Passerende fly vrider ekstra sne og regn ud af skyer

Fly, der flyver over regn eller sne, kan intensivere nedbøren med op til 10 gange, ifølge en ny undersøgelse.

Regn- og snesprængningerne er ikke forårsaget af emissioner fra flyet, men er den særegne konsekvens af, at flyets vinger passerer gennem skyer med afkølet vanddråber i skylag over et lag med aktiv regn eller sne.

Under de rigtige betingelser, denne effekt kan øge regn- og snestorme over lufthavne, hvor mange fly krydser skylaget ved tilgang og nedstigning.

"Det interessante ved denne funktion er, at den er forårsaget af fly, men det er ikke forårsaget af forurening, "sagde Dimitri Moisseev, en forsker ved universitetet i Helsinki og det finske meteorologiske institut og hovedforfatter til det nye studie i AGU's Journal of Geophysical Research:Atmosfærer . "Selvom der ville være absolut økologiske fly, som ikke har nogen forbrænding, intet brændstof eller noget, det ville stadig ske. "

Selvom båndene med forstærket nedbør kunstigt skabes, den fysiske proces, der startes ved passage af fly, kan forekomme naturligt, hvilket gør dem nyttige laboratorier til undersøgelse af dannelse af nedbør, ifølge Moisseev. At observere dem kan hjælpe meteorologer med at "udsætte" naturlige regn- og sneforhold 2 til 6 timer ud i fremtiden, hvilket er afgørende for lufthavnsoperationer.

"Når du, ligesom mig selv, se på radardataene hver dag, der er altid noget interessant i gang, "Sagde Moisseev." Overraskende nok, der er altid nye ting, som vi ikke stadig kan forklare. "

Moisseev opdagede nysgerrige streamere af øget nedbør i scanninger fra campusradarantennen ved Helsinki University Kumpula. De unaturligt lige pletter med intens nedbør dukkede op på en baggrund af lettere regn eller sne og syntes at bøje mod den nærliggende Helsinki-Vantaa lufthavn.

Deres former lignede spændende det omvendte af skyformationer kendt som faldstreger, huller eller kanalskyer, fænomener, der kan opstå, når fly flyver gennem skyer af vanddråber, der er koldere end 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit) - men fryser ikke.

Den nye undersøgelse viser, at et lignende fænomen kan forstærke eller fremkalde regn eller snefald fra skylag, der ligger til grund for disse underkølede skylag.

Super sejt

Både bittesmå vanddråber og iskrystaller danner skyer. Rent vand kan forblive flydende ned til -40 grader Celsius (-40 grader Fahrenheit) uden støvpartikler eller andre egnede overflader, der er til stede for frøkrystallisering til is. Så vanddråber, der kondenserer til skyer, kan være meget koldere end det typiske frysepunkt på 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit). Sådanne underkølede flydende skyer er almindelige i lav- til mellemniveau skylag.

Lufttryksændringer fra passerende fly kan få disse superkølede vanddråber til at fryse til iskrystaller. Luft ekspanderer brat i kølvandet på vinge- og propeltip, forårsager et dramatisk lokalt tryk- og temperaturfald. Inde i en sky af vanddråber, der allerede er underafkølet mellem -15 til -20 grader Celsius (5 til -4 grader Fahrenheit), det forbipasserende fly kan sænke temperaturen til under -40 grader Celsius (-40 grader Fahrenheit) og tilskynde til dannelse af iskrystaller.

De nye iskrystaller hjælper med at fryse flere superkølige vanddråber, sætter gang i en kædereaktion af krystaldannelse i en udvidet cirkel omkring flyets vej. Når krystallerne falder, de skaber huller eller striber med klar luft i skyen, nogle gange åbner et vindue med blå himmel, hvis skylaget er tyndt. I de fleste tilfælde, iskrystallerne fordamper, før de når jorden.

Meteorologer har vidst, at passerende fly kan fryse vanddråber ned i iskrystaller, og tidligere arbejde havde antydet, at processen kunne forstærke regn og sne i underliggende skyer, men effekten var ikke blevet fanget i detaljer.

Andrew Heymsfield, en seniorforsker ved National Center for Atmospheric Research's Mesoscale and Microscale Meteorology Laboratory i Boulder, Colorado, og en forsker uden tilknytning til det nye studie, havde noteret potentialet for utilsigtet såning af overkølede skyer over lufthavne i et tidligere papir om dannelse og spredning af flyinducerede huller i skyer. Han observerede lignende buer med øget snefald i radardata indsamlet nær Denver, Colorado's tidligere Stapleton lufthavn i 1992.

"Vi ved, at fly kan udløse nedbør. Forfatterne til denne undersøgelse har mange sager, med vidunderlige data fra jordbaserede instrumenter-radar, lidar - god information om partikelstørrelse og koncentration, og radiosondata for at vise den sandsynlige temperatur for dannelse, "Sagde Heymsfield." Det lykkedes dem at dokumentere fænomenet. "

For at finde ud af, om streamers af øget nedbør kan være forårsaget af fly, Moisseev og hans kolleger gennemgik 11 år af Helsinkis universiteters vejrradardata og fandt 17 dage med gentagne tilfælde af de karakteristiske lineære streamere mellem december 2008 og januar 2018.

De undersøgte flyveveje nær lufthavnen for at se, om streamerne kunne være forårsaget af fly, der passerede. Flightpaths arkiveret til 2011 bekræftede fly passeret inden for 2-10 kilometer (1-6 miles) fra den intense nedbør streamers i de fleste af de observerede tilfælde.

"Den forstærkede nedbør følger dybest set sporet af et fly over skyen, "Moisseev sagde." Det kan strække sig over flere hundrede kilometer, men tværsnittet ville måske være 100 meter. Så det er meget smalt, lang funktion. "

Såning af sne

De ekstra iskrystaller øger den hastighed, hvormed krystaller kolliderer for at danne større snefnug, intensiveret snefald, ifølge forfatterne.

Dette kan ske, hvis et fly flyver direkte gennem en udfældende sky, men forfatterne formoder, at der sker noget mere kompliceret, fordi deres data lokaliserer starthøjden for regn og sneforbedring langt over det lag, der allerede udfælder.

Den nye undersøgelse konkluderer, at flygenererede iskrystaller sandsynligvis falder fra et overkølet øvre skylag til et lavere lag, der aktivt regner eller sner, forårsager mere regn eller sne fra det nedre skylag.

Satellitdata understøtter dette scenario, viser et øverste lag af skyer sammensat af superkølige dråber eller en blanding af is og vand, klar til cirka den rigtige temperatur til at vende sig til iskrystaller under påvirkning af fly. Denne overdel, superkølet lag flyder i den typiske tilgangshøjde for fly, der flyver ind i Helsinki-Vantaa-lufthavnen.

Regn og sne kunstigt forstærket af lufttrafikken har nyttige spor til naturlig nedbør og de faktorer, der påvirker dannelsens effektivitet, ifølge Moisseev. Streamerne er tilfældige eksperimenter, der gør det muligt for forskerne at observere effekten langs flyets vej, og lige uden for det, og stille spørgsmål om de slags mikrofysiske processer, der finder sted.