Để hiểu rõ phần này, bạn cần hiểu về các khái niệm như tính bất ổn định (instability) và hệ số giảm nhiệt theo phương thẳng đứng (Lapse rate hay gradient nhiệt độ thẳng đứng). Sẽ có thể là một ý tưởng hay khi chúng ta xem lại chúng tại đây. Ta sẽ khởi đầu bằng những khái niệm cơ bản, sau đó đi sâu hơn về môi trường bay ví dụ như nghiên cứu về quá trình nâng của thermal.
🌱 Sự ra đời của một thermal
Thermal là tập hợp của các bóng khí thăng lên trong bầu khí quyển bởi vì chúng nhẹ hơn so với không khí xung quanh. Thermal xuất hiện dưới rất nhiều hình thái, kích cỡ và cường độ khác nhau. Nếu muốn đi nhờ những cỗ máy nâng miễn phí này thì ta phải bắt đầu nghiên cứu về sự ra đời của chúng. Hầu như mỗi ngày mặt trời đều đốt nóng mặt đất. Lượng nhiệt này được truyền trực tiếp vào lớp không khí phía trên của bề mặt đệm như chúng ta đã biết. Nếu quá trình đốt nóng chậm thì không khí nóng thăng lên nhẹ và liên tục; nếu quá trình đốt nóng nhanh hơn thì có thể có một bóng khí nóng hình thành và vẫn nằm ở dưới mặt đất trong một khoảng thời gian trước khi nó bất ngờ bốc mạnh lên trên. Một ví dụ minh họa về nguyên lý này đó là xem một chảo nước đang sôi. Đầu tiên nước ở dưới đáy được đốt nóng và sẽ xuất hiện các dòng đối lưu - chính là các bóng khí bắt đầu thăng lên lăn tăn. Sau đó, khi mà sức nóng tăng lên thì các bóng khí lớn bắt đầu hình thành phía dưới đáy, bứt ra và bốc nhanh lên trên. Nếu vẫn tiếp tục đốt nóng thì các bóng khí lớn hơn nữa được hình thành ở những vùng nóng nhất. Có vài điều mà chúng ta cần lưu ý trong mô hình này đó là những dòng di chuyển hướng xuống (dòng giáng) trong quá trình đốt nóng ban đầu, các bóng khí nhìn chung đều có hình cầu và nói chung đều trộn lẫn với nước. Những đặc tính này cũng xuất hiện trong không khí. Hình dưới cho thấy hiệu ứng khi đốt nóng một bề mặt:
- Trường hợp đầu tiên: Đốt nóng nhẹ tạo ra các dòng thăng nhẹ. Nó có thể xuất hiện vào buổi sáng khi có các lớp mây che khuất ánh mặt trời hay vào buổi tối khi mặt đất nóng từ từ nhả lượng nhiệt tích tụ bên trong nó.
- Trường hợp thứ hai: Cho thấy một khối khí nóng đang được hình thành trên bề mặt đệm. Khối khí như được thể hiện dưới đây sẽ bị giới hạn về qui mô trong khu vực địa hình nơi mà kích cỡ của khu vực được đốt nóng được quyết định bởi kích cỡ của vùng cánh đồng (field) hay một vùng bề mặt khác. Cây và những vùng đất mát hơn bao bọc xung quanh thường sẽ quyết định khối khí nóng sẽ lớn đến mức nào.
Khi khối khí nóng này lớn nhanh thì nó sẽ phình ra đẩy lớp không khí ở phía trên như thể hiện ở hình minh họa. Sự giãn nở này diễn ra khá nhanh và nhờ quán tính của lớp không khí bị nung nóng giữ cho nó vẫn ở dưới mặt đất cho đến lúc xuất hiện một số nhiễu động làm nó bị bật lên. Khi mà khối khí nóng này thăng lên, nó hợp nhất thành dạng của một bóng khí (bubble) như chúng ta sẽ thấy dưới đây. Quá trình tạo ra bóng khí chính là giải pháp tự nhiên hiệu quả nhất từng được tạo ra để tải nhiệt lên cao nhằm giải tỏa sự mất cân đối do lượng nhiệt dư thừa phía dưới mặt đất. Khu vực bị giới hạn có không khí được đốt nóng được thể hiện trong trường hợp II xuất hiện nhiều nhất tại những khu vực có cây xanh như ở Châu Âu và phần Bờ Đông của Bắc Mỹ. Ở những vùng hoang mạc rộng lớn, nơi không có sự khác biệt trên bề mặt địa hình nên bề mặt đất được đốt nóng một cách đồng đều tạo nên một lớp khí nóng rộng lớn. Do đó thermal tiềm năng này sẽ thăng lên tại các điểm kích hoạt (trigger point) và liên tục cung cấp không khí nóng cho một dòng khí thăng cao. Đây là trường hợp III trong hình dưới đây.
⚡ Sự kích hoạt thermal
Một thermal tiềm tàng có thể nằm trên mặt đất trong nhiều phút khi nó đang hình thành. Mặc dù đây là một trạng thái không bền vững vì không khí nóng phải bị đẩy lên cao qua lớp không khí lạnh hơn và phải bắt đầu tạo ra một dòng thăng (thermal). Nếu khối không khí nóng lớn dần hay giãn nở ra thì nó có thể cứ ở dưới đất cho đến khi có một cơn gió mạnh (gust) bứt nó ra khỏi mặt đất nếu không nó có thể trở nên quá lớn làm sự giãn nở bị chậm lại và sau đó không khí lạnh sẽ ép vào nó từ mọi phía bên ngoài. Sự thăng lên một cách đột ngột của một thermal được gọi là sự kích hoạt (triggering). Gió mạnh nhưng không đều cũng có thể là một yếu tố kích hoạt thermal. Thí dụ, một dòng giáng (downdraft) từ một thermal đã thăng lên trước đó hay một cơn gió mạnh do một chiếc xe chạy qua có thể làm cho thermal thăng lên. Nhiều phi công đã có những pha “low save” (bắt thermal từ độ cao thấp) khi mà những đồng đội của họ phải dùng xe chạy vòng quanh ở dưới đất để kích hoạt thermal. Có một điểm bay tại Pennsylvania (Hoa Kỳ) có đường tàu hỏa chạy xuyên giữa thung lũng và họ có “lịch trình hoạt động” của thermal. Các phi công tàu lượn đã từng được biết rằng họ bổ nhào xuống đất để làm cho thermal thăng lên, sau đó bay vọt lên để bắt thermal. Hầu như nó cũng giống với việc tự kéo mình lên cao bằng cách nắm vào dây giày. Một luồng gió trên bề mặt có tác dụng kích hoạt thermal khi nó cuộn quanh các vật cản trên mặt đất. Một luồng gió như thế này thường giới hạn kích cỡ của thermal bởi vì nó kích hoạt chúng một cách thường xuyên. Trong vùng địa hình mở, gió sẽ đẩy không khí nóng trườn sát theo mặt đất cho đến khi gặp được một con đồi hay một mặt dốc giúp khởi động chuyển động hướng thẳng đứng và đóng vai trò giống như một điểm kích hoạt (trigger) như hình dưới đây. Sự đi qua của một đám mây phía trên địa hình dốc có thể đóng vai trò giống như cơ chế kích hoạt. Trong tình huống cực đoan, mặt đất có thể lạnh xuống nhiều nhất là 27°C trong vài phút sau khi đám mây ngắt sự đốt nóng của mặt trời. Một dòng không khí lạnh có thể hình thành một cách nhanh chóng và trượt xuống núi để kích hoạt bất kỳ thermal tiềm tàng nào gặp được trên đường đi của nó. Khi không có gió thổi, bất kỳ vùng địa hình bất thường nào cũng có thể đóng vai trò là điểm kích hoạt thermal. Một dải địa hình đặc trưng với một mặt núi hướng lên có thể có gió thổi hướng lên được thiết lập, thứ sẽ làm thermal thăng lên. Hình dưới đây thể hiện đồi núi, cây, cột điện hay một cái tháp với những dòng khí đối lưu thăng lên sẽ kích hoạt thermal như thế nào. Những thứ dị biệt trên mặt đất như nhà cửa, cao nguyên và hàng cây sẽ kích hoạt những thermal trong khu vực địa hình đồng nhất.
🏔️ Thermal sau núi
Một hiệu ứng bề mặt quan trọng đó là sự cản gió bởi những chướng ngại vật trên mặt đất - đồi núi, nhà cửa hay hàng cây. Phía cuối gió (downwind) hay mặt khuất gió (lee side) hay “sau núi” của những vật cứng này sẽ chịu very ít gió nhiễu loạn NẾU NHƯ gió không quá mạnh. Do vậy khu vực được chắn gió sẽ thường cho phép thermal phát triển đến một mức đáng kể nào đó trước khi nó thăng lên. Thermal sau núi có “uy tín” trong giới bay cao vì nó là một dòng nâng tốt. Tuy nhiên, với bất kỳ luồng gió đáng kể nào, vùng mặt sau núi không phải là điểm đến đầu tiên mà chúng ta sẽ lựa chọn. Chúng ta cần phải có một độ cao đủ tốt phía trên đỉnh núi để có thể vận dụng an toàn được thermal mặt sau. Tại điểm đó, hầu như có vẻ là chúng ta gặp thermal bắt nguồn từ cả hai mặt núi. Thermal mặt sau không phải là một nguồn lực nâng đáng tin cậy nếu ở gần núi bởi vì chúng ta không thể mất thời gian và sự an toàn để lao vào vùng sau núi tìm kiếm lực nâng. Tuy nhiên, hãy cân nhắc những vùng được chắn gió trên bề mặt vì đó là những nguồn thermal tốt.
🎯 Nguồn thermal
Quan hệ mật thiết với điểm kích hoạt thermal đó chính là nguồn thermal. Nguồn thermal là một vị trí trên địa hình thích hợp nhất để sản sinh thermal bao gồm cả một khu vực được đốt nóng và điểm kích hoạt tốt. Những nguồn nhiệt tốt đó là những vùng được đốt nóng nhanh nhất bởi ánh mặt trời. Như mặt đất lộ thiên, vùng đất cày, mặt đường, đất hoa màu khô và đồng cỏ dại đều là những nơi đứng đầu danh sách. Bất kỳ đâu mà bạn cảm giác nóng rát gót chân trần trong một ngày hè nóng đều là những cỗ máy thermal mạnh. Cát bị đốt nóng nhanh nhưng giữa những hạt cát giữ rất nhiều không khí vì vậy nhiệt dung của cát thấp và chúng cũng bị lạnh nhanh khi có mây đi qua. Những cánh đồng ngô trong mùa thu là nguồn thermal xuất sắc vì chúng giữ một lớp không khí dày được làm nóng trong đó. Tương tự thế, một khu dân cư hay thành phố đốt nóng một lớp không khí dày do sự phản chiếu từ các mặt của các toà nhà và có một lượng lớn mặt đường. Mặt đá là nguồn thermal tốt nếu đó là những hòn đá nhỏ. Mặt đá lớn trồi lên có tính chất riêng của chúng. Chúng dễ dàng hấp thụ nhiệt vào bên trong do vậy mặt ngoài của chúng mất khá nhiều thời gian để nóng lên. Chúng sẽ không đóng vai trò là những nguồn thermal cho tới đầu giờ chiều. Vào cuối chiều, các mặt đá có thể là những nguồn thermal chính vì chúng từ từ nhả lượng nhiệt lớn tích trữ bên trong. Những vùng mỏ cũng là những nguồn thermal tốt trong chiều muộn. Tuy nhiên, nếu chúng là những hố sâu thì thermal phát triển từ đó không dễ dàng được kích hoạt.
🏠 Buồng thermal
Thuật ngữ buồng thermal (house thermal) và nơi thermal thường trú (resident thermal) ám chỉ về một nguồn thermal (thermal source) ổn định nằm gần một điểm bay cụ thể nào đó. Nó có thể là một cột thermal (thermal column) hay cũng có thể trông giống như một loạt các bóng thermal (thermal bubble) nối tiếp nhau. Có nhiều phi công lao vào các buồng thermal và bị thất vọng bởi lực giáng mạnh. Ở trên trời, không có gì là chắc chắn ngoại trừ lực trọng trường (gravity) và sự khấu hao thiết bị. Tuy nhiên dù sao thì buồng thermal vẫn chính là một dạng thermal đáng tin cậy nhất mà chúng ta có được. Về cơ bản thì buồng thermal thường nằm trên một nguồn nhiệt tốt. Và nếu nó nằm gần một điểm bay thì đó sẽ chính là lý do làm cho điểm bay đó được yêu thích. Đôi lúc thì một mặt núi đá, một khu mỏ hay một con đồi đơn lẻ sẽ đóng vai trò là nguồn nhiệt. Tại các điểm bay ở vùng núi thì một khe núi (ravine - dạng khe suối) hay một vùng lòng chảo (bowl) sẽ là nơi gom thermal về một mối vì vậy chúng cũng được xem như mà một nguồn thermal. Cho dù buồng thermal hình thành như thế nào chăng nữa thì bạn cũng chỉ nên vào đó theo từng chu kỳ nếu bạn cần phải bắt thermal ở vùng đó.
📌 Độ tin cậy của thermal
Các nguồn thermal tốt là những nơi có xu hướng tạo ra thermal một cách nhất quán theo một chu kỳ cơ bản suốt cả ngày và hàng ngày.
