Les avions survolant la pluie ou la neige peuvent multiplier par 10 les précipitations, selon une nouvelle étude.

Les rafales de pluie et de neige ne sont pas causées par les émissions de l'avion, mais sont la conséquence particulière du passage des ailes de l'avion à travers des nuages ​​de gouttelettes d'eau surfondues dans des couches nuageuses au-dessus d'une couche de pluie ou de neige active.

Dans les bonnes conditions, cet effet peut amplifier les tempêtes de pluie et de neige sur les aéroports, où de nombreux avions croisent la couche nuageuse à l'approche et à la descente.

"La chose intéressante à propos de cette fonctionnalité est qu'elle est causée par les avions, mais il n'est pas causé par la pollution, " a déclaré Dimitri Moisseev, chercheur à l'Université d'Helsinki et à l'Institut météorologique finlandais et auteur principal de la nouvelle étude de l'AGU Journal of Geophysical Research :Atmosphères . "Même s'il y aurait des avions absolument écologiques, qui n'ont pas de combustion, pas de carburant ou quoi que ce soit, ça arriverait quand même."

Bien que les bandes de précipitations accrues soient créées artificiellement, le processus physique déclenché par le passage des avions peut se produire naturellement, ce qui en fait des laboratoires utiles pour étudier la formation des précipitations, selon Moisseev. Les observer peut aider les météorologues à "prédire maintenant" les conditions naturelles de pluie et de neige de 2 à 6 heures dans le futur, ce qui est essentiel pour les opérations aéroportuaires.

"Lorsque vous, comme moi, regardez les données radar tous les jours, il se passe toujours quelque chose d'intéressant, " dit Moisseev. " Étonnamment, il y a toujours de nouvelles choses que nous ne pouvons toujours pas expliquer."

Moisseev a découvert de curieuses banderoles de précipitations accrues dans les scans de l'antenne radar du campus de l'Université d'Helsinki Kumpula. Les plaques anormalement droites de précipitations intenses sont apparues sur un fond de pluie ou de neige plus légère et semblaient se courber vers l'aéroport voisin d'Helsinki-Vantaa.

Leurs formes ressemblaient étrangement à l'inverse des formations nuageuses connues sous le nom de chutes, nuages ​​de perforation ou de canal, phénomènes qui peuvent se produire lorsque les aéronefs survolent des nuages ​​de gouttelettes d'eau plus froides que 0 degré Celsius (32 degrés Fahrenheit) — mais qui ne gèlent pas.

La nouvelle étude démontre qu'un phénomène similaire peut augmenter ou provoquer la pluie ou les chutes de neige des couches nuageuses sous-jacentes à ces couches nuageuses surfondues.

Super cool

De minuscules gouttelettes d'eau et des cristaux de glace forment des nuages. L'eau pure peut rester liquide jusqu'à -40 degrés Celsius (-40 degrés Fahrenheit) sans particules de poussière ou autres surfaces appropriées présentes pour ensemencer la cristallisation en glace. Ainsi, les gouttelettes d'eau qui se condensent en nuages ​​peuvent être beaucoup plus froides que le point de congélation typique de 0 degré Celsius (32 degrés Fahrenheit). De tels nuages ​​​​liquides surfondus sont courants dans les couches nuageuses de basse à moyenne altitude.

Les changements de pression atmosphérique causés par les avions qui passent peuvent déclencher le gel de ces gouttelettes d'eau surfondues en cristaux de glace. L'air se dilate brusquement dans le sillage des extrémités des ailes et des hélices, provoquant une chute locale dramatique de la pression et de la température. À l'intérieur d'un nuage de gouttelettes d'eau déjà en surfusion entre -15 et -20 degrés Celsius (5 à -4 degrés Fahrenheit), l'avion qui passe peut faire chuter la température en dessous de -40 degrés Celsius (-40 degrés Fahrenheit) et provoquer la formation de cristaux de glace.

Les nouveaux cristaux de glace aident à geler plus de gouttelettes d'eau superfroides, déclenchant une réaction en chaîne de formation de cristaux dans un cercle qui s'élargit autour de la trajectoire de l'avion. Quand les cristaux tombent, ils créent des trous ou des traînées d'air clair dans le nuage, ouvrant parfois une fenêtre de ciel bleu si la couche nuageuse est fine. Dans la plupart des cas, les cristaux de glace s'évaporent avant d'atteindre le sol.

Les météorologues savaient que les avions qui passaient pouvaient geler les gouttelettes d'eau en cristaux de glace et des travaux antérieurs avaient suggéré que le processus pourrait améliorer la pluie et la neige dans les nuages ​​sous-jacents, mais l'effet n'avait pas été capturé en détail.

Andrew Heymsfield, chercheur principal au Laboratoire de météorologie à mésoéchelle et microéchelle du National Center for Atmospheric Research à Boulder, Colorado, et un chercheur non affilié à la nouvelle étude, avait noté le potentiel d'ensemencement par inadvertance de nuages ​​surfondus au-dessus des aéroports dans un article précédent sur la formation et la propagation de trous induits par les aéronefs dans les nuages. Il a observé des arcs similaires de chutes de neige accrues dans les données radar collectées près de Denver, L'ancien aéroport de Stapleton dans le Colorado en 1992.

"Nous savons que les avions peuvent déclencher des précipitations. Les auteurs de cette étude ont beaucoup de cas, avec de merveilleuses données provenant d'instruments au sol—radar, lidar—bonnes informations sur la taille et la concentration des particules, et des données de radiosonde pour montrer la température probable de formation, " Heymsfield a dit. " Ils ont réussi à documenter le phénomène. "

Pour savoir si les banderoles de précipitations accrues pourraient être causées par des avions, Moisseev et ses collègues ont examiné 11 ans de données radar météo de l'Université d'Helsinki et ont trouvé 17 jours avec des cas répétés de banderoles linéaires caractéristiques entre décembre 2008 et janvier 2018.

Ils ont examiné les trajectoires de vol près de l'aéroport pour voir si les banderoles pouvaient être causées par le passage d'avions. Les trajectoires de vol archivées jusqu'en 2011 ont confirmé que les avions sont passés à moins de 2 à 10 kilomètres (1 à 6 milles) des streamers de précipitations intenses dans la plupart des cas observés.

"L'intensification des précipitations suit essentiellement la trajectoire d'un avion au-dessus du nuage, " a déclaré Moisseev. " Il pourrait s'étendre sur des centaines de kilomètres, mais la section transversale serait peut-être de 100 mètres. C'est donc très étroit, long trait."

Semer de la neige

Les cristaux de glace supplémentaires augmentent la vitesse à laquelle les cristaux entrent en collision pour former de plus gros flocons de neige, intensification des chutes de neige, selon les auteurs.

Cela pourrait se produire si un avion vole directement à travers un nuage précipitant, mais les auteurs soupçonnent qu'il se passe quelque chose de plus compliqué, parce que leurs données situent la hauteur de départ de la pluie et de la neige bien au-dessus de la couche qui précipitait déjà.

La nouvelle étude conclut que les cristaux de glace générés par les avions tombent très probablement d'une couche nuageuse supérieure surfondue dans une couche inférieure qui pleut ou neige activement, engendrant plus de pluie ou de neige de la couche nuageuse inférieure.

Les données satellitaires prennent en charge ce scénario, montrant une couche supérieure de nuages ​​composée de gouttelettes super froides ou d'un mélange de glace et d'eau, à peu près à la bonne température pour se transformer en cristaux de glace sous l'influence des avions. Cette tige, la couche de surfusion flotte à l'altitude d'approche typique des avions volant à l'aéroport d'Helsinki-Vantaa.

La pluie et la neige artificiellement renforcées par le trafic aérien ont des indices utiles pour les précipitations naturelles et les facteurs affectant l'efficacité de la formation, selon Moisseev. Les streamers sont des expériences accidentelles qui permettent aux chercheurs d'observer l'effet le long de la trajectoire de l'avion, et juste à l'extérieur, et poser des questions sur les types de processus microphysiques qui se déroulent.