جریان هوا: لامینار و توربالانس
وقتی جریان هوا (باد) با سرعت کم و به آرامی حرکت کند و بین لایه‌های آن تبادل زیادی رخ ندهد، به آن «جریان آرام» یا لامینار (Laminar Flow) گفته می‌شود. اما اگر سرعت باد بیشتر شود، جریان به حالت «آشفته» یا توربالانس (Turbulent Flow) تبدیل می‌شود. در جریان آشفته، ذرات هوا به صورت نامنظم و تصادفی در جهات مختلف حرکت می‌کنند.
تبدیل جریان از لامینار به توربالانس بستگی به ویژگی‌های جریان مثل اندازه، ویسکوزیته و همچنین ناهمواری‌های سطح زمین دارد. مثلاً دود سیگار را تجسم کنید: ابتدا به آرامی و به صورت لامینار بالا می‌رود، اما وقتی سرعتش به یک حد بحرانی برسد، ناگهان به حالت آشفته تغییر می‌کند.
در عمل، بادهایی با سرعت بیش از ۵ تا ۶ متر بر ثانیه معمولاً توربالانس ایجاد می‌کنند. همچنین شدت توربالانس به صورت نمایی با سرعت باد افزایش می‌یابد (توان دوم سرعت باد یعنی Vwind²) بطور مثال اگر سرعت باد دو برابر شود، تلاطم چهار برابر بیشتر می‌شود.
خطرات توربالانس در پاراگلایدینگ
پرواز با پاراگلایدر در شرایط تلاطم بسیار خطرناک است، چون بال دیگر شکل ایده‌آل خود را ندارد و جریان هوای یکنواختی اطراف آن نیست. این شرایط می‌تواند باعث استال (Stall)، چرخش ناگهانی (Spin)، جمع شدن بال (Collapse) و تغییرات شدید ارتفاع شود و خلبان را از رسیدن به محل فرود ایمن باز دارد. حتی پرندگان هم در این شرایط، پرواز نرم و روان خود را از دست می‌دهند.
تشخیص و پیش‌بینی توربالانس
هرچند توربالانس در آسمان نامرئی است و دیده نمی شود، اما می‌توان آن را به صورت غیرمستقیم تشخیص داد، بررسی کرد، پیش‌بینی نمود و از آن دوری جست.
توربالانس مکانیکی
یکی از نمونه‌های کلاسیک توربالانس، توربالانس مکانیکی است که وقتی باد به موانعی مثل درختان، ساختمان‌ها یا زمین ناهموار برخورد می‌کند، ایجاد می‌شود. اجسام صاف و کوچک تلاطم کمتری ایجاد می‌کنند، اما موانع بزرگ‌تر تلاطم شدیدتری پشت خود می‌سازند.
بالا رفتن سرعت هوا اطراف موانع باعث ایجاد نواحی مکشی می‌شود که گردبادها (Vortexes) در آن شکل می‌گیرند. اندازه، شکل و شدت این گردبادها به فرم مانع، سرعت باد و ویژگی‌های هوای اطراف بستگی دارد. این گردبادها به‌گونه‌ای حرکت دورانی دارند که انگار «زندگی مستقل» خود را دارند.
در بادهای آرام، برخی اشکال اجسام می‌توانند گردبادهای پایدار و متصل به خود داشته باشند که پشت روتورهای (Rotors) اصلی باقی می‌مانند. اگر باد کم شود، این گردبادها انرژی خود را از دست می‌دهند؛ اما اگر باد زیاد شود، گردبادها به سمت پایین باد حرکت کرده و ممکن است به گردبادهای کوچک‌تر تقسیم شوند که همدیگر را تقویت یا تضعیف می‌کنند. بعضی گردبادها نیز می‌توانند مسافت زیادی را طی کنند چون چرخش اولیه‌شان به حفظ حرکت‌شان کمک می‌کند.
گردبادهای ثابت و متحرک، هر دو اطراف خود چرخش‌های کوچک‌تری ایجاد می‌کنند و گردبادهای جدید هم می‌توانند این روند را ادامه دهند. بنابراین منطقه توربالانس پشت مانع بزرگ‌تر می‌شود، اگرچه با افزایش فاصله، شدت آن کمتر می‌شود.
اندازه منطقه تلاطم
به طور معمول، منطقه تلاطم می‌تواند تا ۷ برابر ارتفاع مانع ادامه داشته باشد. مثلاً پشت تپه‌ای به ارتفاع ۱۰۰ متر، منطقه توربالانس ممکن است تا ۷۰۰ متر امتداد داشته باشد. البته این مقدار به شکل مانع، شرایط هوا و سرعت باد بستگی دارد.
اثر لبه‌های تیز و فلات‌ها در ایجاد توربالانس
لبه‌های تیز و بادگیر فلات‌ها نیاز به توجه ویژه‌ای دارند، چون می‌توانند جریان‌های چرخشی یا گردبادهای موضعی (Vortexes) ایجاد کنند.(فلات، ناحیه‌ای نسبتاً هموار و مرتفع است که از اطراف معمولاً با شیب یا دیواره‌هایی ختم می‌شود.) حتی تغییر کوچکی در جهت باد ممکن است باعث شود فقط یکی از لبه‌ها فعال شود و جریان آشفته‌ای ایجاد کند، در حالی‌که لبه‌ی دیگر بی‌تأثیر باقی بماند.
نمونه‌ی متداول این پدیده، تشکیل روتور (Rotor) و تلاطم (Turbulence) در پشت لبه‌ی فلات‌هایی با شکل تراسی است. در بسیاری از سایت‌های پروازی، خلبانان پاراگلایدر هنگام بالا آوردن چتر خود در نزدیکی این لبه‌ها دچار مشکل می‌شوند، چرا که درون منطقه‌ی روتور قرار گرفته‌اند. آنها تلاش می‌کنند تا هرچه سریع‌تر وارد جریان هوای تمیز و بدون تلاطم در بالای لبه شوند.
در صورت نیاز به فرود در بالای فلات (تاپ‌لند)، باید با فاصله‌ی کافی از لبه و در بخش پشتی آن فرود بیایید. ساختار زمین در پشت لبه می‌تواند اثر جریان لبه‌ای (Edge Effect) را تشدید یا کاهش دهد.
در بسیاری از مواقع در بادهای سبک تا متوسط پرواز می‌کنیم، اما باید توجه داشت که شکل‌های محدب، مانند قله‌ی یک تپه یا برجستگی‌هایی که از دامنه بیرون زده‌اند، باعث فشرده شدن و شتاب گرفتن جریان هوا بیش از حد معمول می‌شوند. به این پدیده، اثر ونتوری (Venturi Effect) گفته می‌شود.
یکی از حوادث رایج در این شرایط زمانی رخ می‌دهد که خلبان در باد شدید تیک‌آف می‌کند، وارد ناحیه‌ی ونتوری می‌شود و بالا می‌رود، اما سپس با شدت به سمت عقب پرتاب می‌شود.
علاوه بر شتاب گرفتن جریان هوا در اطراف سطوح محدب (اثر ونتوری) (Venturi Effect)، شکل‌های مقعر نیز می‌توانند به‌عنوان دام زمین (Trap of the Terrain) عمل کنند. این فرم‌ها می‌توانند جریان هوا را در بخش‌های باریک متمرکز کرده و سرعت آن را از حداکثر سرعت ایرفویل پاراگلایدر فراتر ببرند.
همچنین، شکل‌های بزرگ و مقعر مانند دره‌های کوهستانی، شکاف‌ها و ناودیس‌ها تمایل دارند جریان‌های نزولی هوا را از اطراف به خود جذب و متمرکز کنند؛ این اتفاق می‌تواند خیلی سریع باعث شود خلبان در محلی نامناسب و ناخواسته فرود بیاید.
مشاهده‌ی مکرر جریان آب در اطراف سنگ‌های رودخانه، حرکت دود یا دیگر نشانه‌های باد می‌تواند به درک بهتر تعامل جریان هوا با زمین کمک کند. سعی کنید هر تغییر قابل‌توجهی را در جهت و سرعت جریان باد تحلیل کنید. نواحی مکش (Suction Zones)، نواحی چرخش (Circulation Zones) و جریان‌هایی که به این نواحی وارد می‌شوند را شناسایی کنید. همچنین، با شکل‌گیری و پایان گردبادها (Vortexes) آشنا شوید، چه گردبادهای ثابت و چه متحرک. نیازی نیست همه‌ی جزئیات را حفظ کنید، کافی‌ست اصول و منطق طبیعت جریان هوا را بفهمید چون این درک ممکن است روزی جان شما را نجات دهد.
زمانی که یک لایه از هوا نسبت به لایه‌ی مجاور خود حرکت می‌کند، در مرز بین آنها توربالانس برشی (Shear Turbulence) به وجود می‌آید. شدت این نوع تلاطم بستگی به میزان حرکت نسبی و تفاوت ویژگی‌های توده‌های هوا دارد؛ ویژگی‌هایی مثل چگالی، ویسکوزیته، دما و … .
یکی از نمونه‌های کلاسیک توربالانس برشی، زمانی است که باد خنک نسیم دریا (Sea Breeze) وارد مناطق داخلی می‌شود، در حالی که هوای گرم‌تری در لایه‌ی بالایی آن قرار دارد. سطوح جبهه‌ای (Frontal Surfaces) نیز می‌توانند باعث ایجاد توربالانس برشی (Shear Turbulence) شوند. حتی سطح بالایی ترمال‌ها (Thermals) زمانی که از میان هوای سردتر اطراف صعود می‌کنند، می‌تواند این نوع تلاطم را ایجاد کند.
در اوایل صبح، اواخر غروب، در فصل‌های پاییز یا زمستان، و در مناطق ساحلی، معمولاً توربالانس مکانیکی (Mechanical Turbulence) و برشی بیشتر دیده می‌شود. اما در وسط روز به‌ویژه در تابستان و در مناطق کوهستانی سطح زمین که توسط خورشید گرم شده، توده‌هایی از هوای گرم و سبک ایجاد می‌کند که در میان هوای سردتر و متراکم اطراف بالا می‌روند. این توده‌های صعودی همان ترمال‌ها هستند که پرندگان و خلبانان پاراگلایدینگ برای صعود و پرواز طولانی از آنها استفاده می‌کنند.
ترمال‌ها می‌توانند ما را تا آسمان بالا ببرند، اما گاهی هم ما را به جهنم پرتاب می‌کنند! علاوه بر توربالانس برشی در لبه‌های بیرونی ترمال‌های صعودی، خود ترمال‌ها نیز منبعی از توربالانس حرارتی (Thermal Turbulence) هستند؛ چون این توده‌های عظیم از هوا هنگام بالا رفتن با هوای اطراف برخورد و تعامل دارند و باعث ایجاد گردبادها (Vortexes) و تلاطم‌های آشفته در داخل و اطراف خود می‌شوند.
ترمال‌ها و تاثیر آنها
ترمال‌ها بخش‌هایی از هوای نامرئی هستند که ممکن است هر لحظه ما را غافلگیر کنند هنگام تیک‌آف، پرواز در ارتفاعات بالا یا نزدیک ابرهایی که از آنها تغذیه می‌کنند.
یکی از رایج‌ترین دلایل بروز حادثه، تیک‌آف در شرایط ترمال قوی است که می‌تواند باعث جمع شدن بال یا استال نزدیک زمین شود.
خلبانان باتجربه که از ترمال‌ها برای پروازهای بلند استفاده می‌کنند، در هر ارتفاع آماده مواجهه با تلاطم ناشی از آن هستند. اما خلبانان مبتدی باید ابتدا یاد بگیرند چطور در شرایط تلاطم به‌صورت فعال و ایمن پرواز کنند، پیش از آنکه بخواهند ترمال‌ها را بگیرند.
شناخت و مقابله با توربالانس ترمال
بهترین راه مقابله با تلاطم، شناخت دقیق آن است. توربالانس ترمال انواع مختلفی دارد و برای درک درست آن نیاز به تجربه زیاد است. برای شروع، باد هنگام تیک‌آف و رفتار گلایدرهای دیگر را با دقت ببینید. تلاطم شدید باعث حرکات واضح در محورهای پیچ (Pitch)، رول (Roll) و یاو (Yaw) می‌شود. حتی خلبانان حرفه‌ای هم ممکن است با جمع شدن نوک بال‌ها روبرو شوند.
یادگیری اصول هواشناسی و ارزیابی ناپایداری جو در روز پرواز اهمیت زیادی دارد. وقتی خلبانان از کلمه «ناپایدار» استفاده می‌کنند، ممکن است منظورشان شرایط عالی برای اوج‌گیری باشد یا هشدار خطر رعدوبرق. همچنین «پایدار» همیشه به معنای نبود تلاطم نیست؛ ترمال‌ها ممکن است هنگام عبور از لایه‌های پایدار، تلاطم شدیدی ایجاد کنند.
شرایط پرواز خوب یا بد، کاملاً به فرد بستگی دارد. برخی خلبانان شرایط پرواز هیجان‌انگیز و دینامیک را دوست دارند، برخی دیگر آرامش را ترجیح می‌دهند. بهتر است از خلبانان باتجربه سوالات مشخص بپرسید، مثل: «آیا رعدوبرق در راه است؟»، «ترمال‌ها چقدر تلاطم دارند؟»، «آیا بادهای قوی نزدیک ابرها وجود دارد؟». با جمع‌آوری اطلاعات کافی، خودتان تصمیم بگیرید آیا شرایط برای پرواز مناسب است یا نه.
ابرهای کومولونیمبوس و خطرات ترمال
ابرهای کومولونیمبوس (Cumulonimbus) و ابرهای رعدوبرق زا، رشد عمودی بسیار شدیدی دارند و می‌توانند خطرناک‌ترین نوع توربالانس ترمال را ایجاد کنند. این ابرها پرواز را نا آرام می‌کنند و خطراتی مانند مکش ابر (Cloudsuck)، خیس شدن بال که استال را آسان‌تر می‌کند، یخ‌زدگی که ممکن است باعث پارگی بال شود، برق‌گرفتگی و بادهای ناگهانی شدید (Squall) را به همراه دارند.
نشانه‌های توربالانس ترمال
- گاست (باد متغیر و گاهی تند روی زمین)، به‌ویژه اگر تفاوت حداقل و حداکثر سرعت باد بیش از ۵۰٪ سرعت متوسط باشد.
- دشواری در لانچ کردن و کنترل پاراگلایدر در تیک‌آف. اگر چند بار ناموفق بودید، آن را هشدار جدی بدانید و پرواز نکنید. اگر روی زمین نتوانید کنترل کنید، در هوا هم مشکل خواهید داشت.
- نشانه‌های دیگر فعالیت ترمال: پرندگان و پاراگلایدرهایی که به خوبی اوج گرفته‌اند؛ برگ‌ها یا زباله‌های سبک که توسط ترمال‌ها بالا می‌روند؛ ابرهای کومولوس تغذیه‌شده از ترمال‌ها؛ آفتاب قوی و هوای خنک اطراف.
- حرکات شدید پیچ، رول، تغییر مسیر، جمع شدن بال و استال پاراگلایدرها. حتی پرندگان هم در تلاطم سبک، پرواز نرم خود را از دست می‌دهند.
- گردبادهای کوچک (Dust Devils) و نشانه‌های دیگر باد مانند حرکت برگ‌ها، پرچم‌ها، دود یا سطح آب.
نکات ایمنی برای مبتدیان
- از پرواز بین ساعت ۱۱ صبح تا ۴ بعدازظهر در بهار و تابستان که خورشید شدیداً زمین را گرم کرده و ترمال‌ها فعال‌ترند، خودداری کنید.
- از پرواز در بادهایی با سرعت بیش از ۶ متر بر ثانیه، به‌ویژه اگر گاهی تند و متغیر باشند، اجتناب کنید. ابرهای سریع یا سایه‌های متحرک نشانه باد قوی‌اند. برخی ابرهای ساکن هم حاصل جریان‌های موجی هستند که می‌توانند خطرناک باشند. این ابرها «لنټیکولاریس» و «کلاهک‌های اوروگرافیک» نام دارند.
- زمانی پرواز کنید که زمین خنک است، مثلا اوایل صبح، پس از باران یا وقتی چند ساعت ابرپوشیده بوده.
- اوج‌گیری کنار دریا آرام‌تر است، چون باد لامینار از سطح خنک و صاف آب می‌آید. اما چند کیلومتر داخل خشکی شرایط می‌تواند متفاوت و پر تلاطم باشد.
- مناطق کوهستانی معمولا آشفته‌تر از زمین‌های صاف هستند.
- هوای مرطوب کمتر از هوای خشک تلاطم دارد.
تلاطم در ارتفاعات و نزدیکی زمین
تلاطم معمولاً در ارتفاعات بالاتر بیشتر است، چون ترمال‌ها قوی‌تر و با باد و لایه‌های پایدار بالایی تعامل دارند. البته در ارتفاع پایین هم ممکن است تلاطم وجود داشته باشد، چون ترمال‌ها هنوز تحت تاثیر زمین هستند. خطرناک‌ترین تلاطم نزدیک سطح زمین است، زیرا فرصت کافی برای بازگشت یا استفاده از چتر نجات نیست. هرچه ارتفاع بیشتر باشد، ایمنی بیشتر است.
اگر وارد منطقه تلاطم شدید
- به هارنس خود اعتماد کنید؛ حتی اگر وارونه شوید، شما را نگه می‌دارد. همچنین به بال خود اطمینان داشته باشید؛ بال‌ها برای تحمل بار تا ۱۶G طراحی شده‌اند و در تلاطم نهایتا با ۳ تا ۴G مواجه می‌شوید.
- بال را بالای سر خود نگه دارید. اگر باد ناگهانی آن را عقب برد، دست‌ها را بالا ببرید. اگر گلایدر رو به جلو شیرجه رفت، ترمزها را بکشید و رها کنید. اگر یک سمت بال سیک شد، وزن خود را به سمت دیگر منتقل کنید. زانوها را خم نگه دارید تا بهتر بتوانید حرکات تند بال را دنبال کنید. ریزرها را محکم بگیرید و آرامش خود را حفظ کنید.
- منبع تلاطم را پیدا کنید تا مسیر خروج را بیابید.
- از منطقه تلاطم به کوتاه‌ترین مسیر و کمی به سمت پایین‌باد خارج شوید. این کار نسبت گلاید شما را بهتر می‌کند.
- اگر ممکن است، مسیری انتخاب کنید که ارتفاعتان نسبت به زمین بیشتر شود تا فضای بیشتری برای بازیابی داشته باشید.
- مسیر پروازتان را حفظ کنید و سعی نکنید مستقیماً با تندبادها مبارزه کنید.
- اگر تلاطم همه‌جا هست (مثلا در باد خیلی شدید یا ورود عمیق به منطقه تلاطم)، بهترین محل فرود را که از موانع دور باشد، انتخاب کنید.
یک پاسخ
آموزنده بود امیر جان ممنون