過往的飛機從云層中擠出更多的雨雪

一項新的研究表明，在雨雪上空飛行的飛機會使降水量增加10倍。降雨和雪暴不是由飛機排放的氣體引起的，而是飛機機翼穿過活躍雨雪層上方云層中過冷水滴形成的特殊結(jié)果。在適當(dāng)?shù)臈l件下，這種效應(yīng)會增加機場上空的雨雪天氣，因為許多飛機在進(jìn)場和降落時都會與云層相交。

赫爾辛基大學(xué)(University of Helsinki)和芬蘭氣象研究所(Finnish Meteorological Institute)的研究員迪米特里·莫伊斯耶夫(Dimitri Moisseev)說，“這個特征有趣的地方在于，它是由飛機引起的，但不是由污染引起的?！薄凹词箷型耆鷳B(tài)的飛機，沒有任何燃燒，沒有燃料或任何東西，它仍然會發(fā)生?！盡oisseev說，盡管增強型降水帶是人為創(chuàng)造的，但由平面通道啟動的物理過程可以自然發(fā)生，這使得它們成為研究降水形成的有用實驗室。觀察它們可能有助于氣象學(xué)家在未來2到6小時內(nèi)“預(yù)報”自然雨雪情況，這對機場的運作至關(guān)重要。莫伊斯耶夫說:“當(dāng)你像我一樣每天查看雷達(dá)數(shù)據(jù)時，總會發(fā)現(xiàn)一些有趣的事情?！薄傲钊梭@訝的是，總是有一些我們無法解釋的新東西?！?/p>

Moisseev在赫爾辛基Kumpula大學(xué)校園雷達(dá)天線的掃描中發(fā)現(xiàn)了奇怪的增強降水條紋。在小雨或小雪的背景下，一片片異常筆直的強降水出現(xiàn)，似乎向附近的赫爾辛基萬塔機場(helsinki ki- vantaa airport)傾斜。有趣的是，它們的形狀與云的形成相反，這些云被稱為“落差云”、“孔洞云”或“運河云”，這種現(xiàn)象在飛機飛過低于0攝氏度(32華氏度)但不結(jié)冰的水滴云時會發(fā)生。這項新的研究表明，類似的現(xiàn)象也會增加或引發(fā)云層下的降雨或降雪。

微小的水滴和冰晶都形成云。純水可以在零下40攝氏度(零下40華氏度)保持液態(tài)，而不會有灰塵顆?；蚱渌m宜的表面出現(xiàn)，從而使種子結(jié)晶成冰。因此，凝結(jié)成云的水滴比典型的0攝氏度(32華氏度)冰點要冷得多。這種過冷的液體云在低層到中層云層中很常見。飛機經(jīng)過時空氣壓力的變化會觸發(fā)這些過冷的水滴凝結(jié)成冰晶?？諝庠跈C翼和螺旋槳尾部突然膨脹，導(dǎo)致壓力和溫度急劇下降。在已經(jīng)過冷至零下15至20攝氏度(5至4華氏度)的水滴云中，經(jīng)過的飛機可以將溫度降至零下40攝氏度(零下40華氏度)以下，并引發(fā)冰晶的形成。

新的冰晶有助于凍結(jié)更多的超冷水滴，在飛機飛行路徑上形成一個越來越大的圓圈，引發(fā)晶體形成的連鎖反應(yīng)。當(dāng)晶體掉落時，它們會在云層中形成孔洞或條紋，如果云層很薄，有時會打開一扇藍(lán)色的天空之窗。在大多數(shù)情況下，冰晶在到達(dá)地面之前就蒸發(fā)了。

氣象學(xué)家已經(jīng)知道，經(jīng)過的飛機可以將水滴凍結(jié)成冰晶，而之前的研究表明，這一過程可能會增加云層下的雨雪，但其效果尚未被詳細(xì)捕捉。

Andrew赫穆斯菲爾德國家大氣研究中心的資深科學(xué)家的中尺度和微尺度氣象學(xué)實驗室博爾德科羅拉多州和與新的研究中,研究員指出潛在的無意播種過冷的云在機場前一篇關(guān)于aircraft-induced洞云的形成和傳播。他在1992年科羅拉多州丹佛市前斯臺普頓機場附近收集的雷達(dá)數(shù)據(jù)中也觀察到類似的降雪加劇弧線?！拔覀冎里w機可以引發(fā)降水。這項研究的作者有很多案例，有來自地面儀器——雷達(dá)、激光雷達(dá)——的精彩數(shù)據(jù)，關(guān)于顆粒大小和濃度的良好信息，以及顯示可能形成溫度的射電探空儀數(shù)據(jù)，”海姆斯菲爾德說?！八麄兂晒Φ赜涗浟诉@一現(xiàn)象?！?/p>

為了找出增加降水的雨帶是否可能是由飛機引起的，Moisseev和他的同事回顧了赫爾辛基大學(xué)11年的天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在2008年12月至2018年1月期間，有17天出現(xiàn)了重復(fù)出現(xiàn)的具有特征的線性雨帶。他們檢查了機場附近的航路，看這些飄帶是否可能是由路過的飛機造成的。記錄到2011年的飛行路徑證實，在大多數(shù)觀測到的病例中，飛機都在強降水飄帶的2-10公里(1-6英里)范圍內(nèi)飛行。Moisseev說:“強降水基本上是沿著云層上方一架飛機的軌跡?！薄八梢匝由鞌?shù)百公里，但橫截面可能是100米。”所以這是一個很窄很長的特征。

根據(jù)作者的說法，這些額外的冰晶提高了冰晶碰撞形成更大雪花的速度，從而加劇了降雪。如果一架飛機直接穿過一個正在形成的云層，這種情況可能會發(fā)生，但作者懷疑這是更復(fù)雜的情況，因為他們的數(shù)據(jù)定位的雨雪增強的起始高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于已經(jīng)形成的云層。這項新研究得出的結(jié)論是，飛機產(chǎn)生的冰晶最有可能從過冷的上層云層降落到正在下雨或下雪的下層云層，從而從下層云層產(chǎn)生更多的雨或雪。

衛(wèi)星數(shù)據(jù)支持這一設(shè)想，顯示了由超冷水滴或冰與水的混合物組成的頂層云，在適當(dāng)?shù)臏囟认略陲w機的影響下形成冰晶。這個上層的超冷層漂浮在飛機進(jìn)入赫爾辛基-萬塔機場的典型進(jìn)場高度。

Moisseev說，通過空中交通的人工增雨和人工增雪為自然降水和影響地層效率的因素提供了有用的線索。這些飄帶是一種偶然的實驗，研究人員可以在飛機的路徑上觀察到這種效果，也可以在飛機外部觀察到這種效果，并對正在發(fā)生的微物理過程提出疑問。