Конденсационный след самолёта¶

Конденсационный след (конденсационно-вихревой след, англ. contrail от condensation trail) — полоса из кристаллов льда или капель воды, образующаяся за летательным аппаратом в атмосфере при охлаждении и конденсации содержащихся в выхлопных газах водяного пара и влаги окружающего воздуха. Явление наблюдается преимущественно за реактивными самолётами на больших высотах и является одним из наиболее заметных визуальных эффектов авиации.

¶Механизм образования

Для появления конденсационного следа необходимо одновременное выполнение нескольких условий. Двигатель самолёта выбрасывает продукты сгорания керосина, содержащие водяной пар (один из продуктов сгорания углеводородного топлива). При выходе из сопла горячие газы смешиваются с холодным окружающим воздухом; если температура окружающего воздуха достаточно низкая (обычно ниже −40 °C), пар переходит в состояние перенасыщения и конденсируется на мельчайших частицах — ядрах конденсации (сажа, сульфаты, пыль), образуя облако из кристаллов льда.

Формально критерий появления следа описывается теорией Апплемана (Appleman): след возникает, если давление паров воды в выхлопных газах и окружающем воздухе суммарно превышает равновесное давление насыщенного пара при данной температуре. Чем ниже температура и выше влажность на высоте полёта, тем вероятнее появление следа и тем он устойчивее.

¶Виды конденсационных следов

Различают два основных типа следов:

• Конденсационные следы в узком смысле — короткоживущие полосы непосредственно за соплами двигателя, существующие секунды или десятки секунд. Образуются при относительно тёплом и сухом воздухе и быстро испаряются.
• Вихревые следы — устойчивые длинные полосы, которые могут существовать от нескольких минут до нескольких часов и растягиваться на сотни километров. Образуются в условиях перенасыщения влажностью и подвергаются воздействию вихревых потоков, закручивающих полосу в характерную форму «перьев» или «ленточек».

По внешнему виду различают также непрерывные (сплошные) и прерывистые следы, а также «перистые» следы, образующиеся при рассеивании кристаллов льда ветром на высоте.

¶Факторы, влияющие на образование

На продолжительность и вид следа влияют:

• Температура воздуха — главный фактор; при температуре выше −30…−35 °C след, как правило, не образуется.
• Влажность — при высокой влажности на высоте след существует дольше и может перерасти в дымку или перисто-слоистое облако.
• Тип двигателя — современные высокобайпасные турбовентиляторные двигатели (например, ПС-90, Д-18Т, Rolls-Royce Trent, CFM International CFM56) выбрасывают более холодные газы по сравнению с ранними турбореактивными двигателями, поэтому при прочих равных условиях образуют менее устойчивые следы.
• Высота полёта — следы чаще наблюдаются на эшелонах 8–12 км, где температура достигает −50…−60 °C.
• Метеорологические условия — турбулентность, ветер и наличие облаков определяют форму и скорость рассеивания следа.

¶Влияние на климат

Конденсационные следы рассматриваются как один из факторов антропогенного воздействия на климат. Долгоживущие следы могут сливаться в перисто-слоистые дымки (cirrus homogenitus по классификации ВМО), которые уменьшают приток солнечной радиации к поверхности и одновременно задерживают тепловое излучение Земли. Чистый радиационный эффект (радиационное принуждение) от следов оценивается исследователями как положительный, но величина его существенно уступает вкладу углекислого газа от авиации. Влияние следов на климат продолжает изучаться, в том числе в рамках программы ICAP (International Contrail Assessment Project).

¶В России

В России конденсационные следы регулярно наблюдаются над крупными транспортными коридорами — в частности, над Москвой, Санкт-Петербургом и на трассах Сибирского транзита. Авиаметцентр (Гидрометцентр России) публикует данные о высоте изотермы −40 °C, по которой можно прогнозировать вероятность появления следов. Интерес общественности к явлениям, связанным с конденсационными следами, периодически возрастает в связи с их визуальной заметностью и сходством с некоторыми другими атмосферными явлениями — метеорами, падениями спутников, испытаниями ракет.

¶Распространённые заблуждения

Конденсационные следы не следует путать с химическими аэрозолями и не имеют отношения к так называемому «химтрейлс» — конспирологической теории о якобы тайном распылении химических веществ из самолётов. Научных данных, подтверждающих существование подобных программ, нет; все наблюдаемые за самолётами полосы объясняются физикой конденсации и вихревой аэродинамики.

¶Применение

По наличию и характеру конденсационных следов в военной авиации судят о высоте и маршруте полёта воздушных судов. В метеорологии наблюдения за следами используются как косвенный индикатор влажности и температуры на высоте, а также для оценки вероятности образования перисто-слоистых облаков.

Источники:

• Appleman H. The Formation of Exhaust Condensation Trails by Jet Aircraft // Bulletin of the American Meteorological Society, 1953.
• Шевченко И. В. Физика атмосферных явлений. — Л.: Гидрометеоиздат.
• Lee D. S. et al. The contribution of global aviation to anthropogenic climate forcing for 2000 to 2018 // Atmospheric Environment, 2021.
• Материалы Гидрометцентра России и Авиаметцентра.