Mitä on turbulenssi ja heitteinen sää?

Turbulence

Kansanomainen sana ilmakuoppa luonnehtii hyvin tilannetta, jossa lentokone heilahtelee tai tärisee ikävän tuntuisesti: on kuin autolla ajelisi huonokuntoisella tiellä. Mutta voiko ilmassa olla kuoppia?

Lentokoneen eteneminen ilmassa on varsin samankaltaista kuin veneen eteneminen vedessä. Jos virta on pyörteinen ilmassa tai vedessä, se vaikuttaa aluksen etenemisen tasaisuuteen. Virran pyörteiden suuruuden lisäksi heilahteluun vaikuttaa aluksen koko: isot alukset heilahtelevat vähemmän kuin pienet.

Heittoisa sää on vain epämukavaa, vaarallista se ei ole. Lentokone on suunniteltu kestämään turbulenssin aiheuttamat äkilliset rasitukset. Esimerkiksi siivet on rakennettu joustaviksi siten, että ne liikkuvat ylös ja alas. Näin ne eivät murru tai muuta muotoansa pysyvästi. Niistä ei myöskään nostovoima lopu, vaikka hieman tärisyttäisi. Itse asiassa monesti puuska jopa lisää nostovoimaa.

Yleensä ohjaajat pyrkivät ennakoimaan heitteisen kelin, mutta aina ei saada ennakkovaroitusta. Siksi ohjaamomiehistöllä on turvavyö aina kiinni. Suosittelen matkustamossakin turvavyön kiinni pitämistä aina kun istuu paikoillaan – myös silloin kun ”fasten safety belts” -valokilpi on sammutettuna. Näin voi välttää kolhut, joita äkillinen turbulenssi saattaa aiheuttaa koneen käytävillä seisovalle.

Pienet lapset aistivat helposti vanhempiensa reaktiot. Omistaan voi opettaa vähemmän stressaavia lentomatkustajia suhtautumalla luontevasti ilmakuoppiin. Lapset pitävät vuoristoradoista, joten turbulenttisuudestakin voi tehdä hauskan tapahtuman. Vatsasta saattaa ottaa, mutta pahakaan turbulenssi ei vaurioita lentokonetta, sillä se on suunniteltu uimaan ilmojen virroissa.

Me lentäjät koneen nokalla keskitymme ohjaamaan koneen määränpäähän mahdollisimman tasaisesti – matkustat voivat keskittyä pitämään kahvin kupissaan. Tähän muuten auttaa kun hörppää enimmät kahvit heti pois ja nostaa mukin pöydältä tukematta käsivartta esimerkiksi käsinojaan. Käsi on yllättävän hyvä pitämään mukin tasapainossa ja kahvin mukissa.

Nousuissa ja lähdöissä tinttaa

Heittoisat säät tosin sattuvat useammin lentoonlähdön ja laskeutumisen aikana, jolloin ei ole sitä kahvitarjoilua. Lentäminen matalalla kun on ”kuoppaisempaa” kuin korkealla. Tämä johtuu siitä, että maan pinnan epätasaisuudet ja lämpötilaerot aiheuttavat alhaalla liikkuvaan ilmamassaan paljon häiriöitä – turbulenttisuutta. Jälleen veteen verraten: matala puro on pyörteisempi kuin syvä joki.

Ilmavirran pyörteisyyteen on useita syitä. Ylhäällä matkalentokorkeuksissa ”ilmakuopat” ovat yleensä kirkkaan ilman turbulenssia. Nimensä se on saanut siitä, ettei turbulenssin syy ole minkään ihmissilmin erottuvan kuten pilvien aiheuttama. Kirkkaan ilman turbulenssia muodostuu kun erisuuntaiset tai eri nopeudella etenevät ilmamassat kohtaavat ja sekoittuvat keskenään. Kirkkaan ilman turbulenssi on aivan tavallinen ilmakehässä esiintyvä ilmiö, jota ilmenee usein korkeiden vuoristojen ja ns. jet-virtausten läheisyydessä. Jet-virtaukset ovat ilmakehän alimman kerroksen – troposfäärin – yläosissa olevia suurinopeuksisia (jopa yli 300 km/h) termisiä tuulia, jotka pyrkivät alati tasoittamaan maapallon eri osien lämpötilaeroja.

Lentäjät saavat tiedon reitillä olevista jet-virtauksista ja mahdollisesta kirkkaan ilman turbulenssista jo ennen lähtöä lennonsuunnittelun yhteydessä. Virtausten sijainti kyetään nykypäivänä ennustamaan varsin tarkasti. Sen sijaan turbulenttisuuden ajankohdan, keston ja suuruuden määritteleminen on vaikeampaa sen ajallisesti hajanaisen luonteen vuoksi.

Kirkkaan ilman turbulenssia ei näe silmällä eikä perinteisellä tutkalla, mutta nykyaikaiset doppler-tutkat pystyvät sen jo tunnistamaan. Tulevaisuudessa, laskinten nopeutuessa, ne tekevät sen yhä varmemmin.

Kesällä kuoppaisempaa kuin talvella

Lämpötilan vaikutuksen ovat varmasti huomanneet kaikki paljon matkustelevat – kesällä on ilmassa ”kuoppaisempaa” kuin talvella, jolloin lämpövirtauksia on vähemmän. Lisäksi sääilmiöt, kuten esimerkiksi korkeat pumpuliset Cumulonimbus–pilvet sekä säärintamat aiheuttavat alailmakehässä pystyvirtauksia, jotka koneeseen osuessa muuttavat siiven ”aistimaa” kohtauskulmaa äkillisesti ja aiheuttavat näin turbulenttisuutta. Ilmanvirran häiriöt tuntuvat matkustamossa ”ilmakuoppina”. Pystyvirtaus ja aivan tavallinen tuulikin ovat turbulenttisuutta lisääviä tekijöitä. Turbulenssi kun on itse asiassa ilmavirtauksen nopeata muutosta ajan suhteen.

Toisenlainen ilmakuoppa on jättöpyörre. Aivan kuten vene, myös lentokone aiheuttaa vanaveden – tosin usein näkymättömän sellaisen. Lentokoneen vanavesi sisältää laidoillaan pyörteen, joka syntyy siiven ala- ja yläpinnan ilmanpaine-erojen tasoituspyrkimyksestä siiven kärjistä. Mitä painavamman lentokoneen siipi joutuu kantamaan, sitä suuremman jättöpyörteen se aiheuttaa. Jättöpyörteet pyörivät takaapäin katsoen oikeassa siivestä vastapäivään ja vasemmasta myötäpäivään, taittuen aluksi taakse alaviistoon. Pyörteet etääntyvät toisistaan, laajenevat ja vaimenevat vanaveden mukana, aivan kuten veneenkin vanavesi. Pyörteiden kesto on riippuvainen ilmamassan tasaisuudesta. Korkealla tasaisessa ilmakehän osassa jättöpyörteet voivat jäädä pyörimään paikoilleen useiksi minuuteiksi. Kun toinen lentokone osuu tällaiseen pyörteeseen aiheuttaa se lentokoneen hetkellisen heilahduksen, joka saattaa äkillisyydessään säikäyttää matkustajia.

Lentokoneet on jaettu jättöpyörreominaisuuksiensa vuoksi kolmeen kategoriaan. Kevyeksi luetellaan alle 7000 kg painavat muutaman hengen ”pikkukoneet”. Keskikokoiseksi lasketaan kaikki pienehköistä potkuriturbiinikoneista, kuten ATR, aina Finnairin lomalentoliikenteessä käytettyyn Boeing 757:een asti. Raskaaseen kategoriaan kuuluvia koneita Finnairilla ovat Airbus A340- ja A330-koneet sekä vielä jonkin aikaa käytettävissä oleva MD-11.

On hyvä asia että useat lentokentät, kuten esimerkiksi Helsinki-Vantaa, käsittelee Boeing 757:ää raskaana koneena sen tehokkaan siiven vuoksi. Tämä tarkoittaa sitä, että perättäisiä lentoonlähtöjä ja laskuja ei suoriteta välittömästi, vaan luokituksesta riippuen vasta parin kolmen minuutin varoajan jälkeen. Näin porrastamalla pyritään välttämään seuraavan koneen joutuminen edellisen jättöpyörteeseen – tai ainakin antamaan pyörteelle aikaa asettua siten, ettei se aiheuta turvallisuusriskiä.

Tuulisiiriä harjoitellaan simulaattorissa

Vaarallisin sääilmiö on tuulisiiri tai –väänne. Se on hyvin lyhytkestoinen puuskailmiö, jossa tuulen suunta ja tai sen nopeus muuttuvat voimakkaasti kahden lähekkäin olevan pisteen välillä.

Nostovoima on suoraan verrannollinen lentonopeuden neliöön, joten puuskan aiheuttama lentonopeuden pieneneminen aiheuttaa myös nostovoiman pienenemisen. Jotta se ei pienene liiaksi, lentokoneet pitävät yleensä 10-30 prosentin lisänopeutta, joka riittää hyvin kattamaan normaalit ilmavirtauksen muutokset. Tuulisiirissä tämä ei välttämättä riitä – muutos on niin äkillinen ja suuri, että kone saattaa sakata eli ilmavirtaus irtoaa siivistä tuhoten nostovoiman. Tuulisiiriä varten on kuitenkin liioiteltua pitää aina ”ylisuurta” lähestymisnopeutta yllä, sillä se hankaloittaa laskun suorittamista ja pidentää turhaan laskumatkaa.

Näitä harvinaisia tilanteita varten on liikennelentäjien simulaattorikoulutusohjelmassa pakollisena aiheena koneen oikaiseminen tuulisiiristä. Tämä on vakioaiheita myös vuosittaisessa kertauskoulutuksessa ja simulaattoritarkastuslennoilla. Simulaattoreissa ohjaajat harjoittelevat täysin vastaavia tilanteita, jotka aiemmin ovat johtaneet onnettomuuteen – ilman turhia riskejä.

Kokemuksesta voin kertoa, että hyvällä päätöksenteolla ja oikeilla toimenpiteillä monista tapauksista olisi selvitty. Toisaalta, oikeat menetelmät ovat kehitetty onnettomuuksia tarkasti analysoimalla.

Onkin perusteltua todeta, että osa tämän päivän lentoturvallisuuden kokonaishinnasta on sattuneiden onnettomuuksien menetykset. Joka tapauksessa tuulisiiri on kunnioitettava sääilmiö, jonka kanssa ei leikitä. Pääsääntö Finnairilla on olla lentämättä paikkaan, jossa sitä on havaittu. Tätä varten lentokoneemme on varustettu ns. Windshear Detection System -tutkalla; joka pystyy aistimaan ja jopa varoittamaan tuulisiiristä ennalta.

Turbulenssi on siis epämiellyttävä mutta pääsääntöisesti harmiton ilmiö. Lentoturvallisuus ja matkustajamukavuus ovat Finnairille elinehto. Siksi lentäjämme osaavat ennakoida ja välttää pahimmat paikat.

Seuraavan kerran kun sinun kohdallesi osuu heittoisa keli niin näytä vierustoverillesi tapa, jolla kahvi pysyy kupissa ja totea vielä perään, että mukavaa kun taas selkämystä luonnonvoimilla hierotaan – eivät ainakaan paikat puudu. Näin voit saada kommenteillasi viihtyisää matkaseuraa ja aika kuluu mukavammin.

Sopivan tasaista matkaa toivoen,
Jussi Ekman