Turbulencia en aire limpio
Movimiento turbulento de masas de aire transparentes

En meteorología , la turbulencia en aire claro ( CAT ) es el movimiento turbulento de masas de aire en ausencia de pistas visuales como nubes , y se produce cuando cuerpos de aire que se mueven a velocidades muy diferentes se encuentran.

La región atmosférica más susceptible a la CAT es la alta troposfera a altitudes de alrededor de 7.000–12.000  m (23.000–39.000  pies ) donde se encuentra con la tropopausa . Aquí la CAT se encuentra con mayor frecuencia en las regiones de corrientes en chorro . A altitudes más bajas también puede ocurrir cerca de cadenas montañosas . Las nubes cirros delgadas también pueden indicar una alta probabilidad de CAT.

Las turbulencias CAT pueden ser peligrosas para la comodidad y, en ocasiones, la seguridad de los pasajeros aéreos , [1] ya que los pilotos de las aeronaves a menudo no pueden ver ni anticipar dichas turbulencias, y un encuentro repentino puede generar un estrés significativo en la estructura del avión .

Se espera que el CAT en la corriente en chorro se vuelva más fuerte y más frecuente debido al cambio climático , [2] con el CAT transatlántico invernal aumentando en un 60% (leve), 95% (moderado) y 150% (severo) para el momento en que el CO 2 se duplique . [3]

Definición

En meteorología , la turbulencia en aire claro (CAT) es el movimiento turbulento de masas de aire en ausencia de pistas visuales, como nubes, y se produce cuando cuerpos de aire que se mueven a velocidades muy diferentes se encuentran. [4]

En aviación, la CAT se define como "la detección por parte de aeronaves de baches a gran altitud en vuelo en regiones irregulares desprovistas de nubosidad significativa o actividad tormentosa cercana". [5] Se observó por primera vez en la década de 1940. [6]

Detección

La turbulencia en aire despejado suele ser imposible de detectar a simple vista y muy difícil de detectar con un radar convencional [7] , por lo que es difícil para los pilotos de aeronaves detectarla y evitarla. Sin embargo, se puede detectar de forma remota con instrumentos que pueden medir la turbulencia con técnicas ópticas, como los escintilómetros , los LIDAR Doppler o los interferómetros de rendija N. [8]

Factores

En las alturas típicas en las que se produce, no se puede determinar con precisión la intensidad y la ubicación. Sin embargo, como esta turbulencia afecta a las aeronaves de largo alcance que vuelan cerca de la tropopausa, la CAT se ha estudiado intensamente. Varios factores afectan la probabilidad de que se produzca la CAT. A menudo, está presente más de un factor.

En 1965 se observó que el 64% de las turbulencias no ligeras (no solo las CAT) se observaban a menos de 150 millas náuticas (280 km) del núcleo de una corriente en chorro . La corriente en chorro produce cizalladura del viento horizontal en sus bordes, causada por las diferentes velocidades relativas del aire de la corriente y el aire circundante. La cizalladura del viento, una diferencia de velocidad relativa entre dos masas de aire adyacentes, puede producir vórtices y, cuando es de grado suficiente, el aire tenderá a moverse caóticamente. [9]

Un fuerte vórtice anticiclónico también puede provocar CAT. [10]

Las ondas de Rossby causadas por esta cizalladura de la corriente en chorro y la fuerza de Coriolis hacen que se mueva serpenteando. [ aclaración necesaria ]

Aunque las altitudes cercanas a la tropopausa suelen estar despejadas, pueden formarse cirros delgados donde hay cambios bruscos de velocidad del aire, por ejemplo asociados con corrientes en chorro. Las líneas de cirros perpendiculares a la corriente en chorro indican posible CAT, especialmente si los extremos de los cirros están dispersos, en cuyo caso la dirección de dispersión puede indicar si el CAT es más fuerte a la izquierda o a la derecha de la corriente en chorro.

Un gradiente de temperatura es el cambio de temperatura a lo largo de una distancia en una dirección determinada. Cuando cambia la temperatura de un gas, también cambia su densidad y cuando cambia la densidad, puede aparecer CAT.

Desde el suelo hasta la troposfera, la temperatura disminuye con la altura; desde la tropopausa hasta la estratosfera, la temperatura aumenta con la altura. Estas variaciones son ejemplos de gradientes de temperatura.

Puede producirse un gradiente de temperatura horizontal y, por lo tanto, variaciones de densidad del aire , cuando cambia la velocidad del aire. Un ejemplo: la velocidad de la corriente en chorro no es constante a lo largo de su longitud; además, la temperatura del aire y, por lo tanto, la densidad, variarán entre el aire dentro de la corriente en chorro y el aire exterior.

Las nubes cirros a menudo se asocian con turbulencias en aire despejado.

Como se explica en otras partes de este artículo, la temperatura disminuye y la velocidad del viento aumenta con la altura en la troposfera, y lo contrario sucede en la estratosfera. Estas diferencias provocan cambios en la densidad del aire y, por lo tanto, en la viscosidad. La viscosidad del aire presenta, por tanto, inercias y aceleraciones que no se pueden determinar de antemano.

La cizalladura vertical del viento por encima de la corriente en chorro (es decir, en la estratosfera) es más aguda cuando se mueve hacia arriba, porque la velocidad del viento disminuye con la altura en la estratosfera. Esta es la razón por la que la CAT se puede generar por encima de la tropopausa, a pesar de que la estratosfera es, por lo demás, una región verticalmente estable. Por otro lado, la cizalladura vertical del viento que se mueve hacia abajo dentro de la estratosfera es más moderada (es decir, porque la cizalladura del viento hacia abajo dentro de la estratosfera se mueve efectivamente en contra de la manera en que cambia la velocidad del viento dentro de la estratosfera) y la CAT nunca se produce en la estratosfera. Consideraciones similares se aplican a la troposfera, pero a la inversa.

Cuando el viento fuerte se desvía, el cambio de dirección del viento implica un cambio en la velocidad del viento. Una corriente de viento puede cambiar su dirección por diferencias de presión. El CAT aparece con mayor frecuencia cuando el viento rodea una región de baja presión, especialmente con valles abruptos que cambian la dirección del viento más de 100°. Se han reportado CAT extremos sin ningún otro factor más que este.

El flujo del viento sobre una montaña produce oscilaciones (A), (B) etc.

Las ondas de montaña se forman cuando se cumplen cuatro requisitos. Cuando estos factores coinciden con las corrientes en chorro, pueden producirse ondas de montaña:

  • Una cadena montañosa, no una montaña aislada
  • Fuerte viento perpendicular
  • La dirección del viento se mantiene con la altitud
  • Inversión térmica en la cima de la cordillera

La tropopausa es una capa que separa dos tipos de aire muy diferentes. Debajo de ella, el aire se enfría y el viento se acelera con la altura. Por encima, el aire se calienta y la velocidad del viento disminuye con la altura. Estos cambios de temperatura y velocidad pueden producir fluctuaciones en la altitud de la tropopausa, llamadas ondas de gravedad .

Efectos sobre las aeronaves

Reglas del piloto

Cuando un piloto experimenta CAT, se deben aplicar una serie de reglas: [11]

  • La aeronave debe mantener la velocidad recomendada para la turbulencia.
  • Al seguir la corriente en chorro para escapar del CAT, la aeronave debe cambiar de altitud y/o rumbo.
  • Cuando el CAT llega desde un lado del avión, el piloto debe observar el termómetro para determinar si el avión está por encima o por debajo de la corriente en chorro y luego alejarse de la tropopausa.
  • Cuando el CAT está asociado a una vaguada pronunciada, el avión debe atravesar la región de baja presión en lugar de rodearla.
  • El piloto podrá emitir un Informe de Piloto (PIREP), comunicando la posición, altitud y severidad de la turbulencia para advertir a otras aeronaves que ingresen a la región.

Casos

Debido a que los aviones se mueven tan rápido, pueden experimentar aceleraciones repentinas e inesperadas o "golpes" debido a las turbulencias, incluidas las CAT, ya que el avión cruza rápidamente cuerpos de aire invisibles que se mueven verticalmente a diferentes velocidades. Aunque la gran mayoría de los casos de turbulencia son inofensivos, en casos raros, la tripulación de cabina y los pasajeros de los aviones han resultado heridos al ser lanzados dentro de la cabina del avión durante una turbulencia extrema. En un pequeño número de casos, ha habido personas muertas y al menos un avión se ha desintegrado en el aire .

  • El 5 de marzo de 1966, el vuelo 911 de BOAC de Tokio a Hong Kong, un Boeing 707, se partió en CAT, con la pérdida de todas las personas (124) a bordo después de experimentar una grave turbulencia de onda de sotavento justo a sotavento del Monte Fuji , Japón . La secuencia de fallas comenzó con el desprendimiento del estabilizador vertical. [ cita requerida ]
  • El 28 de diciembre de 1997, en el vuelo 826 de United Airlines , una persona murió y otras 17 resultaron gravemente heridas en un evento CAT. [12]
  • El 21 de mayo de 2024, un pasajero murió y decenas resultaron heridos en el vuelo 321 de Singapore Airlines de Londres a Singapur, lo que provocó que el avión se desviara a Bangkok. [13]

Véase también

Referencias

  1. ^ Wragg, David W. (1973). Diccionario de aviación (primera edición). Osprey. pág. 93. ISBN 9780850451634.
  2. ^ Williams, PD y Joshi, MM (2013). "Intensificación de la turbulencia de la aviación transatlántica invernal en respuesta al cambio climático", Nature Climate Change , 3(7), págs. 644–648. doi :10.1038/nclimate1866.
  3. ^ Williams, PD (2017). "Aumento de la turbulencia ligera, moderada y severa en aire despejado en respuesta al cambio climático". Advances in Atmospheric Sciences , 34(5), págs. 576–586. doi :10.1007/s00376-017-6268-2.
  4. ^ Stull, BR, 1988 Introducción a la meteorología de la capa límite, Kluwert Academic Publishers 666 pp.
  5. ^ Chambers, E., 1955: Turbulencia en aire despejado y operación de aviones civiles. J. Roy. Aeronaut. Soc., 59, 613–628.
  6. ^ Baughman, EE, Jr., 1946: Turbulencia con una tasa de gradiente estable. Bull. Amer. Meteor. Soc., 27, 459–462.
  7. ^ John J. Hicks, Isadore Katz, Claude R. Landry y Kenneth R. Hardy, "Turbulencia en aire despejado: observaciones simultáneas por radar y aeronaves", Science , 18 de agosto de 1967: vol. 157, n.º 3790, págs. 808-809
  8. ^ FJ Duarte , TS Taylor, AB Clark y WE Davenport, "El interferómetro de rendija N: una configuración extendida", J. Opt. 12 , 015705 (2010).
  9. ^ Binding, AA "Asociación de la turbulencia en aire despejado con patrones de contorno de 300 mb". The Meteorological Magazine 94 (1965): 11–19.
  10. ^ Knox, John A. (1 de junio de 1997). "Posibles mecanismos de turbulencia en aire despejado en flujos fuertemente anticiclónicos". Monthly Weather Review . 125 (6): 1251–1259. Código Bibliográfico :1997MWRv..125.1251K. doi : 10.1175/1520-0493(1997)125<1251:PMOCAT>2.0.CO;2 . ISSN  1520-0493.
  11. ^ Lankford, Terry T. (2001). Control del error del piloto: el tiempo . Nueva York: McGraw-Hill. págs. 49-53. ISBN 978-0-07-137328-9.
  12. ^ "Turbulencias letales afectan el vuelo". BBC News .
  13. ^ Reals, Tucker (21 de mayo de 2024). "Una fuerte turbulencia en el vuelo 321 de Singapore Airlines procedente de Londres deja dos muertos y otros heridos, según la aerolínea". CBS News .
  • Prepárese para la turbulencia
  • Pronóstico de turbulencias en aire despejado (EE. UU.)
  • Sharman, RD; JD Doyle; MA Shapiro (enero de 2012). "Una investigación del encuentro de una aeronave comercial con una turbulencia grave en aire despejado sobre Groenlandia occidental". J. Appl. Meteorol. Climatol . 51 (1): 42–53. Bibcode :2012JApMC..51...42S. doi : 10.1175/JAMC-D-11-044.1 .
  • Williams, PD; M. Joshi (2013). "Intensificación de la turbulencia de la aviación transatlántica invernal en respuesta al cambio climático". Nature Climate Change . 3 (7): 644–648. Bibcode :2013NatCC...3..644W. doi :10.1038/nclimate1866.
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