Turbulentie is simpel gezegd een chaotische beweging van lucht. In plaats van een rustige, gestage stroming (laminaire stroming), ontstaat er een wirwar van wervels en draaikolken in allerlei richtingen en die bewegingen voel je soms in een vliegtuig. De chaotische bewegingen komen niet alleen voor op het niveau waar het vliegtuig vliegt. Turbulentie kan voorkomen vlak boven de grond tot hoog in de troposfeer en door verschilende processen ontstaan.

Op zonnige dagen wordt het aardoppervlak warm en stijgen warme luchtbellen op. Dit noemen we convectie. Piloten van zweefvliegtuigen maken hier dankbaar gebruik van want zo kunnen zij hoogte winnen. Voor andere vliegtuigen (zeker kleinere) kan dit voor onrustige omstandigheden zorgen als deze luchtbellen botsen tegen het vliegtuig. Hoe warmer het aardoppervlak en hoe sterker de zonnestraling, hoe groter de kans op is op deze convectie-turbulentie. De warme luchtbellen stijgen op zonder dat je ze met het blote oog ziet. Dit noemen we droge convectie. Wanneer de lucht condenseert tijdens het stijgen en er stapelwolken ontstaan spreken we van natte convectie. De stijgstromen in grote buienwolken zorgen zo ook voor hevige turbulentie en piloten zullen (zeker zware) buien mijden en omvliegen.

Als luchtstromen botsen met obstakels zoals gebouwen, bomen of bergen, wordt de stroming verstoord. Dit gebeurt vooral in de onderste paar honderd meter van de atmosfeer. In de buurt van het aardoppervlak, waar de wind ‘botst’ met het reliëf, ontstaan wervelingen en onregelmatigheden die je kan merken als je in een vliegtuig zit.

Windschering is een snelle verandering van windsnelheid of -richting over een korte afstand. Wanneer bijvoorbeeld de wind op 1000 meter hoogte ineens veel sterker is dan vlak aan de grond, ontstaat er instabiliteit en dus turbulentie. Dit type komt vaak voor in de buurt van fronten noemen we ook wel frontale turbulentie. In hevige buien kan er ook turbulentie door windschering optreden. 

Wanneer lucht een bergketen passeert, wordt deze opgetild en ontstaat er aan de lijzijde een zogenoemde rotorzone. Dit kan leiden tot zware, vaak langdurige turbulentie. Ook ontstaan er boven de bergen vaak ‘golven’ in de lucht (lee waves), die zweefvliegers juist opzoeken om extreem hoog te stijgen. Orografische turbulentie wordt ook wel ‘mountain wave turbulence’genoemd.

Wanneer een vliegtuig vliegt ontstaan er in het zog van het vliegtuig achter de vleugelpunten ook turbulente stromingen. Vooral bij grote vliegtuigen kunnen dergelijke luchtwervelingen fors uitpakken en een risico zijn voor kleinere vliegtuigen. De vortices die ontstaan vanaf de vleugeltips kunnen een paar minuten blijven bestaan en waaiern uit naar buiten en zakken geleidelijk naar beneden.

Een zeer vervelende vorm van turbulentie is Clear Air Turbulence, kortweg CAT. Deze turbulentie doet zich voor op kruishoogte, het niveau waarop airliners van A naar B vliegen. CAT komt voor in ogenschijnlijk heldere lucht, meestal nabij de straalstroom, een krachtige, smalle luchtstroom op circa 9 tot 12 kilometer hoogte. CAT is lastig te voorspellen, want er zijn vaak geen wolken die het verraden. Piloten vertrouwen daarom op rapporten van andere vluchten en turbulentievoorspellingen die door meteodiensten worden uitgegeven.

Meteorologen letten bij hun analyse van turbulentie op factoren zoals temperatuurgradiënten, windschering, CAPE (Convective Available Potential Energy) en jetstreams. Tegenwoordig zijn er geavanceerde modellen en producten beschikbaar die wereldwijd turbulentie voorspellen. Denk aan kaarten die gebieden met verwachte CAT aangeven, of convectie-indicatoren uit satellietdata. In de verwachtingen geven meteorologen aan of de verwachte turbulentie licht, matig, zwaar of extreem.

Voor moderne vliegtuigen vormt turbulentie zelden een echt gevaar. Ze zijn ontworpen om flinke krachten op te vangen. Voor kleine vliegtuigen en drones kan zware turbulentie wel degelijk risico’s opleveren.

Passagiers of bemanning kunnen wel gewond raken door turbulentie als ze niet vastzitten. Het advies is daarom altijd om je gordel om te houden als je zit. Turbulentie komt altijd onverwachts. 

Piloten zullen altijd gebieden met zware turbulentie ontwijken. Vliegen door zware buien is altijd een no-go en als een vliegtuig in een gebied met CAT komt zal de piloot uitwijken naar een ander flightlevel om uit de turbulentie te komen.

De straalstroom is sterk verbonden met windschering en daarmee met turbulentie op grote hoogte. Door klimaatverandering is het algemene beeld dat de atmosfeer ongelijk* opwarmt: de poolgebieden warmen sneller dan de tropen. Dat heeft invloed op de temperatuurverschillen op hoogte, en daarmee op de structuur en kracht van de straalstroom die hierdoor meer gaat golven maar ook in kracht afneemt waardoor de straalstroom grilliger wordt. 

Verschillende studies, waaronder van de Universiteit van Reading (VK), laten zien dat deze veranderingen leiden tot meer windschering in heldere luchtlagen, ergo meer Clear Air Turbulence. Volgens sommige modellen zou de hoeveelheid sterke CAT tegen het einde van deze eeuw wel kunnen verdubbelen op veelgebruikte trans-Atlantische vliegroutes.

Klimaatverandering zorgt voor een warmere atmosfeer die meer waterdamp kan bevatten. Dat betekent dat buien in de toekomst vaker intens en energiek zijn en op- en neergaande luchtstromingen in en rondom de buien sterker wordt. Voor luchtvaart betekent dit meer risico’s bij convectieturbulentie, zeker in de (sub)tropen.

Het algemene beeld is dat turbulentie vaker en heviger zal worden en een grotere rol in de luchtvaart gaat spelen in de toekomst. Denk aan:

meer omvliegroutes en vertragingen, 

hogere brandstofkosten door koersaanpassingen, 

grotere kans op verwondingen bij passagiers en bemanning, 

meer onderhoudskosten door slijtage aan vliegtuigen.