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Se avecinan turbulencias extremas: cómo los científicos pueden mantener seguros a los viajeros aéreos en un mundo en calentamiento

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Cambio climático El aumento de las temperaturas no sólo provoca más olas de calor y huracanes, sino que también hace que la atmósfera sea más turbulenta. Como descubrí mientras volaba de Kuala Lumpur a Londres hace unas semanas, las ráfagas repentinas de aire picado pueden hacer que el café salga volando por los aires. Las corrientes en chorro pueden hacerte sentir como si estuvieras en una montaña rusa.

Las perturbaciones meteorológicas aparecieron en las noticias porque Decenas de pasajeros se infectaron en un vuelo de Singapore Airlines en mayo Una persona murió cuando el avión perdió 54 metros de altitud en cuestión de segundos sobre Myanmar. Estos pasajeros no sólo tuvieron mala suerte; La frecuencia de estos fenómenos está incluso aumentando, ya que el calentamiento global hace que el aire sea más tormentoso.

Como investigador en el campo de la dinámica de fluidos y el cambio climático, puedo asegurarles que volar sigue siendo una de las formas más seguras de viajar. Pero también sé que es necesario investigar más sobre los cambios en los patrones de turbulencia atmosférica. Los científicos necesitan comprender cómo el cambio climático afecta la presión del aire, la flotabilidad y las corrientes. Los pilotos necesitan herramientas capaces de predecir e identificar áreas de intensa turbulencia, que a menudo son invisibles y pueden ocurrir repentinamente.

Si bien las nubes de tormenta son visibles y pueden moverse, las “perturbaciones del aire claro” son invisibles a la vista y al radar convencional. El cambio climático está aumentando la intensidad y frecuencia de tales perturbaciones climáticas. Por ejemplo, entre 1979 y 2020, la frecuencia de perturbaciones severas de aire despejado aumentó un 55% en los Estados Unidos y el Atlántico Norte (MC Prosser et al. Revista de investigación geofísica 50, e2023GL103814; 2023).

El calentamiento global cambia los gradientes de temperatura horizontal y vertical en la atmósfera, afectando la estabilidad atmosférica y los patrones de movimiento del aire (S.sh. para mí et al. naturaleza 572, 639–642; 2019). por ejemplo, Las turbulencias atmosféricas a menudo ocurren alrededor de las corrientes en chorro. — Corrientes de aire rápidas impulsadas por las diferencias de temperatura entre el ecuador y el polo. Los cambios repentinos en la velocidad y dirección del viento, conocidos como cizalladura del viento, provocan fluctuaciones de temperatura. Debido a que las regiones polares se están calentando más rápido que los trópicos, el cambio climático reduce los gradientes de temperatura que causan las corrientes en chorro, cambiando su comportamiento.

Los gradientes verticales de temperatura también se ven afectados por el cambio climático. Los gases de efecto invernadero atrapan el calor en las capas inferiores de la atmósfera, enfriando la estratosfera. Los gradientes de temperatura más grandes pueden aumentar la frecuencia y la intensidad de la convección, lo que provocará tormentas más fuertes. Los aviones cerca de áreas con fuerte convección pueden experimentar turbulencias más severas que en otros lugares, lo que hace que parezca que su vuelo navega a través de un mar tormentoso.

El cambio climático también está provocando que la gravedad, la flotabilidad, la presión, la inercia y la circulación en la atmósfera interactúen de maneras cada vez más complejas. Por ejemplo, a medida que la Tierra se calienta, las oscilaciones atmosféricas conocidas como ondas de gravedad se vuelven más frecuentes e intensas. Estas olas pueden crear turbulencias al generar una fuerte cizalladura vertical del viento. También interactúan con la corriente en chorro y otras fuerzas atmosféricas, lo que genera patrones climáticos más difíciles de predecir. Comprender estos cambios dinámicos es crucial para desarrollar modelos y estrategias predictivos que garanticen la seguridad de la aviación.

Es necesario actuar en tres áreas. En primer lugar, los científicos pueden utilizar simulaciones por computadora de la atmósfera terrestre para obtener una comprensión teórica más profunda de los mecanismos de la turbulencia atmosférica y cómo se ven afectados por el cambio climático. La creciente frecuencia de incidentes relacionados con perturbaciones proporciona estudios de casos y datos para mejorar los modelos.

En segundo lugar, los investigadores necesitan desarrollar técnicas para detectar y predecir las perturbaciones climáticas. Por ejemplo, una tecnología llamada lidar (radar que utiliza láseres en lugar de ondas de radio) puede detectar turbulencias en el aire despejado que el radar no puede. Pero los sistemas actuales son voluminosos y pesados. La industria de la aviación necesita con urgencia sistemas lidar más compactos y menos costosos. Los satélites y las técnicas meteorológicas también pueden proporcionar datos en tiempo real sobre las condiciones meteorológicas en grandes áreas. Estos datos se pueden incorporar a simulaciones para modelar la turbulencia a lo largo de la trayectoria del avión en tiempo real. Al integrar estas herramientas y técnicas, los investigadores pueden desarrollar modelos predictivos sólidos y confiables.

En tercer lugar, la IA se puede utilizar para mejorar los modelos predictivos. Entrenar algoritmos de IA en enormes conjuntos de datos de turbulencia, incluidos datos meteorológicos, lecturas de sensores de aeronaves, registros históricos de vuelos, informes de pilotos y datos de radares meteorológicos y lidar, les permitirá detectar cambios sutiles y patrones complejos en las turbulencias, lo que mejora la precisión de las predicciones. . El uso de sistemas de inteligencia artificial también acelerará los cálculos, posibilitando predicciones de perturbaciones en tiempo real. Para integrar la IA, los investigadores necesitan desarrollar algoritmos que puedan manejar la complejidad de los datos atmosféricos, mejorar la precisión y la velocidad de las simulaciones y crear sistemas predictivos en tiempo real que puedan aplicarse para mejorar la seguridad y la eficiencia en la aviación.

Como ocurre con el resto del planeta, el cielo cuenta una historia de cambio: la mano invisible del calentamiento global está moviendo la atmósfera de maneras inesperadas. El incidente de Singapore Airlines debería ser una llamada de atención. Puede que el cielo haga más viento, pero con esfuerzo y creatividad, los investigadores pueden ayudar a los viajeros a encontrar un aire más tranquilo y seguro.

Conflicto de intereses

El autor declara no tener ningún conflicto de interés.

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Las turbulencias del avión están empeorando. Los científicos explican por qué.

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El cielo puede ser claro, azul y tranquilo. “Y de repente, de repente, chocas contra el avión”, dijo a Mashable Dan Pope, un ex piloto de aerolínea que ahora es historiador de la aviación en la Universidad de Nevada, Las Vegas.

este burbuja Se trata de “turbulencias en el aire despejado”, un peligro conocido para los aviones y los pasajeros a bordo. Fue creado por aire inestable. Avión comercial A veces navegas por altitudes más altas. No es visible desde la cabina. No aparece en el radar meteorológico a bordo. “Es como llegar a una zanja profunda con un automóvil que va a 60 millas por hora”, dijo Bob. “Los disturbios sacudirán a la gente y, con suerte, no les harán daño”.

Sin embargo, pueden ocurrir lesiones o algo peor. Como demostró un violento suceso en el aire en mayo de 2024, un avión de Singapore Airlines que llegaba desde Londres resultó gravemente herido. Alteración inesperadaLo que provocó 83 heridos y la muerte de una persona.

Aunque este evento fue particularmente grave (y las muertes por tales trastornos son raras), los trastornos en general ocurren con mayor frecuencia. Los científicos atmosféricos dicen que el cometa somos nosotros Atmósfera cálida.

“Lo tenemos ahora Evidencia contundente La perturbación va en aumento porque Cambio climático“Recientemente descubrimos que las turbulencias extremas en aire claro en el Atlántico Norte han aumentado en un 55 por ciento desde 1979”, dijo por correo electrónico Paul Williams, profesor de ciencias atmosféricas en la Universidad de Reading en el Reino Unido. Indica un aumento en el tiempo total para que ocurra la perturbación observada.)

“También se encontraron aumentos similares en los Estados Unidos continentales”, señalaron también los investigadores. El Atlántico Norte y los Estados Unidos experimentan algunas de las regiones más ocupadas. Viajar Carreteras en el mundo.

Es probable que el trastorno empeore.

“Es casi como caer en un bache profundo con un automóvil que va a 60 millas por hora”.

“Nuestras últimas proyecciones futuras sugieren que las perturbaciones extremas de las corrientes en chorro se duplicarán o triplicarán en las próximas décadas, si el clima continúa cambiando como esperamos”, añadió Williams.

¿Por qué están empeorando las turbulencias en los aviones?

Los aviones comerciales vuelan a grandes altitudes, entre 31.000 y 42.000 pies, donde el aire es menos denso y el vuelo utiliza menos combustible. Pero a estas altitudes también viajan fuertes corrientes en chorro atmosféricas.

Las corrientes en chorro son corrientes de viento que se mueven rápidamente o corrientes de aire que se mueven Tierra. A menudo serpentea como un río lento, pero se mueve hacia el este a velocidades de hasta 275 mph. En nuestro planeta hay cuatro corrientes en chorro primarias, dos en las regiones polares y dos en latitudes bajas, como la que pasa principalmente por Estados Unidos y el Océano Atlántico Norte (que se muestra en el gráfico siguiente). Afectan regularmente a la aviación de varias maneras: una fuerte corriente en chorro puede causar esto Pago de vuelos transatlánticos,Acortamiento de los tiempos de viaje. Volar en dirección opuesta, contra el viento, aumenta el tiempo de vuelo.

Velocidad de la luz triturable

Sin embargo, el aire es mucho más cálido ahora. Mejorar la cantidad de cizalladura del viento – La diferencia en la velocidad del viento a diferentes altitudes – en la corriente en chorro. Más importante aún, esto “aumenta la turbulencia en el aire despejado en el Atlántico Norte y Globalmente“, Universidad de Reading para explicar.

Diferentes corrientes en chorro en la Tierra

Abajo a la izquierda: Las cuatro principales corrientes en chorro de la Tierra. Arriba: una prominente corriente en chorro serpentea por los Estados Unidos
Crédito: NOAA

Michael Pravica, profesor de física de la Universidad de Nevada en Las Vegas, explicó que el potente motor de la perturbada corriente en chorro proviene de abajo. Hay más calor en el sistema climático, especialmente sobre cuerpos de agua (la mayor parte del calentamiento atrapado por la actividad humana en la Tierra es Empapado en el océano muy absorbente.). Es importante destacar que este calor agregado aumenta en un proceso llamado convección, similar a la forma en que el agua hirviendo empuja el arroz alrededor de una olla. Esta convección en la atmósfera puede alterar la corriente en chorro que fluye rápidamente.

“Cuando tienes más energía, tienes más convección”, explicó Pravica. “Y más convección significa más turbulencia”.

Cuando un avión acelera a aproximadamente 550 millas por hora a través del cielo y encuentra aire turbulento, el avión reaccionará. “Los pasajeros irán en todas direcciones si no llevan puesto el cinturón de seguridad”, afirmó Pravica. “Es como si fueras un patinador y luego golpearas una superficie de hielo áspera que causa fricción y desplazamiento. Hay fuerzas en el plano que no estaban allí antes”.

“Los pasajeros irán en todas direcciones si no llevan puesto el cinturón de seguridad”.

Los científicos esperan que las perturbaciones graves y las perturbaciones del aire claro empeoren este siglo. es por eso La Tierra seguirá calentándoseen gran parte nutrido Aumento de los gases de efecto invernadero en la atmósfera. Esto seguirá aumentando la cizalladura del viento en las corrientes en chorro, donde inevitablemente vuelan los aviones.

“2023 fue el año más cálido en la Tierra desde que comenzaron los registros modernos alrededor de 1880, y los últimos 10 años consecutivos han sido los más cálidos registrados”. NASA explicó. Al mismo tiempo, los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera son ahora los más altos por lo menos 800.000 añospero lo más probable Millones de años.

En comparación con los últimos 800.000 años, el dióxido de carbono en la atmósfera terrestre está aumentando significativamente.

En comparación con los últimos 800.000 años, el dióxido de carbono en la atmósfera terrestre está aumentando significativamente.
Crédito: NASA

Cómo prepararse para turbulencias severas

Cuando los aviones encuentran turbulencias en el aire despejado, pueden perder altitud rápidamente, incluso temporalmente. Esto se debe a que el avión pierde repentinamente algo de sustentación en aire inestable. Los vuelos de Singapore Airlines también experimentaron un descenso significativo.

“Obviamente no puedes verlo. Pero cuando lo golpeas, es un aterrizaje forzoso”, dijo Bob, ex piloto de aerolínea.

Ante un aumento documentado de las turbulencias del aire, se recomienda a los pasajeros que tomen medidas sencillas para garantizar su seguridad. La FAA ha documentado 163 Lesiones por trastornos graves Para pasajeros y tripulantes entre 2009 y 2022.

El vuelo SQ321 de Singapore Airlines experimentó graves turbulencias cerca del final de su vuelo de Londres a Singapur.

El vuelo SQ321 de Singapore Airlines experimentó graves turbulencias cerca del final de su vuelo de Londres a Singapur.
Fotografía: Elmurod Usupaliev/Anadolu vía Getty Images

“Estamos en una época en la que la gente no puede simplemente caminar por la cabina. Estamos en una época en la que debemos tomar esto más en serio”, enfatizó.

A menos que necesites ir al baño o estirarte por una razón médica, lo mejor es permanecer abrochado. ¿La línea de fondo?

“Incluso cuando detengamos la señal del cinturón de seguridad, manténgalo puesto”, dijo Bob.



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