Lecącym z Londynu do Singapuru samolotem Singapore Airlines wstrząsnęły turbulencje tak gwałtowne, że jedna osoba zginęła, a maszyna musiała lądować awaryjnie. To nie pierwsza i najpewniej nie ostatnia taka sytuacja. Nagłe szarpnięcia, wiry powietrzne, uskoki wiatru czy niespodziewane oblodzenia. Musimy przygotować się na to, że loty będą wymagały od pilotów coraz lepszych umiejętności, a od pasażerów coraz więcej zimnej krwi.
Materiał archiwalny
Foto: Materiały własne
Boeing 747 wystartował z Tokio wieczorem 28 grudnia 1997 r., kierując się na wschód, do Honolulu. Po godzinie już na wysokości przelotowej 9,4 km wystąpiły lekkie turbulencje. Kapitan, doświadczony pilot United Airlines, włączył sygnalizację „zapiąć pasy”, ale gdy turbulencje minęły, wyłączył ją. Około godziny później sygnalizacja „zapiąć pasy” znów się zaświeciła. Nagle samolot gwałtownie wzniósł się, a potem opadł z ogromnym przyspieszeniem. Siła była tak duża, że stojący między fotelami steward został wyrzucony pod sufit do góry nogami i trzymał się tylko za blat swojego wózka. Pasażerowie wpadli w panikę, rozległy się krzyki i jęki bólu. Piloci podjęli decyzję o powrocie na jedno z japońskich lotnisk. Wylądowali szczęśliwie, ale 15 osób na pokładzie było ciężko rannych (trzy miały złamany kręgosłup), a pasażerka, która nie zdążyła zapiąć pasów, zmarła.
To jedne z najgorszych skutków turbulencji w światowym lotnictwie. Jednak wypadki związane z tymi zjawiskami zdarzają się częściej. 2 marca 2023 r. samolot Lufthansy musiał awaryjnie lądować w Austin w Teksasie, bo „ludzie i jedzenie wprost latały w powietrzu” – jak określił to jeden z pasażerów. Zaledwie dwa dni później w wyniku turbulencji zginął jeden z pasażerów.
Musimy przygotować się na to, że takich zdarzeń będzie więcej, a loty będą wymagały od pilotów coraz lepszych umiejętności, a od pasażerów coraz więcej zimnej krwi. Jak prognozują klimatolodzy, liczba niebezpiecznych dla lotnictwa zjawisk atmosferycznych będzie się zwiększać.
Kłopoty z prądem
O tym, że problemy z powodu turbulencji będą się nasilać, ostrzegają naukowcy z Wydziału Meteorologii Uniwersytetu w Reading w Wielkiej Brytanii w artykule w „Nature”. Ich badanie dotyczy tak zwanych turbulencji czystego nieba (ang. clear air turbulence – CAT). – Większość z nich to zaburzenia w przepływie powietrza występujące w górnych warstwach atmosfery, związane z prądem strumieniowym. Jest to „rzeka” okrążająca Ziemię na wysokości 7-12 km, przebiegająca na granicy ciepłych i zimnych mas powietrza, w której zasięgu powietrze przemieszcza się nawet powyżej 300 km na godzinę – tłumaczy Krzysztof Piasecki, meteorolog z Centralnego Biura Prognoz Lotniczych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej. I nie jest tak, że samoloty tego silnego prądu powietrznego unikają. – Przeciwnie, korzystają z jego energii, która znacznie przyspiesza lot. W prądzie strumieniowym podróż z Ameryki do Europy może być nawet o dwie godziny krótsza niż w przeciwną stronę – tłumaczy Piasecki. Jednak prąd strumieniowy pomaga w locie tylko wtedy, kiedy pilot wie, gdzie on jest i wleci w jego zasięg w odpowiedni sposób. Jeśli zahaczy o ten prąd przypadkiem, może dostać się w strefę turbulencji. Powstają one bowiem wskutek zjawiska zwanego uskokiem wiatru, nagłą zmianą jego prędkości czy kierunku wraz z wysokością. Takie pionowe uskoki generują zaburzenia, skutkujące wstrząsami samolotu, nagłą utratą siły nośnej skrzydeł lub podrzucaniem maszyny do góry.
Jak wykazał zespół z University of Reading pod kierownictwem dr. Simona H. Lee, liczba uskoków w prądzie strumieniowym na półkuli północnej wzrosła od 1979 r. o 15 proc. Jest to związane z ociepleniem klimatu. – W ostatnich latach obserwujemy nasilające się meandrowanie prądu strumieniowego. Zamiast klasycznego przepływu z zachodu na wschód zaczyna przebiegać np. z północy na południe, zmienia się również pionowy rozkład prędkości i kierunków wiatru, co prowadzi do powiększania obszarów z warunkami sprzyjającymi turbulencji – mówi Krzysztof Piasecki. Polarny prąd zachowuje się w ten sposób przez to, że ze względu na szybkie ocieplanie się Arktyki różnica temperatury między arktycznymi a polarnymi masami powietrza jest coraz mniejsza. – Różnica temperatur wpływa na prędkość wiatru, a więc jest silnikiem napędzającym prąd strumieniowy – tłumaczy meteorolog.
Do tego zmiany temperatur nie są na całej wysokości prądu takie same – wykazali naukowcy z Reading. Spowalniają one siłę wiatru w dolnych warstwach prądu, podczas gdy w jego górnych warstwach wieje tak samo szybko jak wcześniej. I to właśnie sprawia, że liczba i siła pionowych uskoków jest coraz większa. – Jeśli prąd strumieniowy zwalnia w niższych warstwach atmosfery, ale pozostaje niezmieniony w wyższych, to uskoki w tych wyższych musiały wzrosnąć – tłumaczy w „The Washington Post” prof. Paul D. Williams, współautor tego badania.
Liczba uskoków będzie zwiększać się wraz z dalszym ocieplaniem klimatu. Do 2050 r. incydentów silnych turbulencji może być nawet dwa razy więcej niż dzisiaj. Tak wynika z jednego z wcześniejszych badań prof. Williamsa, który wyliczył tempo wzrastania częstotliwości turbulencji. Meteorolodzy na ogół dzielą je na cztery typy – od najsłabszych do ekstremalnych. Według prof. Williamsa, w czasie lotu transatlantyckiego na standardowej wysokości 12 km liczba doświadczanych przez pasażerów samolotu łagodnych turbulencji wzrośnie o 59 proc., turbulencji umiarkowanych o 94 proc., a silnych i ekstremalnych – aż o 159 proc.!
Zjawisko to będzie szczególnie uciążliwe na półkuli północnej, bo na niej koncentruje się większość ruchu lotniczego – przez strefy turbulencji CAT przelatuje około 3000 samolotów dziennie. Na szczęście te turbulencje nie są przyczyną katastrof lotniczych. Prof. Williams uspokaja, że ryzyko tego, że samolot spadnie z powodu turbulencji CAT, jest praktycznie zerowe. Ale liczba ludzi poturbowanych w czasie lotu (zwłaszcza tych, którzy nie zapną w porę pasów bezpieczeństwa) może znacznie się zwiększyć.
Wiry przy ziemi
Niestety, nie będą to jedyne „atrakcje”, które mogą czyhać na podróżnych i pilotów. Zapewne wzrośnie też siła innego rodzaju turbulencji, zdecydowanie groźniejszych. – To turbulencje powstające nisko przy ziemi, a samolot wpada w nie tuż po starcie albo przed samym lądowaniem – mówi Krzysztof Piasecki. Te zakłócenia w przepływie powietrza mają zupełnie inną przyczynę. – Blisko ziemi zachodzi silne tarcie powietrza o grunt i przeszkody na nim, na przykład góry czy wysokie budynki, a to zaburza siłę i kierunek wiatru, wywołując turbulencje wznoszącego się lub opadającego samolotu – tłumaczy Piasecki.
Szczególnie groźne są sytuacje, kiedy dochodzi do zmiany normalnej różnicy temperatury między dolnymi a górnymi warstwami atmosfery. – Zazwyczaj im wyżej, tym jest chłodniej, ale może dojść do sytuacji, że na dole będzie powietrze zimniejsze, a na górze cieplejsze. Z tego powodu w jednej i w drugiej masie powietrza występują zupełnie inne wiatry, o innej prędkości i kierunku, a przemieszczenie się z jednej masy w drugą może spowodować turbulencje – mówi meteorolog. Groźnie jest też wtedy, gdy na niebie formują się chmury konwekcyjne, na przykład przed wiosennymi i letnimi burzami. – To pionowe ruchy powietrza, a prądy wznoszące organizują się w kominy konwekcyjne. W sąsiedztwie prądów wznoszących występują także prądy opadające, a znalezienie się samolotu w takiej strefie może spowodować nie tylko znaczne turbulencje, ale nawet utratę siły nośnej i rozbicie samolotu – tłumaczy meteorolog. Naukowcy dopiero w latach 70. i 80. XX wieku przekonali się, jak groźne mogą być te kominy dla samolotów. – Te zjawiska spowodowały wówczas kilka dużych katastrof. Piloci po dostaniu się w zasięg prądu wznoszącego, powodującego wzrost siły nośnej, wyhamowywali silniki. Gdy jednak samolot, lecąc dalej, znalazł się w strefie prądu opadającego, następowała gwałtowna utrata siły nośnej i samolot zaczynał niekontrolowane opadanie – tłumaczy Krzysztof Piasecki.
Dlatego w przypadku zbliżającej się burzy meteorolodzy wydają pilotom ostrzeżenia, nakazujące omijanie obszaru zagrożenia. – Jednak czasami turbulencje w dolnej troposferze (czyli w warstwie granicznej) pojawiają się, zanim jeszcze widać oznaki ruchów konwekcyjnych, czyli chmury burzowe cumulus i cumulonimbus – mówi Piasecki. – Dopóki nie pojawią się więc chmury, jesteśmy w stanie prognozować jedynie ich możliwość na sporym obszarze, a nie wskazać dokładne miejsce – twierdzi meteorolog. Do tego silne turbulencje związane z pionowymi ruchami powietrza mogą występować w obszarze nawet 30 km od widzialnych chmur burzowych. A wpadnięcie w taką chmurę, zwłaszcza niewielkiego samolotu, może skończyć się tragicznie. Jeden z takich przypadków opisuje AOPA Foundation, amerykańska organizacja bezpieczeństwa lotów. 25 czerwca 2006 r. pilot samolotu Piper PA-34 Seneca próbował przelecieć przez burzę nad Tafton w Pensylwanii. Wleciał w strefę turbulencji tak silną, że niewielki samolot dosłownie rozpadł się w powietrzu, a pilot i jego dwóch pasażerów stracili życie.
Prognozy trafne albo nie
Mimo coraz większej wiedzy meteorologów i coraz bardziej specjalistycznych narzędzi do tworzenia prognoz pogody zjawiska takie jak turbulencje czystego powietrza czy uskoki wiatru są wciąż bardzo trudne do prognozowania. – Jesteśmy w stanie wyznaczyć trasę prądu strumieniowego i jego meandry, pokazują nam to i urządzenia pomiarowe umieszczone na balonach meteorologicznych oraz satelitarnych, przebieg prądu widać też na zdjęciach satelitarnych, bo wzdłuż niego w określony sposób układają się chmury – mówi Krzysztof Piasecki. Jednak tego, czy w danym miejscu rzeczywiście występują turbulencje, urządzenia pomiarowe nie są w stanie wskazać. Taką wiedzę uzyskuje się od pilotów pierwszych samolotów, które wlecą w strefę turbulencji.
Ale to niejedyne zjawiska, które sprawiają wiele trudności synoptykom i pilotom. – W moim odczuciu jedne z trudniejszych do dokładnego prognozowania zjawisk to mgły oraz nisko położone chmury stratus. Trudnym zadaniem jest dokładne prognozowanie, gdzie mgła się pojawi i jak będzie gęsta, a to przecież zjawisko, które dramatycznie ogranicza widoczność przy starcie i lądowaniu i może być przyczyną unieruchomienia całego lotniska na wiele godzin – tłumaczy Krzysztof Piasecki.
Do niedawna paraliż lotnisk w promieniu nawet wielu tysięcy kilometrów wywoływały wybuchy wulkanów. – Ich pyły są wielkim zagrożeniem dla silników samolotów, dlatego na przykład po wybuchu Eyjafjallajökull w 2010 r. na Islandii zamknięto lotniska w niemal całej Europie – wspomina Krzysztof Piasecki. Dziś jednak aż tak szeroko zakrojone działania nie byłyby konieczne, bo po pierwsze, nowoczesne silniki są bardziej odporne na przedostanie się do nich drobin pyłu, a po drugie, meteorolodzy dysponują narzędziami i superkomputerami pozwalającymi bardziej precyzyjnie wyznaczyć drogi rozprzestrzeniania się pyłu.
Być może wkrótce łatwiej będzie też wykrywać turbulencje czystego nieba. Jak twierdzi prof. Williams, działaniem, które znacząco poprawiłoby możliwości unikania ich podczas lotów transkontynentalnych, byłoby wyposażenie każdego samolotu w lidar. To podobne do radaru urządzenie oparte na technologii laserowej. Lidar byłby w stanie wykryć niewidoczne zakłócenia w powietrzu na tyle wcześnie, aby w porę ostrzec pasażerów czy umożliwić pilotom wykonanie manewru unikającego. Badania w tym kierunku prowadził międzynarodowy zespół naukowców i inżynierów z Unii Europejskiej w ramach projektu DELICAT. Badacze zbudowali prototyp detektora w oparciu o lidar, który był w stanie wykrywać umiarkowane turbulencje z odległości 0,3-30 km.
Na razie jednak urządzenie to jest zbyt drogie, aby instalować je masowo w samolotach. Lepiej więc latać w zapiętych pasach.