Conditions for and Prevention of Contrails in Swedish Airspace — Modelling the Impact of Contrails in 2024
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
Condensation trails are the white line-shaped clouds that can appear after aircraft as their exhaust mixes with the ambient air. In certain conditions, these can survive for hours and develop into cirrus-like clouds. These are believed to be one of the largest contributors to non-CO2 emissions from aviation, impacting global warming. They can have both a warming and a cooling effect, depending on the balance of inbound shortwave radiation and outbound longwave radiation. The net total is, however, a warming effect. Various mitigation strategies have been proposed. In this work, navigational avoidance by altitude adjustments is studied within the context of Swedish airspace. This is achieved by analysing historical flight trajectory data and meteorological data for the year 2024 using open-source contrail models, aircraft performance models, and aircraft trajectory optimisation models. Two contrail models — the Contrail Cirrus Prediction Model (CoCiP) and an algorithmic Climate Change Function (aCCF) from CLIMaCCF — are compared against each other. As expected, there are clear seasonal and diurnal effects, both regarding which altitudes that are contrail-prone, and which hours that see a net warming and net cooling effect. Geographical effects are more difficult to discern, especially due to the sharp decrease in air traffic north of 60°N. The relationship between navigational avoidance and other mitigation strategies is also discussed based on findings from related works.
Abstract [sv]
Kondensationsstrimmor är de vita sträck på himlen som kan uppkomma efter flygplan när deras avgaser blandas med luft mättad på vatten. Under vissa förhållanden kan det ta flera timmar innan de åter förångas och innan dess hinner utvecklas till cirrusliknande moln. Dessa uppges vara bland de största bidragarna till flygets klimatpåverkande utsläpp. De kan ha en både positivt och negativt påverkande effekt beroende på balansen mellan den ingående och utgående strålning som reflekteras av dem. Summan är däremot att det tillförs energi till jordens energibudget. Flera motverkande strategier finns föreslagna. Strategin som undersöks i detta arbete är huruvida det går att undvika att skapa dessa kondensationsstrimmor genom att ändra flyghöjd ifall de bidrar till en ökning av energi. Historiska data för flygtrafiken och de meteorologiska förhållandena i svenskt luftrum analyseras för år 2024. Detta genomförs med öppet tillgängliga modeller för flygprestanda, skapandet av kondensationsstrimmor, och modeller för optimering av flygrutter. Två modeller för kondensationsstrimmor jämförs mot varandra: CoCiP och CLIMaCCF. Säsongsrelaterade och dygnsrelaterade förutsättningar framstår för vilka flyghöjder kondensationsstrimmor är mer sannolika samt när de har en positivt respektive negativt påverkande effekt. Skillnader i geografiska förutsättningar är svårare att urskilja, särskilt i beaktning av att mängden kommersiell flygtrafik norr om Arlanda är avsevärt mycket mindre än söder om. Samband mellan flyghöjdsändringar och andra motverkande strategier diskuteras utifrån relaterad forskning inom området.
Place, publisher, year, edition, pages
2025.
Keywords [en]
contrail modelling, trajectory optimisation, CoCiP, CLIMaCCF, OpenSky, OpenAP, climate impact, condensation trail, flight planning, aviation
Keywords [sv]
kondensstrimmor, kondensationsstrimmor, ruttoptimering, CoCiP, CLIMaCCF, OpenSky, OpenAP, klimatpåverkan, flygplanering, modellering, luftfart
National Category
Other Engineering and Technologies Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-220876ISRN: LiU-ITN-TEK-A--25/068--SEOAI: oai:DiVA.org:liu-220876DiVA, id: diva2:2033426
Supervisors
Examiners
2026-01-292026-01-292026-01-29Bibliographically approved