Al hablar de meteorología conviene recordar que los fenómenos que nos conciernen, son producidos básicamente, por las variaciones de temperatura de la masa de aire que rodea La Tierra. Con altas temperaturas el aire se expande, disminuyendo su densidad (menor presión); cuando hace frío éste se contrae, aumentando su densidad (mayor presión). Este proceso de calentamiento-enfriamiento, luego de expansión-compresión, produce los desplazamientos de la masa de aire. Desde un punto de vista físico, el aire es un fluido caracterizado por su masa, presión y viscosidad.
Llamamos viento al aire en movimiento, que en mayor o menor medida casi siempre está presente y afecta el vuelo de diversas maneras; así como serán diferentes las consideraciones a tomar en cuenta, según estemos en vuelo, o en fase de despegue o aterrizaje.
Aire Laminar
Las capas de aire se desplazan en forma paralela, aunque no necesariamente a la misma velocidad, creando lo que llamamos gradiente de viento.
Si el desplazamiento es regular en velocidad y dirección, un aerodeslizador que navegue en él, se encontrará aerodinámicamente, en la misma situación que en aire quieto. Esto quiere decir que sólo las variaciones de velocidad y/o de dirección del viento afectan el vuelo.
GradienteCuando una capa de aire se desplaza sobre otra, en la misma dirección pero con velocidades diferentes, la viscosidad de ambas hace que se produzca una fuerza que tiende al frenado de la más rápida en función de la más lenta, y otra igual, pero en sentido inverso. Esto significa que cada capa tiende a arrastrar en su desplazamiento a las capas vecinas.
En la proximidad del suelo se repite el mismo fenómeno; éste tiende a frenar al viento en su desplazamiento, mientras que el mismo proceso se va repitiendo. Así, si medimos la velocidad del viento en función de la distancia del suelo podemos constatar que, la fuerza de aquel disminuye a medida que nos acercamos a éste, constituyendo lo que llamamos gradiente de viento. Esta observación reviste especial importancia cuando calculamos la trayectoria que habremos de seguir durante las maniobras de despegue o aterrizaje.
Aire Turbulento
La turbulencia meteorológica puede ser definida como la perturbación del comportamiento del flujo laminar del viento, originada por diferentes factores (físicos, termodinámicos, etc.), dando como resultado la formación de remolinos/torbellinos y cambios en las componentes horizontales y verticales del mismo. Estas perturbaciones no presentan un patrón único y definido, sino que varían de acuerdo a las causas que la producen.
En el viento turbulento, las partículas de aire se desplazan de forma desordenada, tanto con respecto a su dirección como a su intensidad.
Dado que el aire puro es transparente resulta imposible ver con antelación los movimientos del aire a evitar; sin embargo, conociendo el mecanismo de formación de estos fenómenos, siempre será posible preverlos y evitarlos.
Existen varias causas que originan la formación de zonas turbulentas y en ocasiones pueden ser producidas por una combinación de las mismas.
A continuación serán descriptas las más comunes para su formación:
. Obstrucciones en el Flujo del Viento.
. Corrientes Convectivas.
. Cortantes de Viento.
. Estela Turbulenta.
. OBSTRUCCIONES EN EL FLUJO DEL VIENTO
Turbulencia Mecánica
Es aquella que se produce por el rozamiento del aire con la superficie terrestre, estimulada por los obstáculos y la orografía, los cuales originan remolinos que afectan a una capa de aproximadamente 1.000 m. de espesor, denominada capa turbulenta.
Se puede observar el comportamiento, cuando atraviesa una edificación cualquiera. El viento laminar se hace turbulento a su alrededor, y aparte de actuar como obstáculo, el calentamiento sobre él no es uniforme.
La turbulencia producida por una montaña depende en gran medida de la forma de la misma y de la dirección y velocidad del viento; si se considera con una suave pendiente ascendente desde donde sopla el viento, y del lado opuesto presenta una abrupta depresión en su orografía; se puede estimar con bastante certeza que a barlovento los remolinos deben ser suaves, mientras que a sotavento la perturbación puede ser muy intensa. Dependiendo esto no solo de la componente orográfica, sino también, de la intensidad del viento.
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Con viento fuerte será importante evitar las zonas de turbulencias cercanas al suelo.
Onda de Montaña
Es aquel fenómeno ondulatorio que se produce en un flujo de aire, con ciertas condiciones, el cual se desplaza en forma perpendicular a una barrera montañosa siendo forzado a barlovento a ascender, mientras que a sotavento se produce un descenso, y extiende su efecto sobre el valle formando una onda. Esto la distingue del caso anterior ya que se trata de un fenómeno que se propaga a cientos de kilómetros de la cadena montañosa que la originó.
Las condiciones meteorológicas óptimas que deben estar presentes para la formación de este tipo de fenómeno son las siguientes:
. La componente del viento perpendicular a la montaña debe ser superior a 15 kt. Fuerte cortante vertical del viento en la parte baja de la tropósfera. Esta condición tiene ciertos límites, pues un incremento del viento demasiado rápido impediría la formación de la onda.
. Fuerte inversión de temperatura desde la cima de la montaña, hasta una altura de 4.000/6.000 m.
Si la atmósfera reúne las características necesarias para que, por causa de la cadena montañosa se produzca la onda de montaña, se puede propagar corriente abajo, manteniendo por cientos de kilómetros la amplitud de su onda, y llegar a ocasionar errores en la lectura del altímetro, de hasta 300 m. en casos extremos.
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Como puede deducirse, se generan en ella tres zonas de turbulencia bien definidas, en las que la misma se manifiesta con diferentes intensidades, que se detallan a continuación:
. Zona baja, que corresponde al aire inestable con nubes de capuchón y rotor, la cual es muy turbulenta, sobre todo cerca de superficie bajo la nube rotor, donde se observan las máximas velocidades verticales.
. Zona intermedia, donde se forman las nubes lenticulares, donde el flujo es casi laminar, y a pesar de que se observan corrientes ascendentes y descendentes suaves, la turbulencia que presenta es leve.
. Zona alta, especialmente muy turbulenta cuando está asociada a una Corriente en Chorro en capas altas.
En el caso que a sotavento exista otra cadena montañosa, es posible que la onda se “ponga en fase” con la misma, y se produzca un efecto físico conocido como resonancia, el cual amplifica la intensidad de la perturbación, haciendo que del lado de barlovento de la segunda cadena, la turbulencia se vea incrementada notablemente.La onda de montaña es un fenómeno frecuente en nuestro país.
Vuelo sobre Montañas
Si bien la apariencia visual lejana de las nubes lenticulares no presenta un aspecto preocupante, debe evitarse ingresar en estas zonas, especialmente cuando haya que realizar un vuelo (del lado de sotavento) con rumbo paralelo a la cadena montañosa.
Al planear un vuelo sobre terreno montañoso, es menester reunir la mayor cantidad posible de información, relativa a nubes, dirección y velocidad del viento y estabilidad del aire.
. CORRIENTES CONVECTIVAS
Turbulencia Térmica
Las corrientes convectivas constituyen la causa común de la turbulencia, especialmente en bajas altitudes. Estas corrientes son movimiento de aire verticales localizados, tanto ascendentes como descendentes. Para cada corriente ascendente, hay una corriente descendente compensadora. Las corrientes descendentes ocurren frecuentemente sobre áreas más amplias que las corrientes ascendentes y por lo tanto tienen una velocidad vertical más lenta con respecto a las corrientes ascendentes.
Las corrientes convectivas son más activas en las cálidas tardes estivales cuando los vientos son leves. El aire calentado en la superficie da origen a una capa inestable y el aire caliente es forzado a ascender. La convección aumenta en intensidad y alcanza mayores alturas, a medida que el calentamiento de la superficie aumenta. Las superficies áridas, tales como las áreas arenosas, rocosas y campos arados se tornan más calientes que los espejos de agua o las tierras cubiertas por vegetación. Así el aire en la superficie y cerca de ellas se calienta en forma desigual y debido a esto, la intensidad de las corrientes convectivas puede variar considerablemente dentro de distancias cortas.
Efecto de las corrientes convectivas sobre la aproximación final:
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Las corrientes ascendentes tienden a que la aeronave se desplace por encima de la trayectoria normal de planeo. En este caso el aterrizaje es largo (overshoot).
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Las corrientes descendentes tienden a que la aeronave se desplace por debajo de la trayectoria normal de planeo. En este caso el aterrizaje es corto (undershoot).
La turbulencia en la aproximación puede ocasionar abruptos cambios en la velocidad, y eventualmente una disminución por debajo de la perdida de sustentación, a una altitud peligrosamente baja. Para evitar el peligro, deberá aumentarse la velocidad ligeramente por encima de la normal de aproximación. Este procedimiento puede parecer que contradice la regla de reducir la velocidad, para penetrar en una zona de turbulencia; pero debe recordarse que la velocidad de aproximación para la aeronave, está bien por debajo de la recomendada para la penetración en turbulencia.
Cúmulos
La cima de la nube marca generalmente el límite superior aproximado de la corriente convectiva.
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Una aeronave pueda encontrar turbulencia debajo o dentro de las nubes, mientras que sobre ellas el aire se presentará generalmente suave y tranquilo.
En el caso de insuficiente humedad (convección térmica seca), es más difícil identificar las zonas turbulentas, aunque en ocasiones, por ejemplo en el campo sobre superficies aradas, pueden ser observados remolinos de polvo que sirven como referencia visual de las zonas turbulentas.
Cúmulonimbus
Cuando la convección se extiende a alturas mayores, desarrolla nubes con torres más extensas, llamadas torres cúmulos y cúmulominbus, cuyas partes superiores tienen forma de yunke. El cúmulonimbus es un indicador visual de fuerte turbulencia convectiva.
Cuando el aire frío se desplaza sobre una superficie caliente, se hace inestable en los niveles inferiores. Las corrientes convectivas se extienden varios miles de metros por encima de la superficie, dando origen a una turbulencia agitada y violenta cuando se vuela en aire frío. Con frecuencia, esta condición acontece en cualquier estación, después del pasaje de un frente frío.
Los Cúmulonimbus hay que volarlos a no menos de 20 millas náuticas de distancia, (37 km.).
. CORTANTES DE VIENTO
Genera remolinos entre dos corrientes de vientos diferentes, las mismas pueden darse en intensidad, dirección, o en ambas a la vez; y puede estar relacionada con la desviación en cualquier nivel de la atmósfera.
. En niveles bajos: las inversiones de temperatura se forman cerca de la superficie, en la noche y primeras horas de la mañana con cielo despejado, con calma o viento de superficie suave. El viento sobre la inversión puede ser relativamente fuerte.
. En una zona frontal: un frente con su sistema nuboso asociado puede implicar numerosos peligros.
. En aire claro en niveles elevados, asociada con una corriente en chorro o una fuerte circulación: un frente entre dos masas de aire seco y estable, que puede estar exento de nubes; aún así, el viento es abrupto en la zona frontal y puede inducir turbulencia originada por la corriente cortante.
. ESTELA TURBULENTA
Existe a su vez otro tipo de turbulencia que es producido por aeronaves de gran porte conocido como estela turbulenta, la cual es generada por los extremos de las superficies de los planos y se localiza inmediatamente por detrás del paso de la misma.
Esta representa un serio peligro para las aeronaves de menor porte, que realizan su aterrizaje inmediatamente después del despegue de una de mayor tamaño. Su intensidad disminuye con la distancia, y el efecto del viento en superficie hace que su peligrosidad sea relativa.
Al momento de realizar los despegues o aterrizajes, tomar un tiempo suficiente de separación entre estas operaciones, a los efectos de asegurar su dispersión y de ésta manera minimizar sus efectos.
INFLUENCIA DE LOS MOVIMIENTOS DEL AIRE SOBRE EL VUELO
Ya hemos visto que no es lo mismo volar en viento estable que en viento racheado o turbulento: en el primer caso sólo se ven afectadas la trayectoria y la velocidad sobre el suelo, mientras que en el segundo lo son, además, y constantemente, la incidencia y la velocidad de vuelo (viento relativo), determinando un vuelo desequilibrado, donde todas las prestaciones se ven afectadas.
Efecto Venturi
Este efecto se produce cuando un fluido atraviesa un estrechamiento; entonces, como el mismo número de partículas debe atravesar un espacio menor en el mismo tiempo, se aceleran. Esto es particularmente importante cuando volamos por zonas montañosas, ya que en los estrechamientos la aceleración del aire puede presentar características que nos dificulten el manejo de la aeronave. Ej: a.
El efecto venturi desaconseja el paso de una montaña, por sus quebradas. Por el mismo motivo deben evitarse los valles estrechos. Ej: b.
Ráfagas
Cuando una aeronave es alcanzada por una ráfaga, el viento relativo que la afecta, resulta de la composición de la velocidad e incidencia antes de ser abordada por la ráfaga, y de la velocidad y la dirección de la misma.
Las ráfagas ascendentes hacen que aumente la incidencia, la velocidad y el factor de carga. Las ráfagas descendentes actúan en sentido contrario (por ejemplo, al entrar y salir de una térmica). Las ráfagas frontales, hacen que la velocidad aumente; mientras que las de cola hacen que disminuya. Las ráfagas laterales además del derrape, producen un aumento de sustentación en el semiplano afectado, que combinado con el efecto veleta, tiende a hacer que el ala se encare al nuevo viento relativo.
En resumen, ya que las ráfagas de viento afectan, por una parte a la estabilidad longitudinal y transversal de la aeronave, y por otra a la incidencia y a la velocidad de vuelo; es evidente que al volar en estas condiciones, es necesario alejarse de los límites de las prestaciones de nuestra aeronave, (pérdida, VNE, factor de carga).
Gradientes
En el caso del gradiente de viento, en el que la aeronave atraviesa sucesivamente diversas capas de aire, que se mueven de forma regular y en el mismo sentido, las variaciones del viento relativo resultan de la importancia del gradiente, del sentido (de mayor a menor, o a la inversa), y de la dirección del viento con respecto a nuestra trayectoria.
Con respecto al aterrizaje debemos tenerlo en cuenta, además, al calcular la trayectoria para tomar tierra en el sitio deseado (no antes, ni después), ya que a medida que nos acercamos al suelo la velocidad del viento disminuye, al igual que nuestra velocidad relativa.
Consideraciones Finales
La turbulencia puede presentarse en el seno de la tropósfera. Actualmente al ser mayores las velocidades de navegación, mayor es el número de remolinos que encontramos por unidad de tiempo, entrando y saliendo de ascendencias y descendencias a más velocidad, los esfuerzos recibidos en la estructura de la aeronave pueden ser de importancia. La carga que reciben los planos en estas condiciones, hacen que la misma se vea incrementada casi instantáneamente, hasta compensar los movimientos exteriores.
La turbulencia en capas bajas interfiere notable y peligrosamente en las maniobras de despegue y aterrizaje, donde la velocidad de la aeronave está reducida.
Cuando las condiciones meteorológicas se agravan, hay que decidirse a interrumpir el vuelo. Esta decisión debe hacerse con tiempo suficiente para permitirnos perder altura, reconocer el terreno y las condiciones de aterrizaje, realizar este con total seguridad, y ya en tierra proteger la aeronave. Ej: c.
DENOMINACIÓN DEL VIENTO SEGUN SU VELOCIDAD
La velocidad del viento se tabula generalmente en nudos (kt):
kt = 1 milla náutica = 1,853 k/h.
Calmos: 0-1 km/h (0-01 kt)
Ventolina: 2-5 km/h (02-03 kt)
Suaves: 6-11 km/h (04-06 kt)
Leves: 12-19 km/h (07-10 kt)
Moderados: 20-28 km/h (11-16 kt)
Regulares: 29-38 km/h (17-21 kt)
Fuertes: 39-49 km/h (22-27 kt)
Muy Fuertes: 50-61 km/h (28-33 kt)
Temporal: 62-72 km/h (34-40 kt)
Temporal muy Fuerte: 73-85 km/h (41-47 kt)
El viento en superficie, se mide con un anemómetro, a 10 m. de altitud (norma). Lanzando un globo meteorológico, se mide la velocidad horizontal y vertical del viento en altura, con un teodolito..
ROSA DE LOS VIENTOS