新的研究表明,飞机排气的冷凝小径在全球变暖中发挥着重要作用。专家们担心改变航空发动机设计以减少二氧化碳排放的努力实际上可以创造更多的凝结尾,并更多地提高日常温度。

在晴朗的日子里,蓝色的天空上划过缕缕白色的痕迹,这是空中旅行为数不多的吸引人的特色之一。但它们也有黑暗的一面,尤其是在晚上。因为飞机引擎排放的废气所产生的凝结痕迹正在地球上形成一层通常看不见的热云。尽管这些“尾迹”只持续很短的时间,但它们对大气温度的每日影响要大于一个多世纪前莱特兄弟(Wright Brothers)首次试飞以来所有飞机累积的碳排放。

更令人担忧的是,研究人员在上月底警告说,工程师们通过提高发动机燃油效率来减少飞机二氧化碳排放的努力,将会产生更多、更白、更持久的尾迹——尤其是在热带地区,那里的航班预计增长最多。在一篇论文来自德国Oberpfaffenhofen大气物理研究所的Lisa Bock和Ulrike Burkhardt受到了该领域其他专家的广泛赞扬,他们预测到2050年,由尾迹造成的“辐射强迫”将增加近三倍。

飞机排放正在上升到气候议程上。从化石燃料与可再生能源接管发电、电动汽车的兴起,航班继续激增,越来越被视为潜在的未来最严重的气候威胁,不仅仅是因为人们还没有无碳替代技术或国际法规,降低排放。

民用飞机目前发出约2%的人为二氧化碳,一旦包括绑定的效果,导致5%的变暖。但有一个关键差异。虽然CO2积累在大气中并具有持久的效果,但最多持续时间底部,其变暖的影响是暂时的。

像普通圈云一样,Contrail云陷阱从地球表面散热,导致在下面的空中变暖。

Contrails是人造云。当空气潮湿和较冷于-40摄氏度时,它们形成在约25,000英尺的空气中。像常规云一样,当水蒸气时,在这种情况下,在发动机排气的情况下,通过冷凝到空气中的颗粒,在空气中的颗粒中形成液滴,在这种情况下从发动机烟灰。在一秒钟内,水滴冻结以制作微小的冰晶视觉上显示为绑定

如果空气不够凉爽或潮湿,凝结尾迹可能不会形成或可能很快消失。但在其他时候,它们会停留在周围——或者像粉笔标记一样在天空中紧密的白线,或者逐渐扩散形成薄薄的冰云层。它们与自然卷云相似,通常被称为尾迹卷云。

伯恩卡赫尔,Oberpfaffenhofen的大气物理学研究所,盖子底线云云在任何时候占全球天空的0.6% -金额九倍被凝结尾迹所覆盖。在空中交通流量大的地区,它们可以合并覆盖多达3.8万平方英里(约为印地安那州的面积),持续数小时甚至数天。

关注并不是新的。美国宇航局兰利研究中心帕特里克·米尼斯在二十多年前报道了在一个NASA会议上,蒸汽踪迹已经出现了40%的日子在纽约州,和后来说“增加卷曲覆盖范围,归因于空中交通,可以考虑到在1975年开始的近20年来观察到的几乎所有的变暖。”

但了解Contrail Cirrus云到气候的角色正在增长。Kärcher说,这些Will-O-Wisps的速度是困扰的最大组成部分。

2004年1月在一份早晨,在美国东南部地区的红外卫星图像显示在美国东南部。

2004年1月在一份早晨,在美国东南部地区的红外卫星图像显示在美国东南部。美国宇航局

像常规卷云一样,尾迹卷云对气候有两种相互竞争的影响。它们通过将射入的阳光反射回太空来遮蔽我们。但它们也会留住从地球表面散发出来的热量,从而导致下面的空气变暖。

在白天,冷却补偿了一部分的温暖。但在没有阳光的夜晚,只有升温效应起作用。红眼航班是气候的红灯。这就是理论,观测证据支持它。美国南部和中西部的研究结束了当凝结尾迹出现时,它们会提高夜间温度,从而使昼夜差异减少3摄氏度。

911之后,美国所有的商业航班都停飞了三天,昼夜温差增加到1.8度C.研究的作者,威斯康星大学的David Travis表示,在空中交通通常是更密集的,涨幅最强。

那么这在全球是如何发生的呢?这对气候变化意味着什么?计算很复杂,研究人员警告说,目前还不清楚巡航高度的所有变暖是否都转化为地球表面的变暖。但在这项新的研究中,博克和伯克哈德认为,尾迹和尾迹卷云对地球辐射平衡的平均影响是每平方米地球表面50毫瓦。

该图是2006年,美国联邦航空管理数据集的基准年份。从一世纪的航空大气中积累的二氧化碳中的24毫瓦是两倍的两倍(并且是在大约1,600毫瓦的时间的总人为效果的重要组成部分)。

如果世界希望从飞机上进行大的短期贡献,以保持低于温度目标,则凝结尾可提供。

这种比较是可能的误导性的,因为他们没有反映来自不同飞机排放的变暖影响的非常不同的长期影响。凝块和卷心云最多只为几个小时创造。“如果航空今天停止了,刀盘将在几个小时内消失,”阅读大学的基思闪耀说。它们不会积累并留下没有挥之不去的效果,而航空大部分的二氧化碳在大气中粘在大气中几个世纪。随着越来越多的越来越散发出来,它保持建立 - 即使航空停止,二氧化碳也将持续很长时间。

因此,在较长的运行中,如果我们想关闭全球变暖,就没有替代遏制二氧化碳排放。但是,如果世界希望从飞机上贡献大量的短期贡献,以使我们将我们低于一些特定的温度目标,例如1.5℃,则对绑定的动作可以提供。在几天内,它会在大气中取出一些热量。它可能,Kärcher说,“购买时间以更大地减少飞机二氧化碳排放。”

它可以完成吗?对本文所说的研究人员提供了三种方法,尽管他们不同意其最有潜力。

一是使飞机远离可能形成尾迹的空气。这可以通过改变高度来实现垂直方向,也可以通过绕过问题空气来实现水平方向。但是目前飞机的飞行路线都是最短的,飞行高度也尽量减少燃料燃烧,所以Kärcher说,“用这种方式控制飞机的轨迹……几乎肯定会导致飞机二氧化碳排放的增加。”

有一个潜在的权衡。在回顾性研究在加利福尼亚州美国宇航局艾米斯研究中心的高级科学家班达·斯里德哈尔的真实航班发现,换海 - 通常通过飞行的飞行更加温暖 - 可能会在互联网上减少35%,以获得额外的燃料燃烧只有0.23%。

即便如此,如果处理得当,全球变暖可能会有一个净的整体减少。大气物理研究所的Volker Grewe研究了横跨季节的800次真实的跨大西洋飞行,以及它们的飞行路径是如何被改变以减少由尾迹和二氧化碳造成的综合变暖效应的。他发现可能有一个减少10%在升温中只有1%的运营成本增加。

2000年2月的葡萄牙利斯本队伍。

2000年2月的葡萄牙利斯本队伍。NASA / JPL / UCSD / JSC

当然,在繁忙的空中交通管制室中不同地造出最佳飞行路径。“你必须预测高精度,大气条件有利于互结的地层,所以你可以自信地规划重新航线,”闪耀,重新路由的强大倡导者。“如果你弄错了,你可能会发出更多的二氧化碳,因为没有收益。”但他估计与正确的研究一起,它可以在十年内实时完成。

由于僵局在夜晚有最大的变暖潜力,因此缩短了更改飞行时间的想法。这不会完全有效,因为白天凝结尾部产生卷云可以持续到夜晚的云云。但它可以有所帮助。

最小化凝块的第二种方法是将燃料 - 基于煤油的燃料从基于煤油,氢气,液体天然气,甚至电力变为生物燃料。电池的电动推进可以一天结束所有对刀具,但远远甚远,特别是对于长途航班。但是,如果烧毁“整洁”,其他替代燃料可以切割烟灰排放,其中水蒸汽凝结在困境中90%或更多根据Massachusetts理工学院的Fabio Caiazzo的说法。即使是50:50的生物燃料和基于煤油的燃料也可能会烟灰。

减少烟灰可能不一定减少绑定。但是Burkhardt和Bock的建模研究,与同事安德烈亚斯Bier,去年结束了烟尘的减少将“强烈地减少”卷云尾迹的范围和寿命。

潜在的第三种方法:改变发动机设计,从给定的燃料燃烧产生更多的推进能量。这已经是航空工程师的最重要,寻求降低成本,也将减少二氧化碳排放量。但是,关于Contrails的问题,Bock和Burkhardt表示问题。

他们的新论文警告说,提高燃料燃烧效率将减少发动机中热量的浪费,从而导致更冷的废气。尾迹的产生主要取决于周围空气的低温。所以较冷的排气“会增加轨迹形成的概率和轨迹辐射力,”他们说

即使燃料的改变减少了烟尘排放,研究人员估计,到2050年,轨道产量将增加2.8倍。

亮表示同意。“如果能更有效地利用燃烧热量推动飞机飞行,而不是加热尾气,那么发动机效率的提高可能会导致更多的尾迹。”这就产生了一个越来越大的风险,即减少燃料成本和二氧化碳排放的努力将导致更多的航迹。

赌注很高。留给自己的设备,航空公司预计将在2050年将全球交通增加四倍。发动机性能的改进可能会限制从二氧化碳的升温到2.4,Bock和Burkhardt预测。但即使燃料变化也会减少烟灰排放,他们估计歹徒生产将增加2.8倍。这是足够的,Kärcher说,尽可能多地添加0.1℃凝结造成的全球变暖。

然而,即使它使碰撞问题更糟,国际航空业尚未提出解决问题的建议。其目前的气候缓解计划,被称为国际航空(Corsia)的碳抵消和减少方案,是抵消2020年后行业二氧化碳排放的任何增加,例如通过种植树木。但偏移仅涵盖CO2 - 创建扭转激励才能添加到Contreatails。

国际民航组织是一家一直协调该行业对气候紧急应对的联合国机构,不提供其方法变革的前景。它的沟通负责人,威廉·雷兰特 - 克拉克表示,它只能在目前不存在的技术/科学共识的基础上改变粘性。没有常见的数字“对于凝结盲的气候影响。他拒绝评论新论文。但Kärcher解除了这种方法。“不确定性被用作留在不活跃的借口中,”他说。

在对尾迹对气候影响的测量中肯定存在不确定性。事情确实很复杂,因为凝结尾迹和二氧化碳的变暖效应在不同的时间尺度上发挥作用。

可以说,在停止气候变化的大图片中,凝结尾和碰撞卷云不太重要,因为他们不会以二氧化碳的方式积累。但他们在飞机飞行的每一天都会在全球变暖中增加。他们可以在世纪中加入“多为[全球化的程度,”,“Kärcher说。

鉴于世界已经是巴黎协议设定为1.5度的升温的三分之二,至少可以做一些有关帮助实现这一目标的手段。