Estrutura elétrica das nuvens na Amazônia durante os experimentos CHUVA e GO-Amazon

Para compreender como as tempestades elétricas se desenvolvem, este estudo utilizou medidas de descargas elétricas detectadas pela rede LINET e STARNET, campo elétrico vertical na superfície e dois radares meteorológicos (SIPAM-Manaus e o de apontamento vertical MRR) durante as campanhas experimentais dos Projetos CHUVA e GO-Amazon realizadas entre 29 de Agosto a 7 de Outubro de 2014 na proximidades de Manacapuru – AM. Durantes estes 40 dias de campanha, a rede de detecção de raios LINET observou 76.808 raios nuvem-terra e 25.330 raios intra-nuvem, enquanto que a STARNET detectou 63.420 raios nuvem-terra. Ressalta-se que quase todos os dias foram observados raios, o que representou uma média diária de aproximadamente 1.500 (STARNET) e 2500 (LINET) raios, porém durante dois episódios de tempestades severa foram detectados mais de 22 mil raios (dia 17 de Setembro) e 16 mil raios (dia 8 de Setembro).  Ao analisar a densidade espacial de raios, observa-se que as regiões com maior incidência estão dentro do continente com taxas superiores a 25 raios/km², sendo que existe uma ausência de raios sobre os rios. Além disso, os máximos estão a leste dos rios que estão orientados Norte-Sul, característica esta que está associada a brisa fluvial. De acordo com a LINET, temos que as tempestades elétricas apresentam uma alta densidade de raios entre 7 e 15 km de altura, que de acordo com as medidas de radar demonstra que estes raios estão associados com a presença de gelo. Os raios ocorrem essencialmente entre as 12 e 19 horas local, exceto para alguns casos associados a sistemas convectivos de mesoescala que tinham atividade elétrica a noite e pela manhã também. As medidas de campo elétrico das diversas nuvens que passaram sobre o sítio experimental T3 indicaram que as tempestades elétricas podem ser descritas por um tripolo com um centro de cargas negativo dominante, sendo que a chuva estava essencialmente transportando cargas negativas. Os campos de chuva observados pelo radar indicam que as regiões com altos volumes de chuva estão correlacionados com as áreas de maior incidência de raios. Ao analisar os perfis verticais de refletividade do radar (Z) com atividade elétrica, observa-se que as regiões com raios são prováveis de ocorrerem quando Z é maior 40 dBZ em 2 km de altura e maior que 30 dBZ em 12 km de atltura. A medida que o número de raios aumenta, o perfil vertical de Z fica mais intenso. Destaca-se que para as regiões mais severas (> 20 raios por perfil) existia uma maior concentração de água super-resfriada e graupel em comparação com os  demais perfis. Finalmente, para investigar a estrutura elétrica vertical das tempestades foram feitas simulações numéricas para resolver o inverso da Lei de Coulomb a partir da rede de field mills de superfície. Os resultados para o estudo de caso da tempestade do dia 08 de Setembro de 2014 indicaram uma configuração preferencial de tripolo negativo com centro de cargas variando de -10 a -70 C, implicando  em uma densidade média de -0,01 nC/m³. As isotermas associadas aos centros de cargas encontrados nas soluções e os correspondentes perfis verticais de radar sugerem que o processo de eletrificação dentro da área convectiva estava essencialmente associado à colisão entre cristais de gelo e graupel em um ambiente com água super-resfriada. Os centro de carga positivo inferior foi encontrado entre as isotermas  de 0 e -10^o C, já o centro de cargas negativo estava entre -10 e -25^o C em um ambiente onde geralmente se observa baixo conteúdo de água líquida (entre 0,5 e 1 g/m³). Por último, o centro de cargas positivo superior, acima de -25^o C, provavelmente foi gerado à partir do transporte de partículas das regiões mais baixas da nuvem pelas correntes ascendentes da região convectiva. Para a parte estratiforme, foi observado uma configuração de dipolo, onde os cristais de gelo e neve tinham cargas positivas e o centro de cargas atingiu aproximadamente 110 C.