FENÓMENOS METEORÓLOGICOS PELIGROSOS PARA LA AVIACIÓN

DENTRO DE LOS FENÓMENOS PELIGROSOS PARA LA AVIACIÓN TENEMOS:

1.-BRUMAS Y NIEBLAS
2.-LAS TORMENTAS
3.-EL ENGELAMIENTO EN LAS AERONAVES
4.-ONDAS MONTAÑAS Y ROTORES
5.-FUERTE GRADIENTE VERTICAL DEL VIENTO


1.-BRUMAS Y NIEBLAS


1.1.-Definiciones

Se llama bruma a un enturbamiento de la atmósfera, producido por partículas microscópicas en suspensión que reducen la visibilidad. Las partículas en suspensión pueden formar una especie de polvareda microscópica (arena, humo, cristalitos de sal, gotitas de agua).

Se distinguen dos tipos de bruma:

La bruma seca o calina, formada esencialmente de partículas sólidas, son frecuentes cuando hay situaciones anticiclónicas en los continentes. la humedad relativa no sobrepasa en ellas el 60%. Forman una especie de velo blanquecino, que atenúa los tintes del paisaje, por transparencia, aparecen azuladas contra un fondo oscuro, y amarillentas contra un fondo blanco (nubes, nieve)

La bruma húmeda o neblina, formada esencialmente de gotitas de agua y es siempre grisácea.

Se llama niebla al fenómeno producido por la presencia de numerosas gotitas de agua o algunas veces cristales de hielo que flotan en el aire, dentro de una capa próxima al suelo. La distinción entre neblina y niebla se establece mediante un criterio de visibilidad, el cual es:

- Mayor a un Km = neblina.
- Inferior a un Km = niebla.

El color de la niebla es variable. Puede ser blanquecina o grisácea, y llega a ser amarillenta en las regiones industriales o muy pobladas, donde los humos la tiñen fuertemente se le conoce como smog en Inglaterra.

Se comprende que con neblinas densas puede, en ocasiones, ser necesaria la aplicación de las reglas de vuelo IFR (visibilidad inferior a 8 Km), siendo necesarias siempre con niebla.

Las nieblas se caracterizan por un alto grado de humedad relativa, generalmente muy próximo al 100%, a veces puede observarse la formación de niebla a partir de una humedad relativa un poco inferior al 100% (esto depende de la naturaleza de los núcleos de condensación presentes).

Con niebla, se tiene una sensación fisiológica de humedad y de frío, que no se siente con las brumas y neblinas.

Vistas desde un avión, las capas de niebla tienen el aspecto más o menos ondulado de una capa de estratos (mar de nubes). Las nieblas son frecuentes en otoño e invierno.

2.-LAS TORMENTAS

2.1.-Descripción

Cuando la atmósfera esta termodinámica inestable o seudo-inestable (inestabilidad húmeda) pueden formarse cumulonimbos en diferentes circunstancias. Tales nubes suelen dar lugar a precipitaciones en forma de chubascos. Si estos fenómenos son acompañados por descargas eléctricas o relámpagos, se dice que hay tormenta. Los relámpagos provocan un fenómeno acústico, generalmente muy intenso, el trueno.

Los chubascos tormentosos pueden ser extremadamente fuertes, las más intensas de todas las precipitaciones conocidas. En la mayor parte de los casos, los chubascos son de lluvia; pero ésta puede ir acompañada por granizo, de efectos devastadores.

2.2.-Tipos de Tormentas

Todas las causas que pueden conducir a la formación de cumulonimbos pueden provocar tormentas. Estas son, por otra parte, más violentas cuanto mayor sea la inestabilidad; o sea cuanto mayor sea la intensidad de las corrientes que engendran los cumulonimbos.

Tenemos dos categorías de tormentas:

a) Las tormentas locales

Que se producen sobre una extensión restringida, de algunas decenas de km2 y que pueden ser:

- De origen térmico, cuando la formación de los cumulonimbos es debida a corrientes de convección elevándose desde el suelo. Sobre el océano, las tormentas térmicas pueden producirse en invierno, cuando el aire polar se desliza sobre corrientes marinas cálidas;
- De origen orográfico, cuando el aire es conducido hasta la zona de pseudo-inestabilidad por causa de corrientes ascendentes provocadas por el relieve.

b) Las tormentas frontales

Se producen cuando la masa de aire cálido, que se ve obligada a subir por la superficie frontal, es pseudo inestable. Las tormentas frontales viajan con los frentes; su extensión es mucho más considerable que la de las tormentas locales. Pueden cubrir, en profundidad, algunas decenas de kilómetros, mientras que en la longitud pueden, según los casos, extenderse hasta algunos centenares de kilómetros.

Estas tormentas puede ser:

- Tormentas de frente cálido,
- Tormentas de frente frío,
- Tormentas de frente ocluido,
- Tormentas de frente frío de altura.

En las tormentas de frente cálido, los cumulonimbos son dispersos y las corrientes ascendentes no son muy intensas. Las tormentas son menos intensas que en los frentes fríos. En efecto, estos últimos, gracias a su fuerte pendiente, dan lugar a corrientes ascendentes mucho más violentas, y concentradas en una zona más estrecha.

En las oclusiones y en los frentes fríos de altura, la base de los cumulonimbos está más alta que en los frentes cálidos o fríos.

Las tormentas de origen térmico, se producen poco después del mediodía o por la tarde, salvo sobre el mar donde se producen generalmente de noche. Por el contrario, las tormentas de otros tipos pueden producirse a cualquier hora, puesto que las ascendencias que las desencadenan dependen mucho menos de la variación diurna de la temperatura.

3.-EL ENGELAMIENTO

3.1.-Generalidades, Procesos de Formación

Se llama engelamiento a la formación de un depósito de hielo sobre un avión o sobre ciertas partes de él. El engelamiento puede producirse sobre un avión en vuelo y también sobre un avión en tierra.

Este fenómeno puede ser muy peligroso si no se conoce, de manera precisa, en qué condiciones se puede producir y los medios de evitarlo o de combatir sus efectos.

Para que se forme hielo sobre un avión, es necesario que el agua que entre en contacto con él tenga una temperatura inferior a cero grados.

Ya hemos expuesto en el módulo anterior que el agua puede estar en las nubes en estado sobrefundido hasta temperaturas muy bajas. Se trata de un estado de falso equilibrio, puede cesar bruscamente en cuanto las gotas de agua sufran un choque o entren en contacto con núcleos de cristalización.

Las nubes que contienen agua contienen en estado de sobrefusión son muy frecuentes entre 0° y -15°C. Por debajo de -15°C, la nube tiende a transformarse en nube de hielo. Por debajo de -20°C, casi todas las nubes forman agujas de hielo. Sin embargo, se han observado nubes formadas por agua sobrefundida hasta 14700 m. de altitud y -67°C. No se puede, pues, fijar claramente y con total seguridad un límite entre las porciones de nubes que contienen gotitas subfundidas y las que contienen hielo.

Cuando un avión en vuelo entra en contacto con gotas de agua subfundida, estas gotas se congelan por el efecto del choque y quizá también por el contacto con una superficie que puede hacer el papel de los núcleos de cristalización. Se producirá, pues, un depósito de hielo sobre todas las partes sometidas al impacto de gotitas, tales como el morro del fuselaje, los cristales del parabrisas, el borde de ataque de alas y timones, antenas y otras partes salientes, así como sobre los bordes de ataque de las palas de las hélices.

El aspecto y las propiedades del engelamiento depende, como vamos a intentar explicar, de la naturaleza de la nube atravesada, en particular de las dimensiones y de la naturaleza de la nube atravesada, en particular de las dimensiones y de la densidad o abundancia de gotas de agua que la componen; dependen, además, de la temperatura.

El proceso de la cristalización libera calor (80 calorías, o 334 julios, por gramo de agua); en consecuencia, la cristalización de una gota de agua no puede ocurrir instantáneamente. En efecto, la solidificación deja de progresar en el momento en que el calor de cristalización, liberado, hace subir a cero grados la temperatura de la gota. Prosigue, sin embargo, si por su parte la gota de agua tiende nuevamente a enfriarse por contacto con el medio que la rodea. El resultado es que la solidificación es lenta cuando la temperatura del aire es poco inferior a cero grados; siendo más rápida si la temperatura del aire es poco inferior a cero grados; siendo más rápida si la temperatura ambiente es más baja. Por esta razón, a temperaturas inferiores a cero grados, cada cristal de hielo que surge por el impacto de una gota de agua, puede soldarse, a los de los alrededores, mediante esa agua que se congela relativamente despacio. Cuanto más grandes sean las gotas de agua y más próximas estén unas a otras, más fácil será que se suelden al congelarse. El hielo que se forma así es, por ello, compacto y duro.

Cuanto más baja es la temperatura, menor posibilidad hay de que las gotas congeladas se suelden entre sí. Es también menor cuanto más pequeñas y más espaciadas sean las gotas de agua. El hielo formado, en estas condiciones, no es compacto y resulta quebradizo.

La consecuencia es que los engelamientos compactos se producen, por lo general, a temperaturas de pocos grados por debajo de cero y cuando las dimensiones y el número de las gotas son bastante grandes. El engelamiento es especialmente peligroso entre 0 y -8°C; siendo más frecuente hacia los -5°C. A temperaturas más bajas, se hace menos peligroso; hacia -12°C el hielo resulta muy quebradizo y tiene la consistencia de la nieve, pasando a ser la probabilidad de su formación inferior al 30%. Sin embargo, hay excepciones; en particular en los cúmulos y cumulonimbos se han dado casos de engelamiento fuerte hacia los -20°C; y moderado hacia -30°C; lo mismo sucede en las acumulaciones nubosas originadas por efecto orográfico, al remontar el aire una cordillera.

Para los aviones rápidos, es necesario tener en cuenta, además, la elevación de temperatura causada por el razonamiento. La temperatura de cero grados en la superficie de la célula no se encuentra, pues, al nivel de la isoterma de cero, sino alrededor de 2000 pies más arriba. Estas diferencias se hacen aún mayores en el caso de los aviones a reacción, para los cuales las capas de engelamiento suelen situarse, lógicamente, más arriba que para los más lentos aviones convencionales.

El agua sobrefundida puede también caer en forma de lluvia, provocando el engelamiento en un avión. Mencionemos también que en invierno, cuando la lluvia subfundida cae sobre el suelo, recubre éste de una fina capa de hielo transparente que hace imposible el frenado, sobre ruedas, de los aviones al hacer maniobras rodando. En verano, se encuentran lluvias sobrefundidas, muy peligrosas, en los Cumulonimbus hasta -18°C.

Pueden producirse otros engelamientos, como veremos seguidamente. La adherencia del hielo formado, depende mucho de las propiedades de la superficie sobre la que se deposita; se adhiere mal a las superficies muy pulidas y bien a las superficies rugosas. La velocidad de formación del engelamiento depende:

- De la densidad de gotas de agua en la nube (es decir, de su número por cm3);
- Del tamaño de las gotas;
- De la velocidad propia del avión;
- De la temperatura del avión.

Esto es casi evidente, puesto que la cantidad de agua que entra en contacto con la aeronave depende de los tres primeros factores. La velocidad de acumulación de hielo puede llegar a ser de hasta algunos centímetros de espesor por minuto.

4.-ONDA DE MONTAÑA Y ROTORES

4.1.-Generalidades

Las ondas estacionarias pueden formarse por efecto foehn, dando lugar a la formación de nubes lenticulares; mientras que los rotores se forman en las capas bajas.

Estos fenómenos, vistos de los peligros que presentan para la aviación en terreno montañoso (muchos accidentes atribuidos a errores del piloto, podrían hoy ser explicados por la presencia de onda de montaña o de rotores).

Los fenómenos de los que vamos a ocuparnos son independientes de la turbulencia en aire claro.

4.2.-Descripción de los Fenómenos

Estas ondas se forman cuando un viento fuerte (75 a 150 nudos en las capas superiores de la troposfera) sopla sobre la cadena de montañas de tal forma que exista, a la altura de las crestas, una componente, de al menos 25 nudos, que le sea perpendicular.

El flujo remonta la montaña, provocando a barlovento la formación de una capa nubosa (muro de foehn o nubosidad de estancamiento). Baja por la ladera opuesta, disipándose las nubes por efecto foehn. Las descendencias en esta región pueden llegar a ser de 15 a 20 m/seg; lo que, evidentemente, representa un peligro muy grave para los aviones que, con una trayectoria paralela a la dirección del viento, sobrevuelan las montañas sin haber previsto una altitud de seguridad suficiente (las reglas de vuelo IFR prevén un margen de seguridad mínimo que es de sólo 300 m por encima del lugar más elevado que pueda encontrarse, como máximo, a 5 millas náuticas del avión).

La zona de descendencias se extiende, en altitud, bien por encima de las crestas.

En las capas bajas, a sotavento de la montaña, se forman uno o varios rotores paralelos a la cadena montañosa y cuya existencia suele notarse por la presencia de nubes estacionarias cumuliformes (cúmulos y fractocúmulos) animadas de movimientos rotacionales rápidos. Es en la zona ocupadas por estas nubes, donde pueden existir las más fuertes turbulencias conocidas, turbulencias extremadamente peligrosas puesto que pueden provocar una pérdida de control del aparato o un debilitamiento de su estructura.

Por encima de los rotores, las líneas de flujo adoptan un trazado ondulatorio. Los máximos de amplitud están, a menudo, marcados por diferentes capas superpuestas de nubes lenticulares estacionarias, que se sitúan paralelamente a la cadena montañosa, sobre las crestas de la ondulación. El borde anterior (lado de barlovento) de estas nubes, está por lo general muy claramente delimitado, mientras que en el borde de sotavento el contorno está desflecado. Entre las bandas de nubes lenticulares, el cielo está claro.

La ondulación alcanza la tropopausa y penetra incluso en la estratosfera, como se atestigua por la existencia de las nubes nacaradas (mother of pearl clouds), que son nubes lenticulares muy finas, irizadas con colores parecidos a los del nácar.

Ascendencias muy fuertes se manifiestan sobre la parte anterior de los rotores y de las nubes lenticulares, mientras que por detrás existen descendencias, también intensas. Se han medido del orden de 10 ó 15 m/seg en altitudes de 10000 a 11000m. Tales corrientes verticales hacen imposible el mantenimiento de los niveles de vuelo prescritos por los órganos de control del tráfico aéreo. Además, constituyen un peligro por la estructura de aparatos rápidos que penetran allí de forma imprevista.

El esquema al que nos estamos refiriendo indica una capa turbulencia observada un poco por encima de la tropopausa. Puede que se trate de una observación para justificar la turbulencia en aire claro que se observa, a menudo, a nivel de la corriente en chorro.

El caso "clásico" de flujo que acabamos de describir, puede muy bien ser enmascarado por la presencia de capas nubosas compactas, cuando el aire es muy húmedo. Puede ocurrir lo contrario si el aire es muy seco; en tal caso no existe nubosidad. En estos dos casos, la ausencia de indicios visibles para el piloto puede agravar el peligro.

4.3.- Condiciones de Formación de las Ondas

Los estudios hechos en California se completaron con otros hechos en los Alpes franceses (Bérenger y Gerbier) y por observaciones llevadas a cabo en otros países, permitiendo precisar las condiciones de formación de las ondas.

- El relieve: Un relieve cuya altitud sea relativamente pequeña (algunos centenares de metros) puede bastar para originar ondas que pueden alcanzar la tropopausa;

- El viento: Debe tener una velocidad de, al menos, 20 a 25 nudos al nivel de las crestas montañosas; y su dirección debe ser, poco más o menos, perpendicular a la cadena de montañas. Debe aumentar de intensidad con la altitud, según un perfil que recuerda al de la corriente en chorro y superar los 80 nudos por debajo de la tropopausa. Toda variación brusca del viento, según se sube, tanto en dirección como en intensidad (wind shear), marca un límite superior de las ondas. Así, se observan en Italia central ondas solamente hasta 3000 ó 3500m, con tramontana (viento del NE). En este caso, el viento gira al NW por encima de dichas altitudes. Si, por el contrario, una corriente en chorro el NE sopla sobre los Apenino, las ondas alcanzan, o incluso sobrepasan, la tropopausa;

- Las masas de aire: Las condiciones más favorables para la formación de ondas se producen en las masas de aire estable, por lo común cálidas (por ejemplo, tropicales marítimas), a menudo con inversión frontal. Si las masas de aire se hacen inestables en sus capas bajas, durante el día, las nubes formadas en los rotores pueden hacerse muy cumuliformes y hacer desaparecer el sistema de ondas. La energía térmica aportada a los rotores, por la elevación diurna de la temperatura, refuerza la turbulencia, convirtiéndolos en más peligrosos de día que de noche;

- El mecanismo de formación de las ondas se explica, a grandes rasgos, a continuación: Una partícula de aire separada de su posición de equilibrio por la acción del relieve (ésta puede ser en algunos casos la acción del frente frío), se pone oscilar alrededor de la posición de equilibrio. En efecto, cuando baja, se pone más caliente que el medio ambiente; bajo el efecto de la fuerza ascensional que resulta, sube, enfriándose de nuevo; sobrepasa entonces, hacia arriba, la posición de equilibrio y se hace más fría que el medio ambiente, con lo que resulta más pesada y tiende a caer de nuevo; al mismo ambiente, con lo que resulta más pesada y tiende a caer de nuevo; al mismo tiempo, es arrastrada por el viento. Las condiciones en las que las ondas se producen, se amplifican, se extienden en altitud; y, al igual que el cálculo de las longitudes de onda, pueden ser objeto de formación matemática (trabajos de Lyra, Queney, Scorer).

4.4.- El Vuelo con Ondulatoria

Las ondas de relieve son muy buscadas por los pilotos de vuelo a vela para efectuar vuelos de altitud, implican por el contrario serias precauciones por parte de los pilotos de aviones con motor. Los consejos dados por los investigadores del "Sierra Wave Projet" son los siguientes;

a) Tratar de evitar, rodeándolas, las zonas donde se forman las ondas. Si esto no es posible, se debe volar a una altitud que sobrepase en un 50% la de las cimas;
b) No volar con aviones de alta velocidad en las ondas, sobre todo con viento contrario. Puede resultar dañada la estructura;
c) Evitar las nubes de los rotores;
d) Evitar la región del muro de foehn, a causa de las fuertes descendencias allí reinantes;
e) Evitar las nubes lenticulares elevadas, sobre todo si sus bordes aparecen muy deshilachados e irregulares;
f) Si se vuela contra el viento, las zonas de viento ascendente, sobre todo delante del rotor, pueden ayudar a ganar la altitud necesaria para pasar por las zonas con descendencias y sobrevolar la montaña;
g) No fiarse demasiado de las indicaciones del altímetro, a menudo erróneas en estas condiciones en las cercanías de las montañas;
h) Evitar penetrar en una zona de intensas ondas de relieve, en vuelo instrumental.

5.-FUERTE GRADIENTE VERTICAL DEL VIENTO

5.1.- Generalidades

No pocos accidentes de aviación se han producido poco después del despegue, o poco antes del aterrizaje, el avión ha penetrado en una capa de aire dentro de la cual hay una brusca variación de la velocidad o de la dirección del viento en la vertical, o ambas cosas a la vez.

Estos cambios del viento con la altura (designados a veces como "cizalladura" del viento), pueden tener distintos orígenes, tales como:

- Tormentas.
- Frente en las proximidades del aeropuerto.
- Influencias orográficas.
- Inversión de temperatura.
- Vientos locales.

En la tormentas las variaciones del viento en las capas próximas al suelo son las más difíciles de prever, debido a que el aire está sometido a las ascendencias debidas a una convección intensa, y a las descendencias que provoca la caída de la precipitación, todo ello en zonas yuxtapuestas y, a veces, sobrepuestas.

5.2.- Explicaciones

a) Es más fácil prever cuál puede ser el gradiente vertical del viento delante de un frente cálido o detrás de un frente frío, que aparezcan en un mapa meteorológico de superficie. El viento, arriba, por encima de la superficie frontal, sopla casi paralelo a las líneas isobaras que aparecen trazadas en dicho mapa dentro del sector cálido, mientras que en el suelo (debajo de la superficie frontal) sopla en la dirección que tienen las isobaras dibujadas delante del frente cálido o detrás del frente frío (según qué caso sea). Se ha comprobado que cuanto mayor sea la diferencia de temperatura a uno y otro lado del frente, más brusco es el salto del viento y más importante es su gradiente vertical, pudiendo ir acompañado de una notable turbulencia.

b) Una inversión de temperatura separa, a menudo, dos capas con regímenes de viento distintos. Por ejemplo, en el interior de un embolsamiento de aire frío pegado al suelo sobre la Meseta suiza, el aire puede estar en calma, mientras que por encima sopla viento (viento del gradiente) bastante fuerte. Ocurre también que, en un espesor de uno a dos kilómetros, el aire frío fluye sobre esa misma Meseta viendo del NE, mientras que más arriba el viento tiene otra dirección y otra intensidad.

c) Las influencias orográficas sobre el viento en las capas bajas son, con frecuencia, importantes. Es de citar el efecto canalizador que se observa en los valles, particularmente en los de los Alpes, así como la orientación y la intensidad del viento NW en Ginebra, canalizado entre los montes Jura y los Alpes.

Los efectos de la orografía son, a veces, muy sorprendentes; así, en el aeródromo de Samedan, en cuyas inmediaciones desembocan dos valles transversales, se observan a veces vientos muy distintos en los dos extremos de la misma pista.

d) Los vientos locales son, las más de las veces, vientos típicamente diurnos y típicamente nocturnos, tales como la brisa de valle o la de mar por el día, o la brisa de ladera o el terral nocturnos; su extensión vertical se limita a algunos cientos de metros. Más desapercibidos, y por ello más peligrosos, suelen ser los fuertes vientos que pueden establecerse localmente en el caso de corrientes en chorro a baja altitud (LLJ); siendo por tanto unos vientos locales cuyo origen es bien distinto de las otras corrientes locales que hemos citado.

5.3.-Efectos Sobre un Avión en Vuelo

Variaciones en la dirección

Cuando un avión se mantiene correctamente sobre el eje de la dirección de aproximación de una pista en la que debe aterrizar, es porque su posible deriva ha sido corregida conveniente (bien en forma manual, o bien con la ayuda del piloto automático). Si el viento no varía durante el descenso, el avión hace la maniobra correctamente; pero si, por el contrario, penetra en una capa en la que el viento varía notablemente de intensidad y/o de dirección, es necesaria una rápida acción sobre los mandos para corregir el rumbo e inclinación del eje de la aeronave, ya que si no el avión se apartará rápidamente del eje de aproximación a la pista. Puede suceder que no se disponga de tiempo suficiente para hacer la necesaria corrección, lo que puede dar lugar a que la longitud de la pista resulte escasa, o que el aterrizaje sea malo.

A fin de que las tripulaciones estén en condiciones de prever las maniobras de efectuar, son informadas por radio del viento que reina en el suelo y de cualquier variación importante, durante la maniobra de aproximación, estando el piloto, en condiciones de conocer el viento en altitud gracias a las indicaciones de sus instrumentos de navegación.

5.4.-Detección

La presencia de un fuerte gradiente vertical del viento puede, en general, ser descubierta por los servicios de meteorología aeronáutica mediante el estudio de los mapas de que disponen, así como con la ayuda de sondeos de viento con globos-piloto. Estos informes se transmiten a las tripulaciones durante los "briefings" que preceden a su partida, o por radio a las que se preparan a aterrizar. La presencia de un "Doppler" o un "INS" a bordo de los aviones, permite a los pilotos vigilar las variaciones del viento. Esto no siempre es suficiente para evitar dificultades, pues en bastantes casos el régimen de vientos cambia de manera muy poco previsible. En consecuencia, los hombres de ciencia estudian e investigan sin cesar para crear nuevos aparatos de detección y de medida permanente del gradiente vertical del viento en la baja atmósfera.

Los informes así obtenidos deberán ser transmitidos por radio a las tripulaciones, y es necesario disponer de procedimientos que funcionen sin retraso y con los que la información sea fácil de interpretar. Resultados alentadores se están obteniendo con la ayuda de ultrasonidos y radares especiales, pero aún no se ha encontrado una forma de aplicación normal, que sea realmente práctica. En cualquier caso es de esperar que no esté lejano el día en que las tripulaciones puedan ser advertidas inmediatamente de la inminente aproximación de una zona con variación brusca del viento en su trayectoria de vuelo o de aproximación.