Blakeslee, R.

Buechler, D.

Cummins, Ken

Koshak, William

Peterson, H.

Vant-Hull, B.

Williams, E.

NASA Technical Reports Server

Assessing Global Change Impact on the 
US Using National Lightning Data
National Climate Assessment PI Meeting
April 8‐9, 2014
Dr. William Koshak
Earth Science Office, NASA Marshall Space Flight Center
Other contributors: Ken Cummins (UA), D. Buechler (UAH), B. Vant‐Hull (CCNY), 
R. Blakeslee (NASA/MSFC), E. Williams (MIT), H. Peterson (USRA) 
https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20140010205 2019-08-31T20:03:22+00:00Z
Overview of Project Goals
Develop Assessment Capabilities & Products to monitor, quantify, and provide 
alerts of climate‐induced changes in lightning, and resulting impacts:
 Evaluate the Sensitivity of Lightning Characteristics to Climate Change
o lightning flash counts
o peak return stroke current
o multiplicity (# strokes per flash)
o lightning nitrogen oxides (LNOx)
o diurnal variations (counts, peak current) 
 Determine & Examine Lightning‐Caused Impacts to Several Economic Sectors
o Human Health (lightning‐caused injury/death)
o Agriculture (lightning‐caused crop damage)
o Forestry (lightning‐caused wildland fires)
o Personal Property (lightning‐caused personal property damage) 
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
Achievement of Goals
 Lightning Analysis Tool (LAT) Developed & Applied
A sustaining assessment tool that provides the assessment capabilities & 
products for monitoring climate‐induced changes in lightning characteristics,
and lightning impacts.
 Science Results Discussed in:
 Journal Articles
o Koshak, W. J., K. L. Cummins, D. E. Buechler, B. Vant‐Hull, R. Blakeslee, E. R. Williams, and H. S. 
Peterson, Variability of CONUS Lightning in 2003‐2012 and Associated Impacts, submitted to J. 
Appl. Meteorol. & Climatol., 2014.
o Chronis, T., R. Said, K. Cummins, W. Koshak, E. McCaul, E. Williams, G. Stano, and M. Grant, 
Climatological Diurnal Variation of CG Lightning Peak Current, submitted to Geophys. Res. Lett., 
2014.
 Conference Paper
o Koshak, W. J., B. Vant‐Hull, E. W. McCaul, and H. S. Peterson, Variation of a Lightning NOx Indicator
for National Climate Assessment , International Conference on Atmospheric Electricity, June, 2014.
 Book Chapter
o Koshak, W. J., Global Lightning Nitrogen Oxides Production, to appear in Chapter 19 of the 
upcoming 2nd edition of The Lightning Flash, editor Vernon Cooray, IEE Power & Energy Series.
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
Achievement of Goals (cont.)
Examined all upgrades
to national lightning 
network.
Only +CG multiplicity
affected.
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
Achievement of Goals (cont.)
Surveyed & compiled
main interconnections.
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
Achievement of Goals (cont.)
Found that CG lightning is decreasing!
Why does CG lightning drop by 12.8% 
when T is trending up?
Answer: Lightning needs heat & moisture.
So use long‐term Tw (instead of T) to obtain
positive correlation. 
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
Achievement of Goals (cont.)
CG peak current up 
by 8.0% 
CG multiplicity down 
by 4.1% 
Fraction of +CGs up
by 41.5%
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
NLDN Flash Density  (2003‐2012) LIS Flash Density  (2003‐2012)
Year NLDN LIS 
(Raw)
LIS
(DE & VT Corrected)
2003 25,312,151 100,090 50,435,202
2004 26,515,549 100,695 51,831,376
2005 25,733,836 96,522 47,837,176
2006 25,110,025 78,787 40,511,787
2007 23,350,168 87,181 44,373,486
2008 22,888,321 90,307 44,772,072
2009 22,233,574 95,793 48,724,951
2010 22,793,791 93,751 49,250,190
2011 23,825,025 96,680 48,989,029
2012 18,192,183 86,766 44,139,720
Compared CGs to
total lightning from LIS
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
Achievement of Goals (cont.)
2
1 1 1 1
cos1 ,
O oN N m n
jk jk
k u k k ijk
k k i jo A jk
aCYAP P N P P
N N r 
    
               
Significant Challenge!
Wanted to go beyond the simple
Lightning NOx Indicator
Solution:
Derived a way to use TRMM/LIS  
data to estimate flash energy and
then convert this energy to 
Lightning NOx Production P.
1
LNI .
N
i i
i
A B

 
Lightning Nitrogen Oxides (LNOx) affect greenhouse gases & hence climate.
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
Achievement of Goals (cont.)
Obtained 
LIS‐inferred
LNOx
1998‐2013
(megamoles)
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
Achievement of Goals (cont.)
Obtained 
LIS‐Inferred
Flash Count
& LNOx
1998‐2013
LNOx is dropping
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
Sensitivity
Impact to a Sector
CG Lightning Count
Wet-Bulb Temperature
w w
w
I I N
T N T
I
N
T
     



Achievement of Goals (cont.)
Human Health  
Fatalities: 13.7 deaths/oC
Injuries:    85.4 injuries/oC
Agriculture
Crop Damage: $63,198/oC
Personal Property
Homeowners Insurance Claims: $367.3M/oC
Forestry
Wildfires (number):  4158/oC
Wildfires (acres): 1.2M/oC
Completed Assessment 
of Climate‐Induced 
Changes in 
CG Lightning‐Caused 
Impacts.
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
Future Evolution & Benefits
 Employ GOES‐R Geostationary Lightning 
Mapper (GLM)  Data
o Launch early 2016.
o Offers continuous monitoring of total lightning over 
all of CONUS.
o Data will be implemented into this project’s Lightning 
Analysis Tool (LAT) for NCA studies.
o Will apply LNOx production P equation for improved 
(i.e. continuous) LNOx monitoring. 
 Employ International Space Station Lightning 
Imaging Sensor (ISS/LIS) Data
o Launch early 2016.
o Views all of CONUS (TRMM/LIS only up to 38oN).
o Data will be implemented into this project’s Lightning 
Analysis Tool (LAT) for NCA studies.
o Will apply LNOx production P equation for improved 
& cross‐sensor LNOx monitoring. 
GLM field‐of‐view (East park better)
ISS/LIS field‐of‐view (red‐dotted)
TRMM/LIS
… Present NCA work represents important preparation 
& proving ground for analyzing these future data!
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
User Community & Decision Makers
 Chattanooga Hamilton County Air Pollution Bureau
o Address:  6125 Preservation Dr, Chattanooga, TN 37416.
o Monitors Air Quality, and proceeds with enforcement actions if air quality violations are determined.  
 Point‐Of‐Contact
o Kathy Jones  – Air Monitoring Manager.
o She would like to know better to what extent ozone exceedances are attributable to lightning.
Sample of Jone’s
estimates of
lightning‐caused
exceedances
… but desire is to
improve accuracy
of these analyses. 
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
User Community & Decision Makers (cont.)
 Harpeth Valley Utilities District
o Address:  5838 River Road, Nashville, TN 37209
o Serves the water and wastewater needs of customers 
in portions of Davidson, Williamson and Cheatham 
counties. 
o Provides water service to more than 16,000 
customers and wastewater service to more than 
13,000 customers.
o Over eight billion gallons of drinking water pumped 
per year. 
o 385+ miles of drinking water lines in place 
o When storms approach they switch to generator 
power. Power outage due to lightning stops service 
pumps producing large water pressure gradients that 
bust water lines.
 Point‐of‐Contact
o Kevin Snider  – Engineer Technician.
o He would like more lightning data/statistics to better 
prepare for lightning, and avoid turning on generator 
power when possible … for cost savings.
W. Koshak, NASA/MSFC ZP11
Thank You !


Assessing Global Change Impact on the US Using National Lightning Data

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

NASA Technical Reports Server