Wat is turbulentie en waarom voelt het soms zo heftig?

Een vliegtuig vliegt niet door een lege ruimte, maar door een atmosfeer die bestaat uit bewegende luchtmassa’s. Die beweging verloopt lang niet altijd gelijkmatig. Soms stroomt de lucht rustig in één richting, maar op andere plaatsen ontstaan kleine en grote wervelingen.

De Amerikaanse National Weather Service omschrijft turbulentie als een onregelmatige beweging van de atmosfeer, herkenbaar aan plotselinge windvlagen en tijdelijke afnames van de windsnelheid. Voor een vliegtuig betekent dit dat de lucht rond de vleugels steeds een beetje anders beweegt. Daardoor kunnen de liftkracht en de houding van het toestel kort veranderen.

Een eenvoudige vergelijking is een boot die over water vaart. Op een glad meer beweegt de boot nauwelijks, terwijl golven op zee de boot op en neer laten gaan. Een vliegtuig reageert op bewegingen in de lucht op een vergelijkbare manier. Het grote verschil is dat luchtstromingen onzichtbaar zijn.

Dat laatste maakt turbulentie voor passagiers soms zo onverwacht. Buiten het raam kan de lucht strakblauw zijn, terwijl het vliegtuig toch een onrustig gebied binnenvliegt.

Turbulentie heeft niet één oorzaak. Er bestaan verschillende vormen, die elk onder andere omstandigheden ontstaan.

Wanneer de zon het aardoppervlak verwarmt, wordt ook de lucht vlak boven de grond warmer. Warme lucht is lichter dan koude lucht en begint daarom op te stijgen. Op andere plaatsen daalt koelere lucht juist naar beneden.

Deze verticale luchtstromingen kunnen vooral tijdens warme middagen een hobbelige vlucht veroorzaken. Piloten van kleine vliegtuigen en zweefvliegtuigen kennen dit verschijnsel goed, maar ook passagiersvliegtuigen kunnen het tijdens de start of landing voelen.

Dezelfde krachtige stijg- en daalbewegingen komen voor in en rond onweersbuien. Daar kunnen ze bijzonder sterk worden. Onweerswolken bevatten krachtige opwaartse en neerwaartse luchtstromen, waardoor vliegtuigen ruim om actieve buien heen worden geleid. Turbulentie kan bovendien niet alleen ín een onweersbui voorkomen, maar ook boven of naast de wolk.

Wind die tegen een bergketen botst, wordt gedwongen om omhoog, omlaag of opzij te stromen. Aan de andere kant van de bergen kan de lucht gaan golven en wervelen. Deze zogeheten berggolven kunnen tot grote hoogte reiken en nog ver achter een berggebied merkbaar zijn.

Ook dichter bij de grond kunnen obstakels de luchtstroom verstoren. Bergen, heuvels, gebouwen en zelfs boomrijen kunnen kleine wervelingen veroorzaken. Dit wordt mechanische turbulentie genoemd. Vooral tijdens starts en landingen kan een combinatie van harde wind en bebouwing voor een onrustige nadering zorgen.

Een belangrijke oorzaak van turbulentie is windschering. Daarbij verandert de windsnelheid of windrichting sterk over een relatief korte horizontale of verticale afstand.

Stel dat een vliegtuig door een luchtlaag vliegt waarin de wind 100 kilometer per uur waait, terwijl de luchtlaag erboven veel sneller en in een iets andere richting beweegt. Op de overgang tussen die lagen kan de lucht onrustig worden. Zulke verschillen komen onder meer voor rond weerfronten, lagedrukgebieden, temperatuurinversies en straalstromen.

Dicht bij de grond krijgt windschering extra aandacht, omdat een snelle verandering van de wind invloed kan hebben op de snelheid en lift van een vliegtuig tijdens de start of landing. Moderne vliegtuigen, verkeersleidingssystemen en luchthavens beschikken daarom over waarschuwingssystemen waarmee sterke windschering kan worden gedetecteerd.

Een van de bekendste en lastigst voorspelbare vormen is clear-air turbulence, vaak afgekort tot CAT. Deze turbulentie ontstaat op grotere hoogte en is niet rechtstreeks verbonden met zichtbare stapelwolken of onweersbuien.

Clear-air turbulence komt vaak voor in de buurt van straalstromen. Een straalstroom is een relatief smalle zone met zeer krachtige wind op grote hoogte. Aan de randen van zo’n stroom kunnen grote verschillen in windsnelheid ontstaan. Daar kan de lucht beginnen te wervelen, waardoor een vliegtuig plotseling turbulentie ervaart.

Omdat er niet altijd wolken of andere zichtbare signalen aanwezig zijn, kan deze vorm moeilijk met de gewone weerradar aan boord worden waargenomen. Zo’n radar is vooral ontworpen om neerslag en zware onweersactiviteit te herkennen. Een gebied met droge, turbulente lucht kan daardoor onzichtbaar blijven.

Dat betekent niet dat clear-air turbulence volledig uit het niets komt. Meteorologen kennen de weersituaties waarin de kans erop groter is. Daarnaast ontvangen piloten informatie van weersmodellen, verkeersleiders en andere vliegtuigen die eerder door hetzelfde gebied zijn gevlogen.

Voor iedere vlucht bestuderen piloten en vluchtplanners uitgebreide weersinformatie. Daarbij kijken ze niet alleen naar het weer op de vertrek- en aankomstluchthaven, maar ook naar omstandigheden langs de volledige route.

Speciale luchtvaartverwachtingen geven aan waar turbulentie waarschijnlijk is en op welke hoogte deze kan voorkomen. Moderne voorspellingssystemen berekenen onder meer de kans op clear-air turbulence, turbulentie door berggolven en onrustige lucht op lagere hoogten. De Amerikaanse FAA gebruikt hiervoor bijvoorbeeld zogenoemde Graphical Turbulence Guidance-modellen, die regelmatig worden bijgewerkt.

Daarnaast spelen meldingen van andere piloten een belangrijke rol. Wanneer een bemanning turbulentie tegenkomt, kan zij de locatie, hoogte en intensiteit doorgeven. Verkeersleiders kunnen die informatie vervolgens delen met andere vliegtuigen in de omgeving. De FAA benadrukt dat zulke pilot reports, of PIREPs, een belangrijke bron van actuele informatie over clear-air turbulence zijn.

Steeds meer vliegtuigen verzamelen bovendien automatisch gegevens over turbulentie. Een veelgebruikte maat is de Eddy Dissipation Rate, kortweg EDR. Deze waarde beschrijft hoe snel bewegingsenergie in de atmosfeer wordt verspreid. Omdat EDR de toestand van de lucht meet en niet alleen de beweging van één bepaald vliegtuig, kunnen gegevens van verschillende vliegtuigtypen beter met elkaar worden vergeleken. ICAO en de World Meteorological Organization gebruiken EDR als standaardmaat voor de intensiteit van atmosferische turbulentie.

Ondanks al deze technieken blijft een exacte voorspelling lastig. Turbulente gebieden kunnen klein zijn, snel ontstaan of zich verplaatsen. Soms vliegt een toestel er soepel omheen, terwijl een vliegtuig dat enkele minuten later hetzelfde gebied passeert wel schokken ervaart.

Wanneer turbulentie wordt verwacht, zet de bemanning doorgaans het veiligheidsgordellampje aan. De cabinecrew stopt zo nodig met de service en zorgt dat trolleys en losse spullen worden vastgezet.

In de cockpit kunnen de piloten de snelheid aanpassen naar een snelheid die geschikt is voor onrustige lucht. Ook kunnen zij de verkeersleiding vragen om een andere hoogte of koers. Soms is een paar duizend voet stijgen of dalen al genoeg om in een rustigere luchtlaag terecht te komen.

Piloten proberen tijdens turbulentie niet iedere kleine hoogteafwijking direct te corrigeren. Een vliegtuig voortdurend en krachtig terugsturen naar exact dezelfde hoogte kan juist extra belasting veroorzaken. Het toestel krijgt daarom binnen veilige grenzen de ruimte om met de luchtbeweging mee te bewegen.

Dat een vliegtuig tijdens turbulentie even stijgt of daalt, betekent dus niet dat het onbestuurbaar is geworden. De bemanning blijft de vliegsnelheid, hoogte, weersinformatie en belasting van het toestel voortdurend controleren.

Voor moderne verkeersvliegtuigen is normale turbulentie in de meeste gevallen geen bedreiging voor de constructie. Vliegtuigen worden ontworpen en getest om belastingen te kunnen weerstaan die aanzienlijk groter zijn dan wat zij tijdens een gewone vlucht meemaken.

Zelfs hevige turbulentie betekent niet automatisch dat een vliegtuig beschadigd raakt. De bewegingen kunnen voor passagiers extreem aanvoelen, terwijl het toestel technisch binnen zijn ontworpen grenzen blijft.

De belangrijkste directe veiligheidsrisico’s bevinden zich meestal in de cabine. Een passagier zonder veiligheidsgordel kan bij een plotselinge verticale beweging uit de stoel worden getild en tegen het plafond, een bagagevak of een andere stoel terechtkomen. Ook losse voorwerpen en servicetrolleys kunnen gevaarlijk worden.

Onderzoek van de Amerikaanse National Transportation Safety Board concludeert dat zitten met een vastgemaakte gordel de effectiefste manier is om letsel door turbulentie te voorkomen. Bij turbulentiegerelateerde incidenten worden relatief vaak cabineleden getroffen, omdat zij voor hun werk door de cabine moeten lopen wanneer passagiers al kunnen zitten.

Daarom is het verstandig om de gordel tijdens de hele vlucht losjes vast te houden, ook wanneer het lampje is uitgeschakeld. EASA adviseert luchtvaartmaatschappijen eveneens om passagiers aan te moedigen hun veiligheidsgordel vast te houden zolang zij op hun stoel zitten.

Een van de redenen is dat passagiers niet kunnen zien wat er aankomt. In een auto zie je een verkeersdrempel of bocht meestal naderen. In een vliegtuig komt een schok vaak zonder zichtbare waarschuwing.

Daarnaast ontbreekt een duidelijk referentiepunt. Een korte daling kan vanuit de cabine voelen alsof het vliegtuig tientallen meters naar beneden valt, terwijl de werkelijke hoogteverandering veel kleiner kan zijn. Geluiden in de cabine versterken het effect: plastic panelen, bagagevakken, glazen en trolleys maken bewegingen hoorbaar, ook wanneer er technisch niets ongewoons gebeurt.

Ook de plek in het vliegtuig maakt verschil. Rond de vleugels, dicht bij het zwaartepunt, worden bewegingen meestal minder sterk gevoeld. Achter in de cabine kan de beweging duidelijker merkbaar zijn, vergelijkbaar met het uiteinde van een lange hefboom.

Turbulentie kan onverwacht en indrukwekkend zijn, maar is een normaal onderdeel van vliegen. Het ontstaat doordat de atmosfeer voortdurend beweegt en doordat luchtstromen elkaar beïnvloeden rond weerfronten, straalstromen, bergen, onweersbuien en warme oppervlakken.

Piloten, meteorologen en verkeersleiders proberen turbulente gebieden zoveel mogelijk te voorspellen en te vermijden. Daarbij gebruiken ze weersmodellen, radarbeelden, automatische metingen en meldingen van vliegtuigen die eerder door een gebied zijn gevlogen. Volledig uitsluiten kan echter niet, zeker niet bij clear-air turbulence.

Voor passagiers blijft de eenvoudigste veiligheidsmaatregel tegelijkertijd de belangrijkste: houd de veiligheidsgordel vast wanneer je zit. De kans is groot dat de schokken snel weer verdwijnen en het vliegtuig even later opnieuw door rustige lucht vliegt.

Turbulentie betekent meestal niet dat het vliegtuig in de problemen zit. Het betekent vooral dat de atmosfeer, hoe rustig ze van een afstand ook lijkt, voortdurend in beweging is.