Niebezpieczne zjawiska atmosferyczne w lotnictwie: Widzialność, ekstremalne zjawiska naturalne, zachmurzenie i oblodzenie

Jednym z ważniejszych zagadnień, łączących meteorologię z awiacją jest widzialność. Określa się ją jako ograniczenie widzenia w kierunku poziomym lub też jako stopień przezroczystości powietrza, dzięki któremu możliwe jest dostrzeżenie pewnych obiektów lub przedmiotów. Na poziom widzialności wpływa wiele zmiennych – począwszy od ogólnych aspektów, takich jak zaleganie określonych mas powietrza, poprzez temperaturę i wilgotność powietrza, a skończywszy na lokalnym mikroklimacie otoczenia lotnisk. Prognoza zjawisk ograniczających widzialność jest jednym z najistotniejszych zadań osłony ruchu lotniczego.

We współczesnym lotnictwie wykorzystuje się najnowocześniejsze technologie, pozwalające pilotować statek powietrzny w najtrudniejszych nawet warunkach pogodowych. Mimo to wzrokowa ocena sytuacji panującej w otoczeniu, dokonywana przez pilota w trakcie startu, lądowania i samego lotu, pozostaje kluczowym elementem bezpieczeństwa w lotnictwie. Oczywiste więc, że zjawiska ograniczające widzialność zasadniczo wpływają na możliwości prowadzenia ruchu lotniczego.

Dla pilotów najistotniejszym parametrem jest widzialność z powietrza – pozioma, skośna oraz pionowa – przy czym niekoniecznie ograniczenie jednej widzialności będzie powodować zmniejszenie innej. Zadaniem synoptyka prognoz lotniczych jest m.in. prognoza widzialności poziomej, a dokładniej zjawisk, które mogą ją ograniczać.

Ocena widzialności na lotnisku może być dokonana przez obserwatora lub automatycznie poprzez urządzenia RVR (ang. Runway Visual Range). Podczas tego procesu obserwator wykorzystuje repery, czyli pewne widoczne – w większym lub mniejszym stopniu – obiekty pozostające w określonej odległości od Lotniskowej Stacji Meteorologicznej (LSM). Widzialność to jeden z parametrów, na podstawie których wydaje się decyzje o lotach VFR (ang. Visual Flight Rules). Wówczas kontrola statku powietrznego przez pilota odbywa się całkowicie na podstawie jego wzrokowych obserwacji. Należy również wspomnieć o systemie nawigacji ILS (ang. Instrument Landing System). Jest on używany głównie na lotniskach komunikacyjnych i pozwala na wykonywanie precyzyjnego podejścia do lądowania według wskazań przyrządów w warunkach ograniczonej widzialności.

Lot w chmurach

Poziom zachmurzenia oraz rodzaj chmur mają niebagatelne znaczenie dla bezpieczeństwa ruchu lotniczego. Poważnym zagrożeniem są niskie podstawy chmur warstwowych Stratus i kłębiasto-warstwowych Stratocumulus, które w znaczny sposób pogarszają widzialność i mogą zasłaniać wierzchołki drzew czy wysokich budynków. To z kolei utrudnia przelot statku powietrznego na małych wysokościach.

Najtrudniejsze warunki w lotnictwie powoduje pojawienie się chmur burzowych Cumulonimbus i związanych z nimi zjawisk: wyładowań atmosferycznych, silnych turbulencji, oblodzenia, opadów deszczu, śniegu czy gradu. Występujący podczas burz silny wiatr o charakterze szkwałowym charakteryzuje się nagłymi zmianami kierunku i prędkości, co przyczynia się do powstania uskoku wiatru. Pojedyncze komórki burzowe często się łączą, tworząc rozległe i bardziej zorganizowane struktury burzowe, np. linie szkwałowe. Cumulonimbusy są często słabo widoczne z powietrza, zwłaszcza gdy rozbudowują się w systemach zachmurzenia niskiego i średniego. W ich ominięciu pomagają precyzyjne komunikaty naziemne oraz radary meteorologiczne zamontowane na pokładach samolotów.

Niebezpieczna mgła

W meteorologii rozróżnia się dwa zjawiska – mgłę i zamglenie – które różnią się stopniem ograniczenia widzialności. W przypadku mgły widzialność spada poniżej 1000 m, a zamglenia – od 1000 m do 10000 m (przy wilgotności względnej powietrza powyżej 70 proc.). Na potrzeby awiacji przedział dla zamglenia ustala się w zakresie 1000-5000 m. Są to wartości ważne dla lotów VFR, ponieważ graniczna wartość zamglenia to minimum widzialności dla tego typu lotów. Przy określaniu stopnia widzialności należy w dalszej kolejności uwzględnić opady atmosferyczne: deszcz, mżawkę, grad, śnieg, krupę śnieżną, lodową itp.

Rodzaj opadu i jego intensywność potrafią istotnie wpłynąć na ograniczenia widzialności – o ile jednostajny i ciągły deszcz nie jest aż tak niebezpieczny, o tyle gęsto padający śnieg lub intensywny, przelotny opad deszczu czy gradu mogą zmniejszyć widzialność do kilkuset, a nawet kilkudziesięciu metrów. Wśród pozostałych zjawisk ograniczających widzialność poziomą, choć występujących znacznie rzadziej, należy wymienić m.in. zamiecie śnieżne, burze pyłowe i piaskowe oraz dymy.

Wymienione zjawiska powodują także spadek przyczepności na pasie startowym, co jest istotne szczególnie podczas hamowania samolotu w trakcie lądowania. Spadek temperatury przy gruncie poniżej 0°C może powodować dodatkowo oblodzenia pasa. Informacja o takich niedogodnościach jest niezwykle istotna dla obsługi portów lotniczych, która może wówczas, z odpowiednim wyprzedzeniem, podjąć akcję oczyszczenia pasa startowego.

Oblodzenie – groźne również latem

Niebezpiecznym zjawiskiem w lotnictwie jest osadzanie się powłoki lodowej na powierzchni samolotu, czyli oblodzenie. Przyczynia się ono do zmniejszenia zdolności aerodynamicznych maszyny, zwiększenia jej ciężaru, niewłaściwego działania przyrządów i pogorszenia pola widzenia w przypadku osadzenia się lodu na szybie kokpitu. Do powstania oblodzenia zazwyczaj potrzebne są dwa czynniki: temperatura powietrza równa lub niższa od 0°C i obecność przechłodzonych kropel wody w chmurze; najsilniejsze oblodzenie występuje w przedziale od –5°C do –12°C. Jego intensywność zależy od temperatury powietrza na wysokości lotu, wodności chmur, wielkości statku powietrznego i prędkości, z jaką się porusza.

Najlepsze warunki do powstania oblodzenia występują przed wolno przemieszczającym się frontem ciepłym w chłodnej porze roku. Wówczas mogą pojawić się opady marznącego deszczu lub mżawki. Lód powstający w takim opadzie szybko przyrasta i jest trudny do usunięcia. Na stopień oblodzenia ma również wpływ wielkość i grubość zachmurzenia – wraz z jego wzrostem ryzyko oblodzenia rośnie.

Warto zaznaczyć, że w lotnictwie występuje też oblodzenie w temperaturze dodatniej, które ze względu na specyfikę występowania nie jest prognozowane przez synoptyków. Zjawisko to jest jednak dobrze znane pilotom. Takie oblodzenie może się pojawić, gdy samolot o wychłodzonej powierzchni w dość krótkim czasie dostaje się w warstwy cieplejszego powietrza. Wówczas w wyniku resublimacji pary wodnej, na powierzchni samolotu osadza się szron lub cienka warstwa lodu. Innym przykładem jest oblodzenie gaźnika silników spalinowych, które występuje również w wyższej temperaturze powietrza, rzędu nawet 30°C, w warunkach podwyższonej wilgotności.

Ekstremalne zjawiska naturalne w lotnictwie

Uderzenie pioruna w statek powietrzny jest zjawiskiem rzadkim. W większości przypadków nie powoduje ono poważniejszych skutków, jednak może być przyczyną awarii przyrządów pokładów, radia czy instalacji elektrycznej. Wyładowania doziemne natomiast mogą zakłócić pracę portu lotniczego – jeśli pojawią się zbyt blisko, konieczne jest zatrzymanie tankowania samolotów.

Kolejnym niecodziennym zjawiskiem, niemającym co prawda związku ze stanem atmosfery, ale niebezpiecznym dla lotnictwa, jest obecność pyłu wulkanicznego w powietrzu. O skutkach jego oddziaływania na ruch lotniczy mogliśmy się przekonać w 2010 roku, po wybuchu wulkanu Eyjafjallajökull na Islandii. Uważa się, że pył wulkaniczny może prowadzić do zatykania przewodów powietrznych w silnikach samolotów i powodować ich wyłączenie. W Centralnym Biurze Prognoz Lotniczych – Meteorologicznym Biurze Nadzoru obowiązuje – na wypadek wystąpienia pyłu wulkanicznego nad terytorium Polski – specjalna procedura, której finalnym efektem jest wydanie ostrzeżenia SIGMET WV, opartego na informacji VAAC (ang. Volcanic Ash Advisory Centre).

Prognozowanie

Synoptyk opracowujący prognozę widzialności i zjawisk atmosferycznych, skupia się przede wszystkim na ustaleniu sytuacji barycznej – dzięki temu może określić rodzaj mas powietrza zalegających nad danym obszarem i kierunki ich adwekcji (napływu). Bardzo ważnym wsparciem w jego pracy są modele numeryczne o różnej rozdzielczości przestrzennej i czasowej. Należy jednak pamiętać, że analiza matematyczna nie zawsze jest w 100 proc. dokładna. Model może doskonale sprawdzić się w prognozowaniu opadów, mgieł i innych zjawisk występujących w większej skali, lecz nie doszacować (lub przeszacować) występowanie zjawisk lokalnych. Rolą synoptyka jest odpowiednia interpretacja wyników modelu i przygotowanie końcowego produktu w postaci prognoz i ostrzeżeń.

Przy prognozowaniu rodzaju i wielkości zachmurzenia, podobnie jak w przypadku widzialności i zjawisk atmosferycznych, pod uwagę bierze się rozkład oraz przemieszczanie układów barycznych i frontów atmosferycznych, a także masy powietrza napływające nad dany obszar. Pomocne są zdjęcia satelitarne, obrazy radarowe, dane ze stacji synoptycznych (aktualizowane co godzinę) oraz diagramy aerologiczne, sporządzane na podstawie sondaży wykonywanych dwa razy w ciągu doby. Wszystkie te źródła dostarczają informacji na temat chmur – ich podstawy, miąższości  i rodzaju – oraz obszaru nad który się przemieszczają, co ma istotne znaczenie dla dalszego ich formowania się i przekształcania.

Szczególnej uwagi wymagają prognozy przygotowywane dla lotów nad terenami górzystymi. Zmiany pogody są tam dynamiczniejsze niż na nizinach, a szczyty i grzbiety górskie mogą być niewidoczne dla pilota nawet przy niewielkim zachmurzeniu. W prognozach obszarowych GAMET (w pierwszej sekcji dla obszarów A2 i A5 – odpowiednio południowo-zachodnia i południowo-wschodnia Polska) oraz prognozie SWC dla Polski (ang. Significant Weather Chart) synoptyk ma do dyspozycji narzędzia przeznaczone do informowania o przesłonięciu grzbietów górskich przez chmury.

Zarówno niskie podstawy chmur, jak i oblodzenie stanowią kryterium wydania ostrzeżeń dla lotnisk. Dla większości portów lotniczych w Polsce wartością graniczną dla komunikatu o niskich podstawach chmur jest 200 FT, czyli około 60 m. W tych warunkach operacje precyzyjnego podejścia i lądowania mogą odbywać się jedynie z zastosowaniem systemu ILS. Dla baz Lotniczego Pogotowia Ratunkowego (LPR) ostrzeżenie wydaje się przy podstawach chmur o wysokości 800 FT (około 240 m). Niskie podstawy chmur są także uwzględniane w prognozie graficznej SWC, obszarowej GAMET oraz TAF dla danego lotniska.

Ostrzeżenia przed oblodzeniem dotyczą wystąpienia warunków do tworzenia się gołoledzi, szronu lub szadzi, powodujących śliskość pasa startowego lub odkładanie lodu na sprzęcie lotniskowym. Oblodzenie w chmurach uwzględnia się w prognozach SWC i GAMET.

Warunki pogodowe są dla lotnictwa jednym z najważniejszych czynników kształtujących funkcjonowanie całej branży. Z jednej strony generują określone koszty ekonomiczne, z drugiej – stanowią realne ryzyko w kontekście bezpieczeństwa pasażerów. Dlatego tak ważne jest, aby cały proces prognozowania – od pozyskania danych meteorologicznych do otrzymania przez określonych odbiorców informacji o potencjalnym niebezpieczeństwie – przebiegał sprawnie i nie zawierał błędów. Rola wszystkich czynników tego procesu jest jednakowo ważna. Pierwszy etap to prawidłowe zmierzenie i odczytanie wartości z przyrządów i urządzeń pomiarowych. Następnie obserwator musi właściwie rozpoznać występujące zjawiska i sporządzić na czas odpowiednią depeszę. Zadaniem synoptyka jest prawidłowa interpretacja zagrożenia i przygotowanie takiej prognozy lub ostrzeżenia, aby piloci i pracownicy kontroli naziemnej mogli je poprawnie odczytać i podjąć działania mające na celu uniknięcie niepożądanych konsekwencji.

Maciej Benedyk, Ewelina Nguyen Van, Radosław Wierzbiński | Centrum Meteorologicznej Osłony Lotnictwa Cywilnego, IMGW-PIB

Źródło artykułu:  www.obserwator.imgw.pl