A High-Resolution Canadian Lightning Climatology

Abstract

A high-resolution Canadian lightning climatology is presented. Generating the high-resolution flash density climatology from a relatively short observation period (approximately 10 years) of the Canadian Lightning Detection Network can be challenging because of the natural variations in the lightning frequency. To address this, an objective methodology was developed with the intended purpose of reducing random variations while still retaining the real spatially significant local variations in the cloud-to-ground lightning flash densities. This technique is applied to the annual 1 km lightning flash density values across most of Canada (south of 60°–70°N) to generate a high-resolution lightning climatology. Lightning flash density maps for selected areas are presented that demonstrate typical patterns resulting from the optimizing methodology. This high-resolution climatology can be used to assess lightning occurrence and risk for many applications including protection measures for buildings and other structures such as electrical transmission lines, insurance purposes, as well as general climatological knowledge and public safety. An example that applies the high-resolution lightning climatology to wind turbine lightning protection is provided because it was the initial motivation for this research.

[Traduit par la rédaction] Nous présentons une climatologie canadienne de la foudre à haute résolution. Produire la climatologie de densité d’éclairs à haute résolution à partir d'une période d'observation plutôt courte (approximativement 10 ans) du Réseau canadien d'observation de la foudre peut poser certains problèmes à cause des variations naturelles dans la fréquence de la foudre. C'est pourquoi nous avons mis au point une méthodologie objective qui vise à réduire les variations aléatoires tout en conservant les variations locales réelles spatialement significatives dans les densités d’éclairs nuage–sol. Nous appliquons cette technique aux valeurs annuelles de densité d’éclairs sur 1 km dans la plus grande partie du Canada (au sud de 60°–70°N) pour produire une climatologie de la foudre à haute résolution. Nous présentons des cartes de densité d’éclairs pour des endroits sélectionnés qui révèlent des configurations particulières résultant de la méthodologie d'optimisation. Cette climatologie à haute résolution peut servir à estimer la fréquence et le risque de foudre pour de nombreuses applications, y compris les mesures de protection des bâtiments ou d'autres structures comme les lignes électriques, pour les besoins des assurances, de même que pour la connaissance climatologique générale et la sécurité publique. Nous présentons un exemple qui applique la climatologie de la foudre à haute résolution à la protection des éoliennes contre la foudre, car c’était la motivation première de cette recherche.

Keywords:

• lightning
• observation
• remote sensing
• climatological
• applied

Acknowledgements

Vaisala Inc. of Tucson, Arizona, U.S.A., processes the CLDN data and provides telecommunication services to Environment Canada. The data are the property of Environment Canada. We are grateful to our colleagues Heather Auld and Joan Klaassen for their helpful suggestions on the research presented in this manuscript. Part of this research was supported by the Program of Energy Research and Development (PERD) through contract F12.001. This paper does not necessarily reflect Environment Canada policies or views.

Additional information

Notes on contributors

Mark W. Shephard

†Previously at: Atmospheric and Climate Applications (AC Apps), Inc., 18783 2nd Concession Road, East Gwillimbury, Ontario, Canada