乱気流
乱気流(らんきりゅう)とは、空気中に渦が生じて乱れ、不規則になった気流のことである。
乱気流は、通常、我々の生活の上では特に気になるものではないが、飛行機と乱気流は切っても切れない関係にある。
積乱雲の中や台風の周りに多く見られるが、周辺に雲の無い晴天状態の大気中で発生する場合もある。この場合は「晴天乱気流」(CAT)と呼ぶ。飛行機が乱気流の中に入ると大きく揺れ、急激な上・下降を繰り返すため機体に大きな負担を与え、最悪の場合墜落することがある。また、シートベルトのサインが遅れたために機内の乗客・乗員が重軽傷を負う事故も毎年に何例か発生している。そのため、旅客機の場合、ウェザーレーダーと呼ばれる気象レーダーを装備しており、乱気流に遭遇する前にある程度の発見は可能だが、そのレーダーを読み取るためには熟練した技術が必要と言われる。そして、機体への負担の軽減のほか、機内サービスや乗客の乗り心地といった快適性、前記の通り乗客・乗員の身体・生命に影響を及ぼすため、パイロットが前方に乱気流があることを発見したときは、可能な限り回避しなければならない。また、他の航空機の早期の乱気流の回避につながる事から、乱気流に遭遇した航空機は、乱気流に遭遇した旨を当該管制空域の管制官に報告しなければならない。
エアラインのパイロットは、フライトシミュレーターとよばれる機械を使った飛行訓練で、機体の腹が上になった状態、つまり天地が逆さまになった状態から、冷静に計器のみによって判断をして機体を元に戻す、復帰訓練を受ける。これは、実際に旅客機が乱気流によって機体がひっくり返って天地が逆さまになったという事例が何例か存在するためである。人間のバランス感覚は目と耳で感じ取るもので、気圧の低い高高度では耳の機能が低下しているため、人間のバランス感覚に狂いが生じており、天地が逆になってもどちらが上か下か分からない状態となり(プールで潜って回転するとどちらが水面かが分からなくなる時があるのと同じ状況)、パイロットがパニック状態になり墜落につながる可能性がある。この状態を空間識失調と呼ぶ。
空港進入経路上で積乱雲が発生するとダウンバーストもしくはマイクロ・バーストと呼ばれる強い下降気流が発生することがある。このような下降気流が発生し着陸航空機が巻き込まれると滑走路に機体がたたきつけられる形となり着陸失敗という大事故につながる。
航空機は、通常、離着陸時、特に着陸時の滑走路着地前は、その飛行機が浮揚するのに必要な揚力が発生するだけの最小限の速度(失速速度)を多少上回る程度の速度しか出ていない。しかし、それでも小型旅客機クラスだと時速120キロ、大型機だと時速300キロ近い速度が出ている。そこに下降気流が発生すると飛行に必要な揚力を失うとともに、高度を下げて速度を増すなどの飛行態勢を立て直す高度もなく、また失速速度までの余裕もないことから、時速100キロから300キロという速度が出ている中で地面にたたきつけられる形になるので大事故につながる。ただし、現在は空港に設置されたドップラー・レーダーにより、極力これを回避するような監視態勢が採られているとともに、航空機側でも風向の急激な変化に対応してパイロットに警告を発するなど自動対応するシステムを搭載している機種もある。また、空港管制塔もそうした気象現象の発生が確認されれば着陸許可を航空機に与えない。
但しこの現象は発生時間が短く(数分〜十数分)また変化が急であるという特徴があり、警告が間に合わず大事故につながったという例もあるが、大抵の場合は軽度な時点でレーダーもしくは直前に離着陸もしくはゴーアラウンド(着陸復行)した航空機のパイロットから報告を受けた空港管制塔から警告が行われることが多い。
大気中の垂直方向または水平方向の異なる2点間で、風向や風速が劇的に異なることをウインドシア(wind shear)と呼ぶ。通常の大気の中でも起こりうるが、前線や低気圧、ジェット気流の近くで多く見られる。また、大抵地表面付近で発生するウインドシアはダウンバーストが伴うことが多く、離着陸中の航空機にとって非常に脅威となる。
気象は晴天や雨天にかかわらず常に変化をしている。航空機は離陸直後、着陸寸前でもかなりの高速度であるため、微妙な風向きの変化が大事故につながる危険がある。しかしこれも、ダウンバーストと同じく現在では一定規模以上の空港にはウインドシアを感知するレーダー(ドップラーレーダー)により、空港周辺の気象状況を管制塔でチェックできるようになっていて、異常を検知すれば直ちに周辺の航空機に警告が発せられるシステムになっている。また航空機側でも機種によっては感知用のシステムを搭載した機体が増えてきており、ウインドシアを感知すると警告を発する。検知すると自動でゴーアラウンド(着陸復行)に入る機種も一部ある。また警告を受けたパイロットは速やかに対処をしなければならない。上記のダウンバーストを伴う場合は変化が急で警告が間に合わない場合もある。
山岳地帯で飛行する場合に、山岳地帯特有の風によって機体が大きく揺れることがある(山岳波)。厳密には前記の積乱雲による乱気流とは区別される。
山間や谷間に風が通ることによって特有の風の通り道ができたり、山の斜面に太陽があたり加熱されることによって上昇気流が発生したりすることによって、山岳波とよばれる波状乱流が発生し、そこを通過する航空機に大きな揺れや急激な上・下降といった影響を与えることがある。
適度な湿度の場合には、この波状乱流の上昇気流部分で雲が発生し下降気流部分で雲が消滅するため、山岳波は山岳の風下側に等間隔に並ぶ筋状の雲として観察される。
動力を持たないグライダーは、山岳波による上昇風帯を利用して、長距離飛行や高高度飛行を行う。日本国内では奥羽山脈に発生する山岳波を利用して 1,000 キロメートル以上の飛行記録があり、日本国外ではアンデス山脈に発生する山岳波を利用して、3,000 キロメートル以上の長距離飛行記録と、高度 15,000 メートル超に達する高高度飛行記録が作られた。
1966年3月に富士山上空で英国海外航空(BOAC)ボーイング707 型機が空中分解するという事故が発生した(英国海外航空機空中分解事故)。事故当日は、雲一つない快晴だった。そこで、事故機の機長の判断で飛行コースを変更し、日本の名物である富士山を乗客に間近で見せようという機長のサービス精神、あるいは飛行距離を短くして目的地までの所要時間を短縮しようという機長の判断が仇となったのではないかと言われている。3月は上空の空気は冷たいが、太陽の熱で富士山の斜面が加熱されることによって上昇気流が発生し上空で冷やされるという形で、その空域では大気が上下に渦巻くという状態が形成されていたと考えられる。喩えるなら、寒い部屋でストーブを焚いてその上に紙を持っていくと紙が舞い上がる現象と同じである。そこに事故機が通過した際に、機体が急激な上昇をした後に、今度は急激な下降をして機体の耐久限界をこえて空中分解につながったのではないかとされる。
日本のパイロットの間では、その事故前から「晴れた日には富士山に近づくな」と言われており、危険度の認識はあった。しかし、外国機である事故機の機長は、その言葉を知らなかったと推測される。また、ある程度、山岳波の知識はあり富士山で発生することは認識があったとしても、その度合いを甘く考えていた可能性がある。
大型の航空機(実際に問題となるのは「重さ」だが)の離陸時、主に翼端渦が元で後方に生じる空気の乱れはウェイク・タービュランスと呼ばれる。後方乱気流、後流(こうりゅう)などと訳される。2001年11月にニューヨークで発生したアメリカン航空587便墜落事故では、直前に離陸した日本航空機の後方乱気流に巻き込まれたことも一因とされている。
離陸機よりも後続する離陸/着陸機の方が軽量である場合に特に危険性が高く、離陸機と後続機との重量に応じて、最低管制間隔の制限を設けたり、無線通信により注意を促すなどの対策が採られる。