👁️ Nhận diện nhiễu loạn
🚩 Bất cứ vật thể linh động nào mà dễ dàng thể hiện cho chúng ta thấy tính giật (gust) của gió như cây cối, hoa màu, cỏ cao, mặt nước, cờ và ống gió đều hữu ích trong việc nhận biết nhiễu loạn. Những lá cờ thay đổi đột ngột và những ống gió vùng vẫy bất thình lình đều là những chỉ thị về nhiễu loạn đặc biệt đáng tin cậy. Khói bốc lên cao cũng là một chỉ báo lý tưởng như minh hoạ, trong điều kiện nhiễu loạn, nó bị gợn sóng và nhanh chóng khuếch tán trong khi luồng khói lại khá là đồng nhất trong những ngày không có nhiễu loạn. Những hoa tiêu này hầu hết thường báo hiệu nhiễu loạn do vật cản và nhiễu loạn do thermal.
☁️ Một số loại mây cụ thể cũng có liên quan tới nhiễu loạn, như đã đề cập. Mây tích (cumulus) thường có liên quan nhiều nhất tới thermal và nhiễu loạn do thermal. Cường độ của nhiễu loạn này đặc biệt được thể hiện bởi sự phát triển theo chiều thẳng đứng và tốc độ nở ra của đám mây, điều mà có liên quan tới cường độ thermal. 🌫️ Nhiễu loạn gió đứt (shear turbulence) cũng liên quan tới những dạng đặc điểm mây nhất định. Ở tầm thấp, mây tằng (stratus) thường xuất hiện ở lớp nghịch nhiệt vì không khí lạnh hơn gần vùng biên sẽ làm ngưng tụ hơi nước trong lớp không khí ấm hơn khi chúng hoà vào nhau. Dự đoán có thể gặp nhiễu loạn gió đứt ở gần ngưỡng dưới của lớp mây tằng. Ở trên cao hơn, trong bầu trời có mây sóng cuộn thể hiện sự hoạt động của gió đứt. Thường thì gió đứt này có liên quan mật thiết với sự đến gần của một front nóng và nó thường nằm cao hơn mực bay của hoạt động bay thể thao (sport flying - từ 5,000 m hoặc cao hơn) nơi những loại mây này xuất hiện. 🌊 Một dạng mây cuối cùng có thể biểu thị sự có mặt của nhiễu loạn đó là mây sóng (wave cloud). Vì rotor mạnh thường xuất hiện kết hợp với sóng nâng, những đám mây này nên là một dấu hiệu cảnh báo đối với phi công lái máy bay hạng nhẹ. Chúng ta sẽ đề cập chi tiết về sóng nâng và xem xét làm thế nào để tránh rotor.
🔄 Chu trình thời tiết và chu trình nhiễu loạn
🔥 Đến giờ chúng ta nên có khả năng nhận định rằng điều kiện khô, nóng là điều kiện lý tưởng để tạo nên nhiễu loạn thermal mạnh. Thêm vào đó, gradient áp suất cao, có thể do sự đốt nóng cục bộ hay do hoàn lưu trên diện rộng gây ra gió mạnh có thể dẫn đến những dòng nhiễu loạn điên cuồng. ⚖️ Sự thay đổi tính ổn định (của khí quyển) cũng có liên quan tới dạng của nhiễu loạn sẽ xuất hiện. Khí quyển ổn định làm hạn chế thermal cũng như các dạng chuyển động thẳng đứng khác. Do đó nhiễu loạn do vật cản (mechanical turbulence) phần nào đó bị chặn lại và mất đi sớm hơn trong điều kiện ổn định cũng như là nhiễu loạn thermal (thermal turbulence). Mặt khác, không khí ổn định hầu như đi kèm với các phân lớp không khí và kết quả tạo ra nhiễu loạn gió đứt. 📅 Từ trên chúng ta có thể hình dung ra một bức tranh tổng thể về dạng nhiễu loạn được dự đoán tại các thời điểm khác nhau. Điều kiện ổn định trong buổi sáng thường nhường đường cho sự bất ổn định vào buổi trưa và theo sau là sự ổn định vào chiều tối cũng như ban đêm. Trên quy quy mô lớn, điều kiện ổn định của mùa đông được thay thế bởi sự bất ổn định trong mùa xuân, tiếp theo là sự xáo trộn của mùa hè (tính ổn định và bất ổn định trong khu vực ẩm ướt, tính bất ổn định trong khu vực khô) và sau đó là tính bất ổn định nói chung vào mùa thu khi có các front lạnh di chuyển xuống phía Nam.
❄️ Dĩ nhiên cũng có rất nhiều ngoại lệ so với ở bảng trên. Ví dụ, thermal có thể xuất hiện trong mùa đông sau khi một front lạnh đi qua hay ở hoang mạc vào một ngày nắng. Nhiễu loạn gió đứt có thể xuất hiện quanh năm hoặc lúc giữa trưa khi các front hoặc các hệ thống áp suất đang cận kề. Không khí lạnh, đậm đặc trong mùa đông nói chung biểu lộ ít nhiễu loạn thermal hơn và nhiễu loạn vật cản không lan ra quá rộng. Tuy nhiên, không khí đặc về bản chất chứa nhiều năng lượng hơn khi chúng di chuyển hay quay vòng với cùng một vận tốc so với không khí loãng.
🌍 Các điều kiện bề mặt
🚁 Bởi vì có rất nhiều hoạt động thể thao hàng không trong khoảng một trăm mét độ cao so với mặt đất, chúng ta nên đặc biệt chú ý đến các hiệu ứng mặt đất. Ở tầm thấp này là lớp ma sát và phi công nên dự đoán sẽ gặp phải nhiễu loạn vật cản ở một mức độ nào đó khi có gió thổi.
🌊 Nhiễu loạn bờ biển
🌬️ Gần với bờ biển, các dòng khí thường êm mượt như bánh kem vì một vài nguyên nhân: ▶ Gió di chuyển qua mặt nước gặp rất ít sự mấp mô cho đến khi nó lên đến bờ. ▶ Không khí phía trên mặt nước thường ổn định vì nó được làm lạnh từ phía dưới nếu nước lạnh hơn so với không khí, thông thường là thế. ▶ Toàn bộ khí quyển trên mặt nước thường ổn định vì nói chung không khí giáng từ trên xuống vào ban ngày.
🏞️ Nhiễu loạn đất liền
🌪️ Trong đất liền thì bức tranh rất khác biệt. Nhiễu loạn vật cản và nhiễu loạn thermal có thể kết hợp như thể hiện ở minh hoạ ở phần trước. Tất nhiên nhiễu loạn vật cản tồn tại ở phía cuối gió của mọi vật cứng như trong minh hoạ. Ở đây chúng ta thấy nhiễu loạn trải rộng ra như thế nào và hình thành xoáy cuộn ở phía cuối gió. Sự trải rộng này tuỳ vào tốc độ gió và tính ổn định (của khí quyển). Một quy tắc chung đối với hàng không đó là duy trì tránh xa mặt cuối gió (mặt khuất gió) của vật cản một khoảng bằng độ cao của nó nhân với 60% tốc độ gió (km/h).
🛡️ VÙNG AN TOÀN CUỐI GIÓ = ĐỘ CAO VẬT CẢN x 0.6 x TỐC ĐỘ GIÓ (km/h)
📏 Ví dụ, một ngôi nhà cao 6 m trong điều kiện gió 24 km/h sẽ cần 6 x 0.6 x 24 = 86 m về phía cuối gió mới an toàn trong khi một ngọn núi cao 300 m với gió 16 km/h sẽ cần khoảng 3,000 m để an toàn.
🧗 Mặt dốc đứng
📐 Hãy xem xét kỹ hơn về địa hình, chúng ta có thể hiểu các hiệu ứng (về gió) với các hình thù khác nhau. Ở phần trước chúng ta thấy được một gờ sắc nét làm gián đoạn luồng không khí như thế nào. Đây là hành vi mà chúng ta nên đoán biết từ một toà nhà. Chúng ta cũng có thể ứng dụng sự hiểu biết này cho các hình thù khác nhau của núi như trong minh hoạ. Ở đây chúng ta thấy đồi tròn, thoải, vách đứng sắc nét đối mặt với gió nhẹ và gió mạnh, và sau cùng là vách hàm ếch (undercut). Ngọn đồi tròn, thoải cho thấy một chút ít hoặc không có nhiễu loạn thậm chí khi có gió vừa phải. Những ngọn đồi như thế này có thể sử dụng để “top landing” cho các máy bay, một lượng lớn các ngọn đồi cỏ ở Anh và ở Point of the Mountain ở tiểu bang Utah, Hoa Kỳ có dạng này. ⛰️ Các vách đứng được thể hiện trong hình có thể luôn có nhiễu loạn khi có gió. Gió nhẹ có thể tạo ra xoáy cuộn hoặc rotor như trong hình. Gió mạnh hơn có thể tạo ra nhiều không khí hỗn loạn hơn nữa. Trường hợp tệ nhất là khi mặt vách có dạng hàm ếch, vì nhiễu loạn nguy hiểm có thể hình thành ở vùng rìa trong mọi điều kiện gió kể cả lúc gió nhẹ nhất.
🪂 Chúng ta khảo sát những đỉnh đồi này và vùng rìa của vách đứng một cách riêng biệt bởi vì các phi công trong một số loại hình thể thao hàng không cất cánh từ những điểm này. Để an toàn, phi công phải hiểu rõ bản chất tự nhiên của nhiễu loạn đúng với sự có mặt của nó và làm thế nào để xử lý chúng. Nhìn chung, quy trình chuẩn đó là sử dụng sự hỗ trợ và đưa cánh dù vào trong một luồng khí êm mượt nhất có thể. Điều này đòi hỏi phải di chuyển ra phía vùng rìa của vách đứng, nơi luồng khí chỉ mới bắt đầu bị đứt vỡ. Sự hiện diện của rotor có thể đòi hỏi phải có vài sự hỗ trợ và phải nhanh chóng đi ra xa khỏi vách đứng.
⛰️ Đỉnh núi
🏔️ Một điều kiện khá liên quan tới nhiễu loạn tại mặt vách đứng xảy ra trên đỉnh của núi hoặc trên sống núi. Một vài tình huống chung được thể hiện trong minh hoạ. Ở đây chúng ta thấy các ngọn đồi với độ dốc ở mặt cuối gió (mặt khuất gió) khác nhau. Các ngọn đồi có mặt dốc thoải ở hướng cuối gió chỉ tạo ra nhiễu loạn khi có gió khá mạnh. Ngọn đồi có dốc đứng hơn về phía cuối gió tạo ra rotor khi gió nhẹ và nhiễu loạn hỗn hợp mạnh khi gió mạnh như được minh hoạ. Lưu ý rằng các dòng xoáy của thể xuất hiện ở bất cứ đâu tại một “vị trí bất thường” trên mặt dốc như minh hoạ trong hình.
🌲 Một sống núi dài, hàng cây hay một dãy nhà lại càng tạo ra nhiễu loạn hiệu quả hơn một ngọn đồi độc lập, một lùm cây hay một ngôi nhà. Như được thể hiện trong minh hoạ, gió có thể đi vòng qua một quả đồi có hình thù thích hợp mà có rất ít sự đứt gãy (các ngọn đồi đơn độc tạo ra ít lực nâng động học hơn so với một rặng núi dài vì lý do này).
⚠️ Cũng có khả năng nhầm lẫn rằng gió đang đi lên từ phía sau đồi do rotor ở mặt sau núi hoạt động giống như một luồng gió thực sự như minh hoạ. Cất cánh vào luồng rotor này có thể tạo ra một chuyến bay thất thường nếu may mắn hoặc là nó sẽ ném bạn vào núi trong trường hợp xấu nhất xảy ra. Tác giả đã có lần quan sát một phi công diều lượn thực hiện sai lầm này và chỉ bị va đập vào một cánh, quay 180º và sau đó bổ thẳng xuống đồi. Anh ta hầu như không hồi phục được.
🚩 Trong một dịp khác, tác giả đã leo lên khoảng 300 m độ cao trên mặt Tây của một ngọn núi có thể bay cà vách. Lối vào đi lên thung lũng ở mặt phía Đông của ngọn núi. Các lá cờ trong thung lũng cách xa hàng dặm từ mặt núi thể hiện có gió Đông mặc dù gió thực sự đang là gió Tây khoảng 7 m/s. Một vùng rotor khổng lồ đang hiện diện đằng sau núi làm cho nó trông có vẻ như có gió Đông ổn định có vẻ cà vách được. Điều này mô tả tầm quan trọng của việc kiểm tra ở cả hai mặt núi, gió trên cao và dự báo thời tiết để chắc chắn về hướng gió. Lưu ý rằng trong khi một front lạnh đang tiến đến, gió tầm thấp có thể là Đông Nam - Đông Bắc - ở Bắc Bán Cầu - trong khi gió trên cao thường là gió Tây. Đây là một trạng thái bình thường như được thể hiện trong minh hoạ và bạn có thể tự đảm bảo về điều kiện bay an toàn bằng cách kiểm tra dự báo. Mặt cuối gió của một cao nguyên, có thể là một vách đứng hoặc là mặt dốc cũng tạo ra gió giáng, rotor hoặc nhiễu loạn như minh hoạ. Cất cánh từ một vách đứng xuôi gió có thể vô cùng nguy hiểm.
🏜️ Khe núi, lòng chảo, hẻm núi và máng núi
🏞️ Những rặng núi và các ngọn đồi mà những phi công hay sử dụng bay cà vách thường khá đồng nhất vì thế chúng có ít nhiễu loạn. Khe núi (gap) trên một dãy núi làm cho không khí luồn qua giống như nước chảy qua đê vỡ. Minh hoạ thể hiện luồng khí và dự đoán nhiễu loạn trong một khe núi trong cả hai trường hợp gió thẳng vào và gió tạt ngang. Trong khe núi, dự đoán sẽ có gió mạnh hơn so với tốc độ gió chung cũng như do sự hội tụ. Trong một hẻm núi dài, hẹp có điểm co thắt, luồng gió tương tự như trong minh hoạ với gió thổi mạnh hơn tại điểm co thắt.
🌬️ Khi gió thổi song song với một rãnh núi (gulley) hoặc một thung lũng hẹp, luồng khí nói chung là mượt mà ngoại trừ sự nhiễu động ở mặt hai bên và dưới đáy thung lũng. Tuy nhiên, khi gió thổi cắt ngang một dải địa hình đặc trưng dài, rotor và nhiễu loạn sẽ xuất hiện khi có bất cứ luồng gió mạnh đáng kể nào. Minh hoạ làm rõ vấn đề này. Gió nhẹ hơn có thể sản sinh ra rotor lấp kín toàn bộ thung lũng. Tuy nhiên thermal có xu hướng phá tan rotor và tạo ra nhiều nhiễu loạn ngẫu nhiên hơn như trong tình huống gió mạnh được minh hoạ. Khi gió cắt ngang những thung lũng này, luồng gió có thể chạy dọc theo thung lũng vì nó bị làm lệch hướng bởi mặt dốc phía đối diện. Trong tình huống này thì nhiễu loạn có thể bị hạn chế tới khu vực lân cận của mặt dốc cuối gió như minh hoạ trong hình trên.
🧗 Các hẻm núi trong vùng núi cao có thể sản sinh ra một “thương hiệu” riêng về các dòng nhiễu loạn dữ dội. Tại đây, hiệu ứng đốt nóng và thermal thường kết hợp với nhau tạo ra dòng giáng cực lớn và nhiễu loạn trong hẻm núi, trong khi đó dòng nâng xuất hiện dọc theo sống của dãy núi, là vùng biên của hẻm núi. Khi gió thổi tạt ngang so với trục chính của những hẻm núi này, nhiễu loạn và dòng giáng có thể thậm chí còn mãnh liệt hơn nữa và xuất hiện như trong minh hoạ trên. Mặt cuối gió (mặt sau) của rặng núi và rãnh núi sâu nên tuyệt đối phải tránh trong bất kỳ điều kiện nào ngoại trừ lúc lặng gió. Vượt ngang những hẻm núi này đòi hỏi phải dư nhiều độ cao để đi từ sống núi này sang sống núi khác. Trên những ngọn đồi hay những ngọn núi nhỏ thì tránh những chỗ lồi ra và những chỗ lõm vào vì chúng tạo ra những nhiễu loạn tương tự như thể hiện trong minh hoạ. Để vượt qua những đoạn bất thường như thế này, đơn giản chỉ là đi vòng qua chúng về phía đầu gió hoặc vòng lên trên chúng với độ cao ít nhất 100 m hoặc hơn tuỳ vào kích cỡ của chúng và tốc độ gió.
🌲 Cây cối
🌳 Ở nhiều nơi, cây là một trong những vật cản mà phi công phải né tránh hàng ngày. Chúng cũng tạo ra nhiễu loạn. Cà vách trên một ngọn đồi có cây phủ sẽ xóc hơn so với ở đồi cỏ hoặc đồi trọc kể cả khi không có thermal. Sự khác biệt này phải trải nghiệm mới tin. 🍃 Một hàng cây sẽ tạo ra nhiều luồng xoáy hỗn loạn một cách tự nhiên và nếu hàng cây đủ dày thì chúng có thể giống với một bức tường kín. Thường thì một phi công có thể cảm nhận thấy một chút lực nâng khi bay ở mặt đón gió của hàng cây. Máy bay loại nhỏ đã từng được biết đến là có thể cà vách nhờ “lực nâng hàng cây”. Khi hàng cây trụi lá thì chúng tạo ra ít nhiễu loạn hơn nhưng chúng vẫn chắn gió một cách đáng kể. Minh hoạ cho thấy nhiễu loạn được tạo ra bởi một thân cây đơn độc. Hãy hình dung rằng có vô số những cây như thế này tất cả góp phần tạo ra một hỗn hợp. 💨 Với một cây có đủ lá, khu vực thân cây sẽ cho phép gió thổi qua dễ dàng hơn so với chỗ rậm rạp (chỗ có lá). Do vậy chúng ta có một phổ gió như minh hoạ. Lưu ý sự thay đổi mạnh về tốc độ hay gradient gió trên ngọn cây. Sự thay đổi lớn này được gọi là một vùng bóng gió (wind shadow). Cố gắng hạ cánh dọc theo một con đường hay một khoảng trống dài trong rừng cây với gió thổi cắt ngang trục là một việc làm nguy hiểm, vì nhiễu loạn cũng giống như đối với một thung lũng có gió thổi cắt ngang. Đồng thời việc hạ cánh hay cất cánh từ một khu vực có cây bao quanh phải cố gắng thận trọng vì với một tốc độ gió nào đó, nhiễu loạn sẽ là quá mạnh để đảm bảo an toàn.
🌘 Vùng bóng gió
🌑 Vùng được chắn gió sau một hàng cây, toà nhà hay con đồi được gọi là vùng bóng gió (wind shadow) và có thể nó đi kèm với gió giật mạnh (điều kiện này không phải luôn luôn cố định) và có gradient mạnh. Như chúng ta đã thấy ở phần trước, gradient gió luôn tồn tại ở gần mặt đất. Giá trị gradient càng gắt thì nó càng ảnh hưởng tới việc bay lượn của chúng ta. Hạ cánh vào một luồng gió và gặp phải vùng bóng gió sẽ có tác động lên máy bay tương tự như hạ cánh vào một vùng gradient gió bất kỳ - đều có thể bị stall (thất tốc) - ngoại trừ mức độ gradient trong vùng bóng gió gay gắt hơn (?). Trong vùng bóng gió mạnh khó có thể ngăn ngừa bị stall ngay cả khi nó đã được biết trước. Những phi công khôn ngoan tránh để không phải thử nghiệm kỹ năng của họ trong tình cảnh này bằng cách tránh những vùng cuối gió của những vật cứng trong bất kỳ điều kiện gió mạnh nào. Nếu như việc đụng độ với một vùng bóng gió là không thể tránh khỏi thì cách tốt nhất để vượt qua vùng có gradient gió cực độ đó là hướng ngang gió (crosswind).
🌡️ Một dạng đặc biệt của vùng bóng gió xuất hiện gần mặt đất trong điều kiện được đốt nóng cao độ (super-heated) với một bầu khí quyển ổn định. Trong trường hợp này, một lớp khí nóng được hình thành và nán lại ở dưới mặt đất trong một khoảng thời gian trước khi nó rời đi, đặc biệt hơn nếu có thêm các dải địa hình đặc trưng ngăn chặn sự dịch chuyển của không khí ở gần mặt đất. Sự thiết lập này đặc biệt phổ biến gần bờ biển khi không khí miền biển chuyển động ổn định vào phía trong và mặt biển nóng làm không khí ấm lên cùng với những đụn cát giam cầm chúng trong một vị trí. 📈 Ở phía trên đỉnh của lớp khí nóng, tốc độ gió có thể tăng lên một cách bất ngờ do vậy tồn tại một gradient mạnh như minh hoạ trong hình dưới. Lưu ý về phổ gió đi theo phổ nhiệt (hệ số biến thiên nhiệt độ thẳng đứng - lapse rate) như thế nào vì đây là tình huống thường thấy. Hạ cánh trong những điều kiện như thế này đòi hỏi cần tăng thêm tốc độ để bù trừ cho giá trị gradient mạnh.
Nguồn: Sách Thấu hiểu bầu trời của Dennis Pagen
— Đặng Văn Mỹ dịch
☁️ Các loại mây phi công cần nhận biết
