Windshear, também conhecida como cisalhamento ou tesoura de vento, é um fenômeno meteorológico extremamente perigoso para a aviação. Trata-se de uma mudança abrupta e significativa na direção e/ou velocidade do vento em diferentes altitudes, podendo ocorrer tanto horizontal quanto verticalmente. Quando um avião é atingido por windshear durante a decolagem, pouso ou em baixa altitude, pode resultar em uma perda momentânea ou ganho de sustentação, o que representa uma ameaça grave à segurança do voo.

Formação de Windshear

As windshears ocorrem por várias razões, sendo as mais comuns:

Microburst: É um fenômeno meteorológico de curta duração que envolve uma intensa rajada descendente de vento que atinge o solo. Esse fenômeno ocorre em áreas de tempestades, normalmente associado a células convectivas, como aquelas presentes em tempestades severas ou em ambientes instáveis. A formação de um microburst geralmente ocorre dentro de uma nuvem de tempestade cumulonimbus, onde a presença de correntes ascendentes e descendentes leva ao acúmulo de ar mais frio e denso em altitudes elevadas.

Esse ar frio e denso eventualmente cai em direção ao solo, acelerando rapidamente à medida que desce. Ao atingir o solo, o microburst se espalha horizontalmente em todas as direções, criando ventos fortes e destrutivos em um padrão radial. A velocidade desses ventos pode exceder 160 km/h, causando danos significativos em uma área relativamente pequena, em comparação com tornados ou furacões, que são fenômenos mais extensos.

Os microbursts são particularmente perigosos para a aviação, pois a intensa rajada descendente pode comprometer a estabilidade das aeronaves durante a decolagem ou o pouso, reduzindo bruscamente a sustentação e criando condições de vento desafiadoras e as vezes fatais para os pilotos.

Frente de rajada: Também conhecida como "gust front" em inglês, é um fenômeno meteorológico associado a tempestades, especialmente a tempestades do tipo cumulonimbus ou supercélulas. É uma região de ar em movimento descendente e de alta velocidade que se estende a partir da base da nuvem em direção ao solo.

As frentes de rajada são formadas quando a chuva fria e densa, que é um subproduto do processo de condensação na nuvem, cai do interior da tempestade e encontra o ar quente e úmido próximo ao solo.

Esse encontro provoca uma brusca mudança de temperatura e pressão, resultando em um forte movimento descendente do ar. Os ventos descendentes intensos das frentes de rajada podem atingir velocidades muito altas e, muitas vezes, podem ser mais perigosos para os aviões do que até mesmo as correntes ascendentes violentas dentro da própria tempestade. Esses ventos descendentes podem causar rajadas de vento repentinas e poderosas, capazes de derrubar árvores, danificar construções e veículos, e gerar uma série de problemas, como quedas de energia e danos materiais.

É importante notar que as frentes de rajada são diferentes dos tornados. Enquanto os tornados são caracterizados por um funil de nuvens que se estende do céu até o solo, as frentes de rajada são geralmente mais amplas e afetam uma área maior com ventos intensos que sopram em direção ao solo. 

Turbulência de montanha: também conhecida como turbulência orográfica (mountain wave ou mechanical turbulance), é um fenômeno meteorológico que ocorre quando o fluxo de ar encontra obstáculos naturais, como montanhas ou cordilheiras. Esses obstáculos forçam o ar a se elevar para contorná-los, criando zonas de diferentes velocidades e direções do vento. Essas variações no fluxo de ar podem levar à formação de turbulência atmosférica. 

A turbulência de montanha pode ocorrer em diferentes altitudes e escalas, dependendo da topografia do terreno e das condições atmosféricas. Em geral, quando o ar encontra uma montanha, ele é forçado a se elevar, resfriando-se à medida que ganha altitude, podendo atingir o ponto de condensação e formar nuvens. Esse processo pode levar à formação de nuvens do tipo lenticular ou capa, que são frequentemente observadas em torno de picos de montanhas. 

A turbulência de montanha pode ser um desafio significativo para a aviação, especialmente para a aviação de pequenas aeronaves e helicópteros, pois pode criar condições de voo instáveis e perigosas. As correntes de ar ascendentes e descendentes associadas à turbulência de montanha podem causar flutuações bruscas na altitude e afetar o controle da aeronave. 

Portanto, é importante que os pilotos estejam cientes dessas condições e tomem medidas adequadas para evitar áreas de turbulência de montanha sempre que possível.Além disso, a turbulência de montanha também pode ter um impacto significativo na meteorologia local, afetando o clima e a formação de nuvens em áreas próximas às cadeias montanhosas. Por exemplo, nas vertentes de sotavento (lado oposto ao vento predominante), pode ocorrer o chamado "efeito de sombra de chuva", onde a precipitação é bloqueada pelas montanhas, resultando em regiões mais secas naquela área. 

Frente de Tempestade: É uma zona de transição entre duas massas de ar de características diferentes, geralmente associada a condições climáticas turbulentas e instáveis. A fronteira entre essas duas massas de ar pode ser uma linha definida, muitas vezes visível no céu como uma linha de nuvens, e também pode se estender verticalmente pela atmosfera.

As frentes de tempestade são áreas onde ocorre o encontro entre uma massa de ar quente e uma massa de ar frio, ou entre diferentes massas de ar frio. Existem quatro tipos principais de frentes:

Frente Fria: Ocorre quando uma massa de ar frio avança sobre uma massa de ar quente. Isso geralmente causa um rápido declínio das temperaturas e pode levar à formação de tempestades, chuvas intensas, trovoadas e até mesmo neve, dependendo das condições específicas.

Frente Quente: Nesse caso, uma massa de ar quente avança sobre uma massa de ar frio. As frentes quentes normalmente trazem chuvas mais leves e contínuas, e as temperaturas aumentam após a passagem da frente.

Frente Oclusa: Acontece quando uma frente fria alcança uma frente quente, levando ao levantamento do ar quente entre as massas de ar frio. Isso pode levar a uma variedade de condições climáticas, como chuvas persistentes e tempestades.

Frente Estacionária: Essa frente ocorre quando duas massas de ar com temperaturas diferentes encontram-se, mas nenhum dos sistemas está avançando rapidamente sobre o outro. A frente permanece estacionária, resultando em chuvas prolongadas e, por vezes, tempestades.

As frentes de tempestade são importantes para a meteorologia, pois podem causar mudanças significativas nas condições climáticas e gerar eventos meteorológicos extremos, como tempestades severas, furacões, tornados e outras perturbações atmosféricas. É crucial monitorar essas frentes para alertar a população sobre possíveis perigos e tomar medidas preventivas 

Impactos nos aviões

Quando um avião é atingido por windshear, várias consequências graves podem ocorrer:

1. Perda momentânea de sustentação: Em caso de cisalhamento descendente, o fluxo de ar sob as asas é reduzido, levando a uma perda temporária de sustentação, o que pode resultar em uma queda rápida da aeronave.

2. Ganho excessivo de sustentação: Já o cisalhamento ascendente pode levar a um aumento súbito da sustentação, o que pode fazer com que o avião suba rapidamente e, potencialmente, entre em um estol.

3. Variações de velocidade: O vento repentino pode levar a flutuações na velocidade do ar sobre as asas, fazendo com que os indicadores de velocidade do avião se tornem imprecisos.

4. Alteração da trajetória: O avião pode sofrer desvios indesejados na trajetória planejada, especialmente durante as fases críticas do voo, como decolagem e pouso.

Indicações nos instrumentos de voo

Quando uma aeronave é atingida por windshear, os instrumentos de voo podem indicar o seguinte: 

1. Variação na Velocidade Indicada (IAS): A velocidade indicada no velocímetro pode apresentar flutuações abruptas e imprevisíveis, resultantes da variação da velocidade do ar em relação à aeronave.

2. Variação na Velocidade de Ar Verdadeira (TAS): A velocidade de ar verdadeira, que é a velocidade real da aeronave em relação ao ar circundante, pode aumentar ou diminuir rapidamente devido às mudanças no vento.

3. Indicação do Altímetro: O altímetro pode mostrar uma altitude momentânea diferente da real, uma vez que é influenciado pela pressão do ar ambiente. Mudanças repentinas na pressão do ar devido a windshear podem levar a leituras imprecisas.

4. Indicação da Velocidade Vertical: O indicador de velocidade vertical (variômetro) pode apresentar leituras instáveis, mostrando ascensões ou descensões acentuadas devido às rápidas mudanças nas condições do vento.

5. Atitude e Indicação de Nível do Horizonte Artificial: A aeronave pode experimentar mudanças rápidas na sua atitude e inclinação, e a indicação do horizonte artificial pode mostrar movimentos bruscos.

6. Indicador de Potência do Motor: A potência necessária para manter a velocidade e o nível de voo pode variar inesperadamente devido às mudanças no vento, e isso pode ser refletido no indicador de potência do motor.

É importante ressaltar que a ocorrência de windshear é uma situação crítica para a segurança do voo, pois pode causar perda momentânea de sustentação (stall) ou afetar significativamente o desempenho da aeronave. Por essa razão, os pilotos são treinados para reconhecer e lidar com essa condição adversa por meio de procedimentos específicos para evitar acidentes. As aeronaves modernas também podem estar equipadas com sistemas de alerta e prevenção de windshear, que auxiliam os pilotos na detecção e mitigação desse fenômeno.

Tecnologias de Detecção de Windshear

A detecção precoce e precisa de windshear é essencial para ajudar os pilotos a lidar com esse perigo potencial. Algumas das tecnologias utilizadas para detecção de windshear incluem:

Radar de Bordo: As aeronaves modernas são equipadas com radar meteorológico que pode detectar áreas de alta precipitação associadas a tempestades, o que pode indicar a presença de windshear.

LIDAR (Light Detection and Ranging): Que significa Detecção e Alcance por Luz, é uma tecnologia que utiliza pulsos de luz laser para medir a distância entre o sensor LIDAR e um objeto ou superfície. 

Essa tecnologia é frequentemente usada para criar modelos 3D de ambientes e objetos, mapear terrenos, realizar levantamentos topográficos, obter informações sobre a altura das copas das árvores e até mesmo para aplicações em veículos autônomos.O funcionamento básico do LIDAR envolve a emissão de pulsos de luz laser em direção a um alvo. Quando esses pulsos atingem o objeto, parte da luz é refletida de volta para o sensor LIDAR. 

O tempo que leva para o pulso retornar ao sensor é medido com alta precisão, permitindo calcular a distância entre o sensor e o objeto com base na velocidade da luz.Ao combinar medições de distância em diferentes ângulos, é possível criar uma nuvem de pontos tridimensionais que representa a superfície ou o objeto mapeado. 

Essa nuvem de pontos pode ser utilizada para criar modelos 3D detalhados de paisagens, edifícios, carros e outros elementos.O LIDAR é uma tecnologia valiosa em várias indústrias, incluindo cartografia, agricultura de precisão, monitoramento ambiental, planejamento urbano, arqueologia e muitas outras áreas que requerem dados precisos de mapeamento e modelagem 3D. Com o avanço da tecnologia, o LIDAR tem se tornado cada vez mais acessível e suas aplicações continuam a se expandir. 

PWS (Predictive Windshear System): É um sistema de detecção e alerta de windshear em aeronaves. O PWS é projetado para fornecer aos pilotos um aviso antecipado sobre a presença de windshear à frente da aeronave, permitindo-lhes tomar as ações corretivas necessárias para evitar situações perigosas. O sistema usa uma combinação de dados de sensores meteorológicos, como radares Doppler e outros dispositivos, para monitorar as condições de vento ao redor da aeronave. Existem dois tipos principais de PWS:

Reactive Windshear Systems: Esses sistemas alertam os pilotos quando a aeronave está dentro de uma área de windshear. Eles são reativos e fornecem avisos em tempo real quando a detecção é feita.

Predictive Windshear Systems: Estes sistemas têm a capacidade de prever e alertar os pilotos sobre a possibilidade de windshear antes de a aeronave entrar na área afetada. Eles fornecem um aviso antecipado, permitindo que os pilotos ajam preventivamente.

Dados de Estações Meteorológicas: Os controladores de tráfego aéreo também podem fornecer informações sobre as condições de vento em diferentes altitudes para ajudar os pilotos a evitar áreas com windshear conhecido.

Global Observing System: É um sistema que integra várias tecnologias e instrumentos de medição espalhados por todo o mundo, com o objetivo de coletar dados e informações sobre as condições meteorológicas e climáticas em escala global. Esses sistemas são fundamentais para a coleta de dados precisos e em tempo real sobre variáveis meteorológicas, como temperatura, umidade, pressão atmosférica, vento, precipitação, entre outros. 

As informações coletadas por esse sistema são essenciais para entender os padrões climáticos, prever o tempo e o clima, monitorar eventos climáticos extremos (como furacões, ciclones, enchentes e secas) e fornecer alertas às autoridades e ao público em geral. Esses dados também são utilizados para pesquisas científicas relacionadas ao clima e para melhorar os modelos de previsão climática. 

Para operar um Global Observing System, várias instituições e agências meteorológicas ao redor do mundo colaboram e compartilham dados. Essas informações são transmitidas em tempo real ou quase em tempo real para centros de previsão do tempo e climáticos, onde são processadas e utilizadas para gerar previsões e análises climáticas. 

Cada país geralmente possui sua própria rede de estações meteorológicas que contribuem com os dados locais para o sistema global. Além disso, há satélites meteorológicos em órbita que fornecem uma perspectiva abrangente das condições atmosféricas em todo o planeta.

Técnicas de Mitigação de Windshear

Para mitigar os efeitos do windshear, várias técnicas são empregadas. Algumas delas são:

1. Alerta de windshear: A maioria das aeronaves modernas está equipada com sistemas de alerta de windshear, que monitoram as mudanças na velocidade do vento em torno da aeronave. Esses sistemas emitem avisos sonoros e visuais para alertar os pilotos sobre a presença de windshear iminente ou atual.

2. Procedimentos de escape: As tripulações de voo são treinadas para seguir procedimentos específicos em caso de windshear. Isso pode incluir aumentar a potência dos motores, manter a velocidade e a altitude, e, em alguns casos, interromper a decolagem ou arremeter durante o pouso para evitar condições perigosas de windshear.

3. Equipamentos de bordo: Algumas aeronaves são equipadas com sistemas mais avançados de detecção de windshear, como o radar de controle climático, que ajuda a identificar regiões com windshear e turbulência.

4. Treinamento da tripulação: Pilotos e outros membros da tripulação recebem treinamento específico para reconhecer e lidar com condições de windshear. Isso inclui a simulação de cenários de windshear em simuladores de voo para praticar as respostas corretas.

5. Monitoramento meteorológico: Os pilotos e despachantes recebem informações atualizadas sobre as condições meteorológicas ao longo da rota planejada. Isso ajuda a identificar áreas de possível windshear e permite que a tripulação tome decisões informadas.

6. Melhoria de infraestrutura: Em aeroportos propensos a windshear, melhorias na infraestrutura podem ser implementadas para ajudar a mitigar os efeitos. Isso pode incluir a instalação de equipamentos de detecção de windshear no solo e sistemas de alerta precoce.

7. Pesquisa e desenvolvimento contínuos: A indústria da aviação continua investindo em pesquisa e desenvolvimento para melhorar a detecção e a previsão de windshear. Isso pode incluir o aprimoramento de sistemas de radar meteorológico e a coleta de dados em tempo real para melhorar os modelos de previsão de windshear.

É importante lembrar que, embora essas técnicas de mitigação sejam eficazes, o windshear ainda representa um desafio significativo para a aviação. Portanto, a conscientização, o treinamento adequado e a utilização de tecnologias avançadas são essenciais para garantir a segurança das operações aéreas.

Exemplos de acidentes no passado

Voo 191 da Delta Airlines (31 de agosto de 1988)

O Voo 191 da Delta Airlines era um Lockheed L-1011 TriStar que operava entre o Aeroporto Internacional de Fort Lauderdale-Hollywood e o Aeroporto Internacional de Los Angeles. Durante a aproximação para pouso em Los Angeles, a aeronave foi atingida por um microburst, resultando em uma perda significativa de sustentação. O avião colidiu com o solo, matando 137 das 152 pessoas a bordo, tornando-se um dos acidentes mais trágicos envolvendo windshear.

Voo 965 da American Airlines (20 de dezembro de 1995)

O Voo 965 da American Airlines era um Boeing 757-200 que voava de Miami para Cali, na Colômbia. Durante a aproximação para o Aeroporto de Alfonso Bonilla Aragón, a tripulação errou na programação do sistema de navegação e, como resultado, o avião acabou voando em direção às montanhas. Além disso, o voo encontrou condições de windshear durante a descida, dificultando ainda mais a situação. A aeronave colidiu com o Monte Illiniza, matando 159 pessoas, e apenas quatro passageiros sobreviveram.

Conclusão

As windshears representam uma séria ameaça à segurança da aviação, podendo causar acidentes graves. No entanto, graças aos avanços tecnológicos e ao treinamento adequado, a indústria aérea tem trabalhado para mitigar os riscos associados a esse fenômeno. A detecção antecipada de windshear e a adoção de procedimentos corretos pelos pilotos são fundamentais para garantir voos seguros e evitar tragédias como as mencionadas nos exemplos acima.

Referências:

1. NTSB - Relatório final do acidente do Voo 191 da Delta Airlines.

2. NTSB - Relatório final do acidente do Voo 965 da American Airlines.

3. Boeing - Airplane Flying Handbook (FAA-H-8083-3B).

4. Federal Aviation Administration (FAA) - AC 00-54, Pilot Windshear Guide.

5. NASA - Windshear Alert and Detection System.

6. Embry-Riddle Aeronautical University - "Windshear Detection, Avoidance, and Training: Past, Present, and Future."