“Año del Diálogo y la Reconciliación Nacional” Nacional”
UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
Práctica 2: Métodos de pronóstico de riesgo de la existencia de la turbulencia Profesor: Ing. Weidy Flores Curso: Meteorología Aeronáutica Grupo:
1
Alumnos:
Alvarez Saracco, María Fé
Bruno Ramirez, Jhonatan Edwin
Caillahua Argüelles, Martín Daniel
Henriquez Quintana-Gurt, Eduardo Andres
Obregón Yataco, José Esteban
La Molina, 2018
Contenido ................................................................................................................... 2 ............................................................................................................................... 2 ................................................................................................................. 2
3.1.
Turbulencia ......................................................................................................................
3.2.
Turbulencia convectiva .................................................................................................. 3
3.3.
Turbulencia orográfica ................................................................................................... 4
3.4.
Turbulencia en aire claro (CAT) .................................................................................. 4
3.5.
Turbulencia dinámica en aire claro ............................................................................ 6
2
..................................................................................................................... 6 ........................................................................................................................ 6
5.1.
Ubicación de las zonas de turbulencias .......................................................................... 6
5.2.
Sondajes ................................................................................................................................
5.3.
Salidas de datos de Reanalysis ........................................................................................ 9
7
..................................................................................................................... 12
6.1. Área 1 ...................................................................................................................................
12
6.2. Área 2 ...................................................................................................................................
13
6.3. Área 3, Área 4 y Área 5 .................................................................................................... 14 ................................................................................................................. 15 .................................................................................................................... 15 ....................................................................................................... 15
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En la aeronavegación es necesario tomar en cuenta todo tipo de patrones atmosféricos que intersecten el trayecto de la aeronave, pues ignorarlos y no tener previsto un plan frente a una adversidad puede generar desde molestias en el vuelo del pasajero hasta problemas en la estabilización de la aeronave que podría culminar en la muerte de las personas, y la consecuente pérdida monetaria a grandes cantidades de la empresa. La turbulencia es un fenómeno que no siempre puede percibirse visualmente, pero siguiendo patrones y utilizando técnicas para su correcto pronóstico se puede evitar el paso a través de ella escogiendo una nueva y/o mejor ruta. Según su intensidad puede clasificarse en leve, moderada y severa; y según su origen puede ser convectiva, orográfica, en aire claro, dinámica. En el presente informe se analizará el día 2 de abril de 2018 a las 12UTC para un nivel de vuelo 100-450. Se utilizará información de radiosonsaje cercanos a la zona así como modelos atmosféricos para poder explicar la turbulencia presente en el área y si algunas se asociación a cierto tipo de nubes.
Identificar la causa de las turbulencias presentadas en la carta de fenómenos significativos emitida por el centro mundial de pronósticos de área de Londres(WAFC London)para el área de Europa valido para 12 UTC 02 Abril del 2018, a un nivel de vuelo de 10000 a 45000 pies de altura.
3.1. Turbulencia
La turbulencia es un fenómeno que se percibe con los cambios marcados en la velocidad o la dirección del viento en sentido vertical u horizontal. Las sacudidas que puede experimentar un avión al atravesar una turbulencia pueden ser peligrosas. La turbulencia puede clasificarse en: i) leve, ii) moderada y iii) severa, los cuales, según el Manual de Meteorología Aeronáutica de la oficina meteorológica del Reino Unido, obedecen los siguientes umbrales: Tabla 1: Tipos de turb ulenci a, característi cas y accion es a tom ar en cuenta al estar en una aeronave Fluctuación Tipo de Orden de las de velocidad Consideraciones Turbulencia ráfagas (m/s) aérea (m/s) Es posible que los pasajeros tengan que usar cinturón de seguridad. Sin Turbulencia 2.6 a 8 1.5 a 6 embargo, los objetos sueltos en el leve interior de la aeronave se mantendrán en reposo. 6 a 11 Es obligatorio el uso de cinturón de Turbulencia 8 a 13 Pueden durar seguridad. Los objetos sueltos se moderada hasta 11 minutos mueven. El alabeo frecuente de la
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Tipo de Turbulencia
Fluctuación de velocidad aérea (m/s)
Turbulencia severa
>13
Orden de las ráfagas (m/s)
11 a 30 Pueden durar hasta 7 minutos
Consideraciones aeronave dificulta el movimiento en la cabina. La aeronave puede perder el control momentáneamente y es difícil mantener la altitud de vuelo. Los pasajeros sentados experimentan sacudidas violentas y los objetos sueltos vuelan por el aire.
Fuente: ASMET (Affrican Satellite Meteorology Education and Training) – Detección de turbulencia en aire claro sobre Sudáfrica. The COMET Program.
Además, podemos clasificar la turbulencia por su origen: i) turbulencia convectiva, ii) turbulencia orográfica y iii) turbulencia en aire claro.
3.2. Turbulencia convectiva
Es aquella generada por la actividad convectiva. Es decir, que en estas zonas se produce condiciones de cizalladura del viento producto del desplazamiento de aire vertical, ya sea ascendente o descendente. Esta cizalladura se refiere en capas o columnas en las cuales la velocidad del aire difiere en velocidad o dirección, respecto a las capas de columnas adyacentes, y puede percibirse cuando de forma repentina se atraviesan los límites entre dichas capas. A continuación se presenta un cuadro el cual describe la intensidad de la turbulencia dependiendo de la velocidad vertical y el régimen presente. Tabla 2: Corrientes vertic ales típicas provoc adas por movim ientos convectivo s Velocidad vertical Régimen
Turbulencia
kt
pies/min
(aprox.)
(aprox.)
1-3
2-6
200-600
Leve
Torrecúmulos
3-10
6-20
600-2000
Moderada
Cumulonimbos
10-25
20-50
2000-5000
Severa
Tormentas severas
20-65
40-130
4000-13 000
Extrema
Térmicas secas
1-5
2-10
200-1000
Leve/moderada
Reventones
3-15
6-30
600-3000
Moderada/severa
Reventones
Hasta 25
Hasta 50
Hasta 5000
Extrema
m/s Cúmulos pequeños a medianos
Fuente: Manual ETR-20 (WMO/TD-No. 1390) sobre los peligros de aviación (Aviation Hazards) del Programa de Educación y Capacitación de la OMM
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3.3. Turbulencia orográfica
Son producto de las ondas orográficas formadas a sotavento de las montañas. Estos movimientos ondulatorios se propagan a cientos de kilómetros de distancia corriente abajo. Cabe mencionar que la turbulencia en aire claro asociada a estas ondas es más severa y tiene mayor alcance a sotavento de una cordillera que de un pico aislado. Algunos indicadores para pronosticar la turbulencia inducida por ondas orográficas según Hopkins (1977) son:
La velocidad del viento supera los 20kt en cualquier nivel entre el suelo y 500 hPa. El viento cruza la línea de crestas formando un ángulo inferior a 30 grados respecto a la perpendicular o normal. La disminución abrupta de la presión a sotavento de la montaña. Un gradiente de temperatura superior a 5°C por 100km a través o a lo largo de la barrera montañosa.
3.4. Turbulencia en aire claro (CAT)
Aquella que ocurre en regiones de fuerte cizalladura del viento (niveles medios y altos). Estas regiones se encuentran despejadas, por lo que es difícil de detectar de manera visual. Sin embargo, la formación de ciertos tipos de nubes adyacentes a estas zonas turbulentas puede ayudar a su detección. A continuación se muestra una tabla que describe patrones y características sinópticas comunes que producen condiciones de cizalladura y herramientas que permiten su identificación. Tabla 3 Patrones y características comun es que producen c izalladura Herramientas de identificación Patrones sinópticos Características sinópticas de estructuras En el lado frío (hacia el Cerca y debajo del núcleo, Campos de altura polo) de una corriente donde la cizalladura es más geopotencial y vientos del en chorro. intensa. modelo de PNT (200/300 hPa) En el lado cálido (hacia Cuanto más intensa sea la Campos de altura el ecuador) de una corriente en chorro más geopotencial y vientos del corriente en chorro, probable será la formación de modelo de PNT (200/300 hPa) sobre el núcleo. turbulencia. En las dorsales en Donde la velocidad del viento Campos de altura altura en fase de en torno a la dorsal alcanza su geopotencial y vientos del desarrollo. límite debido a la curvatura. modelo de PNT (200/300 hPa) Campos de altura En las vaguadas Donde la dirección del viento geopotencial y vientos del pronunciadas en altura. cambia abruptamente. modelo de PNT (200/300 hPa) En las corrientes en chorro Campos de altura Regiones de (60% de esta turbulencia geopotencial y vientos del confluencia y difluencia. ocurre cerca de ésta). modelo de PNT (200/300 hPa) Puede ocurrir o Especialmente la convección Imágenes satelitales / intensificarse sobre una frontal embebida diagramas aerológicos región de convección. Puede ocurrir por encima de Donde se fuerza el ascenso Imágenes satelitales / torrecúmulos o rápido del aire diagramas aerológicos cumulonimbos
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Características sinópticas
Herramientas de identificación de estructuras
Puede ocurrir en collados a gran altura.
Vientos débiles pero con marcados cambios direccionales.
Campos de viento del modelo PNT (200/300 hPa).
Patrones ondulantes característicos en los cirros.
Indica un colapso en el flujo turbulento.
Imágenes satelitales (vapor de agua).
Patrones sinópticos (térmicas / microrráfagas.)
Diagramas aerológicos (tefigramas) y campos de altura de la tropopausa del modelo PNT. Diagramas aerológicos y campos de altura de la tropopausa del modelo PNT.
Normalmente ocurre entre los 2000 pies por encima y 6000 pies por debajo de la tropopausa. La turbulencia de aire claro es poco común por encima de una tropopausa bien definida
Fuente: Manual ETR-20 (WMO/TD-No.1390) sobre peligros de aviación del Programa de Educación y Capacitación de la OMM (Empirical Forecasting Techniques for Clear Air Tur bulence).
Tabla 4. Criterios de cizalladura del viento Turbulencia en aire
Turbulencia en aire
claro de moderada a
claro moderada
Cizalladura vertical del viento Cizalladura
≥6
severa
kt por 1000 pies
≥20 kt
-
por grado de
-
Turbulencia en aire claro severa
≥9 kt
por 1000 pies
≥30 kt
por grado de
horizontal del viento
latitud
latitud
Desaceleración del
>40 kt por 10 grados
>60 kt por 10 grados
>125 kt por 10
viento
de latitud
de latitud
grados de latitud
Cambio de 75 grados Cizalladura direccional del
en la dirección del viento cerca de un
-
-
gradiente de
viento
temperatura Fuente: Manual ETR-20 (WMO/TD-No.1390) sobre peligros de aviación del Programa de Educación y Capacitación de la OMM (Empirical Forecasting Techniques for Clear Air Turbulence).
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3.5. Turbulencia dinámica en aire claro
La corriente en chorro se caracteriza por movimientos del viento que generan fuertes gradientes de cizalladura verticales y horizontales, y provocan la mayor parte de la turbulencia en aire claro que experimentan las aeronaves a altitud de crucero. Un estudio de Briggs (1961) determinó, de 73 eventos, que la mayor parte de la turbulencia en aire claro había ocurrido cuando una vaguada en altura se hallaba debajo del eje de la corriente en chorro y del lado de baja presión respecto del mismo. También ocurría por encima del eje de la corriente en chorro: del lado de alta presión (15 eventos) y del lado de baja presión (10 eventos). La turbulencia de aire claro se registró principalmente a menos de 200km de distancia de la corriente en chorro y entre 1500 y 5400 metros debajo de la tropopausa.
Primero, observando el mapa a detalle, se identificó las coordenadas en donde se presentaron las turbulencias (ver Tabla 5), luego se procedió recolectar data respecto a los puntos encontrados (sondajes y datos de reanalysis). Finalmente, se procesó y analizo la data para explicar cada caso de turbulencia. Es necesario mencionar que debido a que se necesitan observaciones en altura se procedió a buscar data de sondajes cercanos a las zonas de turbulencia, sin embargo, tres de cinco puntos se encontraban sobre un cuerpo de agua, pese a esto, se encontró un sondaje ubicado cerca a el Mar Negro (zona N° 2) y otro representativo de la zona N°1.
5.1. Ubicación de las zonas de turbulencias
La Tabla 5 y la Ilustración 1 presenta la ubicación de las zonas de turbulencia, cuatro de estas se encuentran ubicadas sobre cuerpos de agua, siendo estas la zona N°2, N°3, N°4 y N°5. Por otro lado, la restante se encuentra ubicada al centro de Rusia en una zona llana, de esta manera podemos decir que las turbulencias presentadas no se deben a la orografía.
Tabla 5: Coordenadas de los puntos en donde se presentaron turbulencias: Zona de turbulencia
Nivel de base
Nivel de tope
1 2 3 4 5
20,000 ft 26,000 ft 29,000 ft 27,000 ft 20,000 ft
30,000 ft 36,000 ft 42,000 ft 37,000 ft 36,000 ft
Coordenadas en grados Norte Este 60°0’0.00’’ 60°0’0.00’’ 44°0’0.00’’ 30°0’0.00’’ 40°0’0.00’’ -16°0’0.00’’ 36°0’0.00’’ -10°0’0.00’’ 42°0’0.00’’ -16°0’0.00’’
Fuente: Elaboración propia Nota: Si bien las coordenadas representan un punto hay que tener en cuenta que representan “zonas de turbulencia”
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Ilustración 1: Ubicación de las zonas d e turbulencia
Fuente: Google Earth.
5.2. Sondajes
En la Ilustración 2 (radiosondaje para el área 1), la estación 27083 Vologda con coordenadas Lat 59.32 Lon 39.93 ubicada en el noroeste de Rusia se observa turbulencia de origen térmico a un nivel de 4500ft, y la tropopausa ubicándose a 37000ft Ilustración 2: Radiosondaje para la zona 1
Fuente: http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html
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En la Ilustración 3 (radiosondaje para el área 2) , la estación 37011 Tuapse con coordenadas Lat 44.10 Lon 39.07 ubicada en el sur de Rusia se observa turbulencia de origen térmico a un nivel de 2300ft, y la tropopausa ubicándose a 45000ft. Ilustración 3: Radiosondaje para la zona 2
Fuente: http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html
Por otro lado, en la Ilustración 3 se presenta la ubicación de las estaciones de donde se emitió la radiosonda. Ilustración 4: Ubicación de los radiosondajes
Fuente: http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html
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5.3. Salidas de datos de Reanalysis Ilustración 5: Mapa de vientos a 200 hPa
Fuente: Elaboración propia.
Ilustración 6: Mapa de vientos a 250 hPa
Fuente: Elaboración propia.
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Ilustración 7: Mapa de vientos a 300 hPa
Fuente: Elaboración propia.
Ilustración 8: Mapa de vientos a 400 hPa
Fuente: Elaboración propia.
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Ilustración 9: Mapa de vientos a 500 hPa
Fuente: Elaboración propia.
Analizando la Ilustración 5, Ilustración 6, Ilustración 7, Ilustración 8, e Ilustración 9, podemos concluir que el núcleo de los jets se presenta en nivel de 300 hPa, debido a que en este es donde se presentan las máximas velocidades de viento.
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6.1. Área 1
En el área 1 observamos, líneas de trazo suspensivas sobre el océano Ártico que nos indica el límite de CAT (turbulencia de aire claro) y una línea gruesa entera que indica la posición del eje de la corriente de chorro indicando el nivel de vuelo en 33000ft y este se extiende desde 22000ft hasta 3900ft, presentando velocidad de 130 kt dirección 110°.
Al sur del área 1 con líneas festoneadas limita el área de tiempo significado sobre Rusia indicando turbulencia moderada altura de la base 10000ft hasta 15000ft, engelamiento moderado altura de la base 10000ft a15000ft. Al norte del área 1, el nivel de tropopausa es 40000ft, turbulencia moderada altura de la base desconocida tope 18000ft, engelamiento moderado altura de la base desconocida tope 18000ft. Atrás del corriente chorro en el Atlántico Norte frente a Noruega mediante líneas festonadas el tiempo significativo nos indica Nubes Cumulonimbos ocasionales de base desconocida tope 20000ft. Ilustración 10: Carta de evento significativo, zona CAT 1
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6.2. Área 2
En el área 2 observamos, líneas de trazo suspensivas al norte y sur del Mar Negro que nos indica el límite de CAT(turbulencia de aire claro), la línea gruesa entera indica la posición del eje de la corriente de chorro al norte del Mar Negro indicando el nivel de vuelo en 29000ft presentando velocidad de 100kt en dirección 270° con nivel de tropopausa 45000ft, otra línea gruesa entera que indica la posición del eje de la corriente de chorro al sur del Mar Negro indicando el nivel de vuelo en 31000ft presentando velocidad de 90kt hasta 110kt en dirección 180° atravesando el continente europeo desde Ucrania hasta Letonia, Delante de la corriente en chorro que presenta dirección 270° con líneas festonadas el área de tiempo significativo para el sur de Rusia, presenta Cb aislados y Cb mezclados con capas de otras nubes u ocultos por la calma (intercalados), altura de la base desconocida tope 27000ft, nivel de tropopausa 45000ft, al sur encontramos otra corriente en chorro con 110kt indicando nivel de vuelo de 35000ft sobre Turquia. Ilustración 11: Carta de evento significativo, zona CAT 1
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6.3. Área 3, Área 4 y Área 5 En la Ilustración 12 se puede apreciar que las zonas de turbulencia de aire claro se presentan en el océano pacifico oriental y la costa oeste de Europa y áfrica. En ella se ve a influencia tanto de los jets como de nubes cumulonimbos las cuales pueden causar turbulencias. En la Ilustración 5, Ilustración 6, Ilustración 7, Ilustración 8, Ilustración 9 se pueden apreciar que el eje del jet se encuentre en el nivel de 300 hPa (en el Pacifico oriental), este genera una fuerte cizalladura vertical, la cual cumple con los criterios de presentados en la Tabla 4 para la turbulencia en aire claro moderada. Respecto a la área 3 está influenciada por un jet de 130kt 130° (entre niveles de 26,000 ft y 42,000ft), el cual disminuye su velocidad a 110kt 130° (nivel de 36,000ft) y finalmente cambia su dirección y velocidad a 90Kt 180° (nivel 36,000). Por otro lado, la influencia de las nubes cumulonimbos incrementa hacia la costa, presentándose hasta cinco cumulonimbos en el área CAT 3. En el área CAT 4 se encuentra incluida en el área 3, sin embargo, la turbulencia en esta zona puede deberse a las nubes tipo cumulonimbos presentes en la zona de Portugal y España. Dentro del área 4 se presentan tres nubes cumulonimbos, entre ellas destaca una nube que presenta nivel de engelamiento entre 10,000 ft y 20,000 ft Por otro lado, el área 5 presenta una fuerte cizalladura horizontal debido a un jet 31,000ft que pasa de una velocidad de 110kt a 90kt en una corta distancia, adicionalmente se presenta una gran nube cumulonimbos que presenta engelamiento en hasta niveles de 19,000ft. Ilustración 12: Carta de evento significativo, zona CAT 3, 4 y 5
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En el área 1 sobre el noreste de Rusia presenta turbulencia de aire claro y la posición del eje de la corriente de chorro indicando el nivel de vuelo en 33000ft y este se extiende desde 22000ft hasta 3900ft, presentando velocidad de 130 nudos dirección 110° En el área 2 líneas sobre el norte y sur del Mar presenta turbulencia de aire claro, la posición del eje de la corriente de chorro al norte del Mar Negro indicando el nivel de vuelo en 29000ft presentando velocidad de 100kt en dirección 270° con nivel de tropopausa 45000ft, otra la posición del eje de la corriente de chorro al sur del Mar Negro indicando el nivel de vuelo en 31000ft presentando velocidad de 90kt hasta 110kt en dirección 180° atravesando el continente europeo desde Ucrania hasta Letonia. En el área 3, la turbulencia se debe al jet que cambia su velocidad y dirección de 130kt 130° a 90Kt 180, además de la influencia de los grandes cumulonimbos de encima de España y Portugal. En el área 4, la mayor influencia de la turbulencia se debe a la presencia de cumulonimbos de la zona, sin embargo esta área también puede verse afectada por el cambio de velocidad y dirección del jet mencionado en la zona 3. En el área 5, una fuerte cizalladura horizontal puede ser el causante de la turbulencia, además de la presencia de nubes de cumulonimbos
Briggs, J. (1961). Severe turbulence near the British Isles. Meteorol. Mag.,
245 – 254.
Hopkins, R. H., 1977: Forecasting techniques of clear-air turbulence including that associated with mountain waves. WMO Tech. Note 155, 31 págs. UK Met. Office (1994). Handbook of Aviation Meteorology. Third edition. HMSO, London, 81-83. Violliers y van Heerden (2001) Clear air turbulence over South Africa. Meteorol. Appl., 119-126. WMO Education and Training Programme ETR-20 (WMO/TD-No. 1390) on Aviation Hazards, http://www.caem.wmo.int/moodle/file.php?file=%2F9%2FAVIATION_HAZAR DS_FINAL_20Aug2013.pdf.
Para un mejor análisis de la turbulencia también es recomendable analizar imágenes satelitales, debido a que se conocen ciertos patrones de nubes las cuales se presentan turbulencia. Además, la resolución temporal de estas suelen ser mejores que las que se encuentran en radiosondajes los cuales normalmente se lanzan uno cada doce horas.
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