Uusi tutkimus: Näin ilmastonmuutos lisää ilmakuoppia ja pidentää lentoaikoja

Turbulenssi on äkillinen ja raju ilmavirtauksen muutos. Turbulenssia syntyy esimerkiksi silloin, kun erisuuntaiset tai eri nopeuksilla etenevät ilmamassat kohtaavat. Näin voi tapahtua esimerkiksi myrskyjen, ukkospilvien, suihkuvirtausten, lämpötilaerojen, kesäisen lämpimän sään aiheuttamien pystyvirtausten ja maanpinnan epätasaisuuksien, esimerkisi vuoristojen, kohdalla. Maanpinnan epätasaisuuksien vuoksi turbulenssia esiintyy matalla lennettäessä enemmän kuin korkealla. Turbulenssi voi ravistella lentokonetta, jolloin puhutaan ilmakuopista, tai aiheuttaa lentokoneen äkillisen korkeuden menettämisen. Turbulenssi on kuitenkin lähes aina vaaraton.

Turbulenssi ei ole tavallinen pyörre, vaan turbulenssilla tarkoitetaan kaasun tai nesteen virtauksen nopeaa nopeuden ja suunnan muutosta ajan suhteen, siis arvaamattomia heilahduksia pienellä alueella. Turbulenssia ovat tupakansavun muodostamat spiraalikuviot tai kahviin kaadetun kerman tekemät muodostelmat. Lentokoneissa havaitusta turbulenssista käytetään nimitystä ilmakuoppa tai heittoisa lentosää.

Lentoajaltaan lyhimmät reitit New Yorkin (JFK) ja Lontoon (LHR) välillä (a) itään ja (b) länteen suuntautuvilla lennoilla 200 hPa:n eli noin 12 kilometrin korkeudella esiteollisen ajan olosuhteissa yhden talven (joulu-helmikuu) aikana. Harmaat viivat (90 kpl) kuvaavat eri päivien lentoreittejä. Mustalla viivalla on esitetty matkan perusteella lyhin eli ns. isoympyräreitti. Kuvan saa suuremmaksi klikkaamalla hiirellä sen päältä. Lähde: Williams, P.D.: Climate change predicted to lengthen transatlantic travel times, Isla R Simpson 2016 Environmental Research Letters 11 031002. IOPscience. Lisenssi: Attribution 3.0 Unported (CC BY 3.0).

Turbulenssia esiintyy esimerkiksi suihkuvirtausten lähellä. Suihku- eli jetvirtauksilla (jet stream) tarkoitetaan ilmakehän alimman kerroksen (troposfäärin) yläosassa, noin 10-15 kilometrin korkeudella esiintyviä voimakkaita ja kapeita ilmavirtauksia, joissa ilma virtaa 30-120 metriä sekunnissa. Sopivaan suuntaan puhaltava suihkuvirtaus voi oleellisesti lyhentää lentokoneen lentoaikaa ja vähentää polttoaineen kulutusta. Toisaalta lentosuunnan vastainen suihkuvirtaus hidastaa matkantekoa.

Tällaisten suihkuvirtausten tai vuoristojen lähellä esiintyvä heittoisuus on ns. kirkkaan ilman turbulenssia, jota ei voida erottaa paljain silmin tai normaalilla tutkalla. Kirkkaan ilman turbulenssi nähdään vain dopplertutkalla. Sen sijaan korkeissa ukkospilvissä esiintyvän turbulenssin voi arvata jo paljain silmin.

Lentoajat New Yorkin (JFK) ja Lontoon (LHR) välillä (a) itään ja (b) länteen suuntautuvilla lennoilla 200 hPa:n eli noin 12 kilometrin korkeudella yhden talven aikana esiteollisen ajan olosuhteissa (keltaiset pylväät) ja 20 talven aikana ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistuessa (punaiset pylväät). Katkoviivalla on esitetty matkan perusteella lyhimmän eli ns. isoympyräreitin matka-aika tyynessä säässä. Kuvan saa suuremmaksi klikkaamalla hiirellä sen päältä. Lähde: Williams, P.D.: Climate change predicted to lengthen transatlantic travel times, Isla R Simpson 2016 Environmental Research Letters 11 031002. IOPscience. Lisenssi: Attribution 3.0 Unported (CC BY 3.0).

Pohjois-Atlantilla esiintyvä polaarisuihkuvirtaus voimistuu ilmastonmuutoksen myötä, koska kyseisellä korkeudella (päinvastoin kuin troposfäärin alaosassa) tropiikki lämpenee enemmän kuin arktiset alueet. Tämän seurauksena lentoajat Pohjois-Amerikasta Eurooppaan lyhenevät kaikkina vuodenaikoina. Toisaalta Euroopasta Pohjois-Amerikkaan suuntautuvien lentojen kestot pidentyvät ja kirkkaan ilman turbulenssi yleistyy.

Euroopasta Pohjois-Amerikkaan suuntautuvien lentojen matka-aika lisääntyy paluulentojen lyhentymistä enemmän. Edestakainen lentoaika pitenee keskimäärin yhdellä minuutilla ja kuudella sekunnilla, jos hiilidioksidipitoisuus kaksinkertaistuu esiteolliseen aikaan verrattuna. Nykyisillä lentomäärillä koneet joutuisivat siis viettämään ilmassa vuosittain noin 2 000 tuntia enemmän. Tämän seurauksena polttoainetta kuluu yli 27 miljoonaa litraa enemmän, ja hiilidioksidipäästöt kasvavat 70 miljoonalla kilogrammalla. Laskelmassa ei ole otettu huomioon lentoliikenteen lisääntymistä eikä mahdollista koneiden polttoaineenkulutuksen vähentymistä uuden teknologian ansiosta.

Kirkkaan ilman turbulenssin määrän muuttuminen eri alueilla 200 hPa:n eli noin 12 kilometrin korkeudella talviaikaan supertietokoneen 21 eri turbulenssimallin perusteella ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistuessa esiteolliseen aikaan verrattuna. Punainen väri tarkoittaa sitä, että suurin osa malleista ennustaa turbulenssin lisääntyvän ko. alueella. Sininen väri tarkoittaa turbulenssin harvinaistumista. Mustat katkoviivat rajaavat alueita, joilla ainakin 2/3 malleista antaa saman lopputuloksen eli ovat vähintään 66-prosenttisesti yksimielisiä joko turbulenssi yleistymisestä (asteikolla luku 14) tai harvinaistumisesta (asteikolla luku 7). Kuvan saa suuremmaksi klikkaamalla hiirellä sen päältä. Lähde: Williams, P.D. Adv. Atmos. Sci. (2017) 34: 576. doi:10.1007/s00376-017-6268-2. Lisenssi: Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).

Tuoreessa 
Tuoreessa toukokuun Advances in Atmospheric Sciences -lehdessä 5/2017 julkaistu tutkimus kertoo ilmastonmuutoksen vaikutuksista kirkkaan ilman turbulenssiin talvella. Pohjois-Atlantin alueella turbulenssi lisääntyy useimpien mallien mukaan, kun ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nousee. Jos hiilidioksidipitoisuus kaksinkertaistuu esiteolliseen aikaan verrattuna, kuten ennusteiden mukaan tapahtuu tämän vuosisadan jälkimmäisellä puoliskolla, 21 turbulenssimallin keskiarvojen perustella heikon turbulenssin voidaan sanoa yleistyvän 59 % (vaihtelu 43-68 %), kohtalaisen 94 % (37-118 %) ja voimakkaan 149 % (36-188 %).

Voimakkaimpien turbulenssien, jotka saattavat heittää matkustajia paikoiltaan ja aiheuttaa vammoja, määrä lisääntyy 2-3 -kertaiseksi. On kuitenkin syytä huomata, että lukumääräisesti tuollaiset tapaukset ovat silti erittäin harvinaisia. Lentokoneet voivat myös kiertää alueet, joille turbulenssia on ennustettu. Kiertoreittien käyttäminen kuitenkin lisää sekä polttoaineen kulutusta että lentoaikaa.

Puolustusvoimien Learjetin tiivistysvanoja eli tiivistymisjuovia Kouvolan yläpuolella.

Lentoliikenteen ja ilmastonmuutoksen välillä on kahdensuuntainen suhde. Lentokoneiden hiilidioksidipäästöt ja tiivistysvanat (tiivistymisjuovat) aiheuttavat ilmastonmuutosta. Toisaalta ilmastonmuutos vaikuttaa lentämiseen. Lentoyhtiöillä on siis suuri syy pyrkiä vähentämään kasvihuonekaasupäästöjä.

Pääasialliset lähteet

Williams, Paul: Guest post, Air passengers face a bumpier ride due to climate change. CarbonBrief.

Williams, P.D.: Increased light, moderate, and severe clear-air turbulence in response to climate change. Adv. Atmos. Sci. (2017) 34: 576. doi:10.1007/s00376-017-6268-2.

Williams, P.D.: Climate change predicted to lengthen transatlantic travel times, Isla R Simpson  2016 Environmental Research Letters 11 031002. IOPscience.

Muita lähteitä ja lisätietoja

Ekman, Jussi: Mitä on turbulenssi ja heitteinen sää? Finnairin blogi.

Hautaoja, Toni: Mikä ihmeen turbulenssi? Jyväskylän yliopisto.

Rintaniemi, Liisa: Tarkista turbulenssi ennen seuraavaa lentomatkaasi. Forecan blogi.

Lue myös nämä

Phuketin-loman lennot sulattavat arktista merijäätä lähes viisi neliömetriä yhtä matkustajaa kohden

Lentoyhtiöt eivät ole onnistuneet juurikaan vähentämään hiilijalanjälkeään seitsemään vuoteen