Несколько десятков пассажиров получили травмы и переломы, когда 1 мая 2017 года самолет, летевший из Москвы в Таиланд, попал в зону турбулентности. C этим явлением хотя бы раз в жизни сталкивался почти каждый, кто летает самолетами. Indicator.Ru рассказывает, что такое турбулентность, в чем состоит особенность турбулентности ясного неба и при чем тут изменение климата.
Что такое турбулентность?
Под понятием «турбулентность» обычно понимается ситуация, в которой самолет начинает очень сильно трясти. С точки зрения физиков, турбулентность — это образование линейных и нелинейных волн при возрастании скорости течения жидкости или газа в среде. Обычно это явление характерно для пристеночных слоев слабовязких жидкостей и газов, а также для случая, когда плохообтекаемые тела находятся на некотором расстоянии друг от друга.
В природе турбулентность проявляется не только в воздухе, но и в мировом океане. Так, животные научились извлекать из потока энергию: движением плавников и крыльев они разрушают поверхностные волны и создают особую структуру турбулентности.
Атмосферная турбулентность, при которой массы воздуха постоянно перемещаются как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной, характеризуется образованием воздушных ям из-за резких перепадов температур и скорости ветра.
Ирина Горлач, ведущий научный сотрудник кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ, рассказала, что на возникновение турбулентности влияет несколько факторов, преимущественно орография и воздушные потоки. В свою очередь, от высоты горного рельефа, скорости, направлений и интенсивности потоков зависят условия турбулентности.
Чем чревата турбулентность ясного неба
На высоте выше пяти километров может наблюдаться такое явление, как турбулентность ясного неба (ТЯН). В отличие от других видов атмосферной турбулентности, она возникает при ясной погоде или при наличии облаков верхнего яруса, и ее достаточно сложно заметить заранее. Ученые установили, что гораздо чаще это явление происходит над гористой местностью, в особенности с подветренной стороны склона.
Вместе с тем турбулентность ясного неба трудно прогнозировать из-за резкой локализации в окружающем потоке, динамики размеров и длительности явления. Более того, турбулентность ясного неба невозможно зафиксировать с помощью радаров. На сегодняшний день ее предсказывают через косвенные признаки, указывающие на вероятность явления, и строят прогностические модели, основанные на ряде факторов.
Основные работы по разработке методики прогнозирования турбулентности ясного неба пришлись на 90-е годы ХХ века, и с тех пор практически ничего не изменилось. Так, согласно методу, составленному Гидрометцентром России, основными разновидностями механизма гидродинамической неустойчивости являются гидродинамическая неустойчивость основного потока, стратифицированного по ветру и температуре, неустойчивость внутренних волн в устойчивом потоке и неустойчивость критического уровня.
Успешность прогноза также обусловлена тем, что повторяемость ТЯН во многом зависит от региона. Рассчитывают индексы турбулентности ясного неба и за рубежом, в частности в Великобритании, США и Канаде.
За последние 50 лет произошло пять авиакатастроф, причиной которых стала турбулентность ясного неба. Так, в 1966 году самолет, летевший из Токио в Гонконг, разрушился в воздухе при полном отсутствии облачности. В результате погибли все находившиеся на борту пассажиры.
Как показало расследование, причиной аварии стала аномально сильная турбулентность вблизи склонов Фудзи, которая превышала допустимые нагрузки на конструкцию. В том же году похожая авиакатастрофа произошла в США, в штате Небраска: самолет обходил мощную грозу, попал в турбулентность и также разрушился в воздухе.
Спустя два года, в декабре 1968 года, авиалайнер, заходивший на посадку в аэропорт Илиамна (Аляска), внезапно развалился. Пилоты, летавшие неподалеку от места крушения, рассказали, что столкнулись с сильной турбулентностью. Это противоречило официальному прогнозу погоды, поэтому к расследованию привлекли независимого эксперта, который сделал вывод, что из-за оттока арктических воздушных масс в регионе образовалась воздушная волна, в которой и образовалась зона турбулентности.
Одна из крупнейших аварий произошла в 2001 году в Нью-Йорке. Когда авиалайнер вылетал из аэропорта, он попал в воздушное течение, которое создал другой самолет. Оставшееся от авиалайнера воздушное течение в виде вихрей, срывающихся с законцовок крыла летящего самолета (в авиации это явление называют спутным следом или спутной струей), послужило причиной турбулентности. Вызванная перегрузка привела к тому, что вертикальный хвостовой стабилизатор оторвался, и самолет рухнул на жилой район.
Число прецедентов попадания в турбулентность ясного неба по разным источникам колеблется от 750 до 1500 случаев в год. К счастью, большая их часть не наносит никакого вреда пассажирам и экипажу, однако задержки рейсов и перебои из-за турбулентности наносят вред авиакомпаниям. Так, только в Соединенных Штатах ущерб составил больше 500 млн долларов в год.
Что будет дальше?
Один из наиболее насущных вопросов состоит в том, увеличится ли число попаданий авиалайнеров в зону турбулентности ясного неба. Доктор Пол Уильямс из Университета Рединга в Великобритании утверждает, что повышение уровня углекислого газа в атмосфере и глобальное изменение климата могут привести к усилению турбулентности ясного неба в три раза.
По мнению исследователей, построивших компьютерную модель климатических изменений, это произойдет из-за дестабилизации воздушных потоков в области над Атлантическим океаном, где ежедневно совершаются до трех тысяч рейсов. Соответственно, это может поспособствовать увеличению времени в пути и росту цен на билеты.
Тем не менее с этим исследованием согласны не все климатологи. Ирина Горлач прокомментировала: «Между изменениями климата и турбулентностью весьма далекая связь, так как турбулентность в первую очередь связана с распределением потоков. Химический состав, конечно, может влиять, но весьма опосредованно».