Vliegtuigen die over regen of sneeuw vliegen, kunnen de neerslag tot wel 10 keer intenser maken, volgens een nieuwe studie.

De regen- en sneeuwbuien worden niet veroorzaakt door emissies van het vliegtuig, maar zijn het eigenaardige gevolg van het passeren van de vleugels van het vliegtuig door wolken van onderkoelde waterdruppels in wolkenlagen boven een laag actieve regen of sneeuw.

Onder de juiste omstandigheden, dit effect kan regen- en sneeuwstormen op luchthavens versterken, waar veel vliegtuigen de wolkenlaag kruisen bij nadering en afdaling.

"Het interessante aan dit kenmerk is dat het wordt veroorzaakt door vliegtuigen, maar het wordt niet veroorzaakt door vervuiling, " zei Dimitri Moisseev, een onderzoeker aan de Universiteit van Helsinki en het Fins Meteorologisch Instituut en de hoofdauteur van de nieuwe studie in AGU's Journal of Geophysical Research:Atmosferen . "Zelfs als er absoluut ecologische vliegtuigen zouden zijn, die geen verbranding hebben, geen brandstof of wat dan ook, het zou nog gebeuren."

Hoewel de banden van verhoogde neerslag kunstmatig worden gecreëerd, het fysieke proces dat door de passage van vliegtuigen wordt gestart, kan van nature plaatsvinden, waardoor ze nuttige laboratoria zijn voor het bestuderen van de vorming van neerslag, volgens Moisseev. Door ze te observeren, kunnen meteorologen natuurlijke regen- en sneeuwcondities 2 tot 6 uur in de toekomst "nowcasten", wat essentieel is voor luchthavenactiviteiten.

"Wanneer je, zoals ikzelf, kijk elke dag naar de radargegevens er is altijd iets interessants aan de hand, " zei Moisseev. "Verrassend genoeg, er zijn altijd nieuwe dingen die we nog steeds niet kunnen verklaren."

Moisseev ontdekte merkwaardige streamers van verhoogde neerslag in scans van de radarantenne van de campus van de Universiteit van Helsinki Kumpula. De onnatuurlijk rechte stukken van intense neerslag verschenen tegen een achtergrond van lichtere regen of sneeuw en leken te buigen in de richting van de nabijgelegen luchthaven Helsinki-Vantaa.

Hun vormen leken intrigerend op het omgekeerde van wolkenformaties die bekend staan ​​als fallstreaks, perforator of kanaalwolken, verschijnselen die kunnen optreden wanneer vliegtuigen door wolken van waterdruppels vliegen die kouder zijn dan 0 graden Celsius (32 graden Fahrenheit) — maar niet bevriezen.

De nieuwe studie toont aan dat een soortgelijk fenomeen regen of sneeuwval kan versterken of uitlokken van wolkenlagen die onder deze onderkoelde wolkenlagen liggen.

Super cool

Zowel kleine waterdruppeltjes als ijskristallen vormen wolken. Zuiver water kan vloeibaar blijven tot -40 graden Celsius (-40 graden Fahrenheit) zonder dat er stofdeeltjes of andere geschikte oppervlakken aanwezig zijn om kristallisatie tot ijs te veroorzaken. Dus waterdruppels die condenseren tot wolken kunnen veel kouder zijn dan het typische vriespunt van 0 graden Celsius (32 graden Fahrenheit). Dergelijke onderkoelde vloeibare wolken komen veel voor in laag- tot middelhoge wolkenlagen.

Luchtdrukveranderingen van passerende vliegtuigen kunnen ervoor zorgen dat deze onderkoelde waterdruppels bevriezen tot ijskristallen. Lucht zet abrupt uit in het kielzog van vleugel- en propellertips, veroorzaakt een dramatische lokale daling van druk en temperatuur. In een wolk van waterdruppels die al onderkoeld is tussen -15 tot -20 graden Celsius (5 tot -4 graden Fahrenheit), het passerende vliegtuig kan de temperatuur laten dalen tot onder de -40 graden Celsius (-40 graden Fahrenheit) en de vorming van ijskristallen veroorzaken.

De nieuwe ijskristallen helpen meer onderkoelde waterdruppels te bevriezen, het veroorzaken van een kettingreactie van kristalvorming in een steeds groter wordende cirkel rond het pad van het vliegtuig. Als de kristallen vallen, ze creëren gaten of strepen heldere lucht in de wolk, soms een raam met blauwe lucht openen als de wolkenlaag dun is. In de meeste gevallen, de ijskristallen verdampen voordat ze de grond bereiken.

Meteorologen weten dat passerende vliegtuigen waterdruppels kunnen bevriezen tot ijskristallen en eerder werk had gesuggereerd dat het proces regen en sneeuw in onderliggende wolken zou kunnen versterken, maar het effect was niet in detail vastgelegd.

Andrew Heymsfield, een senior wetenschapper bij het Mesoscale and Microscale Meteorology Laboratory van het National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado, en een onderzoeker die niet betrokken is bij de nieuwe studie, had in een eerder artikel over de vorming en verspreiding van door vliegtuigen veroorzaakte gaten in wolken de mogelijkheid opgemerkt van onbedoeld zaaien van onderkoelde wolken boven luchthavens. Hij observeerde soortgelijke bogen van verhoogde sneeuwval in radargegevens verzameld in de buurt van Denver, Colorado's voormalige Stapleton Airport in 1992.

"We weten dat vliegtuigen neerslag kunnen veroorzaken. De auteurs van deze studie hebben veel gevallen, met prachtige gegevens van instrumenten op de grond - radar, lidar - goede informatie over deeltjesgrootte en concentratie, en radiosondegegevens om de waarschijnlijke temperatuur voor formatie te tonen, "Zei Heymsfield. "Ze slaagden erin het fenomeen te documenteren."

Om erachter te komen of de streamers van verhoogde neerslag kunnen worden veroorzaakt door vliegtuigen, Moisseev en zijn collega's beoordeelden 11 jaar weerradargegevens van de Universiteit van Helsinki en vonden 17 dagen met herhaalde gevallen van de karakteristieke lineaire streamers tussen december 2008 en januari 2018.

Ze onderzochten vliegroutes in de buurt van het vliegveld om te zien of de streamers veroorzaakt konden worden door passerende vliegtuigen. Vliegroutes gearchiveerd tot 2011 bevestigde vliegtuigen passeerden in de meeste gevallen binnen 2-10 kilometer (1-6 mijl) van de intense neerslagstreamers.

"De geïntensiveerde neerslag volgt in feite het spoor van een vliegtuig boven de wolk, Moisseev zei. "Het kan zich over honderden kilometers uitstrekken, maar de doorsnede zou misschien 100 meter zijn. Het is dus een heel smal, lange functie."

Sneeuw zaaien

De extra ijskristallen verhogen de snelheid waarmee kristallen botsen om grotere sneeuwvlokken te vormen, toenemende sneeuwval, volgens de auteurs.

Dit kan gebeuren als een vliegtuig rechtstreeks door een neerslaande wolk vliegt, maar de auteurs vermoeden dat er iets ingewikkelders aan de hand is, omdat hun gegevens de starthoogte van regen- en sneeuwverbetering lokaliseren ver boven de laag die al aan het neerslaan is.

De nieuwe studie concludeert dat de door vliegtuigen gegenereerde ijskristallen hoogstwaarschijnlijk van een onderkoelde bovenste wolkenlaag vallen in een onderste laag die actief regent of sneeuwt, meer regen of sneeuw verwekken uit de onderste wolkenlaag.

Satellietgegevens ondersteunen dit scenario, met een bovenlaag van wolken die bestaat uit onderkoelde druppels of een mengsel van ijs en water, klaar op ongeveer de juiste temperatuur om onder invloed van vliegtuigen in ijskristallen te veranderen. Deze bovenste, superkoele laag drijft op de typische naderingshoogte van vliegtuigen die de luchthaven Helsinki-Vantaa binnenvliegen.

Regen en sneeuw, kunstmatig versterkt door luchtverkeer, hebben nuttige aanwijzingen voor natuurlijke neerslag en de factoren die de efficiëntie van vorming beïnvloeden, volgens Moisseev. De streamers zijn toevallige experimenten waarmee de onderzoekers het effect langs het pad van het vliegtuig kunnen observeren, en net daarbuiten en stel vragen over de soorten microfysische processen die plaatsvinden.