Los aviones realzan las precipitaciones

Las zonas de realces de lluvia y de nieve no son causadas por las emisiones de la aeronave, sino que son la consecuencia peculiar de que las alas de las aeronaves pasan a través de nubes de gotas de agua superenfriadas en capas de nubes sobre una capa de lluvia o nieve activa.

Bajo las condiciones adecuadas, este efecto puede aumentar la lluvia y las tormentas de nieve en los aeropuertos, donde muchos aeroplanos se cruzan con la capa de nubes en la aproximación y el descenso.

"Lo interesante de esta característica es que es causada por aeronaves, pero no es causada por la contaminación", dijo Dimitri Moisseev, investigador de la Universidad de Helsinki y del Instituto Meteorológico de Finlandia y autor principal del nuevo estudio en Journal of Geophysical Research: Atmospheres de la AGU. "Incluso si hubiera aviones absolutamente ecológicos, que no tuvieran combustión, ni combustible ni nada, todavía esto sucedería".

Aunque las bandas de precipitación realzadas se crean artificialmente, el proceso físico iniciado por el paso de los aviones puede ocurrir naturalmente, lo que los convierte en laboratorios útiles para estudiar la formación de precipitaciones, según Moisseev.

Observarlos puede ayudar a los meteorólogos a "evitar" condiciones naturales de lluvia y nieve a 2 - 6 horas en el futuro, lo cual es esencial para las operaciones del aeropuerto.

Moisseev descubrió curiosas zonas de precipitaciones intensas en exploraciones de la antena de radar del campus en la Universidad de Helsinki Kumpula. Los parches antinaturalmente rectos de precipitaciones intensas aparecieron sobre un fondo de lluvia más ligera o nieve y parecieron inclinarse hacia el cercano aeropuerto Helsinki-Vantaa.

Sus formas se veían intrigantemente como la inversa de las formaciones de nubes agujero, o nubes con canales despejadas, etc., fenómenos que pueden ocurrir cuando los aviones vuelan a través de nubes de gotas de agua que están más frías que 0 ºC y las gotitas no están congeladas.

El nuevo estudio demuestra que un fenómeno similar puede mejorar o provocar la lluvia o la nieve de las capas de nubes subyacentes a estas capas de nubes superenfriadas.

Nubes y el paso de aviones: efectos y cambios locales en las alas

Tanto pequeñas gotas de agua como cristales de hielo forman nubes. El agua pura puede permanecer líquida hasta -40 ºC sin partículas de polvo u otras superficies adecuadas presentes para la cristalización de las semillas en hielo. Por lo tanto, las gotas de agua que se condensan en nubes pueden estar mucho más frías que el punto de congelación típico de 0 ºC. Estas nubes líquidas sobreenfriadas son comunes en las capas de nubes de niveles bajos a medio.

Los cambios en la presión del aire de los aviones que pasan pueden hacer que estas gotas de agua subenfriadas se congelen para formar cristales de hielo. El aire se expande bruscamente como consecuencia de las puntas del ala y la hélice, lo que provoca una caída local dramática de la presión y la temperatura. Dentro de una nube de gotas de agua que ya está sobreenfriada entre -15 y -20 ºC, el avión que pasa puede bajar la temperatura por debajo de -40 ºC y favorecer la formación de cristales de hielo.

Los nuevos cristales de hielo ayudan a congelar más gotas de agua súper frías, provocando una reacción en cadena de formación de cristales en un círculo cada vez mayor alrededor de la trayectoria del avión. Cuando los cristales caen, crean agujeros o líneas de aire claro en la nube, a veces abriendo una ventana de cielo azul si la capa de nubes es delgada. En la mayoría de los casos, los cristales de hielo se evaporan antes de llegar al suelo.

Los meteorólogos han sabido que los aviones que pasan pueden congelar las gotas de agua en cristales de hielo y trabajos anteriores habían sugerido que el proceso podría aumentar la lluvia y la nieve en las nubes subyacentes, pero el efecto no se había captado en detalle.

Andrew Heymsfield, científico principal del Centro Nacional para el Laboratorio de Mesoescala y Microescala en Boulder, Colorado, y un investigador no afiliado con el nuevo estudio, observó el potencial de siembra inadvertida de nubes sobre hielo en aeropuertos sobre la formación y propagación de agujeros inducidos por aviones en las nubes. Observó arcos similares de intensas nevadas en datos de radar recolectados cerca de Denver, el antiguo Aeropuerto de Stapleton en Colorado en 1992.

"Sabemos que los aviones pueden desencadenar precipitaciones. Los autores de este estudio tienen muchos casos, con datos maravillosos de instrumentos terrestres (radar, lidar), buena información sobre el tamaño y la concentración de partículas y datos de radiosondas para mostrar la temperatura probable para Formación ", dijo Heymsfield. "Lograron documentar el fenómeno".

Para averiguar si los flujos de una mayor precipitación podrían ser causados ??por una aeronave, Moisseev y sus colegas revisaron los datos del radar meteorológico de la Universidad de Helsinki en 11 años y encontraron 17 días con casos repetidos de los serpentines lineales característicos entre diciembre de 2008 y enero de 2018.

Examinaron rutas de vuelo cerca del aeropuerto para ver si las serpentinas podrían ser causadas por aviones que pasan. Las rutas de vuelo archivadas hasta 2011 confirmaron que las aeronaves pasaron a una distancia de 2 a 10 kilómetros de las intensas precipitaciones en la mayoría de los casos observados.

"La precipitación intensificada básicamente sigue la trayectoria de un avión sobre la nube", dijo Moisseev. "Podría extenderse a lo largo de cientos de kilómetros, pero la sección transversal podría ser de 100 metros. Es una característica muy estrecha y larga".

Nieve de siembra

Los cristales de hielo adicionales aumentan la velocidad a la que los cristales chocan para formar copos de nieve más grandes, lo que intensifica las nevadas, según los autores.

Esto podría suceder si un avión vuela directamente a través de una nube precipitante, pero los autores sospechan que algo más complicado está ocurriendo, porque sus datos ubican la altura de inicio de la lluvia y el aumento de nieve muy por encima de la capa que ya está precipitando.

El nuevo estudio concluye que lo más probable es que los cristales de hielo generados por el avión caigan de una capa de nubes superior sobreenfriada a una capa inferior que está lloviendo o nevando activamente, lo que genera más lluvia o nieve de la capa de nubes más baja.

Los datos satelitales respaldan este escenario, mostrando una capa superior de nubes compuestas de gotitas superenfriadas o una mezcla de hielo y agua, preparadas a la temperatura adecuada para convertirse en cristales de hielo bajo la influencia de la aeronave. Esta capa superior, superfría, flota a la altitud de aproximación típica de los aviones que vuelan en el aeropuerto de Helsinki-Vantaa.

Referencia

Inadvertent localized intensification of precipitation by aircraft.

Dmitri Moisseev, Susanna Lautaportti, Laura Alku, Ksenia Tabakova, Ewan J. O'Connor, Matti Leskinen,and Markku Kulmala.

Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 12 January 2019.

https://doi.org/10.1029/2018JD029449

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1029/2018JD029449

Trabajo de investigación