Download - XARXA DE DETECCIÓ DE DESCÀRREGUES · Ord. DIA MES NT Cat. %llamps %acum. 1 5 Jul. 3179 11.0% 11.0% 2 9 Set. 1764 6.1% 17.1% 3 20 Maig 1719 6.0% 23.1% 4 1 Jul. 1656 5.7% 28.8% 5

Transcript
  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    1

    XARXA DE DETECCIÓ DE DESCÀRREGUES

    ELÈCTRIQUES ATMOSFÈRIQUES DEL

    SERVEI METEOROLÒGIC DE CATALUNYA

    RESUM DE L’ANUALITAT 2012

    1.INTRODUCCIÓ

    La Xarxa de Detecció de Descàrregues Elèctriques Atmosfèriques (XDDE) del Servei Meteorològic

    de Catalunya (SMC) registra els llamps associats a les tempestes que ocorren al llarg de l’any al

    nostre país. En el vessant meteorològic operatiu, el seguiment a temps real dels l’activitat elèctrica

    atmosfèrica, conjuntament amb les imatges radar, permet entendre millor el cicle de vida de les

    tempestes, i facilita les tasques de vigilància de situacions meteorològiques de risc.

    Si bé la utilitat meteorològica de conèixer l’activitat elèctrica atmosfèrica és evident, el registre dels

    llamps té interès en altres àmbits. El fet de poder visualitzar en temps real l’ocurrència de llamps,

    la seva localització i la direcció de desplaçament de les tempestes pot ser de gran ajuda a l’hora

    d’activar protocols d’actuació en prevenció de possibles danys causats per llamps en

    infraestructures o en la indústria, per possibles incendis forestals, etc. D’altra banda, els resums

    anuals d’activitat i l’estudi climàtic dels llamps determinen el nivell ceràunic del nostre país,

    informació necessària per dimensionar les mesures de protecció contra els danys que causen els

    llamps.

    Actualment, la XDDE es compon de quatre detectors remots i d’un sistema integrador que

    processa les dades rebudes del conjunt de detectors i genera els registres de llamps. Els

    detectors estan instal·lats a Begues (el Baix Llobregat), Castellnou de Seana (el Pla d’Urgell),

    Muntanyola (Osona) i Amposta (el Montsià). Aquesta distribució està pensada per proporcionar

    una bona cobertura a tot Catalunya, amb una precisió en la localització d’entre 500 metres i un

    quilòmetre. La figura 1 en mostra la distribució dels detectors, així com una estimació teòrica de la

    capacitat de detecció, o eficiència, de la xarxa.

  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    2

    1.1.DETECCIÓ DE LLAMPS

    La XDDE detecta dos tipus de llamps: els produïts a l’interior dels núvols (llamps núvol-núvol, NN)

    i els llamps núvol-terra (NT). Els NN tenen interès en tasques de vigilància meteorològica, ja que

    són els primers que apareixen durant la fase de desenvolupament de les tempestes. Els llamps

    NT es produeixen majoritàriament durant la maduresa de la tempesta, i són els que poden

    provocar la pèrdua de vides humanes i danys materials. Aquest informe es centra en el segon

    tipus de llamps, els núvol-terra. Per a més informació sobre els aspectes físics del fenomen,

    tècniques de detecció, i climatologia de llamps, es recomana consultar la Publicació Breu de

    l’SMC “Els llamps: detecció i seguiment de tempestes” (SMC, 2004) o la Nota d’estudi núm. 73 de

    l’SMC (2011) sobre la climatologia de llamps a Catalunya.

    Figura 1. Abast i eficiència de detecció de la XDDE. Ubicació de les estacions: Begues (el Baix Llobregat),

    Castellnou de Seana (el Pla d’Urgell), Muntanyola (Osona) i Amposta (el Montsià).

  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    3

    2.OBSERVACIONS DE LLAMPS EN L’ANUALITAT 2012

    2.1. RESUM

    Al llarg de l’any 2012, la XDDE va detectar prop de 29.000 llamps núvol-terra (NT) en el conjunt de

    Catalunya, els quals es van distribuir en 115 dies amb tempesta1. Aquest registre és el menor dels

    últims 9 anys, i els llamps del 2012 representen només un 45% de la mitjana interanual, que és de

    66.500 llamps (Taula 2).

    Taula 1. Dies amb tempesta (DT) i llamps NT pel conjunt de Catalunya l’any 2012

    2012 DT llamps Dies del mes amb tempesta

    Gen. 2 8 2, 16

    Febr. 0 0

    Març 5 400 3, 19, 21, 22, 26

    Abr. 19 1352 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 12, 13, 14, 15, 19, 21, 24, 27, 28, 29, 30

    Maig 22 6968 1, 3, 4, 5, 6, 8, 11, 12, 13, 14, 17, 18, 19, 20, 21, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30

    Juny 13 2963 1, 2, 3, 7, 11, 12, 17, 18, 19, 20, 26, 27, 28

    Jul. 10 6383 1, 4, 5, 7, 11, 12, 25, 26, 27, 28

    Ag. 15 3111 4, 5, 6, 11, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 30

    Set. 11 4511 7, 8, 9, 10, 11, 12, 18, 19, 23, 28, 29

    Oct. 13 2946 10, 11, 12, 14, 18, 19, 20, 21, 22, 25, 26, 27, 30

    Nov. 5 214 6, 9, 10, 17, 18

    Des. 0 0

    Total 115 28856

    Taula 2. Dies de tempesta i llamps a Catalunya (període 2004-2012)

    Any 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Mitjana

    Dies Temp. 126 129 147 120 121 126 105 124 115 124

    Llamps NT 86519 96100 145440 53125 55397 58771 39885 35099 28856 66577

    1 Es considera, en aquest apartat, dia amb tempesta aquell on es registra com a mínim un llamp NT en

    algun punt de Catalunya.

  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    4

    2.2. DISTRIBUCIÓ DIÀRIA DE LES TEMPESTES

    La Taula 3 presenta els dies concrets amb un major nombre de llamps durant el 2012. El dia amb

    més llamps a Catalunya van ser el 5 de juliol (Fig.2). Tot i així, presenta uns registres molt pobres

    respecte d’altres anys, on el màxim diari pot sobrepassar els deu mil llamps.

    Com ja s’ha comentat, els dies amb tempesta en algun indret de Catalunya durant el 2012 van ser

    115 (Taula 1) si bé es pot veure a la Taula 3 com l’activitat es concentra en pocs dies, ja que els

    19 dies llistats acumulen el 70% de l’activitat anual.

    Taula 3. Dies amb major registre de llamps de l’any 2012. La quarta columna (%NT) correspon

    al percentatge que suposen els llamps caiguts en el dia en qüestió respecte del total anual.

    Aquests percentatges s’acumulen a la cinquena columna.

    Ord. DIA MES NT Cat. %llamps %acum.

    1 5 Jul. 3179 11.0% 11.0%

    2 9 Set. 1764 6.1% 17.1%

    3 20 Maig 1719 6.0% 23.1%

    4 1 Jul. 1656 5.7% 28.8%

    5 3 Juny 1553 5.4% 34.2%

    6 8 Set. 1380 4.8% 39.0%

    7 21 Oct. 1163 4.0% 43.0%

    8 27 Jul. 1037 3.6% 46.6%

    9 28 Maig 946 3.3% 49.9%

    10 5 Ag. 886 3.1% 53.0%

    11 12 Maig 769 2.7% 55.6%

    12 4 Maig 623 2.2% 57.8%

    13 10 Oct. 614 2.1% 59.9%

    14 19 Maig 571 2.0% 61.9%

    15 6 Ag. 541 1.9% 63.8%

    16 11 Oct. 530 1.8% 65.6%

    17 13 Maig 501 1.7% 67.3%

    18 28 Ag. 480 1.7% 69.0%

    19 29 Ag. 436 1.5% 70.5%

  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    5

    Figura 2. Llamps NT del 5 de juliol de 2012. El símbol del llamp correspon a la seva polaritat, havent-hi

    llamps de càrrega negativa (-) i de càrrega positiva (+). El color dels símbols indica el tram horari al

    qual correspon el llamp. L’hora d’actualització i la dels trams de la llegenda estan expressats en

    Temps Universal (TU). Cal sumar-hi dues hores per passar a l’hora oficial.

    2.3.DISTRIBUCIÓ MENSUAL DE LES TEMPESTES

    La distribució mensual dels llamps del 2012 (Fig.3), mostra com l’activitat és inferior a la mitjana

    interanual en els mesos de major activitat, especialment a l’agost, que presenta només un 15%

    d’activitat respecte de la mitjana interanual. Els pobres percentatges en els mesos de major

    activitat contribueixen en gran mesura a fer del 2012 l’any amb menys llamps dels últims 9 anys.

    Cal buscar la causa d’aquesta baixa activitat en la poca precipitació registrada durant l’estiu, que

    ha estat sec a pràcticament tot Catalunya (Butlletí Climàtic Estacional estiu 2012, SMC). Si bé el

    nombre de llamps del 2012 és considerablement inferior a la mitjana, el nombre de dies de

    tempesta del 2012 s’assembla més a la mitjana interanual (Fig.4). Només juny i juliol presenten un

    70% i 60%, respectivament, de dies de tempesta respecte de la mitjana. Per tant, les tempestes

    de l’estiu del 2012 han presentat intensitats per sota del que és habitual.

  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    6

    0

    5000

    10000

    15000

    20000

    25000

    GEN FEBR MARÇ ABR MAIG JUNY JUL AG SET OCT NOV DES

    mero

    de l

    lam

    ps

    2012Mitjana2004-11

    Figura 3. Nombre mensual de llamps registrats a Catalunya (gener a octubre) l’any 2012 i mitjana interanual

    del període 2004-2011.

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    GEN FEB MARÇ ABR MAIG JUNY JUL AG SET OCT NOV DES

    Mes

    Die

    s d

    e t

    em

    pesta

    2012Mitjana 2004-11

    Figura 4. Dies de tempesta mensual registrats a Catalunya (gener a octubre) l’any 2012 i mitjana interanual

    del període 2004-2011.

  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    7

    2.4. DIES DE TEMPESTA (DT)

    Els dies de tempesta (referits també com a nivell ceràunic en l’àmbit de la protecció contra el llamp

    o en les telecomunicacions) representen el nombre de dies de l’any on hi ha tempesta en una

    determinada zona. A diferència dels valors per tota Catalunya presentats a les Taules 1 i 2, en el

    present apartat el nivell ceràunic del 2012 (Fig.5) es calcula a partir de la quadrícula de 20 x 20

    quilòmetres. Es pot observar com, a grans trets, el nombre de DT augmenta amb la distància a la

    costa i a mesura que augmenta l’altura del terreny.

    Figura 5. Dies de tempesta de l’any 2012 elaborat a partir de les dades de la XDDE de l’SMC. Els

    valors de DT, que corresponen a una àrea de 20 x 20 km, es presenten sobre el mapa

    d’elevacions i la delimitació comarcal de Catalunya.

  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    8

    2.5. DADES ELÈCTRIQUES

    La descàrrega de retorn del llamp porta associat un fort corrent elèctric. Si el llamp connecta una

    zona de càrrega negativa del núvol amb una zona descàrrega positiva del terra, la descàrrega de

    retorn és negativa. Si la distribució de càrregues és a la inversa, la descàrrega és llavors positiva.

    Del conjunt de llamps registrats durant el 2012, el 75% van ser de polaritat negativa i el 25% de

    polaritat positiva. Pel que fa a les corrents de pic de la primera descàrrega de retorn2, la mitjana

    pels negatius va ser de -15,8 kA (mediana de -10,8 kA) mentre que pels positius va ser de 23,1 kA

    (mediana 12,0 kA). La figura 6 mostra l’ histograma dels corrents de pic (quiloamperes, kA) del

    conjunt de descàrregues de l’any 2012. En ambdós polaritats, la majoria de llamps són de baixa

    intensitat, disminuint-ne el número ràpidament en augmentar-ne la intensitat. En el cas dels

    negatius, el 95% tenen una corrent de pic de menys de -60 kA mentre que en el cas dels positius

    el 95% estan per sota dels 80 kA.

    0

    2000

    4000

    6000

    8000

    10000

    12000

    <-1

    50

    -150

    -145

    -140

    -135

    -130

    -125

    -120

    -115

    -110

    -105

    -100

    -95

    -90

    -85

    -80

    -75

    -70

    -65

    -60

    -55

    -50

    -45

    -40

    -35

    -30

    -25

    -20

    -15

    -10 -5 0 5 10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    55

    60

    65

    70

    75

    80

    85

    90

    95

    100

    105

    110

    115

    120

    125

    130

    135

    140

    145

    150

    >150

    Corrent de pic (kA)

    LL

    am

    ps n

    úvo

    l-te

    rra

    Llamps Negatius

    Llamps Positius

    Figura 6. Histograma dels corrents de pic (kA) del conjunt de descàrregues de l’any 2012. El signe

    del corrent de pic es correspon amb la polaritat de la descàrrega.

    2 A l’hora de fer l’anàlisi elèctric dels llamps, es té per costum considerar només el corrent de pic i la polaritat

    de la primera descàrrega de cada llamp, que acostuma a ser la més forta.

  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    9

    3. VALORS MITJANS

    3.1. TRETS CARACTERÍSTICS

    L’anàlisi de les dades de la XDDE dels últims 9 anys posa de manifest la gran variabilitat

    interanual d’aquest meteor. Els prop de 29.000 llamps del 2012 contrasten amb els més de

    145.000 de l’any 2006 (Taula 2). Aquesta variabilitat comporta que es requereixi una sèrie llarga

    de dades per tal de poder donar valors climàtics sobre l’activitat ceràunica al nostre país, si bé

    això no treu que l’anàlisi de la sèrie de dades que es tenen actualment tingui el seu interès.

    A continuació es presenta un resum dels trets més destacats de les tempestes i els llamps a

    Catalunya en el període 2004-2012.

    A Catalunya cauen, de mitjana, més de 66.500 llamps a l’any, els quals es distribueixen en

    124 dies de tempesta.

    Malgrat es registra a Catalunya alguna tempesta un de cada 3 dies de l’any, el 80% dels

    llamps es concentren en només 25 dies.

    En el dia de màxima activitat en aquest període (15/08/2006) es van arribar a registrar fins

    a gairebé 28.000 llamps.

    El 74% dels llamps registrats és de polaritat negativa, amb una corrent de pic mitjana

    (primera descàrrega) de -19.7 kA. El 26% restant de llamps són positius, amb una corrent

    de pic mitjana de 18.0 kA.

    En el conjunt de juliol i agost es registren gairebé el 50% dels llamps que cauen en tot

    l’any. Si hi afegim juny i setembre, aquest percentatge puja fins al 85%. El 95% dels llamps

    anuals es concentren en el semestre maig-octubre.

    L’elevat nombre de dies de tempesta anuals, 124 de mitjana per al conjunt de Catalunya, posa de

    manifest que les tempestes són freqüents a Catalunya, si bé en la majoria de dies són testimonials

    i d’àmbit local. En canvi, el 80% de l’activitat es concentra en 25 dies, paràmetre que representa

    millor els dies on les tempestes són protagonistes en el conjunt del país. La taula 4 presenta un

    recompte per anys dels dies amb major activitat, agrupats per trams. Així, dies de tempesta amb

    més de 10.000 llamps són testimonials, i dies amb més de 5.000 llamps no se n’ha registrat des

    del 2008. En aquesta taula es torna a posar de manifest que 2006 va ser un any excepcional, ja

    que presenta valors que dupliquen la mitjana en gairebé tots els trams. Si es consideren els 500

    llamps com un llindar on les tempestes ja tenen una certa incidència en el conjunt de Catalunya,

    de mitjana hi ha 53 dies l’any on es supera aquest valor.

  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    10

    Taula 4. Dies de tempesta (DT) per any on se supera un cert llindar del nombre de llamps per Catalunya.

    >500 >1.000 >2.500 >5.000 >10.000

    2004 37 23 10 2 1

    2005 35 22 13 6 0

    2006 49 37 21 7 1

    2007 28 15 5 2 0

    2008 20 14 7 2 0

    2009 31 18 5 0 0

    2010 10 9 4 0 0

    2011 15 8 2 0 0

    2012 9 7 1 0 0

    Mitjana 26 17 8 2 0

    3.2. DISTRIBUCIÓ HORÀRIA

    L’estudi de la distribució de les tempestes al llarg del dia és interessant ja que aquestes presenten

    un nivell d’activitat força diferent segons l’hora del dia. La figura 7 presenta aquesta evolució,

    considerant períodes d’una hora, per Catalunya i per la zona del mar Balear. A Catalunya, la

    majoria de llamps ocorren durant la segona part del dia, amb un màxim d’activitat que es situa

    entre les 15 i les 17 TU3. Aquest patró està directament relacionat amb el cicle solar d’escalfament

    diürn i els processos convectius que se’n deriven. D’altra banda, els llamps registrats al mar

    davant la costa catalana presenten un patró diari ben diferent, amb una distribució més uniforme al

    llarg del dia i valors màxims durant la nit.

    0%

    2%

    4%

    6%

    8%

    10%

    12%

    14%

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

    Hora (T.U.)

    CAT

    MAR

    Figura 7. Freqüència horària (T.U.) dels llamps a Catalunya i pel mar Balear.

    3 Temps Universal (TU): Cal sumar una hora en horari d'hivern i dues en horari d'estiu per passar a l’hora oficial.

  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    11

    3.3. MULTIPLICITAT

    El llamp sovint es compon d’un seguit de descàrregues, separades per desenes de mil·lisegons i

    que a primera vista no es poden diferenciar. Quan només té una descàrrega, el llamp s’anomena

    de descàrrega simple, mentre que quan s’hi produeixen diverses descàrregues, llavors el llamp és

    de descàrrega múltiple. Els llamps negatius son simples en un 55%, mentre que els positius són

    simples en un 85% dels casos. A la figura 8 es pot veure la distribució dels llamps segons el

    nombre de descàrregues. Es pot observar que a mesura que augmenta el nombre de

    descàrregues per llamp, se’n redueix la freqüència.

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

    Descàrregues

    Perc

    en

    tatg

    e

    Llamps Negatius

    Llamps Positius

    Figura 8. Multiplicitat: distribució percentual dels llamps amb diferent nombre de descàrregues. Període

    2010-2012.

    La multiplicitat mitjana per a Catalunya és de 1,9 descàrregues per llamp en el cas dels negatius,

    mentre que pels positius és de 1,2. Si bé en la majoria de llamps totes les descàrregues tenen el

    mateix punt d’impacte (comparteixen el canal de la descàrrega), hi ha llamps on les descàrregues

    subsegüents d’un mateix llamp contacten amb la superfície en un punt diferent del de la primera

    descàrrega. Es calcula que el nombre d’impactes és d’entre 1,5 i 1,7 vegades el nombre de

    llamps.

  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    12

    3.3. DIES DE TEMPESTA (NIVELL CERÀUNIC)

    Els dies de tempesta (referits també com a nivell ceràunic en l’àmbit de la protecció contra el llamp

    o en les telecomunicacions) representen el nombre de dies de l’any on hi ha tempesta en una

    determinada zona. La figura 9 presenta la mitjana del període 2004-2012.Cal tenir present que

    aquest mapa és una mitjana de vuit anys i no es pot considerar climàticament significatiu.

    Figura 9. Dies de tempesta anual del període 2004-2012 elaborat a partir de les dades de la XDDE de

    l’SMC.

  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    13

    3.4. DENSITAT D’IMPACTES DE LLAMP A CATALUNYA

    A continuació és presenta la densitat d’impactes de llamp per Catalunya (mitjana 2004-2012),

    calculada en una malla de 20 per 20 quilòmetres. A més a més, les comarques catalanes es

    classifiquen en tres nivells d’impacte segons la densitat màxima que es registra a la comarca. Cal

    tenir present que aquest mapa és una mitjana de 9 anys i no es pot considerar climàticament

    significatiu.

    Figura 10. Densitat d’impactes de llamp sobre el terreny (llamps NT km

    -2 any

    -1), mitjana del període 2004-

    2012. Comarques classificades en tres categories de densitat.

  • Berlín, 38-46 4t 08029 Barcelona Tel. 93.567.60.90 Fax. 93.567.61.02

    14

    NOTES

    Consideracions sobre el mètode de càlcul de densitat de llamps per quilòmetre quadrat de la qual

    es deriva el mapa presentat a la Fig.10:

    1. Per garantir un resultat uniforme (considerant un rang d’incertesa del 20%) s’ha calculat la

    densitat de llamps per a cel·les de 20 x 20 km i no per a cada comarca. A l’hora de passar aquest

    registres a valors per cada comarca es considera el valor més elevat present a la comarca.

    2. Els sistemes de detecció remota de llamps, com és el cas de la XDDE, no detecten la totalitat

    dels llamps. L’eficiència de detecció de la XDDE està entre el 80 i el 90%, i no és uniforme per al

    conjunt del territori. Per tal de no subestimar en cap cas el nombre de llamps, s’ha considerat una

    eficiència del 80% pel conjunt del territori. El càlcul de la densitat ja té en compte aquesta

    correcció sobre l’eficiència del sistema.

    3. El càlcul s’ha realitzat per a llamps i no per a descàrregues, ja que és aquest paràmetre el que

    s’utilitza a la majoria de normatives de protecció contra el llamp existents (per ex. UNE

    21186:1996 o el Código Técnico de la Edificación). Per tant, no es tenen en compte els possibles

    múltiples punts d’impacte de les diverses descàrregues de que es composa un llamp, aspecte

    comentat a l’apartat de multiplicitat.