Byjord og aerosoler forstærker farligt vejr, styre storme mod byer

Bylandskaber og menneskeskabte aerosoler – partikler suspenderet i atmosfæren – har potentialet til ikke kun at gøre vindstød stærkere og hagl større; de kan også starte storme tidligere og endda trække dem mod byer, ifølge ny forskning, der undersøger virkningen af ​​byudvikling på farligt vejr, ledet af forskere ved det amerikanske energiministeriums Pacific Northwest National Laboratory.

Ved at modellere to tordenvejr - en nær Houston, Texas, og en anden i Kansas City, Missouri.-atmosfærisk videnskabsmand Jiwen Fan drillede de separate og synergistiske effekter, som bylandskaber og menneskeskabte aerosoler kan have på storme, regn og hagl.

I tilfælde af Kansas City-stormen, byjord og aerosoler arbejdede sammen for at forstærke hyppigheden af ​​store hagl med omkring 20 procent. I Houston, et ellers mildere tordenvejr så forstærket, længerevarende nedbør, der udviklede sig hurtigere, blandt andre ændringer.

Fan delte sine resultater ved American Geophysical Unions efterårsmøde i 2020, på tirsdag, 1. december, og besvarede næsten spørgsmål tirsdag, 15. december.

"Det nye i vores undersøgelse er, at vi betragter både byjord og aerosoler sammen, " sagde Fan, "i stedet for deres separate virkninger."

I tidligere arbejde, forskere har vist, at byland former vejret, både gennem sin topografiske natur og den varme, den producerer. Byer er ofte varmere end deres omgivelser, fordi bygninger ikke kun absorberer og fastholder solens varme anderledes end træer og landbrugsjord, men blokerer også for vindstrømmen.

Alligevel fokuserer mange undersøgelser primært på, hvordan byer og aerosoler ændrer nedbør og temperatur, eller kun undersøge indflydelsen af ​​disse faktorer separat, snarere end deres fælles effekt.

Simulerede storme afslører ændringer i farligt vejr

Fan modellerede to meget forskellige typer storme:Kansas Citys voldsomme, roterende, haglfyldt tordenvejr, og Houstons blidere, havbrise-induceret tordenvejr. Hun simulerede flere versioner af de samme storme, med og uden byer og aerosoler til stede, at isolere virkningerne af disse to forskellige faktorer.

I Houston, eftermiddagsbyger svulmede op, mens byland og aerosoler arbejdede synergistisk for at forstærke nedbøren. Sammenlignet med simuleringer uden byer, regnen gennemvåde Houston omkring en halv time før, øge dens total med yderligere 1,5 millimeter. Havbrisen blæste også stærkere, pisket op af indflydelse fra byland.

Når køligere, tættere luft fra havbrisen strømmede mod Houston, det bragte fugt med sig og stødte sammen med varmere, lettere byluft. De to blandede sig ved mødet, skabe stærkere konvektion sammenlignet med simuleringer uden byland.

Houstons tordenskyer begyndte som varme skyer med kun flydende dråber, men den forstærkede havbrise forårsagede en hurtigere overgang til blandet-fase skyer, opkaldt efter deres samtidige blanding af vanddamp, ispartikler og superafkølede vanddråber. Selv efter havbrisen siver af, sagde fan, restvarme fra byen fortsatte med at fodre stormkonvektion gennem natten, forårsager længerevarende regn. Sammenlign det med Fans simulering, hvor byen blev fjernet, viser en svagere havbrise og en storm, der forsvandt hurtigere.

Aerosoler spillede en større rolle i at øge nedbør end byland i Houston. Efterhånden som blandede faseskyer dannedes og konvektionen blev stærkere, talrige ultrafine partikler blev omdannet til skydråber. Denne transformation forbedrede omdannelsen af ​​vanddamp til skykondensat, derved øger latent opvarmning og forstærker stormen yderligere.

I tilfælde af Kansas City-stormen, varme fra byen blev ført med vinden, hvor den mødte den allerede dannede storm ved den nordlige by-land-grænse. Når det er varmere, tørrere luft mødt med køligere, fugtigere landlige luft, det intensiverede konvergensen, skabe turbulent blanding og en mere voldsom storm, der bevægede sig mod byland.

I modsætning til Houstons tordenvejr, Kansas Citys aerosoler påvirkede ikke stormens begyndelse eller udbredelse, det gjorde de heller ikke, på egen hånd, stor indflydelse på hagl. Men, når simuleret langs byland, de to forstærkede hagl, synergistisk frembringer en mere farlig haglstorm. På grund af dette forhold, sagde fan, det er vigtigt at overveje både byjord og aerosoler, når man udforsker byernes indvirkning på vejret og tilhørende farer.

Alene hagl påfører milliarder af dollars skade i USA og, ifølge National Oceanic and Atmospheric Administration, det er muligt for særligt store hagl at falde med over fhail100 miles i timen.

Regnskab for aerosoler

Byland og aerosoler former vejret forskelligt, ifølge Fan, afhængigt af andre miljøforhold, som om luften allerede er forurenet.

"Aerosoleffekten afhænger virkelig af baggrundskoncentrationen, " sagde Fan. "Hvis miljøet allerede er forurenet, tilføjelse af flere aerosoler lader ikke til at påvirke meget. Men hvis du allerede er i ren tilstand, og du tilføjer aerosoler, det kan have en stor effekt."

Houstons travle skibskanal og nærliggende olieraffinaderier, hvoraf tre er i dets metroområde, udleder regelmæssigt aerosoler i atmosfæren, sagde Fan. Fugtighed, også, tilføjede hun, kan forstærke aerosoleffekten.

Fan håber, at hendes arbejde kan føre til mere præcise forudsigelser om farligt vejr, afbøde dødsfald og skader forårsaget af storme. Hun planlægger at udforske mere dybt, hvordan udbredt urbanisering vil forme alvorlige storme i fremtidige klimascenarier.