Инверсионный след самолёта¶
Инверсионный след (конденсационный след, contrail от англ. condensation trail) — полоса облаков, образующаяся за летательным аппаратом в тропосфере или стратосфере в результате конденсации и кристаллизации водяного пара, содержащегося в атмосферном воздухе, и продуктов сгорания авиационного топлива. Следы могут сохраняться от нескольких секунд до нескольких часов и визуально напоминают тонкие белые линии, расходящиеся за самолётом.
¶Механизм образования
Двигатель внутреннего сгорания самолёта выбрасывает в атмосферу продукты сжигания керосина — прежде всего водяной пар, углекислый газ, оксиды азота и мельчайшие частицы сажи. Температура выхлопных газов на выходе из двигателя достигает 300–600 °C. Когда горячий влажный поток смешивается с окружающим воздухом, охлаждённым до −40…−60 °C на крейсерской высоте, водяной пар быстро охлаждается и, достигнув точки росы, переходит в жидкую фазу или кристаллизуется.
Образование инверсионного следа описывается критерием Шмидта — аппроксимацией Appleman. Согласно этой модели, вероятность появления следа зависит от относительной влажности окружающего воздуха, температуры и содержания водяного пара в выхлопе. Если относительная влажность по отношению к льду невелика (обычно менее 60–70 %), след быстро испаряется и существует лишь несколько секунд. При высокой влажности кристаллы льда не успевают испариться, и след сохраняется долго, а при насыщенном воздухе может разрастаться до полноценного перистого облака.
¶Виды инверсионных следов
По механизму образования различают:
- Конденсационные следы — образуются преимущественно за счёт конденсации водяного пара выхлопа на мельчайших частицах сажи (ядрах конденсации). Типичны для реактивных самолётов.
- Термические (вихревые) следы — возникают из-за падения давления и температуры в концевых вихрях, образующихся на законцовках крыла. Могут появляться даже в сухом воздухе и часто выглядят как короткие «пучки» сразу за законцовками.
- Комбинированные следы — наиболее распространённый вариант, когда оба механизма работают одновременно.
По продолжительности различают кратковременные следы (исчезают за минуты) и устойчивые (существуют десятки минут и более, расширяясь под действием ветра и диффузии).
¶Влияние на климат
Устойчивые инверсионные следы формируют так называемое «контрейл-облачное покрытие». В дневное время они отражают солнечную радиацию (повышая альбедо планеты) и одновременно задерживают тепловое излучение Земли (эффект парникового газа). Ночью работает только второй механизм — следы согревают атмосферу. Согласно расчётам климатологов, суммарный радиационный эффект инверсионных следов сопоставим с воздействием углекислого газа, выброшенного теми же самолётами, и может составлять от 10 до 50 % общего климатического влияния авиации.
Исследования, проведённые, в частности, в Институте физики атмосферы РАН и за рубежом, показывают, что плотная сеть воздушных путей над Европой, Северной Америкой и Россией приводит к образованию «контрейловых полей» — систематических полос облачности, которые спутниковые съёмки фиксируют на больших площадях.
¶Инверсионные следы и погода
Устойчивые следы служят индикатором повышенной влажности в верхних слоях тропосферы. Метеорологи используют их появление как признак приближения фронта или влажной воздушной массы. В авиации, в свою очередь, длительные следы за встречными самолётами предупреждают пилотов о вероятности турбулентности, поскольку они указывают на наличие конвективных процессов в слое полёта.
¶Конспирология и опровергаемые теории
Инверсионные следы неоднократно становились объектом конспирологических теорий. Наиболее известна так называемая теория «химтрейлов» (chemtrails), согласно которой белые полосы за самолётами якобы представляют собой намеренный распыляемый химический или биологический агент. Эта гипотеза не имеет научных подтверждений: многочисленные анализы проб воды, снега и воздуха, проведённые независимыми лабораториями, не выявили аномальных концентраций токсичных веществ, связанных с авиационными следами. Состав инверсионного следа полностью объясняется физикой конденсации и составом авиационного керосина.
¶Наблюдение и прогнозирование
Появление следов зависит от высоты полёта, типа двигателя, температуры и влажности воздуха. На высотах ниже 6–7 км следы, как правило, не образуются: воздух слишком тёплый. На крейсерских высотах реактивных лайнеров (9–12 км) они возникают наиболее часто. Для прогнозирования их образования метеорологические службы используют данные радиозондирования и спутниковых наблюдений, а также численные модели атмосферы.
¶Применение в военном деле
В первой половине XX века инверсионные следы использовались для визуального обнаружения самолётов, в том числе стратегических бомбардировщиков. В период холодной войны ряд стран рассматривал возможность подавления образования следов — например, применение двигателей, работающих на обеднённой смеси, или специальных добавок в топливо. В современной гражданской авиации технология подавления следов активно не применяется, хотя исследования в этом направлении продолжаются в рамках программ снижения климатического воздействия авиации.
¶См. также
¶Источники
- Роджерс Р. Р., Яу М. К. Курс физики облаков и осадков
- Appleman H. The Formation of Exhaust Condensation Trails by Jet Aircraft (Bulletin of the American Meteorological Society, 1953)
- Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН — публикации по климатическому воздействию авиации
- Материалы Гидрометцентра России по наблюдению за облачностью
- Lee D. S. et al. The contribution of global aviation to anthropogenic climate forcing for 2000 to 2018 (Atmospheric Environment, 2021)