATD) dos “sferics” a partir da correlação temporal entre os diversos receptores de rádio (pelo menos dois pares de sensores são necessários). Cada ATD representa posições sobre a superfície terrestre com a mesma diferença de tempo de chegada, e são representadas por hipérboles. A intersecção destas curvas representa a localização de uma descarga atmosférica.

O sistema precisa comparar a tensão elétrica em um aterramento próprio e outro de referência. Esse aterramento pode ser o do prédio que o sensor for instalado, mas ele precisa ser de qualidade. Por exemplo, se a diferença entre o neutro e o terra for maior do que 20 volts, então deve-se desconsiderar o terra do prédio. O neutro é o fio condutor fornecido pela concessionária de energia elétrica, junto com a(s) fase(s), para o retorno da corrente elétrica, enquanto que o terra é uma haste metálica ligada ao chão na entrada de alimentação, que não deve apresentar corrente.

Os dados obtidos pela Starnet podem ser utilizados para auxiliar na previsão do tempo, já que o padrão de distribuição dos raios no espaço e no tempo fornece aos cientistas informações sobre a intensidade e o deslocamento das tempestades. Saber onde caem essas descargas elétricas é muito importante para as empresas de energia, que sofrem grandes prejuízos por causa dos raios. Segundo dados do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), cerca de 70% dos desligamentos na transmissão e 40% dos desligamentos na distribuição de energia são provocados por raios.

O site da rede Starnet possui uma imagem em tempo real com as localizações dos raios ocorridos em toda a América do Sul, assim como das estações e quanto elas estão participando das soluções numéricas localizadores das descargas atmosféricas. Também exibe as localizações dos raios em tempo real e a cada 15 minutos na última hora sobre um mapa do Google Maps, sendo possível navegar e dar zoom na área de interesse, assim como ver a evolução temporal e deslocamento dos sistemas de tempestades. O site também dispõe de outros produtos com integração à imagens de satélite, permitindo relacionar a probabilidade de tempestades para diferentes regiões, e histórico.

Veja mais sobre raios e trovões clicando no link.

Fontes

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