Инверсионный след

Инверсионные ( / к ɒ н т р eɪ л г / ; сокращение от « конденсационных следов ») или пара следов в виде линии облака , производимые самолета выхлопа двигателя или изменения в давлении воздуха, как правило , на самолетах крейсерских высотах несколько миль выше Земли поверхность. Инверсионные следы состоят в основном из воды в виде кристаллов льда. Сочетание водяного пара в выхлопных газах авиационных двигателей и низких температур окружающей среды, существующих на больших высотах, позволяет образовывать следы. Примеси в выхлопе двигателя из топлива, в том числе серасоединения (0,05% по весу в топливе для реактивных двигателей) содержат некоторые частицы, которые могут служить местами для роста капель воды в выхлопе, и, если образуются капли воды, они могут замерзнуть, образуя частицы льда, образующие инверсионный след. [1] Их образование также может быть спровоцировано изменениями давления воздуха в вихрях на законцовках крыла или в воздухе по всей поверхности крыла. [2] Инверсионные следы и другие облака, непосредственно возникшие в результате деятельности человека, собирательно называются гомогенитом . [3]

Инверсионные следы
"> Файл: Jet-contrails-tokyosky-japan-2018.webmВоспроизвести медиа
Струя, образующая инверсионные следы в голубом небе
РодCirrus ( завиток волос ), кучевые, или перистоВысотаОт 7 500 до 12 000 м
(от 25 000 до 40 000 футов)КлассификацияСемья А (Высокий уровень)Появлениедлинные полосыОблако осадков ?Нет

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 перистые или высококучевые облака. [1] Постоянные инверсионные следы представляют особый интерес для ученых, поскольку они увеличивают облачность атмосферы. [1] Образовавшиеся облачные формы формально описываются как homomutatus , [3] и могут напоминать перистые, перисто-кучевые или перисто-слоистые облака, а иногда их называют перистыми птицами . [4] Предполагается, что стойкие разлетающиеся инверсионные следы влияют на глобальный климат. [5] [6]

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

Выхлоп двигателя преимущественно состоит из воды и углекислого газа, продуктов сгорания углеводородного топлива. Многие другие химические побочные продукты неполного сгорания углеводородного топлива, включая летучие органические соединения , неорганические газы, полициклические ароматические углеводороды , кислородсодержащие органические вещества, 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 самолета составляет несгоревшее топливо. [7] (Были обнаружены также металлические частицы микронного размера, возникающие в результате износа двигателя.) На больших высотах, когда водяной пар выходит в холодную среду, локализованное увеличение водяного пара может поднять относительную влажность воздуха после точки 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 охлаждения пара и его конденсации, учитывает инверсионный след, образующийся на некотором расстоянии позади самолета. На больших высотах для переохлажденного водяного пара требуется триггер, 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 больших высотах; 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]

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 было объяснено демонстрацией того, что биотопливо производит меньше частиц сажи, которые являются ядрами, вокруг которых образуются кристаллы льда. Испытания проводились при полете DC-8 на крейсерской высоте с самолетом-сборщиком проб, летевшим по следу. 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), произведенного из камелины . [9] [10] [11]

Винтажный P-40 Warhawk с вихревой конденсацией на кончике пропеллера

Когда крыло создает подъемную силу , оно вызывает образование вихря на законцовке крыла и на конце закрылка при раскрытии (законцовки крыла и границы закрылков представляют собой разрывы воздушного потока). Эти вихри на законцовках крыла сохраняются 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 крыла иногда можно увидеть за закрылками авиалайнеров при взлете и посадке, а также при посадке космического корабля "Шаттл" .

Видимые ядра вихрей на законцовках крыльев контрастируют с инверсионными следами другого основного типа, которые возникают при сгорании топлива. Инверсионные следы от выхлопных газов реактивного двигателя видны на большой высоте непосредственно за каждым двигателем. Напротив, 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.

При установке большой тяги лопасти вентилятора на входе в турбовентиляторный двигатель достигают околозвуковых скоростей, вызывая внезапное падение давления воздуха. Это создает конденсационный туман (внутри воздухозаборника), который часто наблюдается у авиапассажиров во время взлета.

На концах вращающихся поверхностей (таких как пропеллеры и роторы ) иногда остаются видимые следы. [12]

В огнестрельном оружии при стрельбе в редких случаях иногда наблюдается паровой след из-за изменений давления воздуха вокруг пули. [13] [14] След пара от пули можно увидеть с любого направления. [13] След пара не следует путать со следом от пули , который является гораздо более распространенным явлением (и обычно его можно наблюдать только непосредственно позади стрелка). [13] [15]

MODIS отслеживает инверсионные следы, создаваемые воздушным движением над юго-востоком США

Инверсионные следы, влияя на радиационный баланс Земли , действуют как радиационное воздействие : они улавливают исходящую длинноволновую радиацию, излучаемую Землей и атмосферой, в большей степени, чем они отражают приходящую солнечную радиацию . В 1992 году эффект потепления оценивался от 3,5  мВт / м 2 до 17 мВт / м 2 . [16] Глобальное радиационное воздействие было рассчитано на основе данных повторного анализа , климатических моделей и кодов переноса излучения ; оценено на уровне 12 мВт / м 2 на 2005 год, с диапазоном неопределенности от 5 до 26 мВт / м 2 и с низким уровнем научного понимания. [17]

Эффект меняется ежедневно и ежегодно: ночные полеты вносят от 60 до 80% радиационного воздействия инверсионного следа, составляя 25% дневного воздушного движения, в то время как зимние полеты вносят половину среднегодового радиационного воздействия, составляя 22% годового воздушного движения. [18] Перистые перистые облака могут быть самым большим компонентом радиационного воздействия на воздушное движение, превышающим весь СО2, накопленный авиацией, и могут утроиться по сравнению с базовым уровнем 2006 года до 160-180 мВт / м 2 к 2050 году без вмешательства. [19] [20]

Следы конденсации могут в течение некоторого времени вызывать изменения температуры поверхности в региональном масштабе. [21] [ требуется проверка ] НАСА исследовало атмосферные и климатологические эффекты инверсионных следов, в том числе воздействие на озон, образование кристаллов льда и состав частиц, в ходе проекта « Атмосферные эффекты авиации» (AEAP). [22]

Инверсионные следы бомбардировщиков повлияли на климат во время Второй мировой войны . [23] [24] Более высокая температура на 0,8 ° C (1,4 ° F) была зарегистрирована около авиабаз. [25]

Суточные колебания температуры

Небо над Вюрцбургом без инверсионных следов после нарушения авиасообщения в 2010 году (слева), при регулярном воздушном движении и правильных условиях (справа)

Изменение суточной температуры разница в максимумах и минимумах этого дня на стационарной станции. [26] Инверсионные следы понижают дневную температуру и повышают ночную, уменьшая их разницу. [27]

Когда после терактов 11 сентября через США не пролетал ни один коммерческий самолет , суточные колебания температуры увеличились на 1,1 ° C (2,0 ° F). [21] По данным 4000 метеостанций в континентальной части США, это увеличение было самым большим за 30 лет. [21] Без инверсионных следов местный диапазон суточных температур был на 1 ° C (1,8 ° F) выше, чем непосредственно ранее. [28] Это могло быть связано с необычно ясной погодой в тот период. [29] На юге США разница уменьшилась примерно на 3,3 ° C (6 ° F) и на 2,8 ° C (5 ° F) на Среднем Западе США. [30]

Инверсионный след от самолета, летящего навстречу наблюдателю, может казаться созданным объектом, движущимся вертикально. [31] [32] 8 ноября 2010 года в американском штате Калифорния инверсионный след этого типа привлек внимание средств массовой информации как «загадочная ракета», которую не могли объяснить военные и авиационные власти США, [33] и ее объяснение как инверсионный след [31] [32] [34] [35] занял более 24 часов, чтобы быть принятым американскими СМИ и военными учреждениями. [36]

Беспорядок - это противоположность инверсионного следа

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. [37] Ранний спутник наблюдения distrails , что , скорее всего , были удлинены, самолеты-индуцированное отверстия fallstreak появились в Corfidi и Brandli (1986). [38]

Облака образуются, когда невидимый водяной пар ( H2O в газовой фазе) конденсируется в микроскопические капли воды ( H
2O в жидкой фазе) или в микроскопические кристаллы льда ( H
2O в твердой фазе). Это может произойти при охлаждении воздуха с высоким содержанием 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 усиленного перемешивания (захвата) более сухого воздуха непосредственно над или под тонким слоем облаков после прохождения самолета через облако, как показано на втором изображении ниже:

  • Небесные картинки

  • Множественные инверсионные следы над Новой Шотландией

  • Инверсионные следы, образовавшиеся из-за пересечения двух струй

  • Инверсионные следы авиалайнеров, некоторые новые, некоторые старые, рассеиваются сдвигом ветра

  • Инверсионный след над юго-западной Вирджинией

  • Инверсионный след, отбрасывающий тень на нижний слой облаков

  • Инверсионный след от самолета

  • Дистанция - узкая полоса просвета, образованная пролетающим мимо самолета, здесь образованная пятном из тонкого перисто-слоистого слоя.

  • над Городом Культуры Галиции

  • Самолет

  • Радужные инверсионные следы от Боинга 747 , когда солнце светит сквозь группу водяных капель одинакового размера под относительно небольшим углом.

  • Airbus A340 из Lufthansa производит инверсионных

  • Два F-15 ВВС США приближаются к советским МиГ-29

  • Инверсионные следы перед солнцем

  • Следы выхлопных газов двигателя позади Airbus A340 от Swiss International Air Lines

  • Бомбардировщики B-17 над Европой, 1944 г.

  • B-17 ВВС США 8-го полка и их инверсионные следы

  • У Антонова 225 есть характерные шестикратные следы пара.

Облако камеры визуализировать частицы от излучения по аналогичному принципу к инверсионным или Wingtip вихрям.
  • Теория заговора Chemtrail
  • Перистое облако
  • Вакуумная камера - детектор частиц, работающий по аналогичному принципу
  • Воздействие авиации на окружающую среду
  • Отверстие Fallstreak
  • Глобальное затемнение
  • Судовые пути
  • Skywriting
  • Космическая медуза
  • Эффект Туми

  1. ^ a b c «Информационный бюллетень по следам инверсионного следа самолета» (PDF) . FAA.Gov . Проверено 13 октября 2015 года .
  2. ^ "паровой след" . Британская энциклопедия . Энциклопедический словарь Брокгауза Inc . Проверено 17 апреля 2012 года .
  3. ^ а б Сазерленд, Скотт (23 марта 2017 г.). «Атлас облаков переходит в 21 век с 12 новыми типами облаков» . Сеть погоды . Пельморекс Медиа . Проверено 24 марта 2017 года .
  4. ^ «Cirrus Aviaticus - Cirrus - Имена облаков» . namesofclouds.com .
  5. ^ Contrails, Cirrus тенденции, и климат архивации 3 марта 2016 в Wayback Machine - совместная работа Патрика Миннисом, атмосферных наук, Научноисследовательский центр NASA 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 воздействие на здоровье человека керосинового реактивного топлива и эксплуатационных присадок». Журнал токсикологии и гигиены окружающей среды, Часть B . 6 (4): 357–451. DOI : 10.1080 / 10937400306473 . PMID  12775519 . S2CID  30595016 .
  8. ^ "Contrail Education - FAQ" . nasa.gov . Архивировано из оригинала 8 апреля 2016 года.
  9. ^ «Неделя технологий» . Авиационная неделя и космические технологии . 20–24 марта 2017 г. Статья опубликована в журнале Nature , авторы Рич Мур и Ханс Шлагер.
  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 из авиационных двигателей в крейсерских условиях» (PDF) . Природа . 543 (7645): 411–415. Bibcode : 2017Natur.543..411M . DOI : 10,1038 / природа21420 . PMID  28300096 . S2CID  4447403 .
  12. ^ «Фото с поля». Журнал «Вертикаль» , апрель / май 2014 г., стр. 39. Доступ: 8 июля 2014 г.
  13. ^ a b c Следы пара и след от пули | Страна снайперов
  14. ^ Vapor Trail против Bullet Trace - YouTube
  15. ^ Уроки языка: TRACE | Breach Bang Очистить
  16. ^ Понатер, М .; и другие. (2005). «На следах чувствительности климата» . Письма о геофизических исследованиях . 32 (10): L10706. Bibcode : 2005GeoRL..3210706P . DOI : 10.1029 / 2005GL022580 .
  17. ^ Ли, DS; и другие. (2009). «Авиация и глобальное изменение климата в 21 веке» (PDF) . Атмос. Environ. 43 (22): 3520–3537. Bibcode : 2009AtmEn..43.3520L . DOI : 10.1016 / j.atmosenv.2009.04.024 . PMC  7185790 . PMID  32362760 .
  18. ^ Стубер, Никола; и другие. (15 июня 2006 г.). «Важность суточного и годового цикла воздушного движения для инверсионного радиационного воздействия» . Природа . 441 (7095): 864–7. Bibcode : 2006Natur.441..864S . DOI : 10,1038 / природа04877 . PMID  16778887 . S2CID  4348401 .
  19. ^ Майкл Ле Пейдж (27 июня 2019 г.). «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» . Химия и физика атмосферы . 19 (12): 8163. Bibcode : 2019ACP .... 19.8163B . DOI : 10,5194 / ACP-19-8163-2019 .
  21. ^ а б в Трэвис, диджей; А. Карлтон; Р.Г. Лауритсен (август 2002 г.). «Инверсионные следы сокращают дневной температурный диапазон» . Природа . 418 (6898): 601. DOI : 10.1038 / 418601a . PMID  12167846 . S2CID  4425866 .
  22. ^ "Атмосферные эффекты авиационного проекта (AEAP)" . Архивировано из оригинального 20 мая 2000 года . Проверено 2 февраля 2019 .
  23. ^ ClimateWire, Умайр Ирфан (7 июля 2011 г.). "Инверсионные следы бомбардировщиков Второй мировой войны показывают, как авиация влияет на климат" . Scientificamerican.com .
  24. ^ Парри, Винн (7 июля 2011 г.). "Бомбардировочные налеты Второй мировой войны изменили погоду в Англии" . livescience.com .
  25. ^ Райан, AC; и другие. (2012). «Инверсионные следы Второй мировой войны: пример авиационной облачности» . Международный журнал климатологии . 32 (11): 1745–1753. Bibcode : 2012IJCli..32.1745R . DOI : 10.1002 / joc.2392 .
  26. ^ Перкинс, Сид. (11 мая 2002 г.), «Сентябрьская наука: прекращение работы авиалиний при изучении следов» , Science News , Science News Online.
  27. ^ Bernhardt, J .; Карлтон, AM (14 марта 2015 г.), «Влияние« вспышек »долгоживущих струйных инверсионных следов на диапазон суточных температур наземных станций» , Journal of International Climatology , 35 (15): 4529–4538, Bibcode : 2015IJCli..35.4529B , DOI : 10.1002 / joc.4303
  28. ^ Трэвис, диджей; AM Карлтон; Р.Г. Лауритсен (март 2004 г.). «Региональные колебания в диапазоне суточных температур в США для приземления самолетов на мель 11–14 сентября 2001 г .: свидетельства влияния инверсионного следа струи на климат» . J. Clim . 17 (5): 1123. Bibcode : 2004JCli ... 17.1123T . DOI : 10.1175 / 1520-0442 (2004) 017 <1123: RVIUDT> 2.0.CO; 2 .
  29. ^ Калькштейн; Баллинг-младший (2004). «Влияние необычно ясной погоды на дневной диапазон температур в США после 9/11/2001» . Климатические исследования . 26 : 1. Bibcode : 2004ClRes..26 .... 1K . DOI : 10,3354 / cr026001 .
  30. ^ «Инверсионные следы от реактивных двигателей влияют на температуру поверхности» , Science Daily , 18 июня 2015 г.
  31. ^ а б Макки, Мэгги (9 ноября 2010 г.). «Загадочная« ракета », скорее всего, инверсионный след от реактивного самолета, - считает эксперт» . Новый ученый . Архивировано 10 ноября 2010 года . Проверено 10 ноября 2010 года .
  32. ^ а б Уэст, Мик (10 ноября 2010 г.). «Проблема перспективы - след в новогоднюю ночь» . Архивировано 12 ноября 2010 года . Проверено 10 ноября 2010 года .
  33. ^ «Пентагон не может объяснить« ракету »у берегов Калифорнии» . CBS . 9 ноября 2010 года архивации с оригинала на 10 ноября 2010 года . Проверено 10 ноября 2010 года .
  34. ^ Пайк, Джон Э. (ноябрь 2010 г.). «Таинственное ракетное безумие» . GlobalSecurity.org . Проверено 11 ноября 2010 года .
  35. ^ Банеман, Лием (9 ноября 2010 г.). «Это был рейс 808 авиакомпании US Airways» . Архивировано 13 ноября 2010 года . Проверено 10 ноября 2010 года .
  36. ^ «Пентагон:« Таинственная ракета », вероятно, была самолетом» . Mercury News / AP . 10 ноября 2010 года Архивировано из оригинала 12 января 2012 года . Проверено 11 ноября 2010 года .
  37. ^ Distrail на Земле Наука Картина дня архивной 16 октября 2002 в Wayback Machine
  38. ^ Корфиди, Стивен; Брандли, Хэнк (май 1986). "GOES просматривает рельсы самолета" (PDF) . Национальный метеодайджест . 11 : 37–39.

  • Contrail Education (в архиве) | НАСА
  • Contrails.nl: Инверсионные следы и AviationSmog | Галеры инверсионных следов и авиационного смога
  • Contral Science | Справочный сайт для разоблачения странных историй об инверсионных следах