WINDSHEAR: A CONDIÇÃO METEOROLÓGICA DE RISCO PARA A AVIAÇÃO Paulo André Metchko, (G, Ciências Aeronáuticas), UNISUL, paulometchko@gmail.com
Maurici Amantino Monteiro, UNISUL, mauricimonteiro@gmail.com RESUMO: O conhecimento das características dos fenômenos meteorológicos windshear e
microburst é de grande importância para a aviação. A navegação aérea é uma atividade dependente
das condições meteorológicas, assim, tanto para pilotos como para o pessoal das áreas de controle de voo, responsáveis pelo sequenciamento de aeronaves e informações de voo, o conhecimento destas condições visa principalmente à segurança do voo, incluindo-se ainda os aspectos econômicos da atividade aérea. Na busca de saber como é possível evitá-los e de como controlar uma aeronave diante dos fenômenos windshear e microburst, foi realizado um estudo das suas principais características, baseando-se principalmente em informações de organizações oficiais do Brasil e de outras de importância internacional, bem como de autores da área de Meteorologia Aeronáutica. Concluiu-se que o ensino e o treinamento das tripulações, desde os primeiros voos, e dos técnicos de Meteorologia e Segurança de Voo, afinados com o desenvolvimento tecnológico, é a garantia de voos mais seguros. Palavras-chave: Windshear. Microburst. Cumulonimbus.
INTRODUÇÃO
A informação meteorológica é vital para segurança das operações aéreas, contribuindo para o conforto dos passageiros e facilitando o estabelecimento de rotas mais rápidas, econômicas e de voos regulares.
Embora os avanços da tecnologia aeronáutica tenham tornado as viagens menos sensíveis a determinados aspectos do estado do tempo, a meteorologia continua, e sempre continuará, a ser essencial para eficiência das operações de voo. Cada vez mais, além da segurança, busca-se um melhor aproveitamento do espaço aéreo, e, nesse contexto, as informações meteorológicas são decisivas.
A Meteorologia Aeronáutica estuda os fenômenos de tempo que ocorrem na atmosfera visando à segurança de voo, a diminuição do tempo de voo e a economia de combustível. É utilizada operacionalmente na Proteção ao Voo por meio da informação meteorológica. Basicamente, o serviço de meteorologia é composto de uma rede de estações de superfície, radiossondagem, satélites meteorológicos e centros de previsão.
É por meio da Meteorologia Aeronáutica que o piloto é informado dos fenômenos meteorológicos adversos, companheiros incansáveis dos aeronautas que contribuem para os atrasos e cancelamentos de voo. Outra situação decorrente dos fenômenos meteorológicos são os desvios em rota que trazem uma sobrecarga de trabalho na cabine de comando, por meio dos recálculos de estimados, de consumo de combustível, podendo, inclusive, ser necessária uma antecipação no pouso, utilizando alternativas, para reabastecimento. Certamente, tudo isso gera transtornos, que pode ser
emocional pelo stress ou, como custo financeiro adicional – e o mais importante, causa de insatisfação do passageiro e insegurança do voo.
A Meteorologia Aeronáutica, além dos serviços inerentes à sua ocupação, tem elaborado pesquisas, estudos sobre diversas condições atmosféricas adversas que afetam a aviação no território brasileiro. Entre os estudos, o fenômeno windshear tem destaque, como os levantamentos de ocorrências feitos em todos os aeródromos brasileiros, conforme Matschinske (2013).
Fenômenos meteorológicos como o windshear e o microburst são de relevante importância quando a aeronave está em procedimentos de pouso ou decolagem e merecem especial atenção. Além de uma possível arremetida, com gastos de combustíveis e atrasos no pouso, podem provocar uma tragédia, com perdas de vidas. Sobre o assunto, Cerqueira num artigo intitulado “Ameaça a Aviação” comenta que:
Somente no período de 1965 a 2004 [...] mais de 1500 vidas foram perdidas e o número de feridos chegou a 700. Estes valores seriam muito maiores, se fossem somados os casos não documentados e as estatísticas da aviação geral (CERQUEIRA, 2005, p. 94).
É neste sentido que este trabalho objetiva caracterizar os fenômenos, períodos de ocorrência e, principalmente, como um piloto deve manobrar sua aeronave perante a manifestação desses fenômenos, evitando riscos.
DELIMITAÇÃO DO TEMA E DO PROBLEMA DE PESQUISA
O propósito deste trabalho é estudar as características dos windshear e microburst e suas influências na aviação.
O fenômeno microburst é de ocorrência ocasional; entretanto, o windshear tem sido reportado com muita frequência em aeródromos brasileiros, especialmente em Guarulhos, Florianópolis e Porto Alegre, conforme estudos de cortante do vento realizados nos principais aeródromos no período de 1999 a 2012, segundo Matschinske e Freitas (2013, p. 2).
Este trabalho não pretende explorar a frequência de ocorrências desses fenômenos em aeroportos, mas suas manifestações sobre as aeronaves, não importando como são classificadas quanto ao seu porte, do pequeno ao grande. Esta investigação será realizada baseada em artigos e teses, assim, será possível dimensionar esses fenômenos e, principalmente, trazer contribuições à aviação e dar subsídios para o ensino da disciplina de Meteorologia Aeronáutica nas escolas de formação de pilotos.
JUSTIFICATIVA
Iniciamos com as palavras do Prof. Cláudio Schutz França ao se referir sobre windshear e
microburst “Não conseguimos administrar fenômenos meteorológicos. Estudamos para que possamos
interpretá-los, e, sempre que possível, manter distância deles”.
Um dos fundamentos da atividade aérea, além do conhecimento dos aspectos físicos que mantêm uma aeronave em voo, como velocidade, peso, sustentação, arrasto, pressão atmosférica e outros, é o conhecimento do meio em que esta aeronave se desloca. O conhecimento acerca do referido assunto ocorre com o estudo da Meteorologia.
Fenômenos diversos têm sido a causa de muitos acidentes ou pelo menos são fortes participantes para a ocorrência. Matschinske e Freitas (2013, p. 1), destacam as tesouras de vento ou
windshear:
Provavelmente, foi a partir do exame detalhado do Flight Recorder (caixa preta) de uma aeronave da Eastern Airlines que caiu, a poucos metros da cabeceira 22L do Aeroporto John F. Kennedy (Nova York), em junho de 1975, que se verificou a presença e a importância desse fenômeno como causa principal ou contribuinte de inúmeros acidentes.
Ainda, conforme os autores, antigos acidentes aeronáuticos, cuja culpa foi atribuída aos pilotos, tiveram seus processos reabertos, visto que esse fenômeno meteorológico teve sua participação.
Mesmo havendo a possibilidade de ocorrência de uma cortante de vento, quando avistamos uma formação de Cumulonimbus, outro fenômeno como o microburst que pode vir associado a esta formação e deve receber a devida atenção. O fenômeno microburst, é denominado a partir da manifestação de fortes correntes de ar descendentes, que podem pôr em risco uma aeronave em procedimento de pouso ou decolagem.
O WINDSHEAR E O MICROBURST
Frequentemente ouvimos notícias de acidentes aeronáuticos ocorridos pelo mundo sendo associados à interferência de fenômenos meteorológicos. E, por conta de garantir a segurança dos voos, os sistemas aviônicos e novas tecnologias de materiais para construção de aeronaves, assim como os sistemas de radar e satélites, têm tido seu desenvolvimento andando a passos largos.
A navegação aérea é uma das atividades que mais depende das condições meteorológicas, sempre visando à segurança operacional, ao conforto dos passageiros e tripulantes e por questões econômicas, otimizando, dessa forma, o voo por rotas mais rápidas, evitando grandes desvios.
O windshear e o microburst são fenômenos de fundamental importância para a aviação, por conseguinte, temas de estudos e pesquisas realizados pelas mais importantes instituições mundiais de aviação e meteorologia.
Desenvolvimento de uma tempestade
A compreensão da atmosfera nos conduz a voos mais seguros e isso é apregoado a todos os pilotos desde as primeiras aulas, no início da carreira (SILVA, 2005).
Saber das condições meteorológicas no aeroporto de partida, durante a rota, no destino e dos aeroportos para possíveis alternativas é de fundamental importância para todo piloto de aeronave. Sem tais informações, qualquer voo se torna um grande risco operacional. Por exemplo, conhecer as condições de tempo nas localidades envolvidas no trajeto da viajem, onde Cumulonimbus (CB) podem ser encontrados, certamente minimizará os riscos.
Esse conhecimento não recai somente sobre a tripulação da aeronave, os órgãos de controle são grandemente afetados, pois das condições meteorológicas dependem para que possam cumprir com eficiência suas responsabilidades no sequenciamento ou ordenamento das aeronaves nos procedimentos de pouso e decolagem, repercutindo nas que estão em rota. (HENRIQUES; MATSCHINSKE, 2005).
Entre as nuvens que mais afetam a aviação, destacam-se as nuvens tipo CB, que são formações de grande desenvolvimento vertical, podendo alcançar mais de 17.000 metros de altitude e tendo sua manifestação acontecendo num diâmetro entre 5 e 25 milhas (9.260 e 46.300 metros), nas latitudes baixa e regiões de ciclones tropicais e furações (REDEMET, 2007).
Para o desenvolvimento de um CB é necessário que haja a presença de umidade na atmosfera; instabilidade, ou seja, o movimento de elevação do ar quente em troca com o ar frio, que é mais denso e desce; e o levantamento, que é responsável pelo início do processo de ascensão do ar e também da tempestade.
Os CBs podem estar associados a diversas nuvens, como numa frente fria, conforme a Figura 1 e mais isolados, especialmente nos trópicos, como pode ser verificado na Figura 2.
Figura 1 - Modelo de uma superfície frontal fria, com o conjunto de nuvens associadas Fonte: Varejão-Silva (2006)
Os CBs são facilmente reconhecidos pela sua aparência em formato de bigorna ou penacho (Figura 2) e caracterizados por produzirem fortes pancadas de chuva, com relâmpagos e trovões; por vezes, ocorre granizo ou saraiva. Nas camadas superiores, encontram-se formações de cristais de gelo, neve e pelotas de gelo (VAREJÃO-SILVA, 2006).
Estima-se que ocorrem diariamente aproximadamente 40.000 trovoadas na superfície terrestre. As trovoadas são definidas como a manifestação final do desenvolvimento de um CB. O desenvolvimento dos CBs acontece em três estágios bem característicos (SONNEMAKER, 1996).
Figura 2 - Cumulonimbus acompanhado de cúmulos congestus Fonte: Varejão-Silva (2006)
A Figura 3 mostra os três estágios de uma trovoada. Inicialmente ocorre a formação de uma nuvem cúmulos, desenvolvendo-se verticalmente, como resultante da predominância das correntes de ar ascendentes, tomando então uma forma de torre. Esta fase é conhecida como estágio de cúmulos.
Figura 3 - Estágios de desenvolvido de um CB Fonte: Sonnemaker (1996)
O segundo momento, estágio de maturidade ou madureza, as correntes ascendentes são equilibradas pelas correntes descendentes, que ao atingirem o solo produzem fortes ventos, soprando para fora da área da trovoada e em forma de rajadas. Neste estágio ocorrem ainda as descargas elétricas, as pancadas de chuvas fortes e eventualmente granizo. A Figura 4 mostra o comportamento das correntes ascendentes e descendentes em um CB na fase de maturidade.
É importante perceber que as correntes descendentes se deslocam no sentido do movimento da nuvem. No estágio de dissipação, as correntes descendentes são predominantes (mostrado na Figura 3) e a precipitação tem uma duração de aproximadamente 30 minutos, cessando gradualmente.
Figura 4 - As setas representando a circulação do ar de uma trovoada amadurecendo Fonte: Alen (2013)
Segundo Alen (2013), o movimento da coluna de ar para baixo em uma tempestade é muito grande. Como resultante deste fluxo de saída pode produzir, em alguns casos, o windshear e o tipo mais severo de vento de cisalhamento, o microburst.
A AC 00-54 da FAA traz mais detalhes sobre os riscos associados as frentes de rajada, vento lateral e microburst (ALEN, 2013).
Características do Windshear
Definida como uma variação na direção e/ou na velocidade do vento em uma dada distância, o
windshear é também conhecido por cortante do vento, gradiente de vento ou ainda de cisalhamento do
vento, segundo Matschinske e Freitas (2013, p. 1).
O windshear é um fenômeno meteorológico que afeta as aeronaves, sendo de grande perigo, principalmente durante os procedimentos de decolagem e pouso.
Matschinske (2009, p. 1), com propriedade afirma que:
O vento é um parâmetro meteorológico extremamente importante nas operações de pouso e decolagem. Por atuar diretamente na sustentação aerodinâmica da aeronave, seu efeito pode ser perigoso em certas condições de tempo.
A cortante de vento, tem sua origem a partir de fenômenos meteorológicos que provocam variações na velocidade e direção do vento, como jatos de baixo nível, frentes de escala sinótica, brisa marítima, ondas de montanhas, sendo a proximidade de CBs um forte indicativo de sua presença ou um significativo aumento das possibilidades de ocorrência.
O trabalho em conjunto, iniciado em 1986, entre a NASA e a FAA, após estudo dos dados resultantes das análises, simulações, teste de laboratório e testes de voo, ajudou a FAA na certificação de sistemas preventivos para detecção de windshear nas aeronaves comerciais (NASA, 1992). O objetivo era desenvolver uma sistema para instalação a bordo das aeronaves, deixando de ser uma ação reativa, quando somente era percebida depois que a aeronave já havia entrado no windshear. Então, em 1988 passou a ser uma determinação o uso de sistemas abordo dos aviões, com um prazo de instalação até o final de 1993.
Encontrando uma condição de windshear, a aeronave enfrenta um forte vento de proa, aumentando a sustentação e fazendo com que o piloto reduza a velocidade, tornando o voo inseguro a baixa a altura. Pois na sequência, o vento muda de direção, passando a atingir a aeronave com vento de cauda, sendo então empurrada em direção ao solo, caso o piloto não perceba a situação e arremeta. A figura 5 mostra esta variação na direção do vento.
Figura 5 - Interferência na rota de pouso provocada por windshear Fonte: NASA (1992)
Segundo Santos, havendo informação via METAR (Meteorological Aerodrome Report - Informe meteorológico regular de aeródromo) da possibilidade de windshear, o piloto deve vir para o pouso preparado, aplicando um pouco mais de potência nos motores. Principalmente se a aeronave for uma movida à turbina, que tem certo retardo na aceleração.
Fachini Filho (2013) acrescenta que quando é reportado pela torre a possibilidade de encontrar o windshear deve-se recordar dos ensinamentos e voos praticados em simuladores de voo para o caso de um encontro real.
Sendo o windshear disponibilizado no METAR ou reportado por pilotos ou torre, Miguel informa que:
[...] o alerta situacional sempre fica mais aguçado, pois a situação a enfrentar às vezes não é muito fácil de se lidar de acordo com o tamanho do fenômeno. Em algumas empresas é inclusive proibido operar em aeródromos com reporte de WS (MIGUEL, 2013, p. 37).
A atenção das tripulações é direcionada e dobrada para notar os desvios de velocidade e atitude da aeronave para manter a trajetória segura do voo (MIGUEL, 2013, p. 37).
Reconhecendo e caracterizando um microburst
Frequentemente associado a tempestades severas, o microburst (microexplosões), são os fortes ventos descendentes. Conceituado teoricamente pelo Meteorologista Tetsuya Theodore Fujita (1920-1998) em 1970, inicialmente foi recebido pela comunidade científica com ceticismo. Isso porque no início da década de 1970 grande parte dos pesquisadores pensavam que o downdraft (forte corrente descendente) perderia força antes de chegar à superfície e não seria de forma alguma uma ameaça para a aviação. Até então os tornados e frentes de rajadas eram apontados como principais causas dos danos em uma tempestade (CHAMOT, 2003).
Em meados dos anos de 1970, pesquisadores investigaram vários acidentes aeronáuticos e identificaram o microburst – rajadas de ventos perigosas – como provável causa. Segundo Chamot (2003), a descoberta levou a melhores sistemas de alerta e formação de pilotos, e aos céus mais seguros.
Um desses foi o acidente envolvendo uma aeronave da Eastern Airlines em 1975, que, ao tentar pousar no Aeroporto Internacional John Fitzgerald Kennedy (JFK) em Nova York, conforme relatório do acidente, o avião caiu próximo a cabeceira da pista provocando a morte de 113 dos 124 ocupantes entre tripulantes e passageiros (NTSB, 1976).
Convidado para participar das investigações do acidente da Eastern Airlines, o Dr. Ted Fujita, após analisar os dados do voo e de outros voos que aconteceram no mesmo momento do acidente, logo sua suspeita inicial de um evento de vento de pequenas proporções foi desfeita, porque alguns aviões enfrentaram ventos fortes ou ventos de cauda, segundo a história de cada voo e suas velocidades indicadas. Ele descobriu bolsões de ar descendente de pequena proporção, porém muito rápido, ao que chamou de microburst ou downburst pequeno (MARSHALL, 2004).
O ar descendente ao atingir o solo, espalha-se na horizontal podendo formar um ou mais anéis de vórtices, conforme Figura 6. A área atingida pode ter um diâmetro de uma a duas milhas, sendo que
os vórtices podem atingir alturas de até 2000 pés, aproximadamente 600 metros. (CERQUEIRA, 2005).
Figura 6 - Microburst simétrico
Fonte: Adaptado de Microburst at Mathis Field in San Angelo (NATIONAL WEATHER SERVICE, 2012)
A aeronave passando por uma condição de microburst, experimentará, segundo Wong (2011), consecutivas e rápidas alterações no sentido do vento, conforme figuras 7 e 8. Recebendo vento contrário, no sentido da aeronave, vento de cima ou downdraft e então o vento soprando por trás ou vento de cauda. Esta brusca variação no vento é uma condição muito perigosa durante o pouso e a decolagem, portanto, exigindo medidas corretivas que primem pela segurança do voo, evitando assim os efeitos do microburst.
Figura 7 - Influência do movimento do ar sobre uma aeronave durante o pouso Fonte: Adaptado de Making the Skies Safe from Windshear (NASA, 1992)
As intensas correntes descendentes de um microburst pode dar origem ao windshear. Esta condição tem sido associada a acidentes de avião comercial, especialmente durante decolagens e pousos. Estudos indicam que um aviso entre 15 e 40 segundos permite aos pilotos lidarem com este risco.
Figura 8 - Risco do movimento do ar descendente a baixa altura próximo do pouso Fonte: NASA (1992)
Segundo Santos, “[...] microburst é um ciclone na horizontal, em vez de você ter o funil na vertical, você tem o funil na horizontal que vai rodando, então é uma força extremamente severa [...] que normalmente, se você não conseguir arremeter e sair do fluxo de ar dela para frente [toda a potência nos motores] você vai para o chão, essa é microburst”.
Para Cruz, para recuperar-se da ação do microburst, no momento que houve a perda de sustentação, imediatamente aplica-se potência nos motores e pitch de arremetida, ou seja, coloca-se em atitude de arremetida.
Sobre os procedimentos quando da presença de CBs nas proximidades do aeródromo, portanto, com a possibilidade de encontrar windshear ou microburst, ou ainda de ter havido alguma notificação de aeronaves que recentemente não conseguiu pousar e arremeteu, Fachini Filho (2013) comenta:
Os pilotos devem estar sempre atentos para CBs próximos da pista, acreditar que
windshear e microburst realmente acontecem e podem levar a acidentes fatais, e
estar pronto para retardar uma decolagem, fazer uma espera antes da aproximação ou até alternar se necessário (FACHINI FILHO, 2013).
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A proposta deste trabalho foi buscar contribuições na literatura que respondessem como, diante das condições meteorológicas de windshear e microburst, é possível evitá-los e como controlar uma aeronave em voo.
De acordo com os autores referenciados é condição de extrema relevância o conhecimento da Meteorologia e dos fenômenos meteorológicos que podem influenciar nas condições do tempo nas localidades de origem, de destino e de possíveis pontos de alternativas de pouso, assim como das condições do tempo no percurso da rota.
Evidenciou-se que o conhecimento sobre o processo de formação que leva a tais manifestações meteorológicas é fundamental para todo o pessoal da aviação, pilotos e a todos aqueles ligados aos serviços de controle, assessoria e informações de voo, principalmente, pois o objetivo de todos é a segurança do voo, além disso, é preciso ter em mente que estes fenômenos existem e que podem ser fatais para a aviação.
Sabendo-se da possibilidade de ocorrer ou da efetiva presença de cumulonimbus nas proximidades dos aeroportos, mesmo que ainda não se tenha o reporte de windshear ou microburst por meio dos órgãos oficiais de informação aeronáutica ou dos pilotos em voo, deve-se adotar uma postura de alerta e realizar os procedimentos de decolagem e pouso com atenção voltada à possibilidade da ocorrência destes fenômenos.
O conhecimento e o preparo dos pilotos, desde os primeiros voos nas escolas de formação de pilotos ou aeroclubes, para as adversidades das condições do tempo, aliados ao avanço da tecnologia, é fundamental para voos mais seguros.
REFERÊNCIAS
ALEN, John M. Thunderstorms. Advisory Circular – Federal Aviation Administration. 2013. Disponível em: <http://www.faa.gov/documentlibrary/media/advisory_circular/ac%2000-24c.pdf>. Acesso em: 25 fev. 2014.
CERQUEIRA, Flávio Santos et al. Ameaça à Aviação. Revista CFOE. 2005. Disponível em: <http://www.redemet.aer.mil.br/Artigos>. Acesso em: 8 fev. 2014.
CHAMOT, Josh. Discovery of Microbursts Leads to Safer Air Travel. 2003. Disponível em: <http://www.nsf.gov>. Acesso em: 8 mar. 2014.
FACHINI FILHO, Lelis. Notícia fornecida pelo Comandante no Aeroporto Internacional de Florianópolis/Hercílio Luz, em junho de 2013.
HENRIQUES, Carlos Roberto; MATSCHINSKE, Martim Roberto. Meteorologia Aeronáutica do Sistema do Espaço Aéreo Brasileiro. Boletim da Sociedade Brasileira de Meteorologia, v. 29, n. 3, nov. 2005. Disponível em: <http://www.sbmet.org.br>. Acesso em: 6 fev. 2014.
MARSCHAL, Tim. A Tribute to Dr. Ted Fujita. Stormtrack – Technical Library, 2004. Disponível em: <http://www.stormtrack.org>. Acesso em: 8 mar. 2014.
MATSCHINSKE, Martim Roberto; FREITAS, José Carlos de. WINDSHEAR: Versão 2013. DECEA, 2013. Disponível em: <http://www.redemet.aer.mil.br/Artigos/windshear.pdf>. Acesso em: 14 fev. 2014.
MATSCHINSKE, Martim Roberto. O “Invisível” vento e os procedimentos de pouso e decolagem. Redemet, [2009]. Disponível em: <http://www.redemet.aer.mil.br/Artigos/vento.pdf>. Acesso em: 14 fev. 2014.
NASA, National Transport Safety Bureau – EUA. Making the Skies Safe from Windshear. 1992. Disponível em: <http://www.nasa.gov/centers/langley/news/>. Acesso em: 26 mar. 2014.
NATIONAL WEATHER SERVICE, San Angelo, TX Weather Forecast Office – EUA. Microburst at Mathis Field in San Angelo, July 9, 2012. Disponível em:
<http://www.srh.noaa.gov/sjt/?n=sjt_microburst>. Acesso em: 21 set. 2014.
NTSB, National Transport Safety Bureau – EUA, Aircraft Accident Report: Eastern Airlines, Inc., Boeing 727- 225, N8845E. 1976. Disponível em: <http://aviation-safety.net>. Acesso em: 17 mar. 2014.
REDEMET. Cuidado, Cumulonimbus na área. 2007. Disponível em:
<http://www.redemet.aer.mil.br/Artigos/cumulonimbus.pdf>. Acesso em: 11 fev. 2014.
SILVA, Ozires. Um aviador e sua Meteorologia. Boletim da Sociedade Brasileira de Meteorologia, v. 29, n. 3, nov. 2005. Disponível em: <http://www.sbmet.org.br>. Acesso em: 6 fev. 2014.
SONNEMAKER, João Batista. Meteorologia. 18. ed. São Paulo: ASA, 1996.
VAREJÃO-Silva, M. A.; Meteorologia e Climatologia, Versão Digital 2. Recife, 2006. Disponível em: <http://www.agritempo.gov.br>. Acesso em: 3 mar. 2014.
WONG, Kwun-wa. Microburst Induced by Thunderstorms. Hong Kong Observatory, 2011. Disponível em: < http://www.weather.gov.hk/education/>. Acesso em: 23 mar. 2014.
