Nhiễu động không khí với an toàn bay

Nhắc lại dẫn bài trong entry 'Bão' một tẹo là mới đây báo điện tử vnexpress đưa tin lúc 14h ngày 6/8 chuyến bay Hà Nội - Bangkok mang số hiệu VN615 (máy bay Airbus 321) của Vietnam Airlines khi đang bay bằng ở độ cao 36.000 feet (10.973 mét) bất ngờ đi qua khu vực nhiễu động và bị ‘rơi tự do’ 122 mét. Thời điểm này các tiếp viên đang phục vụ bữa ăn. Vụ 'rơi tự do' khiến một hành khách bị thương nhẹ, hai tiếp viên bị choáng và hàng trăm hành khách hoảng loạn. Những bức hình chụp trên khoang máy bay cho thấy đồ ăn thức uống đổ vung vãi dọc lối đi giữa máy bay (bà con có thể đọc và coi hình ảnh ở [3] trong list tham khảo phía dưới nha).

Như vậy nhiễu động không khí rõ ràng là một mối nguy hiểm đáng quan tâm đối với hoạt động bay và hành khách. Trong khi với người lái và những người làm công việc liên quan tới an toàn bay, hiểu biết về ảnh hưởng của nhiễu động không khí là không thể bỏ qua thì trên thực tế khái niệm nhiễu động không khí và ảnh hưởng của chúng tới hoạt động tàu bay còn khá mơ hồ với đa số khách đi chuyển bằng đường hàng không.

Nhiễu động không khí là hiện tượng không khí chuyển động rối/ hỗn loạn trong một khu vực không gian của khí quyển [2]. Mọi tàu bay đều có thể bị tác động khi đi vào các khu vực có nhiễu động không khí, tàu bay nhỏ hơn (trọng lượng thấp hơn) sẽ bị ảnh hưởng lớn hơn so với tàu bay trọng lượng lớn. Ảnh hưởng của nhiễu động không khí tới tày bay có các mức độ rất khác nhau, từ sự rung lắc nhẹ đến sự gia tăng tốc độ/ thăng, giáng mạnh tàu bay hay xoay, lật nghiêng đột ngột gây chấn thương nghiêm trọng cho hành khách và phi hành đoàn, thậm chí làm mất kiểm soát tàu bay tạm thời. Không chỉ nguy hiểm cho an toàn bay, hiện tượng nhiễu động còn tác động lớn đến hiệu quả khai thác bay do tàu bay phải thay đổi lộ trình và bị trễ lịch.

Nhiễu động không khí có thể xuất hiện ở bất cứ độ cao nào trong khí quyển và trong các điều kiện khí tượng khác nhau. Nhiễu động mạnh có thể xảy ra trong điều kiện trời quang mây như hiện tượng nhiễu động trời trong (Clear Air Turbulance – CAT), sóng núi (Moutain Waive) hay ở khu vực biên và trên đỉnh của các đám mây đối lưu phát triển mạnh (mây dông, ký hiệu Cb theo tên gọi latin Cumulonimbus) gọi là nhiễu động trong mây đối lưu.

Nhiễu động trời trong (Clear Air Turbulence - CAT)
Nhiễu động trời trong là sự chuyển động hỗn loạn của không khí trong điều kiện trời quang mây, thường xảy ra ở các khu vực chèn giữa các khối không khí di chuyển với tốc độ rất khác nhau. Nhiễu động trời trong thường xảy ra ở khu vực gần các dòng chảy xiết không khí (Jet stream) [1,2] gần lớp biên tầng đối lưu của khí quyển hay lớp đối lưu hạn (tropopause) – độ cao khoảng 7km – 12km trên khu vực Cực và 10 – 16km ở khu vực Xích đạo. Nhiễu động trời trong cũng có thể xảy ra do tác động của địa hình làm biến dạng dòng gió thổi qua phía trên nó tạo thành chuyển động sóng. Do đặc thù hiện tượng này được gọi bằng một tên riêng là sóng núi (mountain wave) và sẽ được xem xét ở phần dưới và do vậy CAT chủ yếu được dùng để chỉ nhiễu động liên quan đến dòng gió xiết.

Hình ảnh minh họa dòng gió xiết trong khí quyển toàn cầu ở độ cao 7 – 16km, cắt ngang mực bay bằng của nhiều loại tàu bay dân dụng đang hoạt động (Airbus, Boing) 

Dòng gió xiết (dòng Jet) là dòng không khí hẹp chuyển động với tốc độ cao trong ‘bức tranh’ của hoàn lưu khí quyển ở quy mô toàn cầu. Vận tốc ở lõi dòng jet có thể lên đến 300km/h. Sự chênh lệch lớn về vận tốc chuyển động của không khí giữa lõi dòng Jet với khu vực lân cận theo cả phương ngang và phương đứng tạo ra những vùng nhiễu động mạnh (CAT). Nếu so với vận tốc bay bằng của các thế hệ tàu bay dân dụng thông dụng hiện nay trung bình khoảng ~ 850 – 950km/h ta sẽ hiểu tác động đáng kể của dòng gió xiết và nhiễu động xung quanh lõi của nó đối với tàu bay bay qua. Trước mỗi chuyến bay tổ lái được cung cấp thông tin dự báo thời tiết nguy hiểm dọc đường bay SIGWX (significant weather) trong đó có vị trí, độ cao, hướng và vận tốc của dòng gió Jet nếu có. Tàu bay có thể lợi dụng dòng Jet để giảm chi phí nhiên liệu trong trường hợp bay xuối dòng hay bay tránh hoặc vòng chui qua dưới dòng Jet như kiểu đường ngầm giao cắt của giao thông đường bộ trong trường hợp bay ngược chiều hoặc cắt ngang Jet để tránh tác động không mong muốn.

Ví dụ về Bản đồ SIGWx cung cấp cho người lái. Dòng Jet ký hiệu bằng mũi tên tô đậm chỉ hướng, mỗi đuôi cờ tô đậm chỉ 50km/h vận tốc gió (nguồn: Cơ quan khí tượng Hong Kong) 

Điều đáng lưu ý với hoạt động hàng không, CAT là hiện tượng không phát hiện được bằng mắt thường và rất khó phát hiện bằng radar thông thường, do đó rất khó khăn cho phi công phát hiện và tránh khu vực CAT trừ khi theo dõi các bản tin dự báo, cảnh báo dựa trên phân tích hoàn lưu khí quyển và dòng chảy xiết ở tuyến đường tàu bay bay qua. Chính vì gặp phải CAT ở độ cao tàu bay bay bằng ổn định, thương tích thường xảy ra do nhân viên phi hành đoàn hoặc hành khách không cài dây an toàn và bị va đập vào máy bay. Trước chuyến bay HAN-BKK của VNA, ngày 26 tháng 5/2013 chuyến bay SQ-308/ tàu bay Airbus A380-800 của Singapore Airline gặp sự cố tương tự trên đường bay từ Singapore đi UK khi gặp CAT khiến tàu bay bị ‘rơi đột ngột’ khỏi mực bay bằng 100ft (~ 30m) khiến 7 hành khách bị thương nhẹ [5]. Chuyến bay VN535 của VNA Hanoi – Paris ngày cuối tháng 10/2010 gặp nhiễu động rung lắc mạnh trên đường bay khiến hơn 20 người (tiếp viên và hành khách) bị thương trong đó có trường hợp phải điều trị xương tại bệnh viện, điều đáng nói là họ đều đang không thắt dây an toàn [4].

Mặc dù CAT gây khó khăn và không thoải mái cho người lái, phi hành đoàn cũng như hành khách, sẽ không quá nguy hiểm nếu người lái tuân thủ các quy tắc bay và chỉ dẫn không lưu. Lời khuyên tốt nhất đối với hành khách là tuân thủ hướng dẫn về thắt dây an toàn trên máy bay ngay cả khi bay bằng và không hoảng loạn khi tày bay bị rung lắc vì nhiễu động trên đường bay. Thông thường người lái sẽ lấy lại được thăng bằng tàu bay và đưa chuyến bay trở lại bình thường trong thời gian ngắn.
(Còn tiếp)

*** Note: Viết những cái này khô khan lắm nên cảm ơn bà con đã ghé đọc đến đây, hị hị. Thêm cái này thực chất là để câu còm: Bà con thấy nên dừng hay viết nốt xin cho ý kiến với, hoặc nếu có câu hỏi để 'được' trả lời thì sướng người viết quá :)

Bài tham khảo liên quan:
[1] Book: "Manual of Aviation Meteorology" 2nd edition, Commonwwealth Bureau of Met, 2007;
[2] 'Clear Air Turbulence' - English Wikipedia (link);
[3] "Máy bay Vietnam Airlines rơi tự do 122m" (link);
[4] "Máy bay Vietnam Airlines gặp sự cố ở Pháp do nhiễu động thời tiết" (link);
[5] "Accident: Singapore A388 enroute on May 26th 2013, clear air turbulence" (link).