TURBULENCIAS

TURBULENCIA Definiciones aeronáuticas relacionadas Efectos de las turbulencias Estadísticas relacionadas a la turbulencia Impacto de la turbulencia en la aviación Tipos de turbulencias

Objetivos Describir los principales tipos de turbulencias Describir las causas de las turbulencias Conocer las técnicas de los pronósticos de turbulencias Diagnósticos de la turbulencia usando imagen de satélite

Turbulencias - Definición Ligera: Pequeños cambios en la altitud de la aeronave 0,05 a 0,2 g Moderado Cambios moderados en la actitud de la aeronave y / o la altura y pequeñas variaciones de la velocidad aerodinámica 0,2 a 0,5 g Severa Cambios bruscos en la actitud de la aeronave y / o la altura y de grandes variaciones de la velocidad aerodinámica 0,5 a 1,5 g Extremo Cambios dramáticos en la actitud de la aeronave y / o la altura y grandes variaciones de la velocidad aerodinámica >1,5 g.

Los principales tipos de turbulencias Convectiva Mecánica (niveles bajos) Orográfica Turbulencia en aire claro

Fuentes para prever turbulencias Documentos de planificación de vuelos generadas por los WAFC: Vientos en ruta Cartas de fenómenos significativos SIGMETs PIREPS Datos de Radiosonda, ANDAR, AIREP, Perfiladores de vientos Radar doppler Imagen de satélite

Impactos de las turbulencias Ligera - El signo de sujetarse el cinturón de seguridad es encendido - En general, todo es “normal” aún dentro de la aeronave Moderado - Los pasajeros sienten tensión en los cinturones de seguridad; dificultad para caminar; los objetos sueltos se mueven - Aeronave permanece en control en todo momento Severa - Los pasajeros son empujados en forma violenta contra los cinturones de seguridad, los objetos sueltos son zarandeados - Manejo de los aviones se hace difícil; aeronave puede estar fuera de control por períodos cortos Extremo - Aeronave fuera de control - Daños estructurales a las aeronaves es probable

Impactos de las turbulencias Especialmente peligroso cuando la aeronave está operando a niveles bajos También puede ser un factor significativo en los niveles altos Se debe considerar : - Tamaño y tipo de aeronave - El propósito de la aeronave

Estadísticas con las turbulencias Entre 1991 y 1996 fueron reportados 252 casos de accidentes relacionados con las turbulencias que afectaron a las principales aerolíneas: 2 fueron fatales (no se ajustaron los cinturones de seguridad) 63 lesiones graves 863 lesiones menores Las dos terceras partes de los accidentes con las turbulencias ocurren por debajo de los 30000 pies (10 Km). Entre los accidentes no mortales, en vuelo es la turbulencia causa principal de lesiones Fuente: Administración Federal de Aviación A nivel mundial cada año, alrededor de 2000 pasajeros y la tripulación heridos en incidentes están relacionados con la turbulencia - IATA

Boeing 747-122, avión de pasajero FL310, 1530 kilómetros ESE Tokio, 28 de diciembre 1997 Onda encontrada inicialmente SEV RTU (CAT) encontrado dos minutos más tarde - 1,8 g entonces - 0,8 g + / - 100 pies cambio de altitud 15 KT corte horizontal del viento Un fallecido 74 heridos Avión regresó al aeropuerto de Narita, Tokio Avión declarado dañado más allá de las posibilidades "económica" de reparación

BOAC Boeing 707   Monte Fuji de Japón, 05 de marzo 1966   Avión encontró turbulencia severa y se deshizo en el aire   Vientos muy fuertes W-NW Estación meteorológica en la base de la montaña registró vientos entre 60 y 70 nudos Turbulencias extremas encontradas en el lado de sotavento de la montaña En 4900m-IAS varió entre 320 a 370 nudos 124 muertes, no hay supervivientes A Marina de los EE.UU. a / c enviados a buscar los restos y se encontró con la misma turbulencia severa: + 9G → -4G

Tipos de turbulencia: Turbulencia Convectiva Debido a corrientes ascendentes de convección y las corrientes descendentes Dentro de las nubes más convectivas más fuerte También fuera (sobre todo por encima y de abajo) de las nubes cumulonimbus En las térmicas secas, especialmente en los días calurosos y soleados En las corrientes descendentes asociados con las precipitaciones

Thermal = termica (accent on e) Rising thermal = Termicas ascendentes

Severe turbulence = Turbulencia severa Strong up/down currents = Corriente ascendente/descendente fuerte Squalls / Wind shear = Turbonada / cortante del viento 0 deg C isotherm = 0 C Isoterma

Corrientes ascendentes Tiempo de vida 20 minutos 1 hora >1 hora Profundidad (ft) 1500 6000 a 15000 15000 a 50000 Corrientes ascendentes 2-10 10-20 Por encima de los 100 Cloud = Nube Small Cu = Cu pequena Large Cu = Cu grande Cumulonimbus = Cumulonimbus

El peor de los casos Grandes velocidades verticales dentro de los CB, 100 KT o más ... .. hacia arriba y hacia abajo Desde la superficie hasta 10.000 M en un minuto Microrráfagas

Turbulencia mecánica Debido a la fricción y la rugosidad de la superficie subyacente Más comúnmente conocida como el turbulencia de bajo nivel y principalmente determinada por: - fuerza del viento - estabilidad - rugosidad del terreno

Capa limite turbulenta Laminar flow = corriente laminar Laminar boundary layer = capa limite laminar (accent on the first “I”) Turbulent boundary layer = capa limite turbulenta (accent on the first i)

Técnicas de pronósticos Calculando el gradiente del viento Determinando el tipo de estabilidad Calculando el viento de superficie Determinar rugosidad de la superficie Uso de tablas como guía

Calculando el gradiente de viento Gradient wind = viento del gradiente Stability class = clase de estabilidad Unstable overland = inestable en tierra

Efectos de la rugosidad

Guía aproximada de la severidad de la turbulencia Viento en superficie Mar Superficie llana Superficie montañoso 15 a 35 KT Ligera a moderada Moderada Severa Por encima de los 35 KT Moderada a severa Extrema

Turbulencia Orográfica Ondas de montañas Vientos de laderas descendentes y rotores

Turbulencia orográfica

Ondas gravitacionales En el aire estable, parcelas forzado a subir oscilará cuando se libera Frecuencia, N, depende de la estabilidad del aire Frecuencia de Vaisala – Brunt Cuanto más alto sea el valor de N de más estable es el flujo.

El número de Froude Combinando la frecuencia de Brunt-Väisälä, velocidad del viento y el espesor de la capa límite, tenemos el número de Froude. En gran medida es teórica: U, velocidad de la corriente libre. H, altura de la montaña N, frecuencia de Brunt-Väisälä Numero de Froude:

Ejemplo: Tomemos una montaña Fr. <<1 - El flujo de aire lento - Capa estable (N alta) - El aire fluya alrededor de la montaña, no más (si la montaña es demasiado amplia, el flujo será bloqueado) P.>> 1 - El flujo de aire rápido - No capa estable (N baja) - El aire fluye fácilmente por la montaña con poco desplazamiento lateral.

Misma montaña, pero el número de Froude ≈ 1.

Adelgazamiento y aceleración del flujo de aire

Lee waves = onda a sotavento Rapid deceleration = rapida (accent on first a) desaceleracion (accent on o) Rotor cloud = nubes de rotacion (accent on o) a sotavento

Ondas atrapadas a sotavento Ondas de montaña   Fr. ≈ 1   La dirección del viento dentro de los 30 grados de la perpendicular al eje de la cresta y un mínimo de 20 KT en el cima de la cresta   Inversión por encima de la altura de la cresta (capa estable) con una capa menos estable por encima   Pequeña cizalladura de viento en la vertical, con relación a la dirección del viento, y la velocidad aumentan con la altura   Longitud de onda es: - Directamente proporcional a la velocidad del viento - Inversamente proporcional a la estabilidad

Efecto de la forma de la barrera   Altura> 300 m Pendiente - Repentinos / muy inclinados a sotavento - Pendiente del lado de barlovento no es tan importante Superficie lisa en el lado de sotavento - El terreno plano - Oceano - Mar - Lago - Río

Energía de las ondas se propaga a favor del viento Ac lenticulares es la cara de la onda Asociados a la turbulencia en la troposfera baja y media La velocidad vertical máxima probable que se encuentre justo por encima de la capa estable Los valores típicos son de alrededor de 500 FPM (pies por minuto)

Ondas no atrapadas a sotaventos (propagación vertical) No es tan sencillo Una gran estabilidad atmosférica a través de la profundidad de la atmósfera Crestas de montaña amplia Fr. ≈ 1,5 Marcado cizalladura de viento por encima cima de la montaña La energía se propaga hacia arriba Cirrus orográficos son la cara de la onda Turbulencia asociadas cerca de la parte superior de la troposfera

Cirrus orográficos

Donde no hay clara diferencia entre la colina y la nube, es donde cualquier turbulencia es probable que sea débil. Thin Ci = Ci finas, Ci delgadas Thick Ci = Ci densa, Ci gruesa

Donde hay clara diferencia entre la colina y la nube, es donde la turbulencia es probable que sea severa Thin Ci = Ci finas, Ci delgadas Thick Ci = Ci densa, Ci gruesa Clear gap = brecha clara

Celulas (accent on e) abiertas, celulas cerradas, Ci finas, Lee Ci = Ci sotavento Gap in Ci shield due to turbulence = brecha en la capa de Ci debido a la turbulencia

Cambios en los Cirrus orográficos Turbulencia disminuye si: - La hoja de CI en el lado de sotavento se desplaza a favor del viento de distanciándose sobre la colina / montaña - La columna de humo ascendente crece y desaparece la brecha

Escenario de las ondas de montañas sector cálido Al acercarse un frente cálido Periferia del anticiclón

Transmisión de rotores Ondas de sotavento La dirección del viento debe mantenerse dentro de los 30 grados de la perpendicular al eje de la cresta y un mínimo de 20 KT en el cresta Inversión aguda a la altura de cresta 100-150% de la cresta Cizalladura debido a la dirección del viento y / o la cortante de viento DISMINUYE por encima de la inversión.

Energía de las onda se propaga hacia abajo de inmediato contra el viento de la cordillera Nubes Stratus son la cara de la onda, si está visible. Turbulencias severas asociadas cerca de la superficie Los vientos de superficie son de dirección muy variable al igual que la velocidad. Los valores típicos de la velocidad vertical 1500-2000 FPM Velocidades de viento en la superficie puede ser de 2 o 3 veces mayor que la velocidad del viento en la cima de la montaña.

Nubes rotores

Vientos descendentes de laderas Aeronave invertida en el airopuerto de Boulder, CO

Lugar favorable para la formación de tormentas cuesta abajo Downslope wind = vientos bajando por las laderas Light wind = vientos suaves Rotor cloud = nubes rotores Subsidence = subsidencia Mountain waves = ondas de montana Jet streak = (jet stream axis) = eje de la corriente en chorro

Turbulencia en aire claro (TAC) Turbulencia medio o alto nivel generados en las regiones de cizalladura del viento marcados - Corte vertical - Corte horizontal Por lo general cientos de kilómetros en sentido horizontal y cientos de metros en la VERTICAL Brotes individuales de TAC suele durar unos pocos minutos A menudo se produce en ausencia de nubes, por lo que es difícil de detectar visualmente.

El número de Richardson y la turbulencia Cuanto menor sea la Ri del entorno, más fácil es para una onda de gravedad para provocar turbulencias en Ri = N2 / (dUdz) 2 Las ondas de gravedad generada por la cizalladura del viento se desplaza verticalmente y luego se pueden propagar verticalmente hasta que son refractados por la tropopausa Ri es baja cuando: La cizalladura del viento es alta Ri es alta cuando: La estabilidad, por ejemplo, es alto en la estratosfera Ri <= 0,25 las ondas son quebradas. Ri = 0.25-1.0 perstsistencia de la turbulencia Ri> = 1.0 turbulencias no persistentes

Regiones principales de los TAC 60% de los informes de TAC se encuentran cerca de las corrientes en chorro Especialmente sobre continente, donde hay terreno montañoso. En la cima de los cuñas o de las vaguadas  Áreas frías - vientos débiles, pero el cambio de dirección marcada.

Guía para el pronóstico de TAC Moderado Severo Cortante horizontal del viento 20 Kt por grado de latitud 30 kt por grado de latitud Cortante vertical del viento 6 Kt por cada 1000 pies 9 Kt por 1000 pies. TAC es probable cuando DI> 4

Áreas que probablemente TAC en relación con las características en la tabla de 300 hPa

TAC y banda transversal de Cirrus en los JETS Jet stream = corriente en chorro Transverse bands = bandas transversales Jet cirrus cloud band = cirrus de la corriente en chorro

TAC

Vortices de estela

Descripción del comportamiento del vórtice Desprenden de la punta de las alas de aviones Inducción mutua conduce a una tendencia a la baja Influenciado por la meteorología Puede tardar varios minutos en decaer

Generación del vortice

Clasificación del comportamiento de los vortices de estela Condición Efecto del vortice de estela Turbulento Decae más rapidamente Débil estatificación estable Ligeramente un deterioro mayor – pero el descenso es más lento Fuerte estatificación estable Decae más rápidamente a través del mecanismo complejo de inestabilidad baroclinica Cortante de viento Es complejo, la inclinación de un par de vortice eleva el vortice en contra del viento Vientos cruzados Transporta el vortice fuera de la senda de planeo

¿Por qué estudiar vórtices de estela? Seguridad: vórtice de estelas encontrado son capaces de comprometer la seguridad de los aviones La capacidad del aeropuerto: el tráfico en muchos aeropuertos limitada por el requisito de la separación de vórtices de estela

Cortante (Cizalladura) de viento en niveles bajos Cizalladura del viento - Información general Variabilidad muy localizada en la velocidad del viento y / o dirección del viento Orientación horizontal o vertical La fricción entre el flujo de aire en movimiento rápido y lento y / o el flujo de aire se mueven en direcciones diferentes es la manifestación de la cizalladura del viento Puede causar la pérdida o la ganancia esperada de las aeronaves: - velocidad - Ascenso - Control

Ejemplos de cizalladura de viento Jet nocturno Brisa de tierra-mar Jet de bajos niveles Corrientes ascendentes de convección, corrientes descendentes y microrráfaga .

Jet nocturno Noche clara Enfriamiento radiativo de la superficie de la tierra Formación de una fuerte inversión de bajo nivel Viento en la superficie "desconectados" del viento de gradiente Viento en la superficie la luz Sin fricción sobre la superficie Super-geostrófica viento / justo por encima de la inversión de bajo nivel (típicamente 500 a 1500 pies AGL) - Por ejemplo Golfo Shamal.

Perfil del viento en bajo niveles durante el Golfo de Shamal

Brisa de tierra-mar En general, baja la velocidad del viento (normalmente ≤ 15 kt) Grandes cambios en la dirección del viento con la altura (hasta 180 °) Profundidad normalmente 500-1500 FT Impulsado por la gravedad de vientos catabáticos cuesta abajo Por ejemplo Antartica drenaje catabáticos puede alcanzar hasta 100 KT.

Jet de niveles bajos (LLJ) Parte del centro de Sudamérica, Bolivia, Paraguay, Argentina. Agosto a noviembre Nor-noroeste, de 30 a 50 KT, incluso pueden ser mayores. Normalmente, alrededor de los 5000 pies.

Fuentes para pronosticar cortante de vientos Ascensos de radiosonda AMDAR de datos LIDAR El radar Doppler PIREPs