Stedelijke landschappen en door mensen gemaakte aerosolen - deeltjes die in de atmosfeer zweven - hebben het potentieel om niet alleen de windstoten sterker te maken en de hagel groter te maken; ze kunnen ook eerder stormen en ze zelfs naar steden trekken, volgens nieuw onderzoek naar de impact van stedelijke ontwikkeling op gevaarlijk weer, geleid door wetenschappers van het Pacific Northwest National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie.

Door twee onweersbuien te modelleren - één in de buurt van Houston, Texas, en nog een in Kansas City, Missouri.—atmosferische wetenschapper Jiwen Fan plaagde de afzonderlijke en synergetische effecten die stedelijke landschappen en door de mens veroorzaakte aerosolen kunnen hebben op stormen, regen en hagel.

In het geval van de storm in Kansas City, stedelijk land en aërosolen werkten samen om de frequentie van grote hagel met ongeveer 20 procent te versterken. in Houston, een anders zachter onweer zag versterkt, langdurige regenval die zich eerder ontwikkelde, onder andere veranderingen.

Fan deelde haar bevindingen tijdens de herfstbijeenkomst van de American Geophysical Union in 2020, op dinsdag, 1 december en beantwoordde vragen vrijwel op dinsdag, 15 december.

"De nieuwigheid van onze studie is dat we zowel stedelijk land als aerosolen samen beschouwen, " zei Fan, "in plaats van hun afzonderlijke effecten."

In eerder werk, onderzoekers hebben aangetoond dat stedelijk land het weer, zowel door zijn topografische karakter als door de warmte die het produceert. Steden zijn vaak warmer dan hun omgeving, omdat gebouwen de zonnewarmte niet alleen anders opnemen en vasthouden dan bomen en landbouwgrond, maar ook de windstroom blokkeren.

Toch richten veel onderzoeken zich vooral op hoe steden en aerosolen neerslag en temperatuur veranderen, of alleen de invloed van die factoren afzonderlijk onderzoeken, in plaats van hun gezamenlijke effect.

Gesimuleerde stormen onthullen veranderingen in gevaarlijk weer

Fan modelleerde twee zeer verschillende soorten stormen:de gewelddadige, roterend, met hagel gevulde onweersbui, en Houston is zachter, door zeebries veroorzaakt onweer. Ze simuleerde meerdere versies van dezelfde stormen, met en zonder aanwezige steden en spuitbussen, om de effecten van deze twee verschillende factoren te isoleren.

in Houston, middagdouches zwollen aan terwijl stedelijk land en aerosolen synergetisch werkten om de regenval te versterken. In vergelijking met simulaties zonder steden, regen doordrenkte Houston ongeveer een half uur eerder, waardoor het totaal met nog eens 1,5 millimeter toeneemt. De zeewind waaide ook sterker, opgezweept door de invloed van stedelijk land.

Wanneer koeler, dichtere lucht van de zeebries stroomde naar Houston, het bracht vocht met zich mee en botste met warmer, lichtere stadslucht. De twee vermengden zich bij de ontmoeting, het creëren van sterkere convectie in vergelijking met simulaties zonder stedelijk land.

De onweerswolken van Houston begonnen als warme wolken met alleen vloeibare druppels, maar de versterkte zeewind zorgde voor een versnelde overgang naar wolken met gemengde fasen, genoemd naar hun gelijktijdige mengsel van waterdamp, ijsdeeltjes en onderkoelde waterdruppels. Zelfs nadat de zeebries wegsijpelde, zei ventilator, restwarmte van de stad bleef de stormconvectie tot diep in de nacht voeden, waardoor het langdurig regent. Vergelijk dat met Fan's simulatie waar de stad werd verwijderd, met een zwakkere zeebries en een storm die eerder verdween.

Spuitbussen speelden een grotere rol bij het verbeteren van de neerslag dan stedelijk land in Houston. Naarmate wolken met gemengde fasen werden gevormd en convectie sterker werd, talrijke ultrafijne deeltjes werden omgezet in wolkdruppels. Deze transformatie verbeterde de omzetting van waterdamp in wolkencondensaten, waardoor latente verwarming toeneemt en de storm verder wordt versterkt.

In het geval van de storm in Kansas City, warmte van de stad werd met de wind meegevoerd, waar het de reeds gevormde storm ontmoette aan de noordelijke grens tussen stad en platteland. Als het warmer is, drogere lucht ontmoet koeler, vochtigere landelijke lucht, het versterkte de convergentie, het creëren van turbulente vermenging en een meer gewelddadige storm die naar stedelijk land trok.

In tegenstelling tot de onweersbui van Houston, De aerosolen van Kansas City hadden geen invloed op het ontstaan ​​of de verspreiding van stormen, zij ook niet, zelfstandig, hagel sterk beïnvloeden. Maar, wanneer gesimuleerd naast stedelijk land, de twee versterkte hagel, synergetisch een gevaarlijkere hagelbui produceren. Door deze relatie is zei ventilator, het is belangrijk om zowel stedelijk land als aerosolen in overweging te nemen bij het verkennen van de impact die steden hebben op het weer en de bijbehorende gevaren.

Alleen hagel veroorzaakt miljarden dollars schade in de VS en, volgens de National Oceanic and Atmospheric Administration, het is mogelijk dat vooral grote hagelstenen met meer dan fhail100 mijl per uur vallen.

Aërosolen verantwoorden

Stedelijk land en aerosolen geven weer anders vorm, volgens Fan, afhankelijk van andere omgevingsomstandigheden, bijvoorbeeld of de lucht al vervuild is.

"Het aërosoleffect hangt echt af van de achtergrondconcentratie, " zei Fan. "Als het milieu al vervuild is, het toevoegen van meer spuitbussen lijkt niet veel te beïnvloeden. Maar als je al in een schone staat bent en je spuitbussen toevoegt, het kan een grote impact hebben."

het drukke scheepvaartkanaal van Houston en de nabijgelegen olieraffinaderijen, waarvan drie in het stedelijk gebied, spuit regelmatig aërosolen in de atmosfeer, zei Fan. Vochtigheid, te, voegde ze eraan toe, kan het aërosoleffect versterken.

Fan hoopt dat haar werk kan leiden tot nauwkeurigere voorspellingen van gevaarlijk weer, het verzachten van de dood en schade die door stormen wordt aangericht. Ze is van plan om dieper te onderzoeken hoe uitgestrekte verstedelijking zware stormen zal vormen in toekomstige klimaatscenario's.