気候変動により乱気流はますます深刻な問題に

皆さんこんにちは！

地球温暖化によって、大雪や台風、積乱雲など発生頻度が高まっているだけでなく、その規模も強大になっています。

パイロットは、なるべくそのエリアを回避しようと努力しますが、予想を超える現象もあります。

気候変動により乱気流はますます深刻な問題に

乱気流の最も顕著な形態は対流によるもので、大規模な雷雲の中で風が変わります。クレジット: Bjorn Wylezich/Alamy Stock Photo

乱気流に遭遇すると、乗客の快適性が損なわれる可能性があり、最悪の場合、航空機の搭乗者

が負傷したり死亡したりすることがあります。そのため、パイロットが乱気流を回避できる

ように、乱気流を予測または検出することが重要です。エンジニアは対流気象 (または雷雨

の形成) の脅威の分析において進歩を遂げてきましたが、晴天乱気流は湿気と関連がなく、

既存のシステムではこれを検出できません。予測不可能な脅威は、航空業界の宿敵であり続けています。

乱気流の問題は気候変動とともに注目を集めている。地球の気温が上昇すると空気が温まり

より多くの水分を含むことができるようになります。これにより雷雨の可能性が高まります

と、英国王立気象学会は2023年7月に発表しました。雷雨は乱気流の強さのあらゆるレベルと関連しているのです。

一方、ジェット気流に関連する晴天乱気流（CAT）は増加していまする。アメリカ地球物

理学連合が7月に発表した研究によりますと、北半球の亜熱帯ジェット気流の影響を受けるほ

とんどの地域では、温暖化が進むごとにCATの発生確率が上昇します。研究者らは特に東アジア、中東、北アフリカを指摘しています。

脅威が増大しているため、航空輸送業界は、飛行中の乱気流をより正確に予測、検知し、さらには解消するための研究努力を加速させる必要があります。

乱気流の最も大きな形態は対流から生じます。「大きな雷雲の中では風が移動し、湿気を吸い

込んで周囲に拡散します」と、コリンズ エアロスペースのシステム エンジニアリングおよび

レーダー システム担当副ディレクターのベン シシュトラ氏は言います。雷雲が風下に乱気流

を発生させると、航空機の乗組員は風上に向かってその周りを飛行することで、雷雲を避けようとします。

フランス気象庁の予報技師アレクサンドル・フロタール氏は、積乱雲の頂上にある対流圏界

面（対流圏と成層圏が接する場所）が上昇気流を止めると付け加えます。「この現象によって

円形の重力波が発生します」と同氏は説明します。「その結果生じる乱気流は、通常対流圏界

面のすぐ下を飛行する航空機に衝突する可能性があります」。気象モデルは、重力波による乱

気流の規模が小さいため、あまり正確に予測できないが、雷雨警報では危険度として考慮されています。

対流性気象が作り出す乱気流とは異なり、CAT にはさまざまな発生源があります。ほとんど

の場合、このタイプの乱気流は高高度で発生し、ジェット気流と関連していることが多いの

です。「北半球の中緯度では、ジェット気流は一般に偏西風であり、乗組員は地上速度を上げ

るためにこれをよく利用します」と フロタール 氏は言います。「これらのジェット気流の

中心の周囲では、極側と中心の下の両方で乱気流が発生する可能性があります。ジェット気流が速いほど、乱気流は激しくなります。」

山岳地帯は別の種類の CAT を発生させます。風が山脈に向かって吹くと、反対側に波とそれ

に伴う乱気流が発生します。低圧と高圧の領域が交互に発生すると、別の CAT の原因となる

風のせん断が発生します。最後に、航空機は後流渦を発生させます。これは翼端の凝結によっ

て部分的に見えることがあります。大型航空機の後流乱気流は小型航空機を不安定にする可能性があります。

CAT は乱気流の危険の最大の原因の 1 つです。「飛行機が青空を飛んでいると、突然衝突

されるのです」とシシュトラ氏は言います。さらに、これは航空交通管理に問題を引き起こす

可能性があります。交通量の多い空域で CAT が発生すると、多くの航空機乗務員が飛行レベルの変更を要請します。遅延が発生する可能性があります。

天気予報では、ジェット気流とそれに伴う乱気流が示されています。「私たちは 3 時間ごとに

予報を発表し、各マップは有効期間の 4 時間前に発行されます」と フロタール 氏は言います。

「予報官は、ジェット気流による乱気流が発生する可能性のあるエリアを下限と上限とともに

含めます。また、すべてのモデルが乱気流を予測した場合、またはパイロットの報告に基づいて、激しい乱気流に関する警報を発令します。」

高解像度の地球観測衛星は、ジェット気流とそれに伴う乱気流の存在を示唆する直線状の巻雲

を観測できます。しかし、それらは乱気流の強さについての手がかりを与えない、とフラッタード氏は指摘します。

山脈に垂直に吹く 20 ～ 25 ノットの風は、風下に CAT を発生させ、その距離は数百キロメートルに及ぶこともあります。レンズ雲は山岳風域を示しますが、乱気流の強さは示しません。

一方、特に高気圧が急速に発達している場合には、風のせん断現象の位置を特定することが困難になることがあります。

フラッタード氏によると、これらの兆候に基づいて、気象予報機関は航空管制官向けにCAT予報マップを発行し、その後、混雑を回避するための規制措置を実施するという。

対流気象の予報と組み合わせることで、パイロットは関連する乱気流について事前に知ること

ができます。パイロットと客室乗務員は飛行前のブリーフィングで乱気流について話し合うこ

とがある、とシシュトラ氏は説明します。「彼らは [重要気象情報] 警報、乱気流予報チャー

ト、パイロットレポート、および一部の地域で利用可能なグラフィカルな乱気流ガイダンスモ

デルを使用します」と彼は言います。「パイロットは飛行経路に沿って乱気流を見つける可能性があるかどうかを研究します。」

乱気流の強さは、軽度、中度、重度、極度に分類できます。1 つの基準は、乗客がシートベル

トから感じる負担です。乗務員にとって、極度の乱気流は制御不能を引き起こす可能性があります。

飛行中の乱気流の検出は、操縦室での短期的な判断に役立ちます。検出には、すべての商用航

空機とほとんどのビジネス航空機に搭載されている航空気象レーダーが使用されます。気象レーダーは、湿度を利用してドップラー効果で水滴の動きを感知します。

「私たちはコーパスクリスティにあるテキサス A&M 大学の気象学者と協力しています」と

シシュトラ氏は言います。「アルゴリズムを更新するために、レーダーの専門家と気象の専門家との関係を維持しています。」

ハネウェルは、同社の従来のレーダーよりも軽量な RDR-7000 用の 24 インチ アンテナを開発中であると述べています。クレジット: ハネウェル

乱気流はナビゲーション ディスプレイにマゼンタ色で表示されます。「乗務員がマゼンタ色の

濃淡を確認した場合、そのエリアで激しい乱気流が発生している可能性があります。乗務員は

これを回避する必要があります」とシシュトラ氏は言います。「マゼンタ色の斑点は、乗客の快適性に影響を与える可能性のある弱い乱気流を示しています。」

原則として、レーダー アンテナが大きいほど、解像度が高くなり、検出範囲が広くなります。

「ハネウェルの RDR-4000 気象レーダーのアンテナは、直径が最大 30 インチです」と

ハネウェルのレーダー フェローである ローランド・セト氏は言います。「お客様は、航空機のレードームが収容できる最大直径を選択することができます。」

ボンバルディア グローバル、高級ガルフストリーム、ダッソー ファルコンなどの大型ビジネ

ス ジェット機には、18 インチまたは 24 インチのアンテナを備えた RDR-4000 を搭載で

きます。ただし、これらのビジネス ジェット機の購入者は、18 インチ アンテナを備えた

RDR-7000 を選択する場合があります。「RDR-7000 は軽量で新しいです」と ローランド

・セト 氏は言います。「そして、私たちは RDR-7000 用の 24 インチ アンテナを開発中です。」

「飛行中、気象レーダーは、強い対流乱気流がどこに発生するかについて、戦術的（短距離）

および戦略的（長距離）なガイダンスを提供します」とコリンズのシシュトラ氏は言います。

気象レーダーは地上でも作動できますが、安全システムにより、空港ターミナルの隣で作動し

て建物内に強力なレーダー波を送ることはできません。たとえば、遠隔地の飛行場に停泊しているビジネス機は、前方数十海里の乱気流を「見る」ことができます。

戦略的なガイダンスとして、コリンズ気象レーダーは雷雨から 160 nm 離れた地点から脅威

分析を開始できます。この距離では、ドップラー効果を使用して乱気流を検知できない可能性

があります。それでも、雷雨内のいくつかの特徴を認識し、貴重な情報を提供することがで

きます。「乗組員はナビゲーション ディスプレイで、雷雨の中心が赤で表示され、その周囲に

赤い斑点のある黒い領域が表示されます」とシシュトラ氏は言います。「その領域は、嵐の中心から 30 ～ 40 km (16 ～ 22 nm) 外側に存在する可能性のある危険を表しています。」

戦術的な誘導には、コリンズ社の マルチスキャン 脅威追跡などの気象レーダーがドップラー効果を利用しています。このシステムは乗組員に 5 分間の警告を発する場合があります。

ハネウェルのレーダーの通常の乱気流検知範囲は 40 nm ですが、拡張範囲は 60 nm です。

「最新のモードである長距離推論では、対流気象反射率アルゴリズムに基づいて、最大

120 nm 先の激しい乱気流の存在を予測できます」と セト氏は指摘します。「検知範囲の

中央、約 30 nm からは、ドップラーと推論を組み合わせます。60 nm を超えると、推論のみに頼ります。」

ナビゲーション ディスプレイには対流気象が明確に表示されます。ボーイング機では、ハネ

ウエル が対流セルの追跡と傾向表示を提供しています。反射率が強くなると、システムはセル

の方向と速度を判定し、速度ベクトルを表示します。また、セルが成長しているかどうかも確認できます。

乱気流に関する情報を広める別の方法は、パイロットの報告を共有することです。航空管制無

線周波数での交換が役立つ場合があります。あるクルーが、フライトレベル 350 (35,000

フィート) の特定のエリアで乱気流に遭遇したと報告し、別のクルーはそのエリアでの乱気流

に関する複数の報告に基づいて、高度を逸脱するか、高度を下げることを決定する場合があります。

パイロットが電子フライトバッグと一緒に使用できるアプリの一つ「スカイパス」は、タブ

レットに搭載された加速度計からデータを収集します。コリンズ氏は、同名のイスラエルのスタートアップ企業が開発したこのツールを宣伝しています。

「スカイパスはデータを地上局に送信します」とシシュトラ氏は説明する。「データの収集と

処理により、他の航空機が遭遇した乱気流に基づいて、乱気流がどこにあるのかを総合的に把

握できます。したがって、スカイパスの原理は乱気流情報のクラウドソーシングに例えることができます。」

コリンズのマルチスキャン スレットトラックは、戦術的なガイダンスとしてドップラー効果を利用し、乗組員に 5 分間の警告を与えることができます。クレジット: コリンズ エアロスペース

エアレオンは、宇宙ベースのADS-Bデータ提供サービスにより、世界規模で激しい乱気流に

遭遇したことをほぼリアルタイムで検知する方法を開発したと述べています。同社は2024

年にホワイトペーパーを発表し、このサービスが航空機の位置、高度、速度の報告をどのよう

に考慮するかを説明しました。エアレオンは、そのADS-Bデータに基づいて乱気流に遭遇したことを推測できると述べています。

将来のパイロットは、新しい検出方法に頼ることになるかもしれません。「晴天乱気流を検出

するために、短波ライダーの研究が進行中です」とシシュトラ氏は言う。「12 海里先の乱気流を感知できれば、乗組員は反応する時間が得られます。」

しかし、ライダーは、その長い検出範囲にはまだ対応できていません。そのサイズ、性能、

コストは、民間航空機の設計要件を満たしていません。とはいえ、技術は向上しています。

「4年前はレンズが大きすぎましたが、それ以来、大幅に小型化されました」とシシュトラ氏は指摘します。

オーストリアに拠点を置くタービュランス・ソリューションズは、軽飛行機用の乱気流相殺

システムの開発の最終段階にある。「当社のシステムは、小さな操縦翼面を介して逆乱気流を

発生させ、垂直加速度の 80% を相殺します」と CEO 兼研究技術責任者のアンドラス・ガルフィ氏は語る。

「翼のすぐ前で 1 [パスカル] 未満の圧力差を測定します」とガルフィ氏は説明する。翼弦長

1 本分に相当する伸縮ブームが、両側の翼中央部に取り付けられ、圧力センサーを固定してい

ます。「50 ミリ秒のリードにより、システムは小さな操縦翼面を作動させて反応する時間が

得られます」とガルフィ氏は言う。フラップレットとも呼ばれるこれらの操縦翼面は、既存のフラップの後縁に取り付けられています。

ガルフィー氏によると、制御ユニットと関連サーボモーターにより、フラップレットは中程度

の乱気流を最大 0.5g 打ち消したり、強い乱気流を 0.5g 軽減したりできるということです。

「当社のシステムは、第2四半期に[シャークエアロ] シャーク 600超軽量2人乗り機に搭載さ

れ、オーストリアの民間航空局から認証を受ける予定です」と彼は予測します。「当社はこれ

を快適機能として認証しています。機能を保証するものではありません。また、故障した場合は、このシステムなしで飛行できます。」

シャーク 600の認証飛行は2023年後半から実施されています。乱流ソリューションは徐々

に複雑さを増しており、名前のない4人乗り機の欧州航空安全局CS-23認証取得に取り組んでいます。

「次に、当社のシステムをビジネス用ターボプロップ機に応用できるかもしれません」と

ガルフィ氏は言います。「このクラスの航空機は、乱気流が頻繁に発生する低層を飛行する

傾向があります。その後、大型商用航空機では、当社の技術が、エレベーターやエルロンな

どの主要な操縦面を含むフライバイワイヤシステムを使用する可能性があります。その段階で、当社は機能を保証します。」

エアバスは、エクストラパフォーマンスウィング 研究技術プログラムの下で、乱気流を検

知する ドップラーライダーと、自動的に反応する翼を備えた同様のアプローチに取り組んで

います。エアバスは、強い乱気流に耐えるための補強を必要とせずに、より高いアスペクト比の翼を実現することを目指しています。