Vädret i lufthavet

- en utmaning för piloter och meteorologer

Flyget är ett av våra säkraste fortskaffningsmedel – faktiskt det allra säkraste om man räknar antalet omkomna per miljoner kilometer resa. Men även ett jumbojet är litet när det befinner sig i lufthavet och utsätts för vädrets makter. Turbulens, luftgropar, åska, hagel och isbildning kan vara förödande.
Trots det är det bara 20 procent av alla flygolyckor och incidenter som kan skyllas på vädret – tack vare vädertjänsterna som kan ge piloterna säkra vägar genom luftens faror.

När Bröderna Orville och Wilbur Wright planerade sin pionjärflygning 1903 fanns det naturligt nog inte någon flygvädertjänst. Men med hjälp av den vanliga vädertjänsten fick de tips om en plats som hette Kitty Hawk, en nybyggarhåla i North Carolina. Där skulle det råda lämpliga vindförhållanden enligt meteorologernas väderstatistik. Men när de kom dit var vinden lynnig och växlade från vindstilla till storm. En av stormarna raserade till och med skjulet som de hade byggt till planet. När skjulet sedan var återuppbyggt kom nästa storm, och då klättrade Orville upp på taket för att fästa några takplåtar. Men stormen fick grepp i hans rock och han blåstes ner på marken och blev ordentligt mörbultad.

Men den 17 december var de meteorologiska förhållandena ändå rätt fördelaktiga för ett allvarligt försök, och de första lyckade flygningarna – 36 respektive 53 meter långa – gjordes med ett motordrivet flygplan. Ytterligare försök senare samma dag fick ställas in när en vindby vräkte planet över ända.

Möjligen var Kitty Hawk trots allt inte den allra lämpligaste platsen, i alla fall inte just då.

Ett cumulonimbusmoln innehåller de flesta av de väderhot som ett flygplan kan möta – kraftig turbulens och isbildning, blixtar och hagel. Bild: L-G Nilsson/Skylight

Ett cumulonimbusmoln innehåller de flesta av de väderhot som ett flygplan kan möta – kraftig turbulens och isbildning, blixtar och hagel. Bild: L-G Nilsson/Skylight

Flygvädertjänst

Efter bröderna Wrights äventyr utvecklades flyget snabbt. Materialen blev bättre, motorerna blev bättre, kunskapen om aerodynamik blev bättre - men vädret fortsatte att vara lika nyckfullt som det alltid hade varit. Man insåg snabbt att en speciell flygvädertjänst behövdes.

I början var det inte lätt att göra prognoser för flyget. Det var inte lätt att göra väderobservationer där uppe i lufthavet. Att navigera var inte heller lätt - man fick ofta följa järnvägar, floder och vägar nere på marken för att komma dit man skulle. Kommunikationen mellan marken och flygplanet var också ett problem utan radiokontakt. Men det fanns ändå metoder - om det fanns ett oväder kunde man lägga ut olikfärgade dukar mellan spåren vid järnvägsstationer för att varna flygplan. Sedan dess har både vädertjänst och kommunikation utvecklats till något som det tidiga 1900-talets flygpionjärer knappast kunde drömma om.

Den första flygvädertjänsten i Sverige installerades 1926 på Bulltofta i Malmö. Metoder utvecklades för att mäta vindar, lufttryck, temperatur och fuktighet på olika höjder. Flygplan utrustades med instrument och 1936 började man göra regelbundna radiosonderingar med ballong. Samtidigt öppnades en flygvädertjänst på nybyggda Bromma flygplats.

I dag övervakas det svenska civila flygvädret från SMHI:s vädercentral i Upplands Väsby. Där produceras flygväderkartor som täcker hela Norden och det görs detaljerade prognoser för alla de stora flygplatserna, samt varningar för områden med dåliga flygväderförhållanden.

De viktigaste väderparametrarna för flyget är vind, sikt, molnbas, isbildning, turbulens, åska och hagel. Som underlag för prognoserna har meteorologerna markobservationer, automatiska flygplansobservationer, ballongsonderingar, radar, satellit, blixtlokalisering och datorberäkningar från de stora väderinstituten.

Meteorologer i arbete på SMHI:s flygvädertjänst i Upplands Väsby. Bild: Michael Hansson

Meteorologer i arbete på SMHI:s flygvädertjänst i Upplands Väsby. Bild: Michael Hansson

Start och landning

Ett flygplan får mer lyftkraft ju snabbare det rör sig genom luften. Därför väljer man den riktning på flygplatsens bana som ger mest motvind vid start och landning. Kraftig medvind undviker man på grund av att det ger dålig lyftkraft i förhållande till planets fart över marken. Om det bara finns en bana blir man ibland tvungen att landa i sidvind. Är vinden inte alltför kraftig är det inga problem, men kraftig sidvind är problematisk. Då måste piloten hålla flygplanet lite snett mot vinden, samtidigt som han måste sätta ner landningshjulen rätt i banans riktning. Det kräver både skicklighet och erfarenhet.

Landning på en flygplats där en downburst - en fallvind - breder ut sig åt alla håll utefter marken: Först får planet en tilltagande motvind som ger ökad lyftkraft. Strax därefter trycks planet ned av fallvinden och sedan ger medvinden ytterligare minskad lyftkraft.

Landning på en flygplats där en downburst - en fallvind - breder ut sig åt alla håll utefter marken: Först får planet en tilltagande motvind som ger ökad lyftkraft. Strax därefter trycks planet ned av fallvinden och sedan ger medvinden ytterligare minskad lyftkraft.

Start vid fallvindar: Först får planet ökad lyftkraft av en motvind. Sedan trycks det ned av fallvinden och strax därefter minskar lyftkraften i en tilltagande medvind.

Start vid fallvindar: Först får planet ökad lyftkraft av en motvind. Sedan trycks det ned av fallvinden och strax därefter minskar lyftkraften i en tilltagande medvind.

Vid landning är sikt och molnbas viktiga parametrar, även om de stora flygplatserna och moderna trafikflygplan har avancerad utrustning för instrumentlandning. Små flygplan som flyger visuellt, utan avancerade instrument, behöver bra observationer och prognoser av dessa väderparametrar. För att över huvud taget få starta en ren visuellflygning – eller VFR (visual flight rules) som det heter på flygarspråk – krävs i dagsljus, minst fem kilometer sikt och en molnbas lägst 300 meter över marken i prognosen.

Flygplan klarar oftast blixtnedslag bra eftersom de fungerar som Faradays bur - elektriciteten leds i metallhöljet och skyddar det som finns innanför. Dock kan givare på planets utsida förstöras.

Flygplan klarar oftast blixtnedslag bra eftersom de fungerar som Faradays bur - elektriciteten leds i metallhöljet och skyddar det som finns innanför. Dock kan givare på planets utsida förstöras.

Isbildning

I vattenrika molnskikt med temperaturer mellan 0 och -15 grader kan det bli isbildning på flygplanskroppen. Vintertid ligger sådana molnskikt ofta nära marken upp till någon kilometers höjd. Små molndroppar som fastnar på vingarna fryser till ett tunt skikt av dimfrost, och det innebär inte någon större fara. Det är som de skikt man skrapar bort från bilens vindruta vissa vintermorgnar.

Värre är det om stora droppar av regn eller underkylt regn träffar kalla vingar och blixtsnabbt fryser till ett tjockt ispansar. Planet blir då tyngre och motorerna störs – men det värsta är att isen på vingarna gör att planets flygegenskaper försämras drastiskt. Sammantaget kan en svår isbildning leda till att planet helt tappar lyftkraften med självklara och förödande följder.

Ett exempel på grov isbildning är Kälvesta­olyckan utanför Bromma den 15 januari 1977. Vid inflygningen blev planet manöverodugligt på grund av isbildning på stabilisatorn. Det tappade helt lyftkraften på 350 meters höjd och kraschade på en gård i ett radhusområde i Kälvesta någon halvmil från flygplatsen. Alla 22 ombord omkom.

Moderna trafikflygplan har bra avisningsanordningar och nedisning är för dem inget större problem om man inte uppehåller sig för länge i de kraftigt isbildande molnskikten. För mindre flygplan kan isbildning vara en stor fara som man till varje pris måste undvika. På högre höjder, fem kilometer eller mer, är isbildning mer ovanlig eftersom molnen i dessa skikt huvudsakligen består av iskristaller som inte fastnar så lätt på flygplanskroppen.

Jetvindar

På ungefär en mils höjd i atmosfären slingrar sig väldiga ormliknande luftstrålar med vindstyrkor som kan nå flera gånger orkanstyrka. Vindhastigheterna i strålarna kan uppgå till 50–100 meter i sekunden, ibland ännu mer. Dessa jetvindar har stor påverkan på flygtrafiken på dessa höga höjder. På grund av jordens rotation rör sig jetvindstrålarna i allmänhet i en mer eller mindre slingrande gång från väster till öster. Om man blir tvungen att ligga i eller nära en jetvind med motvind så tappar man mycket fart. Därför försöker man i möjligaste mån att undvika dessa motiga jetvindar med hjälp av meteorologernas flygväderkartor och med flygtrafikledningens anvisningar.

Men jetvindarna kan också utnyttjas. Om man till exempel flyger från USA till Europa och surfar med en västlig jetvind kan man addera jetvindens hastighet till flygplanets och kanske vinna en timme i restid. Det ger en bränslebesparing som är viktig både för flygbolagens ekonomi och för vår luftmiljö.

Ett mäktigt cumulonimbusmoln ger åska och orsakar kraftiga fallvindar i samband med nederbörd. Sådana fallvindar brukar kallas downbursts. Om de uppträder över en flygplats kan de orsaka stora problem.

Ett mäktigt cumulonimbusmoln ger åska och orsakar kraftiga fallvindar i samband med nederbörd. Sådana fallvindar brukar kallas downbursts. Om de uppträder över en flygplats kan de orsaka stora problem.

Klarluftsturbulens

I kanten av jetvindkärnan kan det uppstå turbulens. När vindstrålen sveper förbi områden med svagare vindar skapas virvlar och oordnade luftrörelser i gränsen till den långsammare luften. Ungefär som när man sprutar med en vattenslang under ytan i en bassäng - då bildas liknande virvlar i vattnet kring strålen. Små oordnade luftvirvlar kallas turbulens. Den turbulens som bildas på sidorna av jetvinden kan uppträda i helt klart väder, därför brukar man kalla den för klarluftstubulens eller CAT (clear air turbulence).

Ibland bildas tunna cirrus- eller cirrocumulusmoln i klarluftsturbulensen och då kan man se ett tvättbrädeliknande vågmönster i molnen. Känslan i planet är också tvättbrädeliknande eller som att köra bil på en gropig grusväg i skogen. Klarluftsturbulensen är i allmänhet ingen större fara för trafikflyget. Flygplanen är byggda för att klara den och piloterna vet hur de ska handskas med planet i turbulenta områden.

Ovanför molnen kan det vara säkrare. Risken för nedisning är mindre och luften är ofta lugnare.

Ovanför molnen kan det vara säkrare. Risken för nedisning är mindre och luften är ofta lugnare.

De fruktade cumulonimbusmolnen

Det finns en typ av moln som kan sträcka sig från några hundra meter över marken ända upp till jetvindarnas nivåer. Det kallas på latin cumulonimbus, på svenska bymoln eller åskmoln. På flygarspråk brukar man kort och gott säga Cb. Det bildas när varm luft stiger från marken och fuktigheten kondenserar till molndroppar och iskristaller i kall och fuktig luft högre upp i atmosfären. I dessa bymoln sker enorma energi­omvandlingar. Vindarna som blåser uppåt och nedåt i molnet kan nå stormstyrka eller till och med orkanstyrka. En sådan turbulensmiljö är mycket farlig för alla typer av flygplan.

De riktigt stora och farliga cumulonimbusmolnen kallas superceller och är vädersystem som kan ställa till med stor skada. I molnets nedre delar bildas tornados, kraftigt hagel med farligt stora hagelkorn kan förekomma, det kan släppa ifrån sig extrema mängder regn, blixtnedslag är vanliga och vindarna kan vara mycket starka. Inte helt oväntat tar flygplan omvägar runt sådana moln. Bild: NOAA

De riktigt stora och farliga cumulonimbusmolnen kallas superceller och är vädersystem som kan ställa till med stor skada. I molnets nedre delar bildas tornados, kraftigt hagel med farligt stora hagelkorn kan förekomma, det kan släppa ifrån sig extrema mängder regn, blixtnedslag är vanliga och vindarna kan vara mycket starka. Inte helt oväntat tar flygplan omvägar runt sådana moln. Bild: NOAA

I åskmolnet separeras elektriska laddningar och det kan uppstå spänningsskillnader på flera hundra miljoner volt mellan molnbas och molntopp. Spänningen ger upphov till väldiga åskblixtar som inget flygplan vill träffas av. Visserligen brukar skadorna av själva blixten inte bli så stora. Precis som när det gäller bilar av metall, så löper blixten på utsidan av en metallflygkropp. Den fungerar som en Faradays bur som skyddar alla därinne från blixtens direkta effekter. Men blixten kan orsaka skador på givare på planets utsida, och slå ut planets instrument.

En annan fara i Cb är hagel, som i värsta fall kan vara stora som hönsägg eller tennisbollar. Om planet träffas av sådana projektiler i hög fart kan det lätt bli skador. Isbildning på flygplanskroppen av underkylda vattendroppar kan också ske i delar av molnet. I vissa delar kan denna isbildning vara svår.

Cumulonimbusmolnens farlighet gör att flyget gör allt för att undvika dem. Meteorologerna varnar för åskmolnen på sina väderkartor och piloterna kan se molnen på flygplanets radar. Åskmoln har oftast en diameter på någon eller några mil, så de är relativt lätta att flyga runt. Ibland är flera bymoln sammanbakade till ett större område och då får man ta en längre omväg. Små flygplan ska definitivt inte uppehålla sig i närheten av Cb.

Isbildning på flygplansvinge. Bild: Markus Fink

Isbildning på flygplansvinge. Bild: Markus Fink

Väder och teknik

Under flygets nu ganska långa historia så har både den tekniska utvecklingen och väderförutsägelserna lett till att det är ett mycket säkert färdmedel. Jämfört med att åka bil, som de flesta av oss gör utan att känna någon panikartad skräck, så är risken att förolyckas i en flygolycka många gånger mindre.

Men vädret fortsätter att vara en osäker faktor. Även om vi med fortsatt teknisk utveckling kan minska de 80 procent av flygolyckorna och incidenterna som beror på tekniska fel och den mänskliga faktorn, så återstår de 20 procent som vädret orsakar.

Ett av Nasa:s forskningsplan flyger över ett stort cumulonimbusmoln. Inget flygplan bör befinnas sig i, eller ens nära, det. Bild: Nasa

Ett av Nasa:s forskningsplan flyger över ett stort cumulonimbusmoln. Inget flygplan bör befinnas sig i, eller ens nära, det. Bild: Nasa

Meteorologiska hjälpmedel blir dock allt bättre, meteorologernas förutsägelser likaså. Prognosverktygen och metoderna utvecklas hela tiden och sätten att presentera vädret för piloterna blir allt mer avancerade.

Men den tekniska utvecklingen kan också medföra nya problem. Moderna trafikflygplan är lättare och ibland byggda i kolfiber och andra material som inte har samma egenskaper som metall. Det betyder att de kan bli känsligare för olika typer av väder, och kanske inte ge lika bra skydd mot blixtnedslag.

För flyget är det viktigt med pålitliga och exakta väderprognoser, så utvecklingen inom meteorologin lär fortsätta. 

En väderkarta över vindförhållandena på ungefär en mils höjd. De rödfärgade stråken motsvarar kraftiga jetvindar, som slingrar sig från väster mot öster. På en rutt från södra Grönland till Paris sparar man som synes både tid och bränsle. Bild: SMHI

En väderkarta över vindförhållandena på ungefär en mils höjd. De rödfärgade stråken motsvarar kraftiga jetvindar, som slingrar sig från väster mot öster. På en rutt från södra Grönland till Paris sparar man som synes både tid och bränsle. Bild: SMHI

På youtube finns några filmsnuttar på avancerade sidvindslandningar. Sök på: challenging crosswinds danger

Fakta: 
Fallskärmshopp genom ett åskmoln
William Rankin vilar ut på sjukhuset efter sin vådliga färd genom cumulonimbusmolnet.

William Rankin vilar ut på sjukhuset efter sin vådliga färd genom cumulonimbusmolnet.

Överstelöjtnant William Rankin var pilot i amerikanska marinkåren när hans flygplan sommaren 1959 fick motorstopp på 14 500 meters höjd ovanför ett mäktigt åskmoln. Han sköt ut sig med katapultstolen, medveten om att chanserna att överleva var minimala.

 

Först kände han sig som ett köttstycke som kastats ned i en frysbox. Efter ett långt fritt fall utlöstes fallskärmen på 3 000 meters höjd. Då tog uppvindarna tag i fallskärmen och han steg genom molnet med allt högre hastighet. Vid ett tillfälle såg han ned i en lång svart tunnel. Sedan kom blixtar som han trodde skulle klyva honom. Ibland var regnet så intensivt att han var tvungen att hålla andan för att inte dränkas. Stora hagelkorn piskade hans ansikte och kropp.

 

40 helvetiska minuter efter att han skjutit ut sig landade han i en barrskog. Han var vid liv, om än illa tilltygad. Dock inte värre än att han själv kunde gå och söka efter hjälp.

Världens farligaste flygplats
Tenzing-Hillary airport eller Lukla airport i byn Lukla på 2 845 meters höjd i Himalaya är ansedd som världens farligaste flygplats. Och det handlar inte bara om vädret med lynniga bergsvindar, snöstormar och moln som sveper in över flygplatsen och ger obefintlig sikt. Flygplatsen har inga instrument för att underlätta landning. Banan är bara 527 meter lång (Arlandas längsta bana är 3,3 kilometer lång). I ena banänden finns en bergvägg, i andra änden ett stup på uppemot 800 meter, och banan har en lutning på tolv procent mot stupkanten.

 

Bara vissa godkända flygplanstyper får landa här och piloterna måste ha specialutbildning för att flyga i Himalayas bergsterräng. Hit går flera dagliga flyg från Kathmandu och andra ställen. Många av passagerarna flyger hit för att starta vandringen upp till Mount Everests basläger. Folk som alltså är införstådda med att livet kan medföra vissa risker.

Askmolnet
I april 2010 sprutade den isländska vulkanen Eyjafjallajökull ut vulkanaska som spred sig vida omkring och orsakade totalstopp för nästan allt flyg i Europa under ungefär en vecka. Bild: Bjarki Sigursveinsson

I april 2010 sprutade den isländska vulkanen Eyjafjallajökull ut vulkanaska som spred sig vida omkring och orsakade totalstopp för nästan allt flyg i Europa under ungefär en vecka. Bild: Bjarki Sigursveinsson

En händelse som rejält skakade om flygbranschens rutiner var vulkanen Eyjafjallajökulls utbrott i april 2010. Utbrottet spred aska åt sydost och mängder av vulkanaska utbredde sig över stora delar av Europas luftrum. Den 15 april började man ställa in flygningar i flera av Nordvästeuropas länder. Två dagar senare hade restriktionerna utsträckts ytterligare geografiskt.

 

Men varför dessa omfattande åtgärder på grund av vulkanaska? Jo, flygmotorer kan ta skada av aska i luften, även mycket små mängder. Askan kan täppa igen kylarhålen i jetmotorns turbiner, och fungerar inte kylningen kan motorn bli överhettad och i värsta fall stanna.

 

Både flygbolagen och flygvädertjänsterna blev lite tagna på sängen av det här askmolnet och har nu betydligt bättre rutiner för att möta liknande händelser i framtiden.

Material från
Allt om Vetenskap nr 3 - 2018

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter