Zapnijcie pasy – nadchodzą wibracje

Po 11 godzinach lotu samolot linii Singapore Airlines zmierzający z Londynu do Singapuru wpadł w bardzo silne turbulencje, w wyniku których ponad setka osób – pasażerów i członków załogi – została ranna, a jedna osoba zmarła. Samolot lądował awaryjnie w Bangkoku. Było to 21 maja br. Dwa dni później silnej turbulencji doświadczył airbus tureckich linii, odbywający krótki lot ze Stambułu do Izmiru. Samolot nagle opadł, a jedna ze stewardes, która nie zdążyła zapiąć pasów, połamała żebra wskutek uderzenia najpierw o sufit, a potem o podłogę. Minęły trzy dni i ten sam chochlik zabawił się z maszyną linii Qatar Airways, lecącą z Dohy do Dublina. Zaczęło nią rzucać, kiedy znajdowała się nad Turcją. Lekkie rany odniosło 12 osób – 6 pasażerów i 6 członków załogi. Lot jednak dokończono, a po wylądowaniu 8 osób zabrano na obserwację do szpitala w Dublinie. Kolejny thriller zafundowała atmosfera podróżującym z Madrytu do Montevideo na początku lipca. Boeing hiszpańskiej linii Air Europa wpadł w tak silną turbulencję, że musiał awaryjnie lądować w Brazylii, bo pilnej pomocy medycznej potrzebowało ponad 30 osób.

Każdego roku zdarza się kilka takich poważnych w skutkach epizodów. W marcu 2023 r. airbus Lufthansy, który wystartował z Austin w USA i zmierzał do Niemiec, półtorej godziny po starcie, gdy znajdował się na wysokości ponad 10 km, doświadczył nagłych szarpnięć, podskoków i kołysań, w wyniku których 9 osób zostało na tyle poważnie rannych, że trzeba było przerwać lot. W lipcu 2023 r. 7 osób zostało rannych wskutek turbulencji, w którą wpadł samolot linii Hawaiian Airlines, lecący z Honolulu do Sydney. Miesiąc później mocno zakołysało boeingiem Delty lecącym z Mediolanu i znajdującym się w odległości 64 km od docelowego lotniska w Atlancie. Maszyna wylądowała bezpiecznie, ale w przypadku 11 osób konieczna była hospitalizacja.

Opisane powyżej zdarzenia to ekstremalne przykłady kłopotów, w jakie może wpaść pędzący z dużą prędkością samolot. Zwykle turbulencja nie jest aż tak wyboista, choć wciąż bywa nieprzyjemna. W internecie znajdziemy wiele filmików nakręconych przez pasażerów samolotu, który znalazł się na łasce poruszających się chaotycznie prądów powietrznych. Fruwające przedmioty, wylewające się z naczyń płyny, krzyki przerażonych ludzi, nierzadko wymiotujących. Nie, to zdecydowanie nie zachęca do latania, ale potem sięgamy po uspokajające statystyki, z których wynika, że jak na liczbę ludzi wybierających tę formę transportu turbulencja stanowi znikome zagrożenie dla zdrowia i życia. Każdego dnia wzbija się w powietrze średnio ponad 100 tys. samolotów, w których zasiada łącznie ponad 10 mln ludzi. Pomnóżmy to przez liczbę dni w roku, a otrzymamy ok. 4 mld pasażerów rocznie. Po pandemii koronawirusa komunikacja lotnicza szybko się odbiła. Przybywa lotnisk, linii i maszyn. Prognozy mówią o dalszym wzroście popularności tej formy transportu.

Równo i gładko już było

Ale są też inne prognozy. Te dotyczące turbulencji. Wynika z nich, że przyjdzie nam do niej przywyknąć. Prawdopodobieństwo, że podczas lotu znajdziemy się w jej zasięgu, wzrośnie kilkukrotnie. W rzeczywistości rośnie ono już od pewnego czasu. W zeszłym roku naukowcy z brytyjskiej uczelni University of Reading opublikowali na łamach „Geophysical Research Letters” analizę dotyczącą jednej z najbardziej podstępnych form tego zjawiska, zwanej turbulencją czystego nieba, która pojawia się bez zapowiedzi na dużych wysokościach. To ona sprawia największe kłopoty pilotom i największy dyskomfort pasażerom. Brytyjscy badacze sięgnęli po dane obserwacyjne dotyczące wyższych warstw troposfery (tam latają pasażerskie liniowce), pochodzące ze średnich szerokości geograficznych półkuli północnej. Obejmowały lata 1979–2020. Stwierdzili, że w tym czasie wyboistość atmosfery wyraźnie wzrosła – najbardziej nad Bliskim Wschodem, północną Afryką, środkową i zachodnią Europą, Ameryką Północną oraz nad praktycznie całym Atlantykiem. W przypadku północnej części tego akwenu, nad którą lata mnóstwo samolotów, częstotliwość turbulencji czystego nieba wzrosła średnio o jedną trzecią, ale silnej i bardzo silnej – o ponad połowę.

Kilka tygodni temu inna grupa badaczy, tym razem z Université de Toulouse we Francji, opublikowała wyniki bardzo zbieżne z tym, co ustalili poprzednicy. W czasopiśmie „Journal of Geophysical Research: Atmospheres” naukowcy napisali, że w latach 1981– 2020 liczba przypadków turbulencji czystego nieba znacznie wzrosła w pięciu regionach świata: Afryce Północnej, Azji Wschodniej, na Bliskim Wschodzie oraz nad północnym Atlantykiem i północnym Pacyfikiem. W zależności od regionu ten wzrost wyniósł 60–155%. Po zdiagnozowaniu przeszłości przyszła pora na prognozę. Ta rysuje się jeszcze bardziej wyboiście – stwierdzili naukowcy z Tuluzy, którzy posługując się modelami komputerowymi, przeprowadzili symulacje zjawiska dla różnych fragmentów półkuli północnej. Ich modele przewidują, że atmosfera stanie się najmniej stabilna w Azji Wschodniej, Afryce Północnej oraz na Bliskim Wschodzie.

„W atmosferze jest coraz więcej energii, a to przekłada się na wzrost prędkości jet streamów – wielkich prądów powietrznych, pędzących z zachodu na wschód na wysokości 9–12 km, czyli na tej, na której latają samoloty. Turbulencja czystego nieba pojawia się zazwyczaj w ich pobliżu. Im więcej energii w atmosferze, tym silniejsze jet streamy i większe ryzyko natknięcia się na nagłe zmiany prędkości i kierunku wiatru” – napisali autorzy badań, podkreślając, że linie lotnicze oraz producenci samolotów będą musieli wziąć pod uwagę wzrost ryzyka turbulencji i zainwestować w rozwój systemów oraz urządzeń do przewidywania i rozpoznawania zawirowań atmosfery.

Niektóre firmy już reagują na wzrost częstotliwości zjawiska. Korean Air – główny południowokoreański przewoźnik – od 15 sierpnia br. zaprzestał podawania podczas lotów długodystansowych zup błyskawicznych zwanych u nas popularnie chińskimi. Decyzję uzasadniono tym, że coraz częściej zdarzały się przypadki oparzeń spowodowanych wylewaniem się gorącego płynu, kiedy samolot nagle wlatywał w strefę wyboistej pogody. Z danych udostępnionych przez linię wynika, że w dwóch ostatnich latach jej maszyny podczas długich przelotów wpadały w turbulencję ponad dwa razy częściej niż jeszcze dekadę temu. „Zwykle intensywność tych wstrząsów jest niewielka lub najwyżej umiarkowana, ale zdarzało się, że na podłodze lądowało serwowane lub sprzedawane w kabinie jedzenie: kubki z kawą lub herbatą, plastikowe butelki, pojemniki z potrawami czy też gorąca zupa wylewająca się z miseczek i powodująca oparzenia” – tłumaczyli przedstawiciele linii lotniczej.

Wirujące niebo

Co dziś wiemy o turbulencji? Zacznijmy od jej definicji. W uproszczonej i oczyszczonej z naukowego żargonu wersji brzmi ona mniej więcej tak: to chaotyczne i kapryśne wiry powietrza zaburzonego przez rozmaite siły. Jeśli zdarzało się Państwu obserwować spokojnie unoszącą się z ogniska smugę dymu, która w pewnym momencie zaczyna przeobrażać się w kłębowisko chaotycznych splotów, to właśnie byli Państwo świadkiem powstawania turbulencji. Takie piruety mogą pojawić się wszędzie w troposferze – tuż nad ziemią i na wysokości 10 km. Dlatego wyróżniono wiele rodzajów turbulencji. Niektóre z nich są łatwiejsze do przewidzenia i mniej dolegliwe, inne sprawiają więcej kłopotów.

Jedną z najczęstszych jest turbulencja pojawiająca się nad wysokimi łańcuchami górskimi. Tak jak fala morska załamuje się w płytkim morzu podczas zbliżania do plaży, tak samo zafalowania powstają w powietrzu docierającym do wysokiej bariery orograficznej. Część strumieni powietrznych łagodnie wspina się po jej zboczach i przepływa na drugą stronę, ale część tworzy zawirowania, czasami bardzo silne, po stronie zawietrznej. Ich obecność zdradzają wiszące nad szczytami, podobne do wielkich soczew chmury średniego piętra zwane altocumulus lenticularis. Piloci samolotów pasażerskich starają się omijać strefę występowania tych chmur, ponieważ często ponad nimi pojawia się turbulencja. Zdarza się, że szerokość takiej strefy sięga 150–200 km. Z kolei poniżej soczewkowatych olbrzymów mogą się formować jeszcze groźniejsze od nich chmury rotorowe. Są to wielkie poziome wiry generujące niebezpieczne porywy wiatru oraz turbulencję tak silną, że pilot może utracić kontrolę nad samolotem. Lotnisko w Gibraltarze należy do względnie często nawiedzanych przez takie rotory. Zamyka się wtedy pas startowy.

Niektórzy zaliczają turbulencję górską do szerszej kategorii turbulencji mechanicznych. Obejmuje ona zawirowania powstające nie tylko nad górami, ale za wszelkimi wyższymi przeszkodami terenowymi. Kluczowe znaczenie ma tu prędkość wiatru. Im mocniej wieje, tym mniejsza struktura naturalna lub stworzona przez człowieka staje się źródłem turbulencji. Szczególnie nieprzyjemne są nagłe szkwały, które mogą mocno potrząsnąć samolotem znajdującym się na niewielkiej wysokości.

Kolejną powszechnie występującą formą turbulencji jest ta, która pojawia się w słoneczne dni, gdy słońce nierównomiernie ogrzewa teren, powodując, że w jednych miejscach cieplejsze powietrze się unosi, a w innych chłodniejsze opada. Jest to turbulencja konwekcyjna, ponieważ ten rodzaj krążenia powietrza i transportu energii cieplnej w atmosferze nazywany jest konwekcją. Kiedy samolot przelatuje przez strefę silnej konwekcji, na zmianę unosi się i opada, jakby jechał po wyboistej drodze. W tym przypadku te „wyboje” mogą mieć kilkaset metrów wysokości, a w skrajnych przypadkach – ponad kilometr. Taka turbulencja występuje od powierzchni gruntu do górnej granicy warstwy objętej konwekcją, natomiast powyżej zanika. Jeśli prądy wstępujące są silne i prowadzą do rozwoju wysoko wypiętrzonych chmur kłębiastych takich jak podobny do wieży cumulus congestus, wówczas konwekcja sięga aż do ich czubków, a turbulencja w nich może być wtedy bardzo silna. Z tego powodu samoloty nie wlatują do wielkich chmur burzowych typu cumulonimbus. Omijają je szerokim łukiem w odległości przynajmniej 25–30 km, aby nie narazić się na kontakt z potężnymi prądami wstępującymi i zstępującymi, pojawiającymi się nie tylko w samej chmurze, ale też wokół niej.

Na szczęście tego rodzaju olbrzymy są łatwe do namierzenia, choć nie zawsze łatwe do ominięcia, jeśli łączą się w duże zgrupowania. Pilot musi wtedy podjąć decyzję, czy nadkładać drogi, czy przelecieć ponad burzową chmurą, co może wiązać się z nieprzyjemnymi podskokami. Najczęściej jednak do turbulencji konwekcyjnej dochodzi podczas lądowania. Pojawiające się na zmianę prądy wznoszące i opadające, jeśli są silne i zmienne, mogą sprawić spore kłopoty, utrudniając utrzymanie maszyny na ścieżce podejścia do lotniska i wykonanie ostatnich czynności poprzedzających przyziemienie (dotknięcie ziemi kołami). Zdarzały się wypadki, podczas których z powodu bardzo silnej turbulencji samolot dotykał ziemi zbyt wcześnie lub zbyt późno. Kiedy pogoda jest niestabilna i sprzyja rozwojowi konwekcji termicznej, najlepiej jest wyruszać w podróż wcześnie rano lub późno wieczorem.

Turbulencja może się też pojawić wtedy, gdy samolot przelatuje przez strefę frontu atmosferycznego oddzielającego zimną i ciepłą masę powietrza. Gdy ta pierwsza naciera na drugą, mamy do czynienia z frontem chłodnym, na którego przodzie często wyrastają wielkie chmury burzowe. Nawet jeśli samolotowi uda się je wszystkie ominąć, i tak samemu przelotowi przez strefę frontową o szerokości kilkudziesięciu kilometrów towarzyszy turbulencja, zwykle niezbyt silna. Wyboje mogą się też pojawić podczas inwersji temperatury, gdy przyziemna warstwa powietrza jest chłodniejsza niż ta znajdująca się ponad nią. Jeśli różnica w kierunku i/lub prędkości wiatru pomiędzy dwiema warstwami jest znaczna, samolotem może trochę potrząsnąć. Takie raptowne przejście nazywane jest uskokiem wiatru.

Ten sam uskok wiatru odpowiada za wspominaną już kilkukrotnie turbulencję czystego nieba, w skrócie zwaną CAT (od ang. clear air turbulence). To ona przyprawia meteorologów i pilotów o największy ból głowy. Czeka na samoloty na dużych wysokościach i przeważnie przy bezchmurnym niebie. Atakuje nagle i ze sporym impetem. Naukowcy prognozują wzrost jej częstotliwości i intensywności w związku ze zmianą klimatu, która z kolei zwiększa moc jet streamów. Mają one długość wielu tysięcy kilometrów, grubość ok. 2 km i szerokość kilkuset. W ich środku prędkość wiatru wynosi 200–300 km/h, czasem więcej, ale szybko spada wraz z oddalaniem się od rozpędzonego centrum. CAT pojawia się tam, gdzie ten spadek prędkości jest najszybszy, a zatem nie w samym jet streamie, ale na jego obrzeżach. Na każdej z półkul wieją po dwa takie prądy – polarny i podzwrotnikowy. Ich droga na wschód nie jest prosta, lecz pofalowana i zmienna, więc namierzenie stref, w których akurat skrywa się turbulencja, jest prawie niemożliwe. Wiadomo natomiast, iż polarny jet stream, przebiegający nad średnimi szerokościami geograficznymi półkuli północnej, a więc często również nad Polską, jest silniejszy zimą, co oznacza, że wtedy łatwiej wpaść w zastawioną przez niego pułapkę.

Laser wykryje turbulencję?

Gdzie zatem na kuli ziemskiej można najczęściej wpaść w turbulencje? Nad wysokimi łańcuchami górskimi, oceanami, w strefach monsunów, w pobliżu równika (konwekcja) i w sąsiedztwie jet streamów (CAT). Szwedzki portal Turbli, monitorujący turbulencję atmosferyczną, opracował na podstawie danych pozyskanych z amerykańskiej Narodowej Agencji Oceanów i Atmosfery oraz z brytyjskiego Met Office niedługą listę najbardziej „wyboistych” dróg lotniczych na świecie w 2023 r. Są na niej m.in. szlaki: Santiago (Chile)– –Santa Cruz (Boliwia), Ałmaty (Kazachstan)–Biszkek (Kirgistan), Lanzhou–Chengdu (Chiny), Mediolan (Włochy)–Genewa (Szwajcaria) oraz Mediolan–Zurych (Szwajcaria).

Chociaż naukowcy zgodnie podkreślają, że turbulencje staną się częstsze, to natychmiast dodają, że nie musi to oznaczać zwiększenia liczby poszkodowanych czy ofiar śmiertelnych. Zawirowania powietrza, nawet bardzo silne, nie stanowią zagrożenia dla samych samolotów – ich konstrukcji, systemów i setek czułych urządzeń. Być może w odległej przyszłości pojawią się maszyny łagodzące skalę wstrząsów, ale na razie takie pomysły znajdują się na bardzo wczesnym etapie badań. Jeden z zespołów pracuje nad systemem przeciwdziałającym nagłym uderzeniom wiatru poprzez zmodyfikowanie strumieni powietrza wokół skrzydeł. Główny nurt badań dotyczy jednak monitorowania i rozpoznawania stref turbulencji. Ma to szczególne znaczenie w przypadku CAT. O ile bowiem samolot pasażerski dzięki radarowi może zawczasu namierzyć wielkie chmury konwekcyjne z burzami i nawałnicami, o tyle nie istnieje obecnie urządzenie identyfikujące choćby z wyprzedzeniem kilku minut strefę turbulencji czystego nieba. Tych kilka minut ma kluczowe znaczenie, bo zdecydowana większość osób poszkodowanych w wyniku nagłego pojawienia się powietrznych wybojów siedziała z niezapiętymi pasami. Piloci nie mogli ich ostrzec, bo sami nie wiedzieli, co się za chwilę wydarzy.

Nauka próbuje pomóc. Boeing do spółki z japońską agencją kosmiczną JAXA testują technologię opartą na lidarze emitującym wiązki światła laserowego i rozpoznającym wiry oraz uskoki wiatru na podstawie światła odbitego od unoszących się w powietrzu drobin stałej materii. Wyniki eksperymentów trwających od dekady są obiecujące, tyle że prototypowy detektor jest bardzo drogi i bardzo duży. Ale może za dekadę lub dwie takie urządzenia pojawią się w rejsowych maszynach. A może szybsza okaże się ścieżka, którą podąża NASA, próbująca namierzać CAT przy pomocy infradźwięków. Na razie najlepszym sposobem ostrzegania przed tą postacią turbulencji są komunikaty pilotów, którzy informują się nawzajem o zagrożeniu. Jednak takie ostrzeżenia nie są precyzyjne i bywają zawodne. Dlatego Paul Williams z University of Reading, główny autor badań, o których była mowa na początku artykułu, ma dla pasażerów jedną podstawową radę, by nie odpinali pasów, nawet jeśli teoretycznie można to uczynić: „Kiedyś odpinałem je natychmiast, gdy tylko pilot na to pozwolił, ale od kilku lat tego nie robię. Silna turbulencja, gdy samolot nagle spada o kilometr, zmienia człowieka w pocisk. Wyobraźmy sobie, że jesteśmy nie w samolocie, ale na rollercoasterze. Raczej nie pojechalibyśmy nim bez przymocowania się do wagonika. To standardowa procedura bezpieczeństwa. Być może należałoby wprowadzić taką w samolotach”.