Contrails

συντάχθηκε από  Μιχαλή Τούμπο (Φυσικός-Μετεωρολόγος)

Τι είναι τα contrails και από πού προέρχονται;

Τα condensationtrails (γνωστά ως ‘contrails’)  είναι σύννεφα σε σχήμα γραμμής ή «ίχνη συμπύκνωσης», που αποτελούνται από σωματίδια πάγου, τα οποία είναι ορατά πίσω από κινητήρες αεριωθούμενων αεροσκαφών, συνήθως σε υψόμετρα πτήσης στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Ανάλογα με τη θερμοκρασία και την ποσότητα της υγρασίας του αέρα στο ύψος του αεροσκάφους, τα contrails εξατμίζονται γρήγορα (αν η υγρασία είναι χαμηλή) ή επιμένουν και αναπτύσσονται (αν η υγρασία είναι υψηλή).

Ποια είναι η επιστήμη πίσω από τα contrails;

Οι εξατμίσεις των κινητήρων των αεροσκαφών είναι ζεστές και υγρές. Οι υδρατμοί σε αυτά προέρχονται κυρίως από την καύση υδρογόνου στα καύσιμα του αεροσκάφους. Πίσω από το αεροσκάφος, τα καυσαέρια ψύχονται γρήγορα, κυρίως από την ανάμειξη με το περιβάλλον τους αλλά και σε μικρό βαθμό ως αποτέλεσμα της απώλειας ακτινοβολίας. Αυτή η ψύξη διαρκεί έναν πεπερασμένο χρόνο (κλάσματα του δευτερολέπτου), επομένως υπάρχει συνήθως ένα κενό περίπου 50 έως 100 m πίσω από ένα αεροσκάφος πριν εμφανιστεί ένα contrail. Τα σταγονίδια νερού που παράγονται παγώνουν πολύ γρήγορα εάν η θερμοκρασία είναι αρκετά χαμηλή. Τα ίχνη των κρυστάλλων πάγου που προκύπτουν επιμένουν και εξαπλώνονται εάν η ατμόσφαιρα στο επίπεδο του contrail είναι αρκετά υγρή. Contrails (και σταγονίδια νερού) σχηματίζονται όταν ξεπεραστεί η πίεση ατμών κορεσμού σε σχέση με το υγρό νερό και επιμένουν όταν ο αέρας είναι κορεσμένος ή υπερκορεσμένος σε σχέση με τον πάγο.

Πώς σχηματίζονται τα contrails;

Για να σχηματιστεί ένα contrail, πρέπει να υπάρχουν κατάλληλες συνθήκες ακριβώς πίσω από έναν κινητήρα αεριωθούμενου στο διαστελλόμενο πλούμιο από την εξάτμιση του κινητήρα. Ένα contrail θα σχηματιστεί εάν η υγρασία γίνει αρκετά υψηλή (ή, ισοδύναμα, η θερμοκρασία του αέρα γίνει αρκετά χαμηλή), καθώς τα καυσαέρια εξερχόμενα ψύχονται και αναμειγνύονται με το περιβάλλοντα αέρα, ώστε να συμβεί συμπύκνωση υγρού νερού. Το επίπεδο υγρασίας που επιτυγχάνεται εξαρτάται από την ποσότητα νερού που υπάρχει ήδη στον περιβάλλοντα αέρα, τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα και την ποσότητα νερού και θερμότητας που εκπέμπεται από τα καυσαέρια. Η θερμοκρασία και η υγρασία σε κάθε δεδομένη τοποθεσία υφίστανται φυσικές καθημερινές και εποχιακές διακυμάνσεις και ως εκ τούτου, δεν είναι πάντα κατάλληλες για το σχηματισμό contrail.Έτσι, οι συνθήκες της περιβάλλουσας ατμόσφαιρας καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό εάν θα δημιουργηθεί ένα contrail ή όχι μετά τη διέλευση ενός αεροσκάφους. Επειδή οι βασικές διαδικασίες είναι πολύ καλά κατανοητές, μπορεί να προβλεφθεί επακριβώς ο σχηματισμός contrail για μια δεδομένη πτήση αεροσκάφους εάν είναι γνωστές οι συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας της ατμόσφαιρας.

Τύποι contrails

Μετά τον αρχικό σχηματισμό πάγου, ένα contrail εξελίσσεται με έναν από τους δύο τρόπους, ανάλογα και πάλι με την υγρασία της ατμόσφαιρας:

α) Εάν η υγρασία είναι χαμηλή (κάτω από τις συνθήκες συμπύκνωσης του πάγου), το contrail θα είναι βραχύβιο. Τα νεοσχηματισμένα σωματίδια πάγου θα εξατμιστούν γρήγορα καθώς τα καυσαέρια αναμειγνύονται πλήρως στη γύρω ατμόσφαιρα. Το προκύπτονcontrail σε σχήμα γραμμής (αριστερά) θα εκτείνεται μόνο σε μικρή απόσταση πίσω από το αεροσκάφος

β) Εάν η υγρασία είναι υψηλή (μεγαλύτερη από αυτή που απαιτείται για να συμβεί συμπύκνωση πάγου), το contrail θα είναι επίμονο. Τα νεοσχηματισμένα σωματίδια πάγου θα συνεχίσουν να αυξάνονται σε μέγεθος παίρνοντας νερό από τη γύρω ατμόσφαιρα. Το προκύπτον σε σχήμα γραμμής contrail εκτείνεται για μεγάλες αποστάσεις πίσω από ένα αεροσκάφος. Αν δεν διασκορπιστεί, θα διαρκέσει από λίγα λεπτά έως και περισσότερο από μία ημέρα και διατηρεί το σχήμα της λεπτής γραμμής (κέντρο).  Μπορεί όμως και να εξαπλωθεί στον ουρανό, να μεγαλώνει και να γίνεται όλο και πιο απροσδιόριστο σε μέγεθος όσο περνάει ο χρόνος (δεξιά). Αυτά ταcontrails μπορούν να διαρκέσουν για ώρες ενώ εκτείνονται αρκετά χιλιόμετρα σε μήκος και 200 ​​έως 400 μέτρα σε ύψος.Tα contrails εξαπλώνονται λόγω των αναταράξεων του αέρα που δημιουργούνται από τη διέλευση των αεροσκαφών, των διαφορών στην ταχύτητα του ανέμου κατά μήκος της τροχιάς πτήσης και πιθανώς λόγω των επιπτώσεων της ηλιακής θέρμανσης.

Τι είναι η υπέρψυξη(supercooling) και πώς επηρεάζει το σχηματισμό των Contrails;

Η υπέρψυξη είναι ένα φυσιολογικό φαινόμενο στην ατμόσφαιρα. Τα σύννεφα που αποτελούνται από σταγονίδια νερού μπορούν να παραμείνουν σε θερμοκρασίες πολύ κάτω από 0°C, ακόμη και σε θερμοκρασίες κάτω των -30°C. Σε θερμοκρασίες κάτω από περίπου -40°C, ωστόσο, όλα τα νεφοσταγονίδια  παγώνουν πολύ γρήγορα. Σε διαδρομές μεγάλων αποστάσεων, τα εμπορικά αεροσκάφη συνήθως φτάνουν σε υψόμετρα 10 έως 12 km, όπου οι θερμοκρασίες είναι συνήθως κάτω από -40°C. Επομένως, τα αεροπλάνα σε αυτές τις διαδρομές τείνουν να αφήνουν ίχνη πίσω τους. Σε γενικές γραμμές, contrails σπάνια σχηματίζονται κάτω από τα 8 km το καλοκαίρι και 6 km το χειμώνα. Όμως, όταν ο καιρός είναι πολύ κρύος, όπως συχνά είναι στα μέσα του χειμώνα στην Αλάσκα, τη Σιβηρία και τον κεντρικό Καναδά, μπορεί να σχηματιστούν contrailsακόμα και στο επίπεδο του εδάφους. Τα αεροδρόμια σε αυτές τις περιοχές έχουν κλείσει σε περιπτώσειςπου σύννεφα χαμηλού επιπέδου (ομίχλες πάγου) αποτελούμενα από κρυστάλλους πάγου που παράγονται από αεροσκάφη αποδείχθηκαν επίμονα.

Πώς εξαφανίζονται τα Contrails;

Μόλις σχηματιστούν, τα contrails παραμορφώνονται από τους ανέμουςτης ανώτερης ατμόσφαιρας και εξαπλώνονται με διάχυση. Τα επίμοναcontrails συχνά σχηματίζουν μεγάλα κομμάτια σύννεφων που μοιάζουν με cirrus, cirrocumulus ή cirrostratus. Αρκετές φορές τα πρυοπάρχοντα contrails (πάνω εικόνα) δεν μπορούν να διακριθούν από αυτά τα σύννεφα (κάτω εικόνα).

Γιατί ενδιαφέρουν τους επιστήμονες τα επίμονα contrails;

Τα επίμονα contrails ενδιαφέρουν τους επιστήμονες επειδή αυξάνουν τη νέφωση της ατμόσφαιρας καθώς αυτά δεν θα είχαν σχηματιστεί στην ατμόσφαιρα χωρίς τη διέλευση των αεροσκαφών. Επιπλέον, αρκετά συχνά εξελίσσονται και εξαπλώνονται σε εκτεταμένη νεφοκάλυψη νεφών cirrus, που δεν διακρίνεται από τη φυσική νεφοκάλυψη. Προς το παρόν, είναι άγνωστο πόση από αυτή την πιο εκτεταμένη νεφοκάλυψη θα είχε συμβεί χωρίς τη διέλευση ενός αεροσκάφους, καθώς δεν είναι πλήρως γνωστό το πώς σχηματίζονται τα φυσικά σύννεφα στην ατμόσφαιρα για να απαντηθεί αυτή η ερώτηση.Οι αλλαγές στη νέφωση είναι σημαντικές επειδή τα σύννεφα βοηθούν στον έλεγχο της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας της Γης. Οι αλλαγές στη νεφοκάλυψη που προκύπτουν από ανθρώπινες δραστηριότητες είναι σημαντικές επειδή μπορεί να συμβάλλουν σε μακροπρόθεσμες αλλαγές στο κλίμα της Γης. Πολλές άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες έχουν επίσης τη δυνατότητα να συμβάλουν στην κλιματική αλλαγή. Το κλίμα μας περιλαμβάνει σημαντικές παραμέτρους όπως η θερμοκρασία του αέρα, τα καιρικά μοτίβα και οι βροχοπτώσεις. Οι αλλαγές στο κλίμα μπορεί να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στους φυσικούς πόρους και την ανθρώπινη υγεία. Οι πιθανές κλιματικές επιπτώσεις τωνcontrails είναι μία παράμετρος της αναμενόμενης συνολικής κλιματικής επίδρασης της αεροπορίας. Ένα άλλο βασικό συστατικό είναι οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2) από την καύση του καυσίμου αεριωθουμένων. Οι αυξήσεις στο CO2 και άλλων «αερίων του θερμοκηπίου» αναμένεται να θερμάνουν την κατώτερη ατμόσφαιρα και την επιφάνεια της Γης. Το συνολικό δυναμικό της αεροπορίας να επηρεάσει το κλίμα εκτιμήθηκε πρόσφατα ότι είναι περίπου το 3,5 τοις εκατό του δυναμικού από όλες τις ανθρώπινες δραστηριότητες.

Περισσότερα σχετικά με το τι να φορέσετε για  αυτή την εβδομάδα εδώ:  “τι να φορέσω σήμερα” της  Ματίνας Μπέρου.

Περισσότερα σχετικά με τον καιρό δες τον “ιδανικό καιρό για …” αυτή την εβδομάδα του Γιώργου Τσατραφύλλια.

Μείνετε ενημερωμένοι για τις καιρικές συνθήκες κάθε ημέρας κάνοντας κλικ εδώ: https://weather2go.gr/

Επίσης μην ξεχάσεις να δεις, τη live πρόγνωση της ομάδας του weather2go.gr