Flygplan som flyger över regn eller snö kan intensifiera nederbörden så mycket som tio gånger, enligt en ny studie.

Regn- och snöutbrottet orsakas inte av utsläpp från flygplanet utan är den säregna konsekvensen av att flygplanens vingar passerar genom moln av underkylda vattendroppar i molnskikt ovanför ett lager av aktivt regn eller snö.

Under rätt förutsättningar, denna effekt kan öka regn och snöstormar över flygplatser, där många plan skär molnlagret vid inflygning och nedstigning.

"Det intressanta med den här funktionen är att den orsakas av flygplan, men det orsakas inte av föroreningar, "sade Dimitri Moisseev, en forskare vid Helsingfors universitet och Finlands meteorologiska institut och huvudförfattare till den nya studien i AGU:s Journal of Geophysical Research:Atmospheres . "Även om det skulle finnas absolut ekologiska flygplan, som inte har någon förbränning, inget bränsle eller något, det skulle fortfarande hända. "

Även om banden med ökad nederbörd är artificiellt skapade, den fysiska processen som startas genom att planen passerar kan ske naturligt, vilket gör dem användbara laboratorier för att studera bildandet av nederbörd, enligt Moisseev. Att observera dem kan hjälpa meteorologer att "nu" släppa naturliga regn- och snöförhållanden 2 till 6 timmar in i framtiden, vilket är viktigt för flygplatsverksamheten.

"När du, som jag själv, titta på radardata varje dag det händer alltid något intressant, "Sa Moisseev." Överraskande nog, Det finns alltid nya saker som vi fortfarande inte kan förklara. "

Moisseev upptäckte nyfikna streamers av ökad nederbörd i skanningar från campusradarantennen vid Helsingfors universitet Kumpula. De onaturligt raka fläckarna med intensiv nederbörd dök upp mot en bakgrund av lättare regn eller snö och tycktes böja mot Helsingfors-Vanda flygplats i närheten.

Deras former såg spännande ut som omvända molnformationer som kallas fallstreaks, hålslag eller kanalmoln, fenomen som kan uppstå när flygplan flyger genom moln av vattendroppar som är kallare än 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit) - men fryser inte.

Den nya studien visar att ett liknande fenomen kan förstärka eller framkalla regn eller snöfall från molnskikt som ligger bakom dessa underkylda molnskikt.

Supercool

Både små vattendroppar och iskristaller bildar moln. Rent vatten kan hålla sig flytande ner till -40 grader Celsius (-40 grader Fahrenheit) utan att dammpartiklar eller andra lämpliga ytor är närvarande vid utsädekristallisation till is. Så vattendroppar som kondenserar till moln kan vara mycket kallare än den typiska fryspunkten på 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit). Sådana underkylda vätskemoln är vanliga i molnlager på låg till medelhög nivå.

Lufttrycksförändringar från passagerande flygplan kan få dessa underkylda vattendroppar att frysa till iskristaller. Luft expanderar plötsligt i kölvattnet av ving- och propellertoppar, orsakar en dramatisk lokal minskning av tryck och temperatur. Inuti ett moln av vattendroppar som redan är underkyld mellan -15 till -20 grader Celsius (5 till -4 grader Fahrenheit), flygplanet som passerar kan sänka temperaturen under -40 grader Celsius (-40 grader Fahrenheit) och starta bildandet av iskristaller.

De nya iskristallerna hjälper till att frysa fler superkylda vattendroppar, startar en kedjereaktion av kristallbildning i en vidgande cirkel runt flygplanets väg. När kristallerna faller, de skapar hål eller ränder av klar luft i molnet, ibland öppnar ett fönster med blå himmel om molnskiktet är tunt. I de flesta fallen, iskristallerna avdunstar innan de når marken.

Meteorologer har vetat att passagerande flygplan kan frysa vattendroppar till iskristaller och tidigare arbete hade föreslagit att processen kan förbättra regn och snö i underliggande moln, men effekten hade inte fångats i detalj.

Andrew Heymsfield, en senior forskare vid National Center for Atmospheric Research's Mesoscale and Microscale Meteorology Laboratory i Boulder, Colorado, och en forskare som inte är ansluten till den nya studien, hade noterat potentialen för oavsiktlig sådd av superkylda moln över flygplatser i ett tidigare dokument om bildandet och spridningen av flygplaninducerade hål i moln. Han observerade liknande bågar med ökat snöfall i radardata som samlats in nära Denver, Colorado tidigare Stapleton flygplats 1992.

"Vi vet att flygplan kan utlösa nederbörd. Författarna till denna studie har många fall, med underbara data från markbaserade instrument-radar, lidar - bra information om partikelstorlek och koncentration, och radiosonddata för att visa den troliga temperaturen för bildning, "Heymsfield sa." De lyckades dokumentera fenomenet. "

För att ta reda på om streamers av ökad nederbörd kan orsakas av flygplan, Moisseev och hans kollegor granskade 11 år av Helsingfors universitets väderradardata och hittade 17 dagar med upprepade fall av de karakteristiska linjära streamers mellan december 2008 och januari 2018.

De undersökte flygbanor nära flygplatsen för att se om streamersna kan orsakas av flygplan som passerar. Flightpaths arkiverade till 2011 bekräftade flygplan passerade inom 2-10 kilometer (1-6 miles) från den intensiva nederbörden streamers i de flesta av de observerade fallen.

"Den intensifierade nederbörden följer i princip spåret efter ett flygplan ovanför molnet, "Sa Moisseev." Det kan sträcka sig över hundratals kilometer, men tvärsnittet skulle kanske vara 100 meter. Så det är väldigt smalt, lång funktion. "

Seed snö

De ytterligare iskristallerna höjer den hastighet med vilken kristaller kolliderar för att bilda större snöflingor, intensifierat snöfall, enligt författarna.

Detta kan hända om ett flygplan flyger direkt genom ett utfällande moln, men författarna misstänker att något mer komplicerat pågår, eftersom deras data lokaliserar starthöjden för regn och snöförbättring långt över det lager som redan fälls ut.

Den nya studien drar slutsatsen att de flyggenererade iskristallerna troligen faller från ett överkyldt övre molnskikt till ett nedre lager som aktivt regnar eller snöar, föder mer regn eller snö från det nedre molnskiktet.

Satellitdata stöder detta scenario, visar ett översta lager av moln bestående av superkylda droppar eller en blandning av is och vatten, redo vid ungefär rätt temperatur för att vända sig till iskristaller under påverkan av flygplan. Denna övre, superkylskikt flyter på den typiska inflygningshöjden för flygplan som flyger in till Helsingfors-Vanda flygplats.

Regn och snö som förstärks artificiellt av flygtrafiken har användbara ledtrådar för naturlig nederbörd och de faktorer som påverkar bildningens effektivitet, enligt Moisseev. Strömmarna är oavsiktliga experiment som gör att forskarna kan observera effekten längs flygplanets väg, och precis utanför den, och ställa frågor om vilka typer av mikrofysiska processer som äger rum.