Capítulo 2 Sistemas de detección de AEA
4. Comparación entre las bases de datos
LIS y OTD detectan cambios momentáneos en el brillo de una nube causados por una descarga eléctrica, y aquellos destellos que se encuentran agrupados espacial y temporalmente son registrados en un evento referido como flash (Christian et al., 2000).Por el contrario, la WWLLN detectan sferics que se han propagado en la guía de onda de la Tierra- ionosfera y que son capturados totalmente dentro de una ventana de 1 ms en cada estación (Dowden et al. 2002). Por lo tanto, la WWLLN detecta preferentemente descargas CG, con una corriente de pico de 30kA o más, y rara vez detecta y localiza múltiples descargas en un solo flash. Esto se debe a que las formas de onda dispersas se superponen o porque hay una gran diferencia en la energía total radiada por cada stroke (lo que significaría que no llegan a ser detectadas) (Rodger et al., 2004; 2005; Jacobson et al., 2006). Por lo tanto, los eventos detectados por WWLLN pueden considerarse como flashes. De ello se deduce que la comparación de climatologías entre los strokes detectados por la WWLLN y los flashes detectados por LIS/OTD es posible.
En la Figura 2-6, tomada del trabajo de Virts et al., (2013), se puede observar la climatología de la AEA generadas por ambas bases de datos. Los datos de la WWLLN corresponden a los valores medios anuales del periodo comprendido entre 2008 y 2011, y los datos LIS/OTD son
los valores medios anuales para el período 1995-2011 (aproximadamente 5 años de datos OTD y 13 años de LIS).
Los periodos comprendidos en las bases de datos es un punto fundamental al comparar las mismas. Como explicamos anteriormente, el sistema LIS-OTD se encuentran a bordo de satélites de orbitas bajas, y en cada paso visualizan una pequeña región de la tierra durante algunos minutos, esto significa que, aunque su eficiencia de detección es muy alta, no están monitoreando en cada momento todo el planeta. Por lo tanto, es necesario una base de datos a largo plazo para obtener una climatología promedio de la AEA, pero a su vez no permite conocer las variaciones interanuales, así como realizar un seguimiento de eventos específicos.
De las Figura 2-6 a y b se observa que las dos climatologías son cualitativamente similares, ambos muestran una concentración de descargas sobre los continentes, en particular sobre las regiones tropicales, destacándose África, el sureste de Asia y Australasia (Continente Marítimo), América Central y América del Sur. También se observan fuertes gradientes cerca de las costas y en regiones con importantes cadenas montañosas (Los Andes, Himalaya, etc.). De las figuras también se observa la diferencia en el valor de la AEA detectada por los dos sistemas, siendo la AEA detectada por LIS/OTD, en general, diez veces mayor que la detectada por WWLLN.
Esta diferencia se observa en la razón entre las dos climatologías que se ilustran en la Figura 2-6 c. Los valores menores a uno indican proporcionalmente más descargas detectadas por la WWLLN que por LIS/OTD. En general, LIS/OTD presenta una mayor eficiencia de detección que la WWLLN, sin embargo, sobre los océanos, la detección de la WWLLN es mayor que LIS/OTD, y esto pareciera indicar que las descargas sobre los océanos serían más energéticas que sobre tierra dado que la WWLLLN tiende a detectar con mayor eficiencia este tipo de descargas.
La eficiencia de detección de la WWLLN, relativa a LIS/OTD, para América del Norte y América del Sur se puede observar en la Tabla 2-1 (Rudolsky y Shea, 2013). En general se observa un aumento en la eficiencia a través de los años debido a la expansión de la red y también que la eficiencia de detección de la WWLLN es el doble sobre América del Norte (10,7%) que sobre América del Sur (4,9%). Sin embargo es importante señalar que la mejora en el rendimiento es más pronunciado sobre América del Sur, con una mejora de hasta un 100%, que en América del Norte (de ∼25%). Esta diferencia podría ser debido a que en América del Sur hay menos sensores que en América del Norte, y por lo tanto, el agregado de una estación incrementa la eficiencia notablemente (Virts et al., 2013).
Figura 2-6 Figura extraída de Virts, 2013 en donde se observa la densidad de descargas detectadas por LIS (2-6a) WWLLN (2-6b) [fl Km-2 año-1]y la relación de eficiencia entre ambas (2-6c)
En su trabajo Rudolsky y Shea (2013) también estudiaron el error espacial de la WWLLN, relativo a los datos de LIS/OTD, y encontraron que la mediana de las distancias entre las posiciones de las descargas detectadas por ambas bases de datos tiene un valor entre 10 y 11 km como se puede observar en la Figura 2-7
Tabla 2-1 Eficiencia de la WWLLN para diferentes períodos y disposiciones espaciales. Extraída de Rudolskyy Shea, 2013
Figura 2-7 Error espacial de la WWLLN en referencia a LIS. Extraída de Rudolsky,y Shea, 2013
Para el caso de nuestra zona principal de trabajo que es el Sur de Sudamérica realizamos los mapas de densidad de descargas3 sobre el área de trabajo a partir de los sistemas de detección de descargas independientes LIS/OTD y WWLLN, la Figura 2-8 (a) muestra la densidad de descargas derivada de la Red WWLLN entre 2008 y 2012. Y la Figura 2-8 (b) muestra la densidad de descargas derivado de LIS-OTD entre enero de 1995 y diciembre de 2012. Se utilizó una resolución espacial de 0,5° × 0,5° para ambos conjuntos de datos.
Parte de nuestra zona de trabajo se encuentra en el margen de detección del sistema LIS (- 38° de latitud, aproximadamente) por lo que los datos para latitudes mayores son en su mayoría provisto por el sistema OTD que dejo de operar en el año 2000, por lo que la comparación entre las dos bases de datos se dificulta para latitudes mayores a los -40°.
3 Descargas detectadas (flash) por una red de detección por Km2 por año [fl Km-2 año-1]
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Figura 2-8 (a) densidad de descargas derivada de la Red WWLLN entre 2008 y 2012. (b)densidad de descargas derivado de LIS/OTD entre enero de 1995 y diciembre de 2012.
Claramente, la densidad de descargas detectado por LIS/OTD es mayor que la detectada por WWLLN para esta zona en concordancia a los trabajos presentados anteriormente. No obstante la baja eficiencia en la detección de WWLLN, ambos mapas de densidad de descargas muestra una distribución espacial similar con un máximo en la AEA en la región Mesopotamia y una disminución progresiva de la AEA con la latitud.
Aunque el patrón espacial es similar con dos zonas de máxima AEA, una en la zona del NOA (Noroeste Argentino, Salta, Jujuy Tucumán)y el otro máximo en la zona en la Mesopotamia argentina, sur de Brasil y Paraguay, existe una diferencia sobre la intensidad relativa entre esas zonas. Mientras que la WWLLN sitúa el máximo de AEA en la zona del NOA (Noroeste Argentino, Salta, Jujuy Tucumán),LIS-OTD lo marca sobre la región de la cuenca del Plata (LPB:[-20 -40]° de latitud y [-50 -65]° de longitud), con una continuación sobre las sierras de Córdoba y San Luis. Aunque la WWLLN no detecta la zona de las sierras como un máximo en la densidad de descargas, si mostro un máximo de actividad ceráunica (días de tormentas) que presentaremos en el Capítulo 5.
Esta mayor intensidad observada por la WWLLN en comparación con LIS-OTD sobre NOA pareciera ser debido a la diferencia de eficiencia de detección sobre esa zona que presenta la WWLLN en el periodo 2009-2012 (Rudloskyy Shea, 2013). Mientras que en toda Argentina y Países limítrofes la eficiencia es de 1-5% en referencia a LIS, en la zona de la cordillera, la WWLLN presenta una eficiencia de entre el 5-10%(Rudloskyy Shea, 2013) como se observa en la Figura 2-9. (Por lo tanto, dado que la WWLLN es una red en continuo mejoramiento y con variaciones espaciales en la eficiencia de detección es que no es posible obtener valores absolutos de la AEA, sino que trataremos de identificar las zonas de AEA relevante para su estudio y para poder tener un mejor entendimiento de los procesos asociados a la AEA en dichas zonas.)
Figura 2-9 Eficiencia de detección de la WWLLN en función de LIS-OTD en el periodo 2009-2012 (Rudloskyy Shea, 2013).
A modo de ejemplo de la variación de la eficiencia de la WWLLN en los últimos años, presentamos la densidad de descargas de la WWLLN en el periodo 2008-2012 y lo comparamos con los valores de densidad del año 2012. Aunque el patrón es similar, es muy importante destacar que los valores absolutos del año 2012 llegan a ser el doble que en el promedio 2008-2012, lo que muestra los cambios fuertes en la eficiencia de la red en los últimos años, lo cual sumado a la nueva estación que entró en operación en Chile en los primeros meses del 2014 y a la futura estación en la Isla de Pascua hacen prever una aumento todavía mayor de la eficiencia en nuestra región de estudio.
Figura 2-10 Densidad de descargas de la WWLLN en el periodo 2008-2012 y densidad del año 2012