Πώς σχηματίζονται τα contrails;

Αυτό το wiki-άρθρο έρχεται σαν συνέχεια της παρατήρησης εκατοντάδων contrails στον ουρανό της χώρας μας το βράδυ του Σαββάτου προς Κυριακή 8 – 9 Οκτωβρίου 2022, αλλά και κατά τη διάρκεια της Κυριακής. Ασχέτως των θεωριών που υπάρχουν γύρω από αυτό το φαινόμενο, αυτό που παρατηρούμε στον ουρανό είναι υδρατμοί και έχουν συγκεκριμένη εξήγηση. Άνθρωποι που σκοπίμως (ή από άγνοια) διακινούν θεωρίες συνομωσίας γύρω από το συγκεκριμένο φαινόμενο, προσπαθούν να στηρίξουν τις απόψεις τους με συγκεκριμένα “επιστημονικά” επιχειρήματα. Αυτός είναι και ο λόγος που το meteo-wiki αυτό, γράφτηκε υπό τη μορφή ερωταπαντήσεων.

Ε: Μπορεί ένα αεροσκάφος το οποίο πετάει στα 30-35χιλιάδες πόδια (10-12χλμ) να δημιουργήσει γραμμές συμπύκνωσης;

Α: Φυσικά, αρκεί να επικρατούν συγκεκριμένες συνθήκες σε αυτό το ύψος. Για την ακρίβεια απαιτούνται ιδιαίτερα χαμηλές θερμοκρασίες (που ούτως ή άλλως υπάρχουν) και ποσοστά υγρασίας που πλησιάζουν το σημείο κορεσμού, κάτι το οποίο δεν συμβαίνει συχνά. Όταν ένα αεροσκάφος εφοδιασμένο με κινητήρα τύπου jet (μόνο αυτά πετούν σε αυτά τα ύψη) διέρχεται μέσα από αυτές τις συνθήκες σχηματίζει πίσω του αυτές τις γραμμές οι οποίες μπορεί να διαρκούν για αρκετή ώρα.

Ε: Πώς δημιουργούνται αυτές οι γραμμές;

Α: Όπως είπαμε και πριν, απαιτούνται συγκεκριμένες συνθήκες που σχετίζονται με αυξημένα ποσοστά υγρασίας, κοντά στο σημείο κορεσμού. Η υψηλή σχετική υγρασία δεν είναι πολύ συνηθισμένη σε αυτά τα ύψη (συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 5-15%) γι αυτό και τις περισσότερες φορές δεν παρατηρούμε contrails. Χωρίς να χρειάζεται να μπούμε σε λεπτομέρειες για το πώς ορίζεται η σχετική υγρασία, θα πρέπει να θυμόμαστε οτι 1. είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας του αέρα και 2. είναι συνάρτηση της ποσότητας των υδρατμών (καλείται και απόλυτη υγρασία), και μετριέται σε γραμμάρια ανά μονάδα όγκου. Εύκολα μπορούμε να φανταστούμε πως τα μόρια του νερού (H₂O) στην ατμόσφαιρα ασκούν μία πίεση όπως και όλα τα υπόλοιπα αέρια. Το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζει ποιοτικά την συσχέτιση μεταξύ θερμοκρασίας και πίεσης των υδρατμών, η οποία παρατηρούμε οτι δεν είναι γραμμική (και όπως θα δούμε στη συνέχεια σε αυτήν την ιδιότητα βρισκεται και η εξήγηση):

Η μπλέ γραμμή απεικονίζει το όριο συμπύκνωσης των υδρατμών, δηλαδή του σχηματισμού νέφωσης συναρτήσει της θερμοκρασίας (οριζόντιος άξονας) και της ποσότητάς τους (κάθετος άξονας). Πάνω από την μπλε γραμμή, η ατμόσφαιρα θεωρείται κορεσμένη. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η απαιτούμενη ποσότητα υδρατμών ώστε να κορεστεί η ατμόσφαιρα αυξάνεται επίσης αλλά με εκθετικό τρόπο. Όπως παρατηρεί ο μετεωρολόγος Steve Ackerman, στο σημείο Β βρίσκεται η θερμοκρασία πίσω από τον κινητήρα jet. Καθώς ψύχεται λόγω του περιβάλλοντος, για κάποιο χρονικό διάστημα περνάει από στάδια κατά τα οποία σχηματίζεται νέφωση λόγω της μη γραμμικής σχέσης θερμοκρασίας / πίεσης, μέχρι που τελικά εξαφανίζεται καθώς πλησιάζει το σημείο Α (που απεικονίζει τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος). Παρατηρούμε επίσης οτι μεσολαβεί μια απόσταση μεταξύ του Β και της μπλε καμπύλης. Αυτός είναι ο λόγος που δεν παρατηρούνται οι γραμμές συμπύκνωσης ακριβώς πίσω από το αεροσκάφος αλλά σε μια μικρή απόσταση από αυτό.

Το ανάλογο φαινόμενο το έχουμε παρατηρήσει αρκετές φορές στην καθημερινή μας ζωή. Ένα κρύο και υγρό πρωινό μπορούμε να δούμε την ανάσα μας ενώ ένα σύννεφο υδρατμών σχηματίζεται πίσω από τις εξατμίσεις των αυτοκινήτων.

Ε: Γιατί κάποιες φορές οι γραμμές διατηρούνται πολλές ώρες στον ουρανό;

Α: Η απάντηση βρίσκεται και πάλι στο παραπάνω γράφημα. Η θέση Β είναι περίπου η ίδια, όμως εάν αλλάξουμε τη θέση Α (δηλαδή τις συνθήκες του περιβάλλοντος), τότε μπορεί η διαδρομή Β->Α (η πτώση της θερμοκρασίας) να περνάει πάνω από τη μπλε γραμμή για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτό μπορεί να συμβεί είτε αυξάνοντας την πίεση, δηλαδή την ποσότητα των υδρατμών (άρα το Α μετακινείται προς τα επάνω), είτε μειώνοντας τη θερμοκρασία (άρα το Α μετακινείται προς τα αριστερά).

Ε: Γιατί κάποιες φορές λίγες ημέρες μετά την παρατήρηση των contrails, ο καιρός “χαλάει” (συνήθως έρχονται βροχές);

Α: Τις περισσότερες φορές η αύξηση της υγρασίας στα μεγάλα ατμοσφαιρικά ύψη, προηγείται μιας ατμοσφαιρικής διαταραχής, κάτι που όπως είδαμε προηγουμένως συνδέεται άμεσα με την εμφάνιση των contrails. Αυτό βέβαια δεν είναι απόλυτο και εξαρτάται από τη φύση και το είδος της διαταραχής.

Ε: Αποδεικνύονται τα παραπάνω μέσα από πραγματικές μετεωρολογικές μετρήσεις στο τελευταίο περιστατικό που συνέβη από το βράδυ του Σαββάτου (8/10) μέχρι και το απόγευμα της Κυριακής;

Α: Βεβαίως! Θα παραθέσω δύο γραφήματα, τα οποία θα εξηγηθούν και η χρησιμότητα των οποίων θα αναλυθεί σε άλλο “wiki” άρθρο. Πρόκειται για πραγματικές μετρήσεις θερμοκρασίας, σημείου δρόσου και ανέμων σε διάφορες στάθμες, και γίνονται μέσω μετεωρολογικών μπαλονιών (ραδιοβολήσεις) τα οποία αποστέλλονται συνήθως 1 φορά / ημέρα. Παρουσιάζονται οι ραδιοβολήσεις του Σαββάτου 8 Οκτωβρίου (μεσημέρι) και της Κυριακής 9 Οκτωβρίου (μεσημέρι), δηλαδή λίγο πριν παρατηρηθεί το φαινόμενο και κατά τη διάρκεια εξέλιξής του. Τα σημεία που πρέπει να προσεχτούν έχουν τονιστεί με κόκκινο κύκλο και μπλε ορθογωνιο και θα εξηγηθούν αμέσως μετά:

Η δεξιά έντονη μαύρη γραμμή και στις δύο εικόνες, είναι η θερμοκρασία καθ’ύψος (οι τιμές της οποίας είναι στον οριζόντιο άξονα), ενώ η αριστερή έντονη μαύρη γραμμή απεικονίζει το σημείο δρόσου (η θερμοκρασία που απαιτείται ώστε η ατμόσφαιρα να κορεστεί σε υδρατμούς και να σχηματιστεί νέφωση). Όπως είναι προφανές εάν αυτές οι γραμμές βρίσκονται πολύ κοντά ή συμπίπτουν τότε σε αυτό το ατμοσφαιρικό στρώμα έχουμε νεφοποίηση. Στον κάθετο άξονα σημειώνονται οι στάθμες πίεσης (1000,900,800hpa κτλ) και τα υψόμετρα στα οποία αντιστοιχούν.

Με κόκκινο κύκλο σημειώνονται τα υψόμετρα πτήσης των αεροσκαφών που δημιουργούν contrails (περίπου 10-12χιλ). Παρατηρούμε ότι, ενώ το μεσημέρι του Σαββάτου οι δύο έντονες γραμμές απέχουν πολύ μεταξύ τους (άρα η σχετική υγρασία είναι αρκετά χαμηλή), το μεσημέρι της Κυριακής έχουν πλησιάσει αρκετά, ιδίως στην περιοχή των 10.000μ υψόμετρο (άρα έχουμε αύξηση της σχετικής υγρασίας).

Το γεγονός οτι η σχετική υγρασία αλλά και οι άνεμοι δεν έχουν τις ίδιες τιμές σε όλα τα ατμοσφαιρικά ύψη, νομίζω προκύπτει από μόνο του και δεν χρειάζεται άλλη εξήγηση. Αξίζει να σημειωθεί οτι στα μεγαλύτερα ύψη δεν έχουμε ημερήσια διακύμανση θερμοκρασίας / υγρασίας όπως αυτή που βιώνουμε καθημερινά στην επιφάνεια.

Ε: Γνωρίζουμε οτι οι αεροδιάδρομοι των αεροσκαφών δεν είναι διασταυρούμενοι όπως τόσο στην εικόνα του άρθρου, όσο και στα όσα παρατηρήσαμε την Κυριακή είδαμε το σχηματισμό ενός πλέγματος στον ουρανό. Πώς το εξηγείτε αυτό;

Α: Ένας ελεγκτής εναέριας κυκλοφορίας ή ένας πιλότος θα μπορούσε να δώσει μια πιο εμπεριστατωμένη απάντηση. Όμως στην ιστοσελίδα flightradar24.com έχουμε όλοι πρόσβαση και όπως μπορούμε να δούμε οι αεροδιάδρομοι δεν είναι παράλληλοι αλλά ακολουθούν ΒΔ – ΝΑ ή ΒΑ – ΝΔ τροχιά και πολλές φορές διασταυρώνονται. Ξεχνάμε όμως οτι αυτό συμβαίνει σε διαφορετικό ύψος και διαφορετική χρονική στιγμή δίνοντας ως τελικό αποτέλεσμα ένα γεωμετρικό πλέγμα από contrails. Επιστρέφοντας στα διαγράμματα ας παρατηρήσουμε λίγο καλύτερα τα υψόμετρα: Μπορούμε να δούμε πως πρόκειται για ένα πάχος σχεδόν 3.000 μέτρων μέσα στο οποίο λαμβάνουν χώρα οι πτήσεις.