|
Condensstrepen of
Contrails
|
|
|
Contrails of homomutatus zijn lange en dunne kunstmatige wolken die kunnen ontstaan in het kielzog van vliegtuigen als gevolg van waterdamp
en andere uitlaatgassen, evenals onderdruk.
Ze zijn vooral typisch en permanent voor hoogten boven ongeveer 8 km wanneer uitlaatgassen van motoren die waterdamp en roet bevatten, relatief koude lucht ontmoeten. Ze kunnen ontstaan in verder wolkenvrije gebieden en ook langer aanhouden als er geen condensatiekernen zijn voor natuurlijke wolkenvorming. Ze behoren tot de cirrusgroep en vertegenwoordigen ook een belangrijke klasse van antropogene wolken.In vochtige lucht kunnen ze ook op lagere hoogten voorkomen. Daar kunnen ze bestaan uit
druppeltjes in plaats van ijskristallen. |
|
 |
| De contrails van vier straalmotoren |
|
| Oorsprong en samenstelling |
| |
Op de kruishoogte van langeafstandsjets is het lager dan -40 ° C, zodat condensatiesporen ontstaan, zelfs in relatief droge lucht. In principe condenseren of bevriezen vloeibare componenten
van de lucht en de uitlaatgassen (meer in detail uitgelegd onder sublimatie), bevorderd door
het gelijktijdig optreden van roetdeeltjes uit het uitlaatgas, die dienen als condensatiekernen of kristallisatiekernen. In deze omgevings-omstandigheden kan kiemvorming en dus condensatie / bevriezing ook spontaan optreden door lokale dichtheidsfluctuaties, dwz. het ontstaan zonder een kern of kern. Bij het wervelen met koude omgevingslucht neemt de verzadigingsdampdruk veel meer af dan de partiële druk
van het water, met als gevolg oververzadiging. De roetdeeltjes in het uitlaatgas maken de snelle vorming van kernen mogelijk door er watermoleculen aan te hechten. IJskristallen vormen zich direct bij lage temperaturen. |
| |
De belangrijkste verbrandingsproducten van kerosine zijn kooldioxide en waterdamp, evenals, in mindere mate, roetdeeltjes, zwavelzuur, salpeterzuur en de verbrandings- en recombinatieproducten van brandstofadditieven. Kerosine is geen zuivere stof met een uniforme
samenstelling, maar een mengsel van verschillende stoffen die het in combinatie mogelijk
maken om het te gebruiken als brandstof voor deze extreme eisen (zie ook JP-8 of de talrijke brandstofspecificaties voor de militaire luchtvaart) |
| |
Luchtverontreiniging die al in vloeibare of gasvormige vorm in de lucht aanwezig is, zoals freonen of andere oplosmiddelen of natuurlijke terpenen,
kan onder deze omstandigheden ook worden aangezogen voor verbranding of condenseren of opnieuw sublimeren in de uitlaatgasstroom uit de omgevingslucht. |
 |
| Afbeelding-1 |
|
|
 |
| Afbeelding-2 |
|
|
| 1: Uitlaatgassen van de motor achter een Airbus A340 van Swiss International Air Lines |
2: De condensstrepen (zoals bij deze DC-8-72) ontstaan iets achter de motoren, na vermenging met koele lucht en kristalgroei.
De lichtverstrooiing begint in het kortegolfblauwe bereik. |
|
| Lengte en levensduur |
|
Het verdere verloop is sterk afhankelijk van de situatie, met name van de relatieve luchtvochtigheid. In ongeveer 70 procent van de gevallen is
de lucht onderverzadigd, d.w.z. de relatieve vochtigheid is lager dan 100 procent, en de contrails lossen binnen enkele minuten op. De verticale verlenging is dan 300 tot 500 meter, afhankelijk van het type vliegtuig. |
| |
Wanneer de luchtvochtigheid rond de 100 procent is, lost het condensspoor op omdat de relatieve vochtigheid afneemt naarmate deze daalt.
Hoe snel individuele volume-elementen onzichtbaar worden, hangt af van de deeltjesgrootte en hun oorspronkelijke positie in de bundel.
Er kunnen zich mammaatachtige uitsteeksels vormen. |
| |
Als de omgevingslucht oververzadigd is, blijven de contrails langer aanhouden. Op grote hoogte is een vochtgehalte van meer dan 200% mogelijk.
De hoeveelheid waterdamp die uit de atmosfeer wordt geabsorbeerd, kan dan het motorvermogen enkele ordes van grootte overschrijden.
De levensduur kan enkele uren zijn, in één geval was een enkele contrail meer dan 17 uur zichtbaar op een satellietbeeld. Afhankelijk van de heersende windschering kan de breedte van de contrails oplopen tot meer dan 20 km; ze zijn dan moeilijk te onderscheiden van natuurlijk
gevormde cirrus. In de professionele wereld wordt dan gesproken van contrailcirrus. Deze kunnen meerdere dagen in de lucht blijven.
Meestal lossen ze echter snel op door een grootschalige verlaging van de lucht of veranderen ze in een gesloten bewolking door een
grootschalige opwaartse beweging. |
 |
| Afbeelding-3 |
|
|
 |
| Afbeelding-4 |
|
|
| 4: "Crossroads in the sky" met mammatus-achtige uitsteeksels |
| 5: Satellietbeeld van een dun wolkendek met talrijke donkere strepen en perforatiewolken |
| |
Als een vliegtuig dicht boven of onder een dun wolkendek vliegt, kan de downdraft die daardoor wordt veroorzaakt de wolk oplossen.
De contrail kan ook een schaduw werpen op een dun wolkenlaagje eronder, wat ook leidt tot een donkere streep. Bovendien kunnen contrails
ook 's nachts zichtbaar worden wanneer ze het maanlicht absorberen of verstrooien en daardoor de
maan gedeeltelijk afdekken |
 |
| Afbeelding-6 |
|
|
 |
| Afbeelding-7 |
|
| |
| 6: Donkere contrail van een straalvliegtuig, die een supervolle maan verduistert |
| 7: uitgebreide dekking van de lucht met contrails boven Nova Scotia |
| |
| Effecten op het klimaat |
| |
Het luchtverkeer beïnvloedt het klimaat door de uitstoot van kooldioxide en stikstofoxiden en door de vorming van condensstrepen.
De antropogene contrails bedekken een klein deel van de
lucht en verminderen zo de zonnestraling gedurende de dag door reflectie aan hun bovenzijde (verkoelend effect) en vergroten zo het planetaire albedo. Aan de andere kant absorberen
ijskristallen de straling die van de grond
komt en zenden ze minder energetische straling uit (broeikaseffect), wat opwarming veroorzaakt. Daarom wordt aangenomen dat het klimaat
wordt beïnvloed door de contrails van het luchtverkeer. De sterkte van dit effect en zijn rol in relatie tot globale verduistering of global warming zijn tot nu toe alleen met grote onzekerheid bekend,
maar lokaal wordt een impact op globale straling tot 2 W/m2 geschat. Lijnvormige contrails bedekken gemiddeld ongeveer 0,5% van de lucht boven Centraal-Europa, 0,7% overdag en iets
minder dan 0,3% 's nachts. De moeilijk meetbare contrailcirrus wordt buiten beschouwing gelaten en er zijn aanwijzingen dat de dekkingsgraad van alle contrails veel hoger is. Een DLR-onderzoek wees uit dat de condensatiewolken boven Centraal-Europa tijdelijk tot tien procent van de lucht kunnen bedekken. |
| |
Bij 31 mW/m2 is de opwarming van de aardatmosfeer door contrailcirrus iets groter dan het effect van de uitgestoten CO2 tijdens het vliegen.
De stralingsforcering van alleen contrails wordt
zelfs met een factor negen overschreden door contrail-geïnduceerde wolken. Met deze kennis
zou de impact op klimaatverandering kunnen worden verminderd door eenvoudige maatregelen - bijvoorbeeld door rond te vliegen in bijzonder vochtige gebieden (waarbij rekening moet worden gehouden met de bijbehorende extra emissies) of door aanpassingen aan de brandstof of
motor zodat de uitstoot van roet en waterdamp kunnen worden verminderd. Omgekeerd is het feit dat ongeveer twee derde van het
klimaateffect van vliegen niet te wijten is aan koolstofdioxide,
maar ook kan zelfs een overstap van fossiele kerosine naar e-brandstoffen die
worden geproduceerd met 100% hernieuwbare energie, het klimaateffect van het (langeafstands)luchtverkeer
slechts met ongeveer een derde verminderen. De andere aerosoldeeltjes in de vliegtuiguitlaat kunnen ook de natuurlijke wolkenvorming in de loop van dagen en in een relatief
groot gebied veranderen. |
Er is een bepalende dag/nacht factor. Waterdamp is inderdaad een krachtig broeikasgas (waarvan de coëfficiënt hoger is dan die van CO250),
maar deze waterdamp heeft een heel andere impact op de opwarming, afhankelijk van zijn vorm: |
| |
| - gecondenseerde vorm in de lucht, vooral in de vorm van wolken, die zonnestraling weerkaatsen |
| - waterdamp, onzichtbaar voor onze ogen, maar blokkeert een deel van het infrarood. |
| |
| Dagvluchten |
Contrails van vliegtuigen die in de zon vliegen, maken witter en/of reflecteren een deel van de thermische zonne-energie, en sturen deze terug
naar de ruimte voordat deze de tijd heeft gehad
om de grond of de luchtmassa's op te warmen. Dit fenomeen heeft de neiging om de lagere atmosfeer af te koelen. Albedo is hier het bepalende fenomeen. |
| |
| Nachtvluchten |
Waterdamp en wolken veroorzaakt door deze sporen verzetten zich tegen afkoeling door het infrarood dat door de grond wordt uitgezonden,
terug naar de grond te reflecteren. Dit vermindert de nachtelijke afkoeling van een verder heldere hemel en verhoogt daarom de opwarming
door de warmte die vanaf de grond wordt uitgestraald vast te houden in de lagere lagen van de atmosfeer, zoals een deken de warmte van
de slaper vasthoudt. |
 |
| Condenstrepen dag en nacht |
|
|
 |
| Afbeelding-8 |
|
 |
| Afbeelding-9 |
|
|
| |
8:
Deze condenstrepen bevatten CO2, CO, stikstofoxiden, kleine hoeveelheden kerosine en metaalreste . Ze ontstaan in een zeer koude
atmosfeer, maar onderworpen aan een intense stroom van meer energetische fotonen. |
9:
Seizoensgebonden waarnemingen van contrails,
boven Langley in de VS, in 1994-1995. Strepen worden het meest gezien vanaf de grond in
de late winter
en het vroege voorjaar. |
| Gevolgen van het stopzetten van het luchtverkeer |
| |
| Sinds het ontstaan van de commerciële luchtvaart hebben zich twee gevallen voorgedaan: |
| |
| Aanslagen van 11 september 2001 |
Het driedaagse verbod op overvliegen van de Verenigde Staten na de aanslagen van 11 september 2001 stelde de Universiteit van Wisconsin in
staat een temperatuurafwijking van meer dan
één graad Celsius waar te nemen van de thermische amplitude van een dag (verschil tussen de hoogste temperatuur overdag en de laagste 's nachts) Uit metingen en modellen bleek dat het temperatuurbereik tussen dag en nacht zonder
contrail ongeveer 1 graad hoger was dan in de voorgaande periode. Dit verschil is aanzienlijk. Zelfs als de temperatuur van dag tot dag sterk
varieert, waardoor het verzamelen van gegevens onbeduidend wordt, is de dag/nacht-amplitude op zijn beurt een veel minder variabele factor
van dag tot dag. |
| |
| Impact van de Eyjafjöll-uitbarsting in 2010 op het luchtverkeer |
De gevolgen van de uitbarsting van Eyjafjöll in april 2010 voor het luchtverkeer zorgen ervoor dat de condensstrepen in een groot deel van
het Europese luchtruim verdwijnen. In Engeland, Duitsland en Frankrijk hebben we in jaren niet meer zo'n streepvrije blauwe lucht gezien.
Op 21 april wordt aan de Europese lucht een terugkeer naar "normaal" waargenomen. |
Een dissipatiespoor, Cavum genoemd in de 2017-versie van de International Cloud Atlas, is het omgekeerde effect van een condensatiespoor
dat optreedt wanneer een straalvliegtuig door een dunne wolk gaat. De hoge temperatuur van de uitlaatgassen verwarmt de omringende lucht
en vermindert zo de relatieve vochtigheid van de lucht tot minder dan 100% achter het vliegtuig.
Dit verdrijft de druppeltjes uit de wolk en creëert
een duidelijke, duidelijk gedefinieerde groef. Dit fenomeen wordt gerapporteerd in meteorologische rapporten, zoals METAR of PIREP, door de afkorting Distrail, voor dissipatiespoor. |
| |
De cavum kan cirkelvormig zijn, waarbij virga typisch uit het centrale deel van het gat valt, wanneer een vliegtuig tijdens het stijgen of dalen
door de dunne wolkenlaag gaat. De vorm is cirkelvormig wanneer deze direct van onderaf wordt bekeken, maar kan ovaal lijken wanneer deze
van een afstand wordt bekeken. De cavum is lineair als het vliegtuig op wolkenniveau beweegt. In beide gevallen wordt het gat of de gang
geleidelijk breder. |
| |
 |
| Dissipatiepad op 22 november 2012 over Hong Kong. |
|
|
 |
| Voorbeeld van een cirkelvormig dissipatiespoor. |
|
|
|
|
|
|
|
