Estela
Estelas (abreviatura de "estelas dedensación") o estelas de vapor son nubes en forma de línea producidas por el escape de los motores de los aviones o por cambios en la presión del aire, generalmente a altitudes de crucero de los aviones a varias millas sobre la superficie de la Tierra. Las estelas se componen principalmente de agua, en forma de cristales de hielo. La combinación de vapor de agua en los gases de escape de los motores de los aviones y las bajas temperaturas ambientales que existen en altitudes elevadas permite la formación de las estelas. Las impurezas en el escape del motor del combustible, incluidos los compuestos de azufre (0,05% por peso en el combustible para aviones) proporcionan algunas de las partículas que pueden servir como sitios de nucleación para el crecimiento de gotas de agua en el escape. Si se forman gotas de agua, podrían congelarse para formar partículas de hielo que componen una estela. Su formación también puede desencadenarse por cambios en la presión del aire en los vórtices de las puntas de las alas o en el aire sobre toda la superficie del ala. Las estelas y otras nubes que resultan directamente de la actividad humana se denominan colectivamente homogenitus.
Dependiendo de la temperatura y la humedad a la altitud en que se formen las estelas, pueden ser visibles solo durante unos segundos o minutos, o pueden persistir durante horas y extenderse hasta varios kilómetros de ancho, hasta parecerse a nubes cirros o altocúmulos naturales. Las estelas persistentes son de particular interés para los científicos porque aumentan la nubosidad de la atmósfera. Las formas de nubes resultantes se describen formalmente como homomutatos y pueden parecerse a cirros, cirrocúmulos o cirroestratos, y en ocasiones se denominan cirrus aviaticus. Algunas estelas de vapor que se propagan persistentemente contribuyen al cambio climático.
Estelas de condensación como resultado del escape del motor
El escape del motor se compone predominantemente de agua y dióxido de carbono, los productos de combustión de los combustibles de hidrocarburo. Se han observado en concentraciones más bajas muchos otros subproductos químicos de la combustión incompleta de combustibles de hidrocarburos, incluidos compuestos orgánicos volátiles, gases inorgánicos, hidrocarburos aromáticos policíclicos, compuestos orgánicos oxigenados, alcoholes, ozono y partículas de hollín. La calidad exacta depende del tipo de motor y de la función básica del motor de combustión, siendo hasta el 30 % de los gases de escape de los aviones combustible sin quemar. (También se han detectado partículas metálicas del tamaño de una micra resultantes del desgaste del motor). A grandes alturas, cuando este vapor de agua emerge a un ambiente frío, el aumento localizado del vapor de agua puede elevar la humedad relativa del aire más allá del punto de saturación. Luego, el vapor se condensa en pequeñas gotas de agua que se congelan si la temperatura es lo suficientemente baja. Estos millones de pequeñas gotas de agua y/o cristales de hielo forman las estelas. El tiempo que tarda el vapor en enfriarse lo suficiente como para condensarse explica que la estela se forme a cierta distancia detrás de la aeronave. En altitudes elevadas, el vapor de agua sobreenfriado requiere un disparador para fomentar la deposición o la condensación. Las partículas de escape en el escape de la aeronave actúan como este activador, lo que hace que el vapor atrapado se condense rápidamente. Las estelas de escape generalmente se forman a grandes alturas; generalmente por encima de los 8000 m (26 000 pies), donde la temperatura del aire es inferior a −36,5 °C (−34 °F). También pueden formarse más cerca del suelo cuando el aire es frío y húmedo.
Un estudio de 2013-2014 respaldado conjuntamente por la NASA, el centro aeroespacial alemán DLR y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá NRC determinó que los biocombustibles podrían reducir la generación de estelas. Esta reducción se explicó demostrando que los biocombustibles producen menos partículas de hollín, que son los núcleos alrededor de los cuales se forman los cristales de hielo. Las pruebas se realizaron volando un DC-8 a altitud de crucero con un avión de recolección de muestras volando en estela. En estas muestras, el recuento de partículas de hollín que producen estelas se redujo entre un 50 y un 70 %, utilizando una mezcla al 50 % de combustible Jet A1 convencional y biocombustible HEFA (ésteres y ácidos grasos hidroprocesados) producido a partir de camelina.
Condensación por descensos de presión
A medida que un ala genera sustentación, hace que se forme un vórtice en la punta del ala y en la punta del flap cuando se despliega (las puntas de las alas y los límites de los flaps son discontinuidades en el flujo de aire). Estos vórtices de las puntas de las alas persisten en la atmósfera mucho después de la ha pasado el avión. La reducción de la presión y la temperatura en cada vórtice puede hacer que el agua se condense y que los núcleos de los vórtices de las puntas de las alas sean visibles. Este efecto es más común en días húmedos. A veces se pueden ver vórtices en las puntas de las alas detrás de los flaps de las alas de los aviones durante el despegue y el aterrizaje, y durante el aterrizaje del transbordador espacial.
Los núcleos visibles de los vórtices en las puntas de las alas contrastan con el otro tipo importante de estelas que son causadas por la combustión de combustible. Las estelas producidas por los gases de escape de los motores a reacción se ven a gran altura, directamente detrás de cada motor. Por el contrario, los núcleos visibles de los vórtices en las puntas de las alas generalmente se ven solo a baja altitud, donde la aeronave viaja lentamente después del despegue o antes del aterrizaje, y donde la humedad ambiental es más alta. Se arrastran detrás de las puntas de las alas y las aletas de las alas en lugar de detrás de los motores.
En configuraciones de alto empuje, las aspas del ventilador en la entrada de un motor turboventilador alcanzan velocidades transónicas, lo que provoca una caída repentina en la presión del aire. Esto crea la niebla de condensación (dentro de la entrada) que a menudo observan los viajeros aéreos durante el despegue.
Las puntas de las superficies giratorias (como hélices y rotores) a veces producen estelas visibles.
En las armas de fuego, a veces se observa un rastro de vapor cuando se dispara en condiciones excepcionales debido a los cambios en la presión del aire alrededor de la bala. Un rastro de vapor de una bala es observable desde cualquier dirección. El rastro de vapor no debe confundirse con el rastro de bala, que es un fenómeno mucho más común (y generalmente solo se puede observar directamente detrás del tirador).
Forzamiento radiativo
Las estelas, al afectar el balance de radiación de la Tierra, actúan como un forzamiento radiativo: atrapan la radiación de onda larga saliente emitida por la Tierra y la atmósfera más de lo que reflejan la radiación solar entrante. En 1992, el efecto de calentamiento se estimó entre 3,5 mW/m2 y 17 mW/m2. El forzamiento radiativo global se calculó a partir de los datos de reanálisis, los modelos climáticos y los códigos de transferencia radiativa; estimado en 12 mW/m2 para 2005, con un rango de incertidumbre de 5 a 26 mW/m2, y con un bajo nivel de conocimiento científico.
El efecto varía a diario y anualmente: los vuelos nocturnos contribuyen entre el 60 y el 80 % del forzamiento radiativo de la estela y representan el 25 % del tráfico aéreo diario, mientras que los vuelos de invierno contribuyen con la mitad del forzamiento radiativo medio anual y representan el 22 % del tráfico aéreo anual. tráfico. El cirro de estela puede ser el componente de forzamiento radiativo más grande del tráfico aéreo, más grande que todo el CO2 acumulado de la aviación, y podría triplicarse desde una línea base de 2006 a 160-180 mW/m2 para 2050 sin intervenciones.
Los rastros de condensación pueden causar cambios de temperatura superficial a escala regional durante algún tiempo. La NASA investigó los efectos atmosféricos y climatológicos de las estelas, incluidos los efectos sobre el ozono, la formación de cristales de hielo y la composición de partículas, durante el Proyecto de efectos atmosféricos de la aviación (AEAP).
Las estelas de bombardero afectaron el clima durante la Segunda Guerra Mundial. Se registró una temperatura 0,8 °C (1,4 °F) más alta cerca de las bases aéreas.
Variación de temperatura diurna
La variación de temperatura diurna es la diferencia entre las temperaturas máximas y mínimas del día en una estación fija. Las estelas disminuyen la temperatura diurna y aumentan la temperatura nocturna, reduciendo su diferencia.
Cuando ningún avión comercial sobrevoló los EE. UU. después de los ataques del 11 de septiembre, la variación de la temperatura diurna se amplió en 1,1 °C (2,0 °F). Medido en 4000 estaciones meteorológicas en los Estados Unidos continentales, este aumento fue el mayor registrado en 30 años. Sin estelas, el rango de temperatura diurna local fue 1 °C (1,8 °F) más alto que inmediatamente antes. Esto se debió quizás a un clima inusualmente despejado durante el período. En el sur de EE. UU., la diferencia se redujo en aproximadamente 3,3 °C (6 °F) y en 2,8 °C (5 °F) en el medio oeste de EE. UU.
Estelas frontales
La estela de un avión que vuela hacia el observador puede parecer generada por un objeto que se mueve verticalmente. El 8 de noviembre de 2010, en el estado estadounidense de California, una estela de este tipo atrajo la atención de los medios como un 'misil misterioso'. eso no pudo ser explicado por las autoridades militares y de aviación de los EE. UU., y su explicación como una estela tomó más de 24 horas para ser aceptada por los medios de comunicación y las instituciones militares de los EE. UU.
Distracciones
Cuando un avión pasa a través de una nube, puede dispersar la nube a su paso. Esto se conoce como distrail (abreviatura de "rastro de disipación"). El escape caliente del motor del avión y la mezcla vertical mejorada en la estela del avión pueden hacer que las gotas de nubes existentes se evaporen. Si la nube es lo suficientemente delgada, tales procesos pueden producir un corredor libre de nubes en una capa de nubes sólida. En Corfidi y Brandli (1986) apareció una observación satelital temprana de destrails que muy probablemente eran agujeros alargados inducidos por aeronaves.
Las nubes se forman cuando el vapor de agua invisible (H2O en fase gaseosa) se condensa en gotitas de agua microscópicas (H2O en fase líquida) o en cristales de hielo microscópicos (H2O en fase sólida). Esto puede suceder cuando se enfría aire con una alta proporción de agua gaseosa. Un drenaje se forma cuando el calor del escape del motor evapora las gotas de agua líquida en una nube, convirtiéndolas nuevamente en vapor de agua gaseoso e invisible. Las estelas también pueden surgir como resultado de una mezcla mejorada (arrastre de) aire más seco inmediatamente por encima o por debajo de una fina capa de nubes después del paso de un avión a través de la nube, como se muestra en la segunda imagen a continuación:
Galería
- Espacio aéreo: vistas de los contrails y los disturbios
Múltiples contrails sobre Nueva Escocia
Contralos formados debido a dos chorros cruzando sobre
Airliner contrails, algunos nuevos, algunos viejos, dispersados por el viento
Un contrail sobre Virginia suroeste
Un contrail lanzando una sombra sobre una capa de nube inferior
Contralor aéreo
Sobre la Ciudad de la Cultura de Galicia
Distrail – una línea estrecha de limpieza producida por un avión que pasa, aquí producido en un parche de cirrostratus delgado.
Distrail divide la nube de estratocumulus – restos de contrail visible (ver anotaciones en la página de descripción de Wiki Commons)
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- Aviones con redes de rastreo
Contralores iridescentes de un Boeing 747, cuando el sol brilla a través de un grupo de gotas de agua de tamaño similar en un ángulo relativamente pequeño
Un Airbus A340 de Lufthansa produce contrails
Two USAF F-15s approaching Soviet MiG-29s
Contralos frente al sol
Contralizador de motores detrás de un Airbus A340 de Swiss International Air Lines
B-17 bombarderos sobre Europa, 1944
USAAF 8a Fuerza Aérea B-17 y sus contrails
El avión de combate contraviene en el cielo durante la batalla del mar filipino el 19 de junio de 1944
El único Antonov 225 tenía senderos de vapor de sextuple distintivos
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