تـوربولانس ها در پرواز

نویسنده : یاسین سپهری نیا 

در دل آسمان، چه نیرو هایی پنهان اند که میتوانند یک پرواز آرام را به تجربه ای پر تنش تبدیل کند؟

تصور کنید در حال پرواز هستید، آرام و بی دغدغه، در حالی که ابر های سفید و آسمان آبی منظره ای رویایی را پیش چشمانتان می آفرینند. ناگهان، بدون هیچ اخطاری، هواپیما شروع به لرزیدن میکند. صندلی ها میلرزند، همهمه در کابین ایجاد میشود و دست هایتان نا خودآگاه به دسته های صندلی قفل میشوند. این تجربه همزمان ترسناک و هیجان انگیز، چیزی جز مواجه با توربولانس، همان آشوب نامرئی آسمان که برای بسیاری از مسافران به معمایی پر ابهام تبدیل شده است، نیست.

اما چه نیرویی پشت این پدیده مرموز نهفته است؟ آیا توبولانس واقعا خطری برای ایمنی پرواز محسوب میشود یا تنها یک ناهمواری زودگذر در مسیر است و به طور کلی، توربولانس چیست؟ در این مقاله، به سراغ این پدیده در آسمان میرویم. از دلایل شکل گیری و انواع مختلف آن تا فناوری های پیشرفته ای که به خلبانان در پیش بینی و مدیریت این شرایط کمک میکنند.

توربولانس یا « اغتشاشات جوی » یکی از پدیده های مهم و اجتناب ناپذیر در پرواز است که هم برای خلبانان و هم برای مسافران میتواند تجربه ای چالش برانگیز باشد. در ادامه به صورت تخصصی و جامع به بررسی این پدیده میپردازیم.

تعریف توربولانس:

توربولانس یا اغتشاشات جوی به آشفتگی یا ناپایداری و نوسان های نا منظم جریان باد که آنی و غیر یکنواخت در جریان هوا اطلاق میشود. این پدیده نتیجه بین عوامل جوی و جریان های هوایی است.

انواع توربولانس ها:

توربولانس ها بر اساس منبع و عوامل بوجود آورنده و شدت شان به انواع مختلفی تقسیم بندی میشوند:

1: توربولانس همرفتی یا حرارتی ( Convective Turbulence ):

 این توربولانس در اثر گرمای خورشید و گرمایش نامتوازن سطح زمین است. وقتی یک قسمت از زمین ( مثلا یک بیابان یا زمین آسفالت شده) سریع تر از مناطق اطراف (مثل یک دریاچه یا جنگل) گرم میشوند باعث میشوند که هوای مجاور خود را گرم کنند. هوای گرم چگالی کمتری پیدا کرده و به سمت بالا حرکت میکند و باعث ایجاد ستون های گرم و بالا رونده به نام "جریان های همرفتی" میشود و هوای خنک تر اطراف جایگزین آن میشود و باعث ایجاد اغتشاش در هوا میشود.  سطوح خشک و کویری جریانات جابجایی شدیدتری دارند؛( در فصل تابستان مخصوصا بعد از ظهر ها) و بر فراز آب و سطوح سبز کمتر رخ میدهد. توربولانس حرارتی در سطوح پایین جو (زیر 5000 پا) کاملا محسوس است و مناطق ساحلی به علت اختلاف دما باعث تشدید آن میشود. اثرات این توربولانس در زمان برخاستن و نشستن هواپیما مشهود است. همچنبن ابر های کمولوس (Cumulus) در اثر جریانات عمودی تشکیل میشوند و نشاندهنده و موجب توربولانس حرارتی میگردد.

2: توربولانس مکانیکی ( Mechanical Turbulence):

این نوع توربولانس در اثر برخورد باد به موانع طبیعی یا غیر طبیعی بوجود می آید یا به طور کلی، وقتی باد مجبور به عبور از موانع فیزیکی روی سطح زمین میشود ( کوه،تپه،ساختمان بلند و ...). وقتی باد به ناهمواری برخورد میکند، جریان معمولی به جریانات پیچیده و به هم ریخته تغییر شکل میدهند که به این جریانات (Eddy) میگویند. این نوع توربولانس بیشتر بر روی هواپیما های سبک در ارتفاع کم تاثیر میگذارد. اگر باد شدید باشد، برای کلیه هواپیما ها در هنگام نشست و برخاست مخاطره آمیز است. هر چه سرعت باد بیشتر و مانع بلند تر باشد، توربولانس شدید تر است. این توربولانس تا ارتفاعی معادل 2000 تا 3000 پا میتواند بالای مانع ایجاد شود.

3:  توربولانس جبهه ای ( Frontal Turbulence ):

این توربولانس در مرز برخورد دو توده هوای مختلف (سرد و گرم) شکل میگیرد. شدید ترین توربولانس جبهه ای، معمولا با جبهه سرد با حرکت سریع میباشد. هوای سرد در زیر هوای گرم میلغزد. سپس هوای گرم به سرعت بالا رفته و ابر های کمولونیمبوس ایجاد میکند که نسبت با توربولانس با جبهه گرم خطرناک تر است. در جبهه گرم، هوای گرم به آرامی در زیر هوای سرد میلغزد و باعث ایجاد آشفتگی و توربولانس میشود. به طور کلی، اختلاف دما و چگالی بین دو توده هوای سرد و گرم باعث ایجاد این نوع توربولانس میشود..

4: توربولانس پشت هواپیما ( Wake Turbulence ):

این توربولانس در اثر برخورد جریان هوا با لبه های بال هواپیما ( Wing Tip ) ها بوجود می آید و هر هواپیمایی میتواند باعث ایجاد این توربولانس شود. بیشترین خطرات این توربولانس در پشت هواپیما های سنگین بوجود می آید. در این نوع توربولانس عوامل تشدید کننده و موثری مانند بزرگی هواپیما، وزن هواپیما، شکل و اندازه بال ها، سرعت پرواز، زاویه حمله زیاد و بسته بودن چرخ ها، flap ها و slat ها در مقدار توربولانس اثرگذار است. حرکات حلقوی پشت هواپیما تا 900 پایی زیر هواپیما تولید کننده میرسد که سرعت نزول جریانات بین 100 تا 200 کیلومتر در دقیقه میرسد. برای حفظ ایمنی، برج مراقبت معمولا فاصله زمانی بین 2 تا 3 دقیقه بین پرواز ها در نظر میگیرد که در شرایط باد متقاطع، این زمان افزایش میابد.

5: توربولانس کوهستانی ( Mountain Wave Turbulence ):

این نوع توربولانس زمانی رخ میدهد که جریان هوا هنگام عبور از روی کوه ها یا رشته کوه ها دچار نوسان و آشفتگی میشود که باعث ایجاد الگو های جوی پیچیده و اغلب خطرناک میشود. وقتی باد با سرعت نسبتا زیاد به سمت کوه می وزد، مجبور میشود از روی آن عبور کند. در نتیجه، باد در سمت بادگیر کوه بالا میرود و در پشت کوه به پایین سقوط میکند. این حرکت بالا و پایین به صورت امواجی در جو گسترش میابد که به آن امواج کوهستانی ( Mountain Waves ) میگویند. در داخل این امواج، مخصوصا در بخش های پایین تر ( نزدیک سطح زمین یا در لایه های میانی جو )، جریان هوا ممکن است ناپایدار و آشفته شود و توربولانس شدید ایجاد کند. این نوع توربولانس، متداول ترین توربولانس در ایران است. یکی از نشانه های ظاهری آن میتواند وجد ابر های عدسی شکل ( Lenticular Clouds ) در بالای کوه باشد.

6: توربولانس هوای صاف ( Clear Air Turbulence - CAT ):

 توربولانس هوای صاف به آشفتگی های جوی گفنه میشود که در نواحی بدون ابر و آسمان کاملا صاف و بدون پدیده ظاهری قابل مشاهده رخ میدهد. این نوع توربولانس معمولا در ارتفاع بالا ( بین 20.000 تا 40.000 پا ) و در نزدیکی یا درون باد های جت استریم ( Jet Stream ) اتفاق می افتد و چون با چشم مشاهده نمیشود، تشخیص آن برای خلبان بسیار دشوار است. این توربولانس زمانی ایجاد میشود که بین دو جریان هوای مجاور، تغییر ناگهانی در سرعت یا جهت باد ( Wind Shear ) وجود داشته باشد. به زبان ساده، وقتی دو لایه هوا با سرعت های متفاوت حرکت میکنند، در ناحیه مرزی بین آنها اصطکاک و برش ایجاد میشود که باعث آشفتگی و چرخش های کوچک در جریان هوا میگردد.

این توربولانس معمولا در 3 موقعیت اصلی رخ میدهد:

1: در نزدیکی لبه های جت استریم: جت استریم یک جریان بسیار سریع در ارتفاعات بالاست که سرعت آن گاهی به بیش از 185 کیلومتر میرسد. اختلاف سرعت بین داخل و بیرون این جریان، منبع اصلی توربولانس است.

2: در بالای تروپوپاز ( Tropopause ): جايي كه دما و پایداری جو به صورت ناگهانی تغییر میکند و باعث نوسانات در جریان هوا میشود ( مرز بین لایه تروپسفر و استراتسفر )

3: در نواحی کوهستانی: امواج کوهستانی ممکن است تا ارتفاع بالا گسترش یابند و در لایه بدون ابر، توربولانس CAT ایجاد کنند.

راه های تشخیص توربولانس ها چیست؟

تشخیص به موقع توربولانس کلید اصلی مدیریت این پدید است. خلبانان و کنترلر های پرواز از روش های مختلفی برای شناسایی مناطق متلاطم استفاده میکنند:

1: تشخیص با فناوری های نوین:

. رادار هواشناسی هواپیما ( Weather Radar ):

توانایی شناسایی ابر های کومولونیمبوس (CB) حاوی توربولانس که متاسفانه نمیتواند توربولانس هوای صاف (CAT) را تشخیص دهد.

. سنجنده های لیزری ( LIDAR ):

قابلیت تشخیص توربولانس از فاصله دور و توانایی شناسایی توربولانس هوای صاف را دارند که امروزه در حال توسعه برای استفاده گسترده میباشد.

2: گزارش های خلبانان ( Pilot Report - PIREP)

به دلیل اینکه سیستم های جدید هنوز توسعه داده نشده و رادار هواشناسی هواپیما قادر به تشخیص همه توربولانس ها نیست، گزارشات خلبانان بسیار برای پیشگیری از ورود به توربولانس ها موثر و مهم میباشد. برای مثال وقتی یک هواپیما با توربولانس مواجه میشود، خلبان بلافاصله این اطلاعات را به کنترل ترافیک هوایی گزارش میدهد تا هواپیما های دیگر از آن منطقه دوری کنند. همچنین داده های ماهواره ای و مدل های پیش بینی هواشناسی به شناسایی مناطقی که احتمال توربولانس در آنها زیاد است کمک میکند.

3: نشانه های بصری:

ابر های کومولونیمبوسClouds )  ( Cumulonimbus: نشاندهنده قطعی توربولانس شدید

ابر های عدسی شکل Lenticular Clouds)): نشاندهنده امواج کوهستانی

گرداب های گرد و غبار: نشاندهنده توربولانس مکانیکی  ( Mechanical Turbulence )

در نتیجه، توربولانس یکی از پدیده های طبیعی و همیشگی در پرواز است که بر اثر تغییرات ناگهانی جریان های هوا به وجود می آید. شناخت انواع توربولانس ها و دلایل ایجاد آنها، به خلبان کمک میکند تا بتواند شرایط پروازی را بهتر کنترل کرده و از بروز خطر جلوگیری کند. استفاده از تجهیزات پیشرفته و اطلاعات دقیق هواشناسی نیز نقش مهمی در کاهش اثرات توربولانس و افزایش ایمنی پرواز دارد. در مجموع، آگاهی و آمادگی در برابر توربولانس، یکی از مهمترین عوامل موفقیت و ایمنی در پرواز محسوب میشود.