I paesaggi urbani e gli aerosol prodotti dall'uomo, particelle sospese nell'atmosfera, hanno il potenziale non solo di rendere le raffiche più forti e la grandine più grandi; possono anche scatenare tempeste prima e persino trascinarle verso le città, secondo una nuova ricerca che esplora l'impatto dello sviluppo urbano sulle condizioni meteorologiche pericolose, guidato da scienziati del Pacific Northwest National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

Modellando due temporali, uno vicino a Houston, Texas, e un altro a Kansas City, Missouri.—La scienziata dell'atmosfera Jiwen Fan ha scoperto gli effetti separati e sinergici che i paesaggi urbani e gli aerosol causati dall'uomo possono avere sulle tempeste, pioggia e grandine.

Nel caso della tempesta di Kansas City, il suolo urbano e gli aerosol hanno lavorato insieme per amplificare la frequenza della grandine di circa il 20%. A Houston, un temporale altrimenti più dolce ha visto amplificato, precipitazioni più durature che si sono sviluppate prima, tra le altre modifiche.

Fan ha condiviso le sue scoperte alla riunione autunnale del 2020 dell'American Geophysical Union, martedì, 1 dicembre e ha risposto alle domande virtualmente martedì, 15 dicembre.

"La novità del nostro studio è che consideriamo insieme sia il suolo urbano che gli aerosol, " ha detto Fan, "invece dei loro impatti separati".

Nei lavori precedenti, ricercatori hanno dimostrato che la terra urbana modella il tempo, sia per la sua natura topografica che per il calore che produce. Le città sono spesso più calde dei loro dintorni, perché gli edifici non solo assorbono e trattengono il calore del sole in modo diverso rispetto agli alberi e ai terreni agricoli, ma anche bloccare il flusso del vento.

Eppure molti studi si concentrano principalmente su come le città e gli aerosol modificano le precipitazioni e la temperatura, o esaminare solo l'influenza di tali fattori separatamente, piuttosto che il loro effetto congiunto.

Tempeste simulate rivelano cambiamenti nel tempo pericoloso

Fan ha modellato due tipi molto diversi di tempeste:la violenta di Kansas City, rotante, temporale pieno di grandine, e Houston è più gentile, temporale indotto dalla brezza marina. Ha simulato più versioni delle stesse tempeste, con e senza città e aerosol presenti, isolare gli effetti di questi due distinti fattori.

A Houston, gli acquazzoni pomeridiani si sono gonfiati mentre il suolo urbano e gli aerosol hanno lavorato sinergicamente per amplificare le precipitazioni. Rispetto alle simulazioni senza città, la pioggia ha inzuppato Houston circa mezz'ora prima, aumentando il suo totale di 1,5 millimetri in più. Anche la brezza marina soffiava più forte, istigato dall'influenza del territorio urbano.

Quando è più fresco, l'aria più densa della brezza marina scorreva verso Houston, portava con sé umidità e si scontrava con più caldo, aria di città più leggera. I due si mescolarono all'incontro, creando una convezione più forte rispetto alle simulazioni senza suolo urbano.

Le nuvole temporalesche di Houston sono iniziate come nuvole calde con solo gocce liquide, ma la brezza marina rafforzata ha causato una transizione accelerata alle nuvole a fase mista, chiamati per la loro miscela simultanea di vapore acqueo, particelle di ghiaccio e gocce d'acqua super raffreddate. Anche dopo che la brezza marina si è alzata, ha detto Fan, il calore residuo della città ha continuato ad alimentare la convezione temporalesca per tutta la notte, causando piogge di lunga durata. Confrontalo con la simulazione di Fan in cui la città è stata rimossa, mostrando una brezza marina più debole e una tempesta che si è dissipata prima.

Gli aerosol hanno svolto un ruolo più importante nel migliorare le precipitazioni rispetto ai terreni urbani di Houston. Man mano che si formavano nubi a fase mista e la convezione diventava più forte, numerose particelle ultrafini sono state trasformate in goccioline di nuvole. Questa trasformazione ha migliorato la conversione del vapore acqueo in condensati di nubi, aumentando così il riscaldamento latente e rafforzando ulteriormente la tempesta.

Nel caso della tempesta di Kansas City, il calore della città veniva portato sottovento, dove ha incontrato la tempesta già formata al confine urbano-rurale settentrionale. Quando è più caldo, aria più secca incontrata più fresca, aria rurale più umida, ha intensificato la convergenza, creando un mescolamento turbolento e una tempesta più violenta che si spostava verso il territorio urbano.

In contrasto con il temporale di Houston, Gli aerosol di Kansas City non hanno influenzato l'inizio o la propagazione della tempesta, né loro, da soli, influenzare notevolmente la grandine. Ma, quando simulato a fianco del territorio urbano, le due grandine amplificate, sinergicamente producendo una grandinata più pericolosa. A causa di questa relazione, ha detto Fan, è importante considerare sia il suolo urbano che gli aerosol quando si esplora l'impatto che le città hanno sul tempo e sui rischi associati.

La sola grandine infligge miliardi di dollari di danni negli Stati Uniti e, secondo la National Oceanic and Atmospheric Administration, è possibile che chicchi di grandine particolarmente grandi cadano a oltre 100 miglia orarie.

Contabilità per aerosol

Il terreno urbano e gli aerosol modellano il tempo in modo diverso, secondo Fan, a seconda di altre condizioni ambientali, come se l'aria fosse già inquinata.

"L'effetto dell'aerosol dipende in realtà dalla concentrazione di fondo, " ha detto Fan. "Se l'ambiente è già inquinato, l'aggiunta di più aerosol non sembra influire molto. Ma se sei già in una condizione pulita e aggiungi aerosol, può produrre un grande impatto."

Il trafficato canale di spedizione di Houston e le vicine raffinerie di petrolio, di cui tre nella sua area metropolitana, scaricare regolarmente aerosol nell'atmosfera, disse Fan. Umidità, pure, lei ha aggiunto, può amplificare l'effetto dell'aerosol.

Fan spera che il suo lavoro possa portare a previsioni più accurate di condizioni meteorologiche pericolose, mitigare la morte e i danni causati dalle tempeste. Ha in programma di esplorare più a fondo come l'urbanizzazione tentacolare formerà gravi tempeste negli scenari climatici futuri.