Les paysages urbains et les aérosols d'origine humaine – des particules en suspension dans l'atmosphère – ont le potentiel non seulement de rendre les rafales plus fortes et la grêle plus grosse; ils peuvent également déclencher des tempêtes plus tôt et même les attirer vers les villes, selon de nouvelles recherches explorant l'impact du développement urbain sur les conditions météorologiques dangereuses, dirigé par des scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory du département de l'Énergie des États-Unis.

En modélisant deux orages, un près de Houston, Texas, et un autre à Kansas City, Missouri.—Le scientifique de l'atmosphère Jiwen Fan a révélé les effets séparés et synergiques que les paysages urbains et les aérosols d'origine humaine peuvent avoir sur les tempêtes, pluie et grêle.

Dans le cas de la tempête de Kansas City, les terrains urbains et les aérosols ont travaillé ensemble pour amplifier la fréquence des grosses grêles d'environ 20 %. A Houston, un orage autrement plus doux s'est amplifié, des précipitations plus durables qui se sont développées plus tôt, entre autres changements.

Fan a partagé ses découvertes lors de la réunion d'automne 2020 de l'American Geophysical Union, mardi, 1er décembre et répondu aux questions virtuellement le mardi, 15 décembre.

« La nouveauté de notre étude est que nous considérons à la fois les terrains urbains et les aérosols, " dit Fan, "au lieu de leurs impacts séparés."

Dans des travaux antérieurs, les chercheurs ont montré que les terres urbaines façonnent la météo, tant par sa nature topographique que par la chaleur qu'il produit. Les villes sont souvent plus chaudes que leur environnement, parce que les bâtiments non seulement absorbent et retiennent la chaleur du soleil différemment des arbres et des terres agricoles, mais aussi bloquer l'écoulement du vent.

Pourtant, de nombreuses études se concentrent principalement sur la façon dont les villes et les aérosols modifient les précipitations et la température, ou seulement examiner l'influence de ces facteurs séparément, plutôt que leur effet conjoint.

Des tempêtes simulées révèlent des changements dans les conditions météorologiques dangereuses

Fan a modélisé deux types de tempêtes très différents :la violente de Kansas City, tournant, orage rempli de grêle, et Houston est plus doux, orage provoqué par la brise de mer. Elle a simulé plusieurs versions des mêmes tempêtes, avec et sans villes et aérosols présents, pour isoler les effets de ces deux facteurs distincts.

A Houston, les averses de l'après-midi ont gonflé alors que les terres urbaines et les aérosols travaillaient en synergie pour amplifier les précipitations. Par rapport aux simulations sans villes, la pluie a trempé Houston environ une demi-heure plus tôt, augmentant son total de 1,5 millimètres supplémentaires. Les vents de la brise de mer soufflaient aussi plus fort, attisé par l'influence du foncier urbain.

Lorsqu'il fait plus frais, l'air plus dense de la brise de mer coulait vers Houston, il a apporté de l'humidité avec lui et s'est heurté à plus chaud, air de ville plus léger. Les deux se sont mélangés lors de la rencontre, créant une convection plus forte par rapport aux simulations sans terrain urbain.

Les nuages ​​orageux de Houston ont commencé comme des nuages ​​chauds avec seulement des gouttes de liquide, mais la brise de mer renforcée a provoqué une transition accélérée vers des nuages ​​en phase mixte, nommés pour leur mélange simultané de vapeur d'eau, particules de glace et gouttelettes d'eau surfondues. Même après que la brise marine se soit échappée, dit Fan, la chaleur résiduelle de la ville a continué à alimenter la convection d'orage pendant toute la nuit, provoquant des pluies de longue durée. Comparez cela avec la simulation de Fan où la ville a été supprimée, montrant une brise de mer plus faible et une tempête qui s'est dissipé plus tôt.

Les aérosols ont joué un rôle plus important dans l'augmentation des précipitations que les terrains urbains à Houston. Au fur et à mesure que des nuages ​​en phase mixte se sont formés et que la convection s'est renforcée, de nombreuses particules ultrafines se sont transformées en gouttelettes de nuages. Cette transformation a amélioré la conversion de la vapeur d'eau en condensats de nuages, augmentant ainsi le chauffage latent et renforçant encore la tempête.

Dans le cas de la tempête de Kansas City, la chaleur de la ville était transportée sous le vent, où il a rencontré la tempête déjà formée à la limite nord urbaine-rurale. Lorsqu'il fait plus chaud, air plus sec rencontré avec plus frais, air rural plus humide, il a intensifié la convergence, créant un mélange turbulent et une tempête plus violente qui s'est déplacée vers les terres urbaines.

Contrairement à l'orage de Houston, Les aérosols de Kansas City n'ont pas influencé le déclenchement ou la propagation des tempêtes, eux non plus, par eux-même, influence grandement la grêle. Mais, lorsqu'il est simulé le long d'un terrain urbain, les deux grêlons amplifiés, produisant en synergie une tempête de grêle plus dangereuse. En raison de cette relation, dit Fan, il est important de prendre en compte à la fois les terrains urbains et les aérosols lors de l'exploration de l'impact des villes sur les conditions météorologiques et les dangers associés.

La grêle à elle seule inflige des milliards de dollars de dommages aux États-Unis et, selon la National Oceanic and Atmospheric Administration, il est possible que des grêlons particulièrement gros tombent à plus de 100 milles à l'heure.

Comptabilisation des aérosols

Les terrains urbains et les aérosols façonnent le temps différemment, selon Fan, en fonction d'autres conditions environnementales, comme si l'air est déjà pollué.

"L'effet aérosol dépend vraiment de la concentration de fond, " a déclaré Fan. " Si l'environnement est déjà pollué, ajouter plus d'aérosols ne semble pas affecter beaucoup. Mais si vous êtes déjà dans un état propre et que vous ajoutez des aérosols, cela peut produire un impact important."

le canal de navigation très fréquenté de Houston et les raffineries de pétrole voisines, dont trois dans sa zone métropolitaine, rejeter régulièrement des aérosols dans l'atmosphère, dit Fan. Humidité, trop, elle a ajouté, peut amplifier l'effet aérosol.

Fan espère que son travail pourra conduire à des prédictions plus précises des conditions météorologiques dangereuses, atténuant la mort et les dégâts causés par les tempêtes. Elle prévoit d'explorer plus en profondeur comment l'urbanisation tentaculaire façonnera les tempêtes violentes dans les futurs scénarios climatiques.