NASEM (2025) Developing a Research Agenda on Contrails and Their Climate Impacts. Consensus Study Report. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. Washington, DC: The National Academies Press, 86p. – https://doi.org/10.17226/29073 – free access document pdf (prepublication available)
Med spletnimi novicami za medije je združenje ameriških nacionalnih akademij za znanosti, inženirstvo in medicino (angl. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine – NASEM) 8. maja 2025 objavila prispevek pod naslovom Coordinated Approach to Contrails Research Needed to Ensure Competitiveness of U.S. Aviation Industry, Says New Report.
Ta dokument predstavlja poročilo Nacionalnih akademij znanosti, inženiringa in medicine, ki poudarja potrebo po koordiniranem nacionalnem programu raziskav o kondenzacijskih sledeh (angl. Contrail) in njihovih vplivih na podnebje. Poročilo poudarja, da so ti sledovi, ki jih puščajo letala, lahko pomemben dejavnik globalnega segrevanja, primerljiv z emisijami iz fosilnih goriv v letalstvu. Za ohranjanje konkurenčnosti ameriške letalske industrije na svetovnem trgu, še posebej ob novih mednarodnih regulacijah, je ključnega pomena razvijanje boljšega razumevanja in strategij za zmanjšanje teh sledi. Ameriška nacionalna aeronavtična in vesoljska uprava (angl. National Aeronautics and Space Administration – NASA) je predlagana kot vodilna agencija za usklajevanje teh raziskovalnih naporov med vladnimi agencijami, industrijo in akademskimi ustanovami. Poročilo predlaga raziskave na področju zaznavanja in napovedovanja kondenzacijskih sledi, naprednih tehnologij za zmanjšanje emisij delcev in operativnih prilagoditev letov za izogibanje območjem, kjer se sledovi najverjetneje oblikujejo.
Summary (izvleček):
Letalstvo ima pomemben globalni vpliv na podnebje, ki izhaja iz interakcije izpušnih plinov reaktivnih motorjev z ozračjem. Emisije CO2 iz letalstva zaradi izgorevanja fosilnih goriv za letala znašajo približno 2,5 % skupnih antropogenih emisij CO2 in prispevajo k skupnemu antropogenemu vplivu na podnebje. Vplivi letalstva na podnebje, ki niso povezani s CO2, so po ocenah enaki vplivom CO2 iz letalstva. Eden največjih vplivov letalstva na podnebje, ki niso povezani s CO2, je posledica obstojnih kondenzacijskih sledi (kontraili) in cirusnih oblakov, ki jih povzroča letalstvo. Kontraili nastanejo, ko se izpušni plini hladnega letalskega motorja prekomerno nasičijo z vodo (tj. relativna vlažnost presega 100 %), kar povzroči nastanek številnih majhnih vodnih kapljic, ki zamrznejo in ustvarijo vidno belo sled. Ko je okoliška atmosfera prenasičena z ledom, se te začetne kondenzacijske sledi lahko večajo in ostanejo v obliki cirusnih oblakov več ur (slika S-1); v nasprotnem primeru se kondenzacijske sledi sublimirajo. Vztrajni cirusni oblaki, podobno kot naravni cirusni oblaki, razpršijo sončno svetlobo nazaj v vesolje (ohlajevanje) in zadržijo toplotno sevanje Zemlje (segrevanje). Nočni kondenzacijski sledovi vedno segrevajo, medtem ko lahko dnevni kondenzacijski sledovi ohlajajo ali segrevajo, odvisno od atmosferskih in površinskih pogojev ter optičnih lastnosti kondenzacijskega sledu. Modeliranje obeh sevalnih učinkov kaže, da na splošno, ob upoštevanju vseh vztrajnih kondenzacijskih sledov, ki jih ustvarja sedanja flota letal, vztrajni kondenzacijski sledovi in cirrus, ki jih povzroča letalstvo, ustvarjajo segrevalni učinek. Poleg tega je, ker so za podnebje pomembni le obstojni cirusni kondenzacijski sledovi, ključnega pomena, da se lahko napovedujejo in diagnosticirajo te ledu presežene regije (ISSR) v atmosferi, za katere se domneva, da so vodoravno obsežne (~stotine kilometrov), vendar navpično plitve (~stotine metrov). V tem poročilu se izrazi kondenzacijski sledovi, obstojni kondenzacijski sledovi, cirusni kondenzacijski sledovi in oblačnost, ki jo povzroča letalstvo, uporabljajo kot sopomenke.
Združene države Amerike so aktivno vključene in vodilne v vseh vidikih letalstva, vključno s prispevanjem k najnovejšim raziskavam na področju znanosti o letenju in njegovih vplivih na okolje. Vlada Združenih držav Amerike v sodelovanju z industrijo in akademsko sfero razpolaga z ogromnimi viri za pomoč industriji pri sprejemanju pametnih odločitev za zmanjšanje vpliva letalstva na okolje ter ohranjanje in izboljšanje globalne konkurenčnosti. V zadnjih letih so mednarodne organizacije začele urejati različne vidike teh vplivov, ki zadevajo tako ameriške komercialne letalske prevoznike kot proizvajalce letal. Združene države potrebujejo zadostne podatke o vzrokih in učinkih obstojnih kondenzacijskih sledi ter možnih ukrepih za njihovo zmanjšanje, da se bodo lahko odzvale na to novo regulativno okolje. Industrija močno podpira raziskave emisij in kondenzacijskih sledi, kar je priložnost za povečanje diferenciacije ameriškega trga in gospodarske konkurenčnosti.
V začetku leta 2024 je NASA Nacionalni akademiji znanosti, inženirstva in medicine naložila, naj razvije nacionalni raziskovalni program, ki bo izboljšal znanstveno razumevanje obstojnih kondenzacijskih sledi in oblačnosti, ki jo povzroča letalstvo, ter pospešil razvoj tehničnih in operativnih rešitev za zmanjšanje njihovega vpliva na podnebje. NASA je že več kot desetletje vodilna ameriška vladna agencija na področju raziskav obstojnih kondenzacijskih sledi in oblačnosti, ki jo povzroča letalstvo, in tesno sodeluje z raziskovalci iz vse ameriške vlade in po vsem svetu. Izvedla je več raziskovalnih kampanj za opazovanje nastajanja kondenzacijskih sledi, nazadnje novembra 2024. Poleg tega ima NASA dolgo zgodovino razvoja vesoljskih plovil za opazovanje Zemlje ter podatkovnih produktov, ki jih uporabljajo operativne agencije, kot je NOAA, in je razvila senzorje, ki jih lahko uporabljajo komercialna letala za merjenje atmosferskih pogojev, povezanih z nastajanjem kondenzacijskih sledi. NASA je bila vključena tudi v razvoj novih tehnologij pogona in letalskih goriv ter ima tesne vezi z industrijo na teh področjih. Nazadnje, NASA ima dolgoletne odnose z Zvezno letalsko upravo (FAA), vključno z razvojem tehnologij za nadzor zračnega prometa (ATC), izkušnjami in povezavami, ki bodo dragocene pri prihodnjih strategijah za zmanjševanje kondenzacijskih sledov.
Odbor za raziskovalni program za zmanjšanje vpliva letalskega prometa na oblačnost in obstojnost kondenzacijskih sledi iz komercialnega letalstva je bil ustanovljen konec pomladi 2024 in kmalu zatem začel zbirati podatke ter organizirati sestanke s predstavniki komercialne industrije, ameriškimi vladnimi agencijami, regulativnimi organi in mednarodnimi organizacijami v drugi polovici leta 2024, da bi oblikoval niz prednostnih priporočil za raziskave. Opis nalog odbora je vključen v Prilogo A.
Večina segrevalnega učinka kondenzacijskih sledi izhaja iz relativno majhnega odstotka vseh letov. Nadaljnje raziskave bodo omogočile boljše razumevanje vzrokov za obstojne kondenzacijske sledi, metod za modeliranje njihovih učinkov in novih dejavnikov, kot so razvoj novih pogonskih sistemov in sintetičnih goriv, ki vplivajo na nastajanje kondenzacijskih sledi. Mednarodne organizacije so že začele proces merjenja, poročanja in preverjanja (MRV) nastajanja emisij, vključno s kondenzacijskimi sledmi. Brez pomembnih raziskav obstaja nevarnost, da bodo Združene države Amerike postale manj konkurenčne v komercialnem letalstvu, če na primer ne bodo razvile izboljšane tehnologije in operativnih postopkov za odzivanje na nove predpise.
Lokacijo in obseg kondenzacijskih sledov je mogoče opredeliti na več načinov, med drugim z vesoljskimi senzorji in senzorji in situ, ki se lahko namestijo na komercialna letala. Glavna negotovost pri nastajanju in obstojnosti kondenzacijskih sledov je sposobnost opazovanja in/ali napovedovanja ISSR, kjer je relativna vlažnost nad ledom (RHi) večja od 100 odstotkov. RHi vzdolž letalskih poti se izračuna iz temperature in vlažnosti v zgornjem troposferi. Za omejitev modelnih napovedi in trenutnih napovedi ISSR na višini letenja in pogojev za nastanek kondenzacijskih sledov so potrebne natančne vertikalne in horizontalne meritve vlažnosti z visoko ločljivostjo.
Sistemi za modeliranje atmosfere že obstajajo in se uporabljajo za različne namene, kot so napovedovanje vremena, napovedovanje podnebja in kakovost zraka. Posamezne kondenzacijske sledi se pogosto modelirajo z zelo podrobnimi in majhnimi modeli oblakov. Le nekaj sistemov za modeliranje atmosfere vključuje kondenzacijske sledi. Ker napovedovanje kondenzacijskih sledov postaja vse pomembnejše in se zbira vedno več podatkov o njih, je treba modele atmosfere in kondenzacijskih sledov povezati v celovit sistem, da se lahko različne modele in meteorološke podatke preizkuša in uporablja za napovedovanje kondenzacijskih sledov.
Glavna vrzeli v našem razumevanju lokacije in pojavljanja obstojnih kondenzacijskih sledov je pomanjkanje visoko natančnih opazovanj vlažnosti v območjih letenja letal v zgornji troposferi (temperatura se že meri iz letal). Želena natančnost je 1–2 delcev na milijon (ppm) do spodnje meje zaznavnosti 20–30 ppm. Sedanji sistemi senzorjev in situ za komercialna letala nimajo zanesljivosti in stabilnosti kalibracije, potrebne za široko uporabo v komercialni floti. Senzorji morajo biti integrirani z obstoječimi sistemi za prenos podatkov iz letal in certificirani za nova in obstoječa letala. Uporaba velikega števila senzorjev vodne pare v komercialni letalski floti bi bila neprecenljiva za simulacijo in napovedovanje prekomerne nasičenosti z ledom na višini letenja za Nacionalno agencijo za oceane in atmosfero (NOAA), FAA in druge nacionalne in mednarodne zainteresirane strani.
Kot že omenjeno, obstaja prepričanje, da obstojne kondenzacijske sledi povzročajo segrevanje. Čeprav obstaja ±70-odstotna negotovost glede obsega segrevanja podnebja zaradi kondenzacijskih sledi, je znak segrevanja (tj. segrevanje v primerjavi z ohlajanjem) robusten, če se upošteva celotna flota. Negotovost glede vpliva obstojnih kondenzacijskih sledi na podnebje za posamezen let pa ostaja velika. Učinke kondenzacijskih sledi s kratko življenjsko dobo (ure) je treba primerjati z učinki emisij CO2 z dolgo življenjsko dobo (desetletja do stoletja), merila za primerjavo pa temeljijo na fizikalnih in družbenih predpostavkah (časovni okvir, ki nas zanima).
Boljši podatki o nastajanju kondenzacijskih sledi lahko omogočijo strategije za zmanjšanje njihovega vpliva. Obstaja več metod za zmanjšanje ali ublažitev vpliva obstojnih kondenzacijskih sledi na podnebje. Ena od možnih metod je sprememba načina delovanja letal, da se prepreči nastajanje kondenzacijskih sledi z velikim vplivom. Nekatere posebne kondenzacijske sledi znatno prispevajo k segrevanju podnebja, zato je njihovo zmanjševanje z operativnimi ukrepi v situacijah, ki ne povzročajo znatnih dodatnih emisij CO2, trdna strategija ne glede na izbrano merilo. Operativno zmanjševanje kondenzacijskih sledi zahteva delo v okviru sedanjega sistema kontrole zračnega prometa, da se letala varno preusmerijo in se izognejo območjem nastajanja kondenzacijskih sledi. Elementi sedanjega sistema kontrole zračnega prometa bi lahko omejili sposobnost letal za izvajanje učinkovitih strategij izogibanja ob ohranjan Drugi potencialni dejavniki zmanjševanja bi lahko bili uporaba alternativnih goriv in naprednih tehnologij zgorevanja motorjev, ki bi lahko zmanjšali nastajanje in obstoj kondenzacijskih sledi.
Priporočila v tem poročilu predstavljajo prednostne naloge nacionalne strategije raziskav kondenzacijskih sledi in zagotavljajo vizijo, kako bi raziskave lahko sčasoma podprle operativno zmanjševanje kondenzacijskih sledi. Odbor jih je nadalje razvrstil v ključne kratkoročne in dolgoročne raziskovalne prednostne naloge ter druge prednostne naloge.