Инверсионный след - Contrail

Инверсионный след от самолета

"Паровой след" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Vapor Trail (значения).
Не путать с Теория заговора Chemtrail.
Для использования в других целях см. Contrail (значения).
Следы
A340-313X.jpg
Следы выхлопных газов двигателя, образующиеся за Швейцарские международные авиалинии Airbus A340
РодЦиррус (завивка волос), перисто-кучевые или перисто-слоистые
ВысотаОт 7500 до 12000 м
(От 25000 до 40000 футов)
КлассификацияСемья А (Высокий уровень)
Внешностьдлинные полосы
Облако осадков ?Нет

Следы (/ˈkɒптрeɪлz/; Короче для "следы конденсации") или следы пара имеют форму линии облака произведено самолет выхлоп двигателя или изменения давления воздуха, обычно на крейсерской высоте самолета в несколько миль над поверхностью Земли. Инверсионные следы состоят в основном из воды в виде кристаллов льда. Сочетание водяного пара в выхлопных газах авиационных двигателей и низких температур окружающей среды на больших высотах позволяет образовывать следы. Примеси в выхлопе двигателя от топлива, в том числе сера соединения (0,05% по весу в топливе для реактивных двигателей) содержат некоторые частицы, которые могут служить местами для роста капель воды в выхлопных газах, и, если образуются капли воды, они могут замерзнуть, образуя частицы льда, образующие инверсионный след.[1] Их образование также может быть спровоцировано изменением давления воздуха в концевые вихри или в воздухе по всей поверхности крыла.[2] Инверсионные следы и другие облака, непосредственно возникшие в результате деятельности человека, имеют общее название гомогенит.[3]

В зависимости от температуры и влажности на высоте, на которой образуются инверсионные следы, они могут быть видны всего несколько секунд или минут или могут сохраняться в течение нескольких часов и распространяться до нескольких миль в ширину, в конечном итоге напоминая естественные. циррус или высококучевые облака облака.[1] Постоянные следы представляют особый интерес для ученых, поскольку увеличивают облачность атмосферы.[1] Формы образовавшегося облака формально описываются как гомомутатус,[3] и может напоминать перистые, перисто-кучевые или перисто-слоистые облака, и иногда их называют циррус авиационный.[4] Предполагается, что стойкие инверсионные следы влияют на глобальный климат.[5][6]

Следы конденсации в результате выхлопа двигателя

Инверсионные следы от Qantas Боинг 747-400 на высоте 11000 м (36000 футов)

Выхлоп двигателя в основном состоит из воды и двуокиси углерода, продуктов сгорания углеводородного топлива. Многие другие химические побочные продукты неполного сгорания углеводородного топлива, включая летучие органические соединения, неорганический газы, полициклические ароматические углеводороды, насыщенный кислородом органика, спирты, озон и частицы сажи наблюдались при более низких концентрациях. Точное качество зависит от типа двигателя и основной функции двигателя внутреннего сгорания, при этом до 30% выхлопных газов самолетов составляет несгоревшее топливо.[7] (Также были обнаружены металлические частицы микронного размера, возникающие в результате износа двигателя.) На больших высотах, когда этот водяной пар выходит в холодную среду, локализованное увеличение водяного пара может повысить относительная влажность воздуха прошлого точка насыщения. Затем пар конденсируется в крошечные капли воды, которые замерзают, если температура достаточно низкая. Эти миллионы крошечных капель воды и / или кристаллов льда образуют инверсионные следы. Время, необходимое для остывания пара и его конденсации, составляет инверсионный след, образующийся на некотором расстоянии позади самолета. На больших высотах для переохлажденного водяного пара требуется спусковой механизм, способствующий осаждению или конденсации. Частицы выхлопных газов в выхлопе самолета действуют как пусковой механизм, заставляя захваченный пар быстро конденсироваться. Инверсионные следы выхлопных газов обычно образуются на большой высоте; обычно выше 8000 м (26000 футов), где температура воздуха ниже -36,5° C (−34 ° F ). Они также могут образовываться ближе к земле, когда воздух холодный и влажный.[8]

В Антонов 225 имеет характерные шестикратные следы пара

Исследование 2013–2014 годов, проведенное при совместной поддержке НАСА, Немецкого аэрокосмического центра DLR и Национального исследовательского совета Канады NRC, показало, что биотопливо может уменьшить образование инверсионных следов. Это сокращение объяснялось демонстрацией того, что биотопливо производит меньше частиц сажи, которые являются ядрами, вокруг которых образуются кристаллы льда. Испытания проводились на летном DC-8 на крейсерской высоте с летящим по следу самолетом-пробоотборником. В этих образцах количество частиц сажи, образующих инверсионный след, было уменьшено на 50-70 процентов при использовании 50% смеси обычного топлива Jet A1 и биотоплива HEFA (гидрообработанные сложные эфиры и жирные кислоты), полученного из камелина.[9][10][11]

Конденсация из-за снижения давления

Основная статья: Вихри крыла
Облачные камеры визуализировать частицы из радиация по принципу, аналогичному инверсионным следам или кончикам вихрей. Здесь радиационные частицы служат ядра для образования капель, создающих явления, похожие на следы следов.
Винтаж P-40 Warhawk с вихревой конденсацией на гребне винта, Темора аэропорт, Австралия, 2009 г.
(видео) Струя, образующая инверсионные следы в голубом небе, 2018 г.

Как крыло порождает лифт, это вызывает вихрь сформировать на законцовке крыла и на конце хлопать когда они развернуты (законцовки крыльев и границы закрылков являются неоднородностями воздушного потока). концевые вихри сохраняться в атмосфере еще долго после того, как самолет пролетел. Снижение давления и температуры в каждом вихре может вызвать конденсацию воды и сделать видимыми ядра вихрей на законцовках крыла. Этот эффект чаще встречается во влажные дни. Вихри законцовки крыла иногда можно увидеть за закрылками авиалайнеров при взлете и посадке, а также при посадке самолета. Космический шатл.

Видимые сердцевины вихрей на законцовках крыльев контрастируют с инверсионными следами другого основного типа, которые возникают в результате сгорания топлива. Инверсионные следы от выхлопных газов реактивного двигателя видны на большой высоте непосредственно за каждым двигателем. В отличие от этого, видимые ядра вихрей на законцовках крыла обычно видны только на малой высоте, когда самолет движется медленно после взлета или перед посадкой и где влажность окружающей среды выше. Они следуют за законцовками и закрылками, а не за двигателями.

На режимах большой тяги лопасти вентилятора на впуске турбовентиляторный двигатель достичь трансзвуковой скорости, вызывая внезапное падение давления воздуха. Это создает конденсационный туман (внутри воздухозаборника), который часто наблюдается у авиапассажиров во время взлета.

Кончики вращающихся поверхностей (например, пропеллеры и роторы ) иногда оставляют видимые следы.[12]

Инверсионные следы и климат

Инверсионные следы, воздействуя на Радиационный баланс Земли, действовать как радиационное воздействие. Исследования показали, что инверсионные следы задерживают исходящее длинноволновое излучение испускается Землей и атмосферой (положительное радиационное воздействие) с большей скоростью, чем они отражают входящие солнечная радиация (отрицательное радиационное воздействие). НАСА провел большое количество подробных исследований атмосферных и климатологических эффектов инверсионных следов, включая воздействие на озон, образование кристаллов льда и состав частиц, в рамках проекта «Атмосферные эффекты авиации» (AEAP).[13] Глобальное радиационное воздействие было рассчитано на основе данных повторного анализа, климатологических моделей и кодов переноса излучения. По оценкам, на 2005 год она составит 0,012 Вт / м² (ватт на квадратный метр) с диапазоном неопределенности от 0,005 до 0,026 Вт / м² и низким уровнем научного понимания.[14] Таким образом, общий чистый эффект инверсионных следов положительный, т.е., а потепление эффект.[15] Тем не менее, эффект меняется ежедневно и ежегодно, и в целом величина воздействия не очень хорошо известна: в глобальном масштабе (для условий воздушного движения 1992 года) значения варьируются от 3,5 мВт / м² до 17 мВт / м². Другие исследования определили, что ночные полеты в основном ответственны за эффект потепления: хотя на них приходится только 25% дневного воздушного движения, они вносят от 60 до 80% радиационного воздействия инверсионного следа. Точно так же зимние полеты составляют лишь 22% годового воздушного движения, но составляют половину среднегодового радиационного воздействия.[16]

Исследование 2015 года показало, что искусственная облачность, вызванная «вспышками» инверсионных следов, уменьшает разницу между дневной и ночной температурами. Первые снижаются, а вторые повышаются по сравнению с температурами накануне и на следующий день после таких вспышек.[17] В дни со вспышками разница дневных и ночных температур уменьшалась примерно на 6 ° F (3,3 ° C) на юге США и на 5 ° F (2,8 ° C) на Среднем Западе.[18]

Дальнейшие исследования показали, что радиационное воздействие из-за инверсионных перистых облаков является крупнейшим из известных компонентов радиационного воздействия, связанным с воздушным движением, и превышает общий вклад СО2, накопленный авиацией с момента ее возникновения. В исследовании 2019 года прогнозировалось, что без вмешательства к 2050 году глобальное радиационное воздействие перистых перистых облаков утроится по сравнению с исходным уровнем в 2006 году, достигнув 160 или даже 180 мВт / м².[19][20]

11 сентября 2001 г., исследование воздействия на климат.

В заземление самолетов в течение трех дней в США после 11 сентября 2001 г., предоставил ученым редкую возможность изучить влияние инверсионных следов на климатическое воздействие. Измерения показали, что без инверсионных следов местный диапазон суточных температур (разница дневных и ночных температур) был примерно на 1 ° C (1,8 ° F) выше, чем непосредственно раньше;[21] однако также предполагалось, что это произошло из-за необычно ясной погоды в этот период.[22]

В течение некоторого времени предполагалось, что следы конденсации вызывают изменения «приземной температуры регионального масштаба».[23][24] Исследователь Дэвид Дж. Трэвис, ученый-атмосферник из Университет Висконсин-Уайтуотер, написал в научном журнале Природа что эффект изменения образования инверсионных следов самолетов в течение трех дней после атак 11 сентября наблюдался в изменении температуры поверхности, измеренной более чем на 4000 станции отчетности в континентальной части США.[23] Его исследование зафиксировало «аномальное увеличение средней суточной температуры».[23] В диапазон суточных температур (DTR) - это разница дневных максимумов и минимумов на любой метеостанции.[25] Трэвис наблюдал отклонение на 1,8 ° C (3,2 ° F) от двух соседних трехдневных периодов до 11–14 сентября.[23] Это увеличение было самым большим за 30 лет, более чем «на 2 стандартных отклонения от среднего DTR».[23]

B-17 ВВС США 8-го полка и их следы

Закрытие воздухозаборников в сентябре 2001 года является весьма необычным явлением в современном мире, но аналогичные эффекты были предварительно выявлены из Вторая Мировая Война записи[26][27] когда полет контролировался более жестко. Исследование климатических записей в районе больших групп авиабаз в 2011 году выявило случай, когда инверсионные следы, по-видимому, вызывали статистически значимое изменение местного климата с температурным разбросом около 0,8 ° C (1,4 ° F), что свидетельствует о том, что изучение исторической погоды данные могут помочь изучить эти эффекты.[28]

Лобовые следы

Инверсионный след от самолета, летящего навстречу наблюдателю, может показаться источником вертикального движения объекта.[29][30] 8 ноября 2010 г. в штате США Калифорния инверсионный след такого типа привлек внимание средств массовой информации как "загадочная ракета", которую не могли объяснить военные и авиационные власти США,[31] и его объяснение как след[29][30][32][33] потребовалось более 24 часов, чтобы быть принятым американскими СМИ и военными учреждениями.[34]

Отвлекающие факторы

Когда самолет проходит через облако, он может разогнать облако на своем пути. Это известно как отвлечение (сокращение от «след рассеивания»). Теплый выхлоп двигателя самолета и улучшенное вертикальное перемешивание в следе самолета могут вызвать испарение существующих облачных капель. Если облако достаточно тонкое, такие процессы могут дать безоблачный коридор в твердом облачном слое.[35] Раннее спутниковое наблюдение за удаленными рельсами, которые, скорее всего, были удлиненными, вызванными самолетом ямы падения появился в Корфиди и Брандли (1986).[36]

Облака образуются, когда невидимый водяной пар (ЧАС
2О в газовой фазе) конденсируется в микроскопические капли воды (ЧАС
2О в жидкой фазе) или в микроскопические кристаллы льда (ЧАС
2О в твердой фазе). Это может произойти при охлаждении воздуха с высокой долей газообразной воды. Распространение образуется, когда тепло выхлопных газов двигателя испаряет жидкие капли воды в облаке, превращая их обратно в невидимый газообразный водяной пар. Отклонения от рельсов также могут возникать в результате улучшенного перемешивания (захвата) более сухого воздуха непосредственно над или под тонким слоем облаков после прохождения самолета через облако, как показано на втором изображении ниже:

  • Беспорядок - это противоположность инверсионного следа. Этот снимок беспорядка был сделан 22 ноября 2012 года в г. Гонконг.

  • Распад - узкая линия просвета, образованная пролетающим мимо самолета, здесь образованная пятном из тонкого перистого слоя.

Галерея

  • Инверсионные следы, образовавшиеся из-за пересечения двух струй

  • В-17 бомбардировщики над Европой, 1944 г.

  • Инверсионные следы авиалайнеров, некоторые новые, некоторые старые, рассеяны сдвиг ветра

  • На изображении слева показано небо над головой. Вюрцбург, Германия без инверсионных следов после заземление воздушного движения в 2010 г. а на изображении справа показано небо с регулярным воздушным движением в день, когда условия были подходящими для образования инверсионных следов.

  • Радужный следы от Боинг 747. Этот эффект возникает, когда солнце светит сквозь группу одинакового размера. капли воды под относительно небольшим углом

  • MODIS отслеживание следов, созданных воздушным движением над юго-востоком США 29 января 2004 г.

  • Несколько инверсионных следов выше Новая Шотландия

  • An Airbus A340 Lufthansa производит инверсионные следы

  • Инверсионный след над юго-западом Вирджиния

  • Два ВВС США F-15s приближается советский МиГ-29

  • Инверсионный след, отбрасывающий тень на нижний слой облаков

  • Инверсионные следы перед солнцем

  • Ракета (6872511711) .jpg

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c "Информационный бюллетень по следам инверсионного следа самолета" (PDF). FAA.Gov. Получено 13 октября 2015.
  2. ^ "паровой след". Британская энциклопедия. Энциклопедия Britannica Inc.. Получено 17 апреля 2012.
  3. ^ а б Сазерленд, Скотт (23 марта 2017 г.). «Cloud Atlas переходит в 21 век с 12 новыми типами облаков». Сеть погоды. Пельморекс Медиа. Получено 24 марта 2017.
  4. ^ «Cirrus Aviaticus - Cirrus - Имена облаков». namesofclouds.com.
  5. ^ Инверсионные следы, тенденции перистых облаков и климат В архиве 3 марта 2016 г. Wayback Machine - совместный доклад Патрика Минниса, Атмосферные науки, Исследовательский центр НАСА в Лэнгли; Дж. Кирк Айерс, Рабинда Паликонда и Дунг Фан, аналитические услуги и материалы
  6. ^ Политика FAA
  7. ^ Ричи, Гленн; Тем не менее, Кеннет; Росси III, Джон; Беккедал, Марни; Бобб, Эндрю; Арфстен, Дэррил (2003). «Биологические последствия и влияние на здоровье человека керосинового реактивного топлива и эксплуатационных присадок». Журнал токсикологии и гигиены окружающей среды, часть B. 6 (4): 357–451. Дои:10.1080/10937400306473. PMID  12775519. S2CID  30595016.
  8. ^ "Contrail Education - FAQ". nasa.gov. Архивировано из оригинал 8 апреля 2016 г.
  9. ^ «Неделя технологий». Авиационная неделя и космические технологии. 20–24 марта 2017 г. Статья опубликована в Природа, Рич Мур и Ханс Шлагер, авторы.
  10. ^ Шон Бродерик (24 декабря 2017 г.). «Биотопливо может уменьшить образование инверсионных следов, результаты исследований».
  11. ^ Ричард Х. Мур; и другие. (15 марта 2017 г.). «Смешивание биотоплива снижает выбросы частиц авиационными двигателями в крейсерских условиях» (PDF). Природа. 543 (7645): 411–415. Bibcode:2017Натура.543..411M. Дои:10.1038 / природа21420. PMID  28300096.
  12. ^ «Фото с поля». Вертикальный журнал, Апрель / май 2014 г., стр. 39. Доступ: 8 июля 2014 г.
  13. ^ "Атмосферные эффекты авиационного проекта (AEAP)". Архивировано из оригинал 20 мая 2000 г.. Получено 2 февраля 2019.
  14. ^ Lee, D.S .; Д.В. Фэйи; ВЕЧЕРА. Форстер; П.Дж. Ньютон; R.C.N. Остроумие; L.L. Lim; Б. Оуэн; Р. Саузен (2009). «Авиация и глобальное изменение климата в 21 веке» (PDF). Атмос. Environ. 43 (22): 3520–7. Bibcode:2009AtmEn..43.3520L. Дои:10.1016 / j.atmosenv.2009.04.024. ЧВК  7185790. PMID  32362760.
  15. ^ Понатер, М .; С. Маркварт; Р. Саузен; У. Шуман (2005). «На следах чувствительности климата». Письма о геофизических исследованиях. 32 (10): L10706. Bibcode:2005GeoRL..3210706P. Дои:10.1029 / 2005GL022580. Получено 21 ноября 2008.
  16. ^ Стубер, Никола; Пирс Форстер; Габи Рэдель; Кейт Шайн (15 июня 2006 г.). «Важность суточного и годового цикла воздушного движения для инверсионного радиационного воздействия». Природа. 441 (7095): 864–867. Bibcode:2006Натура.441..864S. Дои:10.1038 / природа04877. PMID  16778887.
  17. ^ Бернхардт, Дж. И Карлтон А.М. (2015). Воздействие «вспышек» долгоживущих струйных инверсионных следов на диапазон суточных температур наземной станции. Журнал международной климатологии. Online-начало (июль).
  18. ^ Инверсионные следы от струи влияют на температуру поверхности. Science Daily. 18 июня 2015.
  19. ^ «Оказывается, самолеты еще хуже для климата, чем мы думали». Новый ученый.
  20. ^ Бок, Лиза; Буркхардт, Ульрике (2019). "Радиационное воздействие инверсионных перистых облаков для будущего воздушного движения". Атмосферная химия и физика. 19 (12): 8163–8174. Bibcode:2019ACP .... 19.8163B. Дои:10.5194 / acp-19-8163-2019.
  21. ^ Трэвис, Д.Дж .; A.M. Карлтон; R.G. Лауритсен (март 2004 г.). «Региональные колебания дневного диапазона температур в США для приземлений самолетов 11–14 сентября 2001 г .: свидетельства влияния инверсионного следа на климат» (PDF). Дж. Клим. 17 (5): 1123–1134. Bibcode:2004JCli ... 17.1123T. CiteSeerX  10.1.1.497.8060. Дои:10.1175 / 1520-0442 (2004) 017 <1123: RVIUDT> 2.0.CO; 2. ISSN  1520-0442. Архивировано из оригинал (PDF) 26 февраля 2009 г.. Получено 6 ноября 2008.
  22. ^ Калькштейн; Баллинг-младший (2004). «Влияние необычно ясной погоды на дневной диапазон температур в США после 9/11/2001». Климатические исследования. 26: 1–4. Bibcode:2004ClRes..26 .... 1K. Дои:10.3354 / cr026001.
  23. ^ а б c d е Трэвис, Д.Дж .; А. Карлтон; R.G. Лауритсен (август 2002 г.). «Инверсионные следы сокращают дневной температурный диапазон». Природа. 418 (6898): 601. Bibcode:2002Натура 418..601Т. Дои:10.1038 / 418601a. PMID  12167846.
  24. ^ В Интернете доступен только частичный контент: Рид, Кристина (сентябрь 2006 г.). «Горячие тропы». Scientific American. сканирование новостей. 295 (3): 28. Bibcode:2006SciAm.295c..28R. Дои:10.1038 / scientificamerican0906-28. ISSN  0036-8733. OCLC  1775222. PMID  16925028.
  25. ^ Перкинс, Сид. «Сентябрьская наука: закрытие авиалиний способствовало изучению следов». Новости науки. Vol. 161, № 19. с. 291 (11 мая 2002 г.). Новости науки онлайн [1]
  26. ^ ClimateWire, Умайр Ирфан (7 июля 2011 г.). "Инверсионные следы бомбардировщиков времен Второй мировой войны показывают, как авиация влияет на климат". scienceamerican.com.
  27. ^ Парри, Винн (7 июля 2011 г.). "Бомбардировочные налеты Второй мировой войны изменили погоду в Англии". livescience.com.
  28. ^ Райан, А. С .; MacKenzie, A.R .; Watkins, S .; Тиммис, Р. (2012). «Инверсионные следы Второй мировой войны: тематическое исследование вызванной авиацией облачности». Международный журнал климатологии. 32 (11): 1745–1753. Bibcode:2012IJCli..32.1745R. Дои:10.1002 / joc.2392.
  29. ^ а б Макки, Мэгги (9 ноября 2010 г.). «Загадочная« ракета », скорее всего, является следом инверсии реактивного самолета, - считает эксперт». Новый ученый. В архиве из оригинала 10 ноября 2010 г.. Получено 10 ноября 2010.
  30. ^ а б Уэст, Мик (10 ноября 2010 г.). "Проблема перспективы - след в канун Нового года". В архиве из оригинала 12 ноября 2010 г.. Получено 10 ноября 2010.
  31. ^ "Пентагон не может объяснить" ракету "у берегов Калифорнии". CBS. 9 ноября 2010 г. В архиве из оригинала 10 ноября 2010 г.. Получено 10 ноября 2010.
  32. ^ Пайк, Джон Э. (ноябрь 2010 г.). "Загадочное ракетное безумие". GlobalSecurity.org. Получено 11 ноября 2010.
  33. ^ Банеман, Лием (9 ноября 2010 г.). "Это был рейс 808 авиакомпании US Airways". В архиве из оригинала 13 ноября 2010 г.. Получено 10 ноября 2010.
  34. ^ «Пентагон:« Таинственная ракета », вероятно, была самолетом». Новости Меркурия /AP. 10 ноября 2010. Архивировано с оригинал 12 января 2012 г.. Получено 11 ноября 2010.
  35. ^ Distrail on Earth Science Picture of the Day В архиве 16 октября 2002 г. Wayback Machine
  36. ^ Корфиди, Стивен; Брандли, Хэнк (май 1986). "GOES просматривает рельсы самолета" (PDF). Национальный метеодайджест. 11: 37–39.

внешние ссылки