Estudio de eventos extremos meteorológicos por medio de la Actividad Eléctrica Atmosférica asociada y su interacción en la Alta Atmósfera

• Autores: Villagrán Asiares, Constanza Inés
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Nicora, María Gabriela; Meza, Amalia Margarita; Ávila, Eldo E.; Guarracino, Luis; Godoy, Alejandro; Sperling, Vinicius
• Materia: Geofísica; Actividad Electrica Atmosférica; Resonancia de Scumann; Ionósfera; Ondas de Gravedad Atmosféricas; Lightning Jumps; Eventos Meteorológicos Severos; ELF data; TEC data
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

Numerosos estudios han demostrado que la tasa de descargas eléctricas en una tormenta guarda una estrecha relación con la intensidad de las corrientes ascendentes, ya que corrientes más intensas favorecen un mayor número de colisiones entre partículas de hielo y, en consecuencia, una mayor electrificación de la nube. Investigaciones previas han evidenciado que el aumento abrupto en la actividad eléctrica total puede anticipar, con varios minutos de antelación, la ocurrencia de fenómenos meteorológicos severos. En este contexto, la presente tesis se estructura en tres niveles de análisis — local, regional y global—, utilizando distintas herramientas para comprender la actividad eléctrica atmosférica (AEA) y su vinculación con eventos meteorológicos extremos, con foco en el territorio argentino. El primer enfoque se centró en el análisis de Lightning Jumps (LJ), es decir, variaciones abruptas en la tasa de descargas eléctricas. La integración de estos datos con una base de impactos meteorológicos (South American Meteorological Hazards and their Impacts, SAMHI) permitió identificar comunidades vulnerables que, a pesar de no contar con abundantes reportes convencionales, presentan alta incidencia de eventos severos. En una segunda etapa, se investigó la variación del contenido electrónico total (Total Electron Content, TEC) en la ionósfera, asociada a la ocurrencia de tormentas meteorológicas. A través de datos del Sistema Global de Navegación por Satélite (Global Navigation Satellite System, GNSS), se detectaron perturbaciones ionosféricas que por su periodo y amplitud podrian ser ondas de gravedad atmosféricas (Atmospheric Gravity Waves, AGWs) generadas por convección profunda o descargas eléctricas. Estas ondas permiten ampliar el estudio desde una escala local a una regional mediante el monitoreo del plasma ionosférico. Finalmente, se exploró la Resonancia de Schumann (Schumann Resonance, SR) como vía para evaluar el impacto global de las tormentas sobre la cavidad Tierra-Atmósfera-Iónosfera. El análisis de frecuencias extremadamente bajas (Extremely Low Frequency, ELF) refleja de manera sensible la distribución espacio-temporal de la actividad eléctrica en todo el planeta, integrando las observaciones en una escala global. Este abordaje integral ofrece una visión novedosa de la interacción entre la AEA y los eventos meteorológicos extremos. Los resultados de esta tesis aportan al conocimiento fundamental de estos fenómenos y proponen nuevas herramientas para su monitoreo y anticipación, especialmente relevantes en regiones vulnerables al cambio climático y a los eventos de alto impacto.
Numerous studies have shown that the flash rate, in a thunderstorm is closely related to the intensity of updrafts, as stronger updrafts promote more collisions between ice particles and, consequently, greater cloud electrification. Previous research has demonstrated that a sudden increase in total lightning activity can anticipate the occurrence of severe weather events several minutes in advance. In this context, the present thesis is structured across three levels of analysis—local, regional, and global—using various tools to understand atmospheric electrical activity (AEA) and its connection to extreme weather events, with a focus on the Argentine territory. The first approach focused on the analysis of Lightning Jumps (LJ), that is, abrupt variations in lightning flash rate. The integration of these data with a database of meteorological impacts (SAHMI: South American Meteorological Hazards and their Impacts) made it possible to identify vulnerable communities which, despite lacking extensive conventional reports, exhibit a high incidence of severe events. In the second stage, variations in the total electron content (TEC) in the ionosphere associated with the occurrence of meteorological storms were investigated. Using data from the Global Navigation Satellite System (GNSS), ionospheric disturbances were detected which, due to their period and amplitude, could be atmospheric gravity waves (AGWs) generated by deep convection or AEA. These waves enable the study to expand from a local to a regional scale through ionospheric plasma monitoring. Finally, Schumann Resonance (SR) was explored as a means to assess the global impact of storms on the Earth-Atmosphere-Ionosphere cavity. The analysis of extremely low frequencies (ELF) sensitively reflects the spatio temporal distribution of electrical activity across the planet, integrating observations on a global scale. This comprehensive approach offers a novel perspective on the interaction between AEA and extreme weather events. The results of this thesis contribute to the fundamental understanding of these phenomena and propose new tools for their monitoring and early warning—particularly relevant for regions vulnerable to climate change and high-impact events.
Doctor en Geofísica
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas