क्या clear-air turbulence की आवृत्ति बढ़ रही है?

• साफ आसमान में भी अचानक होने वाली clear-air turbulence (CAT) aviation safety का बड़ा मुद्दा बनती जा रही है, और climate change से इसके संबंध पर भी ध्यान जा रहा है
• CAT का निकट संबंध wind shear से है, यानी कम दूरी में wind speed या wind direction का बदलना; jet stream के किनारे, temperature gradient, mountain waves और atmospheric circulation इसके बनने में भूमिका निभाते हैं
• 1979~2020 के reanalysis data पर आधारित Prosser et al. 2023 study में North Atlantic में सालाना CAT duration light-or-greater के लिए 17%, moderate-or-greater के लिए 37%, और severe-or-greater के लिए 55% बढ़ी
• CAT के मजबूत क्षेत्र दुनिया भर की jet streams से overlap करते हैं, और global warming से jet stream मजबूत होने पर turbulence होने की संभावना भी बढ़ सकती है
• prediction कठिन होने और बिना चेतावनी के होने की वजह से CAT अकेले अमेरिका में aircraft fatigue, maintenance और injury risks जैसी वजहों से सालाना लगभग $200 million की लागत पैदा करने वाली safety problem बनी हुई है

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clear-air turbulence चर्चा में क्यों है

• हाल के वर्षों में commercial aircraft turbulence के passenger injuries, emergency landings और दुर्लभ fatal accidents तक पहुंचने के मामले ज्यादा सामने आए हैं
• मई 2024 में Singapore Airlines flight SQ321 को Myanmar के ऊपर severe turbulence का सामना करना पड़ा, जिसमें 1 व्यक्ति की मौत हुई और दर्जनों घायल हुए
  • इस घटना को शुरुआत में clear-air turbulence माना गया था, लेकिन बाद में पुष्टि हुई कि इसका कारण तेजी से विकसित हुआ storm था
• CAT आम तौर पर high altitude पर साफ आसमान और अपेक्षाकृत शांत conditions में होता है
  • thunderstorms या visible weather systems के उलट, इसे आंखों से पहचानना मुश्किल होता है

CAT बनने की conditions

• CAT का primary कारण atmosphere में कम दूरी पर wind speed या wind direction बदलना, यानी wind shear, है
• jet stream जैसी तेजी से चलती हवा जब धीमी हवा से मिलती है, तो बनने वाला friction turbulence पैदा कर सकता है
• यह खास तौर पर tropopause के आसपास आम है, जो troposphere और stratosphere के बीच की boundary है
  • altitude range लगभग 7,000~12,000m है
  • feet में यह लगभग 23,000~39,000ft है

turbulence बढ़ाने वाले atmospheric factors

• jet stream

  • upper atmosphere में संकरी और तेज wind belts, जिनकी wind speed 160km/h से ज्यादा हो सकती है
  • इनके edges पर strong wind shear बनता है, जो turbulence में बदल सकता है

• temperature gradient

  • तेज temperature changes air density में बदलाव करते हैं और turbulence की संभावना बढ़ाते हैं
  • jet stream के अंदर की गर्म हवा और आसपास की ठंडी हवा के बीच temperature difference instability बढ़ा सकता है

• mountain waves

  • जब strong winds mountain ranges के ऊपर से गुजरती हैं, तो atmosphere में waves बनती हैं, और ये waves ऊपर की ओर propagate कर सकती हैं
  • जब हवा stable हो और winds strong व steady हों, तो ये waves turbulent हो सकती हैं

• atmospheric circulation

  • Rossby wave और Coriolis effect जैसी large-scale atmospheric circulation भी jet stream को meander कराती है और strong wind shear zones बना सकती है

पिछले दशकों में देखी गई बढ़ोतरी

• recent studies दिखाती हैं कि पिछले दशकों में CAT conditions की frequency और intensity काफी बढ़ी है
• Evidence for Large Increases in Clear-Air Turbulence Over The Past Four Decades ने 1979~2020 के global CAT trends को reanalysis data से जांचा
• aircraft cruising altitude पर flight के CAT से मिलने की probability काफी बढ़ी है, खास तौर पर mid-latitude regions में
• North Atlantic में सालाना CAT duration की growth rate: {b:17,37,55}
  • light-or-greater CAT: 17% वृद्धि
  • moderate-or-greater CAT: 37% वृद्धि
  • severe-or-greater CAT: 55% वृद्धि

jet stream और climate change का connection

• जिन locations पर CAT सबसे strong observe हुआ, वे दुनिया भर की jet streams से correlated हैं
• jet stream tropopause के पास मिलने वाली तेज और संकरी air flow है, और weather तथा climate patterns तय करने में अहम भूमिका निभाती है
• Prosser study के अनुसार CAT increase के प्रमुख कारणों में से एक global warming से प्रेरित jet stream strengthening है
  • global temperature बढ़ने पर equator और polar regions के बीच temperature gradient ज्यादा स्पष्ट हो जाता है
  • यह बदलाव jet stream को मजबूत करता है और turbulence की संभावना बढ़ाता है
• Williams and Joshi 2013 study ने pre-industrial levels की तुलना में atmosphere में CO2 concentration double होने वाले scenario में अनुमान लगाया कि moderate-or-greater CAT अधिकतम 83.9% तक बढ़ सकता है

aviation industry पर burden

• CAT increase aviation industry के लिए safety और cost, दोनों तरह की challenges पैदा करता है
• Prosser et al. के अनुसार CAT अकेले अमेरिका में aviation industry को सालाना लगभग $200 million की लागत देता है
  • अतिरिक्त aircraft fatigue
  • maintenance cost
  • passengers और crew के injury risk
• CAT को predict करना कठिन है और यह अक्सर बिना warning के होता है, इसलिए aviation safety में यह लगातार एक महत्वपूर्ण concern बना हुआ है

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Hacker News राय

• हाल में व्यापक रूप से रिपोर्ट की गई clear-air turbulence (CAT) injuries ज़्यादातर यूरोप और दक्षिण एशिया के बीच लंबी दूरी की उड़ानों में हुई थीं
  पिछले कुछ वर्षों में उस रूट पर यूक्रेन, रूस, इज़राइल और अफ़ग़ानिस्तान के हवाई क्षेत्र से बचते हुए फ़्लाइट पाथ संकरे हो गए, और detour routes बढ़ने से मौसम की स्थितियों से बचने के विकल्प कम हो गए
  यह भी संभव है कि उड़ान का काफ़ी हिस्सा गर्म और पहाड़ी भूभाग वाले इलाकों के ऊपर से गुज़रा हो, जिससे ख़तरनाक turbulence incidents बढ़े हों, भले ही वे परिस्थितियाँ खुद अधिक आम न हुई हों

  • यह अजीब है कि यही top-rated comment है। लेख में दिया गया heatmap दुनिया के कई इलाकों में CAT बढ़ने को दिखाता है, जिनमें से काफ़ी यूरोप-दक्षिण एशिया रूट नहीं हैं
    और लेख जिस मुख्य सवाल का जवाब देने की कोशिश कर रहा है, वह “क्या CAT accidents बढ़े हैं?” से ज़्यादा “क्या CAT खुद बढ़ा है?” के क़रीब है
    आज की तारीख़ में मैंने कुछ routes देखे, जैसे CDG->SIN[0], और heatmap के हिसाब से वह CAT के मज़बूत क्षेत्रों के पास से नहीं जाता। मई में मौत वाली LHR-SIN SQ321[1] भी लेख के अनुसार बाद में CAT नहीं मानी गई, वह high-risk CAT क्षेत्र से नहीं गुज़रती, बल्कि रूस के हवाई क्षेत्र से गुज़रती है
    “मौसम की स्थितियों से बचने के विकल्प कम हो गए” जैसी बात CAT की प्रकृति से मेल नहीं खाती। CAT का कारण अक्सर मौसम की स्थितियों से ज़्यादा जुड़ा नहीं होता, और जुड़ा भी हो तो इसकी एक विशेषता यह है कि पर्याप्त advance warning मिलना मुश्किल होता है, इसलिए इससे बचना कठिन है
    [0] https://www.flightstats.com/v2/flight-tracker/SQ/335?year=20...
    [1] https://www.flightstats.com/v2/flight-tracker/SQ/321?year=20...
  • “हाल में व्यापक रूप से रिपोर्ट की गई CAT injuries ज़्यादातर यूरोप-दक्षिण एशिया लंबी दूरी की उड़ानों में हुईं” इस दावे के लिए source चाहिए
    और वैसे भी यह मीडिया में रिपोर्ट हुए CAT मामलों की बात है, न कि लेख के विषय, यानी वैश्विक CAT घटनाओं की
    लेख global evidence पर बात करता है, Prosser et al. के 1979 बनाम 2020 graphics, evidence और discussion को उद्धृत करता है, और निष्कर्ष देता है कि CAT के मज़बूत होने की जगह jet stream है
  • सुधार: अभी मुझे समझ आया कि chart 1979 और 2020 के बीच probability increase दिखाता है। इसलिए अगर मैं अपनी comment ठीक करूँ, तो कहूँगा कि यह वृद्धि सिर्फ़ उस भौगोलिक क्षेत्र तक सीमित नहीं थी, बल्कि jet stream से correlated लग रही थी
    linked study में CAT की किसी duration-weighted probability का chart है, और क्योंकि वह ratio है, तो लगता है कुल उड़ान मात्रा के अंतर के लिए correction हो जाता है। इसका 0~1 की जगह 0~2.5 range होना अजीब है, लेकिन ज़्यादा संभावना यही लगती है कि climate change की वजह से jet stream अधिक turbulent हो रही है

• लगता है कि यह accident statistics से supported नहीं है। turbulence-related accidents में कोई साफ़ trend नहीं दिखता
  (https://www.ntsb.gov/safety/safety-studies/Documents/SS2101....)
  मुझे नहीं पता कि accident statistics में CAT occurrence बढ़ने को छिपाने वाले कोई और factors हैं या नहीं

  • clear-air turbulence frequency increase का मतलब यह ज़रूरी नहीं कि reportable accidents या incidents भी बढ़ें
    NTSB को केवल तब सूचित किया जाता है जब कुछ specific criteria पूरे हों। विवरण के लिए 49 CFR Part 830 देख सकते हैं
    अगर turbulence में बढ़ोतरी सिर्फ़ हल्की या मध्यम हो और कोई serious injury न हो, तो NTSB को report करने जैसा कुछ नहीं होगा
  • साथ ही आपने सिर्फ़ 2 साल देखे हैं, इसलिए यह cherry-picking भी हो सकता है। jet stream पर El Niño का असर पड़ता है
    1979 weak El Niño था, और 2020 moderate La Niña था
    https://ggweather.com/enso/oni.htm
  • उस data में निश्चित रूप से कोई detectable trend नहीं है। लेकिन accident frequency इतनी कम है कि random variation हावी रहता है, जिससे किसी trend को अलग पहचानना मुश्किल हो जाता है
    जो चीज़ साफ़ तौर पर बढ़ रही है, वह climate change की वजह से CAT है। बस ये घटनाएँ इतनी दुर्लभ हैं कि कई दशकों तक भी स्पष्ट वृद्धि न दिखे
  • accident statistics में CAT increase को छिपाने वाला एक बड़ा factor है। वह है aerospace engineers और aeronautics/safety community
    अब तक देखे गए ज़्यादातर CAT को मौजूदा aircraft design सहन कर सकते हैं, इसलिए CAT बढ़ने पर भी crashes या दूसरे accidents में तेज़ बढ़ोतरी ज़रूरी नहीं होगी
  • इसका उल्टा संबंध भी हो सकता है। जितनी बार यह होगा, उतना ही pilots और cabin crew को aircraft control और passengers से seatbelt ज़्यादा पहनवाने जैसी training and guidance ज़्यादा मिलेगी

• “Prosser report CAT बढ़ने के प्रमुख कारणों में से एक के रूप में global warming से प्रेरित jet stream strengthening को बताती है। जैसे-जैसे वैश्विक तापमान बढ़ता है, भूमध्यरेखा और ध्रुवों के बीच temperature gradient अधिक स्पष्ट होता है, jet stream मज़बूत होती है, और turbulence की संभावना बढ़ती है” ऐसा लिखा है
  लेकिन मेरी समझ यह थी कि ध्रुवीय क्षेत्र global warming से ज़्यादा प्रभावित हो रहे हैं, इसलिए jet stream कमज़ोर हो रही है। क्या यह ग़लत है?

  • हो सकता है आप समुद्री धारा Gulf Stream से इसे गड़बड़ा रहे हों। Gulf Stream वाक़ई कमज़ोर हो रही है, लेकिन jet stream वायुमंडलीय प्रवाह है
  • लंबी अवधि के trend में यह सही है। लेकिन विरोधाभासी रूप से jet stream के रिकॉर्ड स्तर पर मज़बूत होने के दौर भी साथ-साथ रिपोर्ट हुए हैं
    असल में कई oscillations और teleconnections हैं, और ये खुद भी global warming से प्रभावित होते हैं, तथा क्षेत्र और मौसम के हिसाब से temperature gradients तय करते हैं
    QBO, El Niño/La Niña, mountain torque events जैसी चीज़ें कम समय में tropopause की गर्मी को स्थानांतरित और बदल सकती हैं, इसलिए spectrum के दोनों सिरों पर ज़्यादा variability दिखती है
  • मेरे हिसाब से ध्रुवीय पर्यावरण की seasonality एक मुख्य factor है। सभी models यह अनुमान लगाते हैं कि ध्रुव भूमध्यरेखा की तुलना में बहुत तेज़ गर्म होंगे, इसलिए औसत equator-to-pole temperature gradient घटेगा, लेकिन जब तक पृथ्वी की धुरी झुकी हुई है, सर्दी फिर भी सर्दी रहेगी, इसलिए उस मौसम में तेज़ atmospheric gradients की उम्मीद रहेगी
  • कोई reference है?
  • मैंने भी इसे इसी तरह पढ़ा था
    ध्रुव भूमध्यरेखा की तुलना में तेज़ गर्म हो रहे हैं। इसलिए वैश्विक temperature gradient घट रहा है
    इसके परिणामस्वरूप jet stream सिर्फ़ कमज़ोर ही नहीं हो रही, बल्कि weather patterns भी ज़्यादा स्थिर हो रहे हैं, जिससे सूखा या बाढ़ जैसे हालात लंबी अवधि तक बने रह सकते हैं

• पिछले महीने Ian M. Banks का पहला Culture उपन्यास Consider Phlebas आखिरकार पढ़ने तक मैंने Clear Air Turbulence शब्द कभी नहीं सुना था
  अब देखता हूँ तो यह किसी स्पेस पाइरेट जहाज़ के नाम के लिए बिल्कुल परफेक्ट है

  • लगता है Chris Foss ने भी Gillan के एल्बम कवर बनाते समय कुछ ऐसा ही सोचा होगा
    https://en.wikipedia.org/wiki/Clear_Air_Turbulence_(album)

• खुलकर self-promotion करूँ तो, मैं SkyPath(https://skypath.io) में काम करता हूँ
  हम हजारों उड़ानों से CAT data को real time में monitor और collect करते हैं, और AI models से CAT incidents की prediction करते हैं
  पायलट हमारे solution से बहुत खुश हैं, हमने अमेरिका की कुछ प्रमुख airlines के साथ contract किया है, और कई दूसरी airlines के साथ भी वास्तविक evaluation programs चला रहे हैं

  • साइट पर लिखा है कि इससे fuel बचता है, तो क्या यह routing के रूप में दिया जाता है?
    लगता है कि patched data को किसी समय autopilot systems में जाना चाहिए; यह प्रक्रिया कैसे होती है, जानना चाहूँगा
  • “signed” से क्या मतलब है?
    यहाँ certification का क्या संबंध है? क्या इसका मतलब है कि data source पर शक है?

• क्या किसी को पता है कि LIDAR से CAT detect करने पर रिसर्च व्यावहारिक लगती है या नहीं? पिछले साल अक्टूबर की एक स्टडी ने दावा किया था कि उसने LIDAR से CAT को पहले से detect करने का तरीका खोज लिया है: http://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2023Photo..10.1185Z/abstrac...
  ऐसी तकनीक बहुत बड़ी चीज़ होगी। और अगर turbulence में बढ़ोतरी सच है, तो मुझे लगता है कि इसे climate change से, और cargo ships के fuel में sulfur regulations की वजह से हाल में Pacific और Atlantic के गर्म होने से, आसानी से जोड़ा जा सकता है; लेकिन वह इस विषय से बाहर की बात है

• दुनिया भर में air travel की बढ़ोतरी भी बड़ी बात है। कुल incidents की संख्या बढ़ना तो तय है
  commercial flights की संख्या 2004 से 2019 के बीच दोगुनी हो गई थी, और उम्मीद है कि यह रुझान कुछ समय तक जारी रहेगा

• क्या यह internet-connected flights bias भी हो सकता है? Wi‑Fi वाली उड़ानें बढ़ रही हैं, और social media पर पोस्ट करने वाले लोग भी, इसलिए शायद सिर्फ सार्वजनिक धारणा बढ़ रही हो
  जैसा पहले कहा गया, रिकॉर्ड तो सिर्फ incident-related statistics होते हैं। अगर damage या injury वाले incidents की प्रति-उड़ान दर नहीं बढ़ रही, तो शायद इसे trend कहना मुश्किल है

  • लैंड करने के बाद वही वीडियो और ट्वीट पोस्ट करने से रोकने की क्या वजह है?

• मुझे उड़ान से सचमुच बहुत नफरत है और turbulence होने पर मैं बहुत डर जाता हूँ। लेकिन हमारे देश के एक पत्रकार, जिनके पास pilot का अनुभव भी था, ने TV पर कहा था कि turbulence के दौरान होना विमान में सबसे सुरक्षित पलों में से एक होता है
  वजह याद नहीं, लेकिन क्या इस क्षेत्र का कोई जानकार इसकी पुष्टि या खंडन कर सकता है?

  • यह सच नहीं है। turbulence न होना, turbulence होने से बेहतर है
    हालांकि आधुनिक बड़े विमानों में हल्की shaking का अनुभव होना airframe structure या ठीक से बंधे हुए passengers के लिए खतरनाक नहीं होता
    फिर भी, खासकर अगर आप छोटे विमान में हों, तो seatbelt ज़रूर बाँधनी चाहिए। उदाहरण के लिए wake turbulence वास्तव में छोटे विमानों के लिए काफ़ी खतरनाक हो सकता है
  • सुरक्षित होने की वजह यह है कि विमान हवा में है। विमान ऊँचाई पर होने पर लगभग कभी गंभीर समस्या में नहीं पड़ते
    समस्याएँ ज़मीन के पास होती हैं। takeoff और landing उड़ान और गैर-उड़ान के बीच का transition हैं, इसलिए वही सबसे जोखिम भरे समय होते हैं
  • commercial passenger aircraft को airframe पर पड़ने वाले बहुत बड़े stress को सहने के लिए बनाया जाता है। उसका कुछ हिस्सा यहाँ देखा जा सकता है:
    https://www.youtube.com/watch?v=--LTYRTKV_A
    अगर मैं गलत हूँ तो दूसरे लोग सुधार देंगे, लेकिन मेरी जानकारी में turbulence की वजह से आखिरी बार किसी बड़े commercial passenger aircraft का नुकसान 1966 में हुआ था
    https://en.wikipedia.org/wiki/BOAC_Flight_911
  • क्या याद है कि इसे सबसे सुरक्षित क्यों कहा गया था? मेरा पहला अंदाज़ा यह है कि turbulence से गुजरते समय pilots ज़्यादा ध्यान देते हैं
  • airline pilot और लेखक Patrick Smith ने अपनी वेबसाइट पर turbulence पर काफ़ी उपयोगी लेख डाला है
    https://askthepilot.com/questionanswers/turbulence/

• अगर यह विषय Bay Area या NYC स्टाइल की code-switching में लिखा गया होता, तो शायद इसे सामान्य प्रतिक्रिया माना जाता, लेकिन यह किसी खास airline fanbase से निकली बात जैसा लगता है, इसलिए शायद इसे काफी backlash मिल रहा है
  मेरा मतलब यह नहीं कि इनमें से कोई बात सचमुच हो रही है, लेकिन कभी-कभी सच में ऐसा लगता है