过往的飞机从云层中挤出更多的雨雪

过往的飞机从云层中挤出更多的雨雪

一项新的研究表明，在雨雪上空飞行的飞机会使降水量增加10倍。降雨和雪暴不是由飞机排放的气体引起的，而是飞机机翼穿过活跃雨雪层上方云层中过冷水滴形成的特殊结果。在适当的条件下，这种效应会增加机场上空的雨雪天气，因为许多飞机在进场和降落时都会与云层相交。

赫尔辛基大学(University of Helsinki)和芬兰气象研究所(Finnish Meteorological Institute)的研究员迪米特里·莫伊斯耶夫(Dimitri Moisseev)说，“这个特征有趣的地方在于，它是由飞机引起的，但不是由污染引起的。”“即使会有完全生态的飞机，没有任何燃烧，没有燃料或任何东西，它仍然会发生。”Moisseev说，尽管增强型降水带是人为创造的，但由平面通道启动的物理过程可以自然发生，这使得它们成为研究降水形成的有用实验室。观察它们可能有助于气象学家在未来2到6小时内“预报”自然雨雪情况，这对机场的运作至关重要。莫伊斯耶夫说:“当你像我一样每天查看雷达数据时，总会发现一些有趣的事情。”“令人惊讶的是，总是有一些我们无法解释的新东西。”

Moisseev在赫尔辛基Kumpula大学校园雷达天线的扫描中发现了奇怪的增强降水条纹。在小雨或小雪的背景下，一片片异常笔直的强降水出现，似乎向附近的赫尔辛基万塔机场(helsinki ki- vantaa airport)倾斜。有趣的是，它们的形状与云的形成相反，这些云被称为“落差云”、“孔洞云”或“运河云”，这种现象在飞机飞过低于0摄氏度(32华氏度)但不结冰的水滴云时会发生。这项新的研究表明，类似的现象也会增加或引发云层下的降雨或降雪。

微小的水滴和冰晶都形成云。纯水可以在零下40摄氏度(零下40华氏度)保持液态，而不会有灰尘颗粒或其他适宜的表面出现，从而使种子结晶成冰。因此，凝结成云的水滴比典型的0摄氏度(32华氏度)冰点要冷得多。这种过冷的液体云在低层到中层云层中很常见。飞机经过时空气压力的变化会触发这些过冷的水滴凝结成冰晶。空气在机翼和螺旋桨尾部突然膨胀，导致压力和温度急剧下降。在已经过冷至零下15至20摄氏度(5至4华氏度)的水滴云中，经过的飞机可以将温度降至零下40摄氏度(零下40华氏度)以下，并引发冰晶的形成。

新的冰晶有助于冻结更多的超冷水滴，在飞机飞行路径上形成一个越来越大的圆圈，引发晶体形成的连锁反应。当晶体掉落时，它们会在云层中形成孔洞或条纹，如果云层很薄，有时会打开一扇蓝色的天空之窗。在大多数情况下，冰晶在到达地面之前就蒸发了。

气象学家已经知道，经过的飞机可以将水滴冻结成冰晶，而之前的研究表明，这一过程可能会增加云层下的雨雪，但其效果尚未被详细捕捉。

Andrew赫穆斯菲尔德国家大气研究中心的资深科学家的中尺度和微尺度气象学实验室博尔德科罗拉多州和与新的研究中,研究员指出潜在的无意播种过冷的云在机场前一篇关于aircraft-induced洞云的形成和传播。他在1992年科罗拉多州丹佛市前斯台普顿机场附近收集的雷达数据中也观察到类似的降雪加剧弧线。“我们知道飞机可以引发降水。这项研究的作者有很多案例，有来自地面仪器——雷达、激光雷达——的精彩数据，关于颗粒大小和浓度的良好信息，以及显示可能形成温度的射电探空仪数据，”海姆斯菲尔德说。“他们成功地记录了这一现象。”

为了找出增加降水的雨带是否可能是由飞机引起的，Moisseev和他的同事回顾了赫尔辛基大学11年的天气雷达数据，发现在2008年12月至2018年1月期间，有17天出现了重复出现的具有特征的线性雨带。他们检查了机场附近的航路，看这些飘带是否可能是由路过的飞机造成的。记录到2011年的飞行路径证实，在大多数观测到的病例中，飞机都在强降水飘带的2-10公里(1-6英里)范围内飞行。Moisseev说:“强降水基本上是沿着云层上方一架飞机的轨迹。”“它可以延伸数百公里，但横截面可能是100米。”所以这是一个很窄很长的特征。

根据作者的说法，这些额外的冰晶提高了冰晶碰撞形成更大雪花的速度，从而加剧了降雪。如果一架飞机直接穿过一个正在形成的云层，这种情况可能会发生，但作者怀疑这是更复杂的情况，因为他们的数据定位的雨雪增强的起始高度远远高于已经形成的云层。这项新研究得出的结论是，飞机产生的冰晶最有可能从过冷的上层云层降落到正在下雨或下雪的下层云层，从而从下层云层产生更多的雨或雪。

卫星数据支持这一设想，显示了由超冷水滴或冰与水的混合物组成的顶层云，在适当的温度下在飞机的影响下形成冰晶。这个上层的超冷层漂浮在飞机进入赫尔辛基-万塔机场的典型进场高度。

Moisseev说，通过空中交通的人工增雨和人工增雪为自然降水和影响地层效率的因素提供了有用的线索。这些飘带是一种偶然的实验，研究人员可以在飞机的路径上观察到这种效果，也可以在飞机外部观察到这种效果，并对正在发生的微物理过程提出疑问。