Городские ландшафты и антропогенные аэрозоли-частицы, взвешенные в атмосфере, - обладают потенциалом не только усиливать порывы ветра и увеличивать град; они также могут вызывать штормы раньше и даже притягивать их к городам, согласно новым исследованиям, изучающим влияние городского развития на опасную погоду, проведенным учеными из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США.

Смоделировав две грозы-одну возле Хьюстона, штат Техас, и другую в Канзас—Сити, штат Миссури,-ученый-атмосферист Дживен фан выяснил отдельные и синергетические эффекты, которые городские ландшафты и вызванные человеком аэрозоли могут оказывать на штормы, дождь и град.

В случае шторма в Канзас-Сити городская земля и аэрозоли работали вместе, чтобы увеличить частоту большого града примерно на 20 процентов. В Хьюстоне, в остальном более мягкая гроза сопровождалась усиленными, более продолжительными осадками, которые развивались раньше, среди других изменений.

Фан поделилась своими выводами на осеннем заседании Американского геофизического союза 2020 года во вторник, 1 декабря, и ответила на вопросы практически во вторник, 15 декабря.

"Новизна нашего исследования заключается в том, что мы рассматриваем как городскую землю, так и аэрозоли вместе, - сказал Фан, - а не их отдельные воздействия."

В предыдущей работе исследователи показали, что городская земля формирует погоду, как через ее топографическую природу, так и через тепло, которое она производит. Города часто теплее, чем их окрестности, потому что здания не только поглощают и удерживают солнечное тепло иначе, чем деревья и сельскохозяйственные угодья, но и блокируют поток ветра.

Тем не менее, многие исследования сосредоточены главным образом на том, как города и аэрозоли изменяют осадки и температуру, или только изучают влияние этих факторов отдельно, а не их совместное воздействие.

Смоделированные штормы показывают изменения в опасной погоде

Вентилятор моделировал два очень разных типа штормов: сильную, вращающуюся, наполненную градом грозу в Канзас-Сити и более мягкую, вызванную морским бризом грозу в Хьюстоне. Она смоделировала несколько вариантов одних и тех же штормов, с присутствием городов и аэрозолей и без них, чтобы изолировать влияние этих двух различных факторов.

В Хьюстоне послеполуденные ливни усилились, поскольку городская земля и аэрозоли работали синергически, усиливая количество осадков. По сравнению с моделями без городов, дождь залил Хьюстон примерно на полчаса раньше, увеличив его общее количество на дополнительные 1,5 миллиметра. Ветры морского бриза тоже дули сильнее, подстегиваемые влиянием городской земли.

Когда более прохладный и плотный воздух от морского бриза устремлялся к Хьюстону, он приносил с собой влагу и сталкивался с более теплым и легким городским воздухом. Они смешивались при встрече, создавая более сильную конвекцию по сравнению с моделированием без городской земли.

Грозовые облака Хьюстона начинались как теплые облака с каплями жидкости, но усилившийся морской бриз вызвал ускоренный переход к облакам смешанной фазы, названным так из-за их одновременной смеси водяного пара, частиц льда и переохлажденных капель воды. Даже после того, как морской бриз улегся, сказал Фан, остаточное тепло из города продолжало питать штормовую конвекцию в течение ночи, вызывая более продолжительный дождь. Сравните это с симуляцией фана, где город был удален, показывая более слабый морской бриз и шторм, который рассеялся раньше.

Аэрозоли играли большую роль в увеличении количества осадков, чем городские земли в Хьюстоне. По мере формирования смешанных фазовых облаков и усиления конвекции многочисленные ультрадисперсные частицы превращались в облачные капли. Это превращение усиливало превращение водяного пара в облачный конденсат, тем самым увеличивая скрытый нагрев и еще больше усиливая шторм.

В случае шторма в Канзас-Сити тепло из города переносилось с подветренной стороны, где оно встречалось с уже сформировавшейся бурей на северной границе города и деревни. Когда более теплый, сухой воздух встречался с более прохладным, более влажным сельским воздухом, он усиливал конвергенцию, создавая турбулентное смешение и более сильный шторм, который двигался к городской земле.

В отличие от Хьюстонской грозы, аэрозоли Канзас-Сити не влияли на инициацию или распространение шторма и сами по себе не оказывали значительного влияния на град. Но, когда они моделировались рядом с городской землей,оба усиливали град, синергически производя более опасный град. Из-за этой взаимосвязи, сказал Фан, важно учитывать как городскую землю, так и аэрозоли при изучении влияния городов на погоду и связанные с ней опасности.

Один только град наносит миллиарды долларов ущерба в США, и, по данным Национального управления океанических и атмосферных исследований, особенно крупные градины могут падать со скоростью более 100 миль в час.

Учет аэрозолей

Городская земля и аэрозоли формируют погоду по-разному, согласно вееру, в зависимости от других условий окружающей среды, например, от того, загрязнен ли уже воздух.

- Эффект аэрозоля действительно зависит от фоновой концентрации, - сказал Фан. "Если окружающая среда уже загрязнена, добавление большего количества аэрозолей, похоже, не сильно влияет. Но если вы уже находитесь в чистом состоянии и добавляете аэрозоли, это может оказать большое влияние."

Оживленный судоходный канал Хьюстона и близлежащие нефтеперерабатывающие заводы, три из которых находятся в районе его метро, регулярно выбрасывают аэрозоли в атмосферу, сказал Фан. Влажность тоже, добавила она, может усилить аэрозольный эффект.

Фан надеется, что ее работа может привести к более точным прогнозам опасной погоды, смягчая гибель и ущерб, наносимые штормами. Она планирует более глубоко изучить, как разрастающаяся урбанизация будет формировать сильные штормы в будущих климатических сценариях.

ИСТОЧНИК