Внезапная сильная турбулентность привела к травмам членов экипажа и пассажиров на борту Boeing 737 авиакомпании Qantas во время снижения над Брисбеном 4 мая 2024 года. Последующее расследование Австралийского бюро транспортной безопасности показало, что капитан был застигнут врасплох силой турбулентности.
Это не единичный случай. Грозы с сильными порывами ветра, такими как мощные восходящие и нисходящие потоки, представляют опасность для самолётов. Нисходящие потоки, в частности, становились причиной многих серьёзных аварий.
Наше новое исследование показывает, что глобальное потепление увеличивает частоту и интенсивность порывов ветра во время гроз, что серьёзно сказывается на авиаперелётах. Мы использовали методы машинного обучения, чтобы определить климатические факторы, вызывающие учащение гроз с нисходящими потоками. Повышение температуры и влажности над восточной Австралией оказалось ключевым фактором.
Результаты исследования указывают на то, что органы авиационной безопасности и авиакомпании в восточной Австралии должны проявлять повышенную бдительность при взлёте и посадке в условиях потепления климата.
Глобальное потепление увеличивает количество водяного пара в нижних слоях атмосферы. Повышение температуры на 1 °C позволяет атмосфере удерживать на 7% больше водяного пара. Дополнительная влага обычно поступает из соседних более тёплых морей, испаряясь с поверхности океана и питая облака.
Усиление жары и водяного пара способствует возникновению более сильных гроз. Ожидается, что изменение климата усилит активность гроз над восточной Австралией.
Для самолётов основная проблема, связанная с грозами, — это риск опасных, быстрых изменений силы и направления ветра на малых высотах. Небольшие нисходящие потоки шириной в несколько километров, особенно опасны. Эти «микропорывы» могут вызывать резкие изменения скорости и направления порывов ветра, создавая турбулентность, которая внезапно перемещает самолёт во всех направлениях, как горизонтально, так и вертикально.
Порывы ветра от микропорыва могут быть чрезвычайно сильными. В аэропорту Брисбена в ноябре 2016 года был зарегистрирован порыв ветра со скоростью 157 км/ч. Три самолёта, находившиеся на стоянке, получили значительные повреждения.
При снижении или наборе высоты самолёты, столкнувшиеся с микропорывами, могут испытывать внезапные и неожиданные потери или набор высоты. Это приводило к многочисленным авиакатастрофам в прошлом. Микропорывы станут ещё более проблематичными в условиях потепления климата.
Микропорывы очень трудно предсказать, поскольку они настолько малы. Мы использовали машинное обучение для выявления факторов окружающей среды, наиболее способствующих формированию микропорывов и связанных с ними сильных порывов ветра.
Мы получили данные наблюдений из обширных архивов Бюро метеорологии. Затем мы применили восемь различных методов машинного обучения, чтобы найти тот, который работает лучше всего.
Машинное обучение — это область изучения в искусственном интеллекте, использующая алгоритмы и статистические модели, позволяющие компьютерам учиться на данных без явного программирования. Это позволяет системам выявлять закономерности, делать прогнозы и улучшать производительность с течением времени по мере поступления дополнительной информации.
Мы обнаружили, что атмосферные условия в восточной Австралии всё чаще способствуют развитию более сильных и частых микропорывов гроз.
Небольшие самолёты с 4–50 посадочными местами более уязвимы к сильным, даже экстремальным порывам ветра, порождаемым микропорывами гроз. Наше обширное региональное исследование выявило погодные условия, которые создают сильные грозы в восточной Австралии в тёплые месяцы.
Высокое содержание водяного пара в облаках создаёт нисходящую силу в облаке. Эта сила вызывает нисходящий воздушный поток. Когда более тяжёлый воздух достигает земли, порывы ветра разлетаются в разные стороны.
Эти порывы ветра представляют опасность для самолётов во время взлёта и посадки, поскольку быстрые смены ветра с попутного на встречный могут привести к опасному набору или потере высоты самолётом.
Наш анализ подчёркивает повышенные авиационные риски, связанные с усилением атмосферной турбулентности от микропорывов гроз на востоке Австралии. Небольшие самолёты во внутренних региональных аэропортах на юго-востоке Австралии особенно уязвимы. Но эти внезапные порывы ветра, порождаемые микропорывами, потребуют мониторинга со стороны крупных аэропортов на восточном побережье, таких как Сидней и Брисбен.
Полёт давно признан очень безопасным видом транспорта с уровнем аварийности всего 1,13 на миллион полётов. Однако число пассажиров во всём мире резко возросло, что означает, что даже небольшое увеличение риска может затронуть большое количество путешественников.
Предыдущие исследования рисков для авиаперелётов, связанных с климатом, были сосредоточены в основном на опасностях, связанных с полётами на больших высотах, таких как турбулентность в ясном воздухе и нестабильность струйного течения. Напротив, опасности, связанные с восхождением и спуском на малых высотах, были менее изучены.
Наше исследование — одно из первых, в котором подробно описаны повышенные климатические риски для авиакомпаний из-за микропорывов гроз, особенно во время взлёта и посадки. Авиакомпании и органы авиационной безопасности должны быть готовы к более частым сильным микропорывам. Ожидается, что над восточной Австралией будет наблюдаться учащение турбулентности из-за порывов ветра от микропорывов в условиях продолжающегося потепления климата.