Bay thermal
Bùi Thái Giang dịch
Hãy tưởng tượng ra thermal
Đáng tiếc là ta không thể nhìn thấy không khí cho dù lạnh hay nóng. Để tận dụng được hết thảy những gì điều kiện thời tiết cho phép ta cần dựng lên trong trí óc hình ảnh của cột thermal mà ta đang lượn theo, để hình dung ra nó trong trí tưởng tượng của mình, hãy xem hình dưới đây. Một số thermal rất lớn và dài thậm chí hàng ki lô mét, ví dụ dưới các dãy mây kéo dài (phố mây = cloud street). Một số khác nhỏ, hẹp, hoặc tạo bởi nhiều lõi, mỗi lõi có tốc độ leo khác nhau đáng kể. Phần tiếp theo giới thiệu một số cấu trúc thermal khác nhau để giúp cho việc tưởng tượng trở nên dễ dàng hơn.
Cấu trúc xoáy (vortex) của thermal
Vòng khói mà người hút xì gà nhả ra cho ta một ví dụ về cấu trúc xoáy của thermal. Bằng kinh nghiệm ta có thể biết là thermal ở vùng lõi mạnh gấp nhiều lần ở vùng mép. Tại sao lại như vậy? Để giải thích cho điều này người ta đã xây dựng lý thuyết cấu trúc xoáy. Ta có thể kiểm chứng tính chính xác của lý thuyết này thường xuyên qua việc quan sát: khi thermal bốc lên, ma sát với không khí xung quanh làm cho nó bị chậm hơn ở phần mép. Điều này dẫn đến chuyển động quay từ trong ra ngoài giống như khi ta tháo tất khỏi chân. Ta có thể quan sát thấy những xoáy này cả ở trong các bong bóng lẫn cột thermal. Hãy xem sự khác biệt của cấu trúc vòng xoáy (vortex ring) đối với hai phi công A và E.
Phi công A đang ở trong phần lõi và leo với tốc độ gấp đôi phi công B, đã leo đến phần đỉnh [của cột thermal]. Khi phi công A đuổi kịp B thì sẽ có tốc độ leo như nhau. Phi công B bay ngược chiều gió tạo bởi vòng xoáy. Nếu như mang theo GPS thì ta có thể thấy tốc độ bay (ground speed) khi đó là thấp hơn so với thời điểm ngay trước đó. Nếu bay trên vùng tâm của phần lõi bỗng nhiên ta sẽ thấy xuôi gió kết hợp với tốc độ leo thấp hơn. Có thể cảm nhận thấy sự tăng tốc khi bay vào vùng lõi và khu vực xuôi gió, và khi đó người phi công cần vòng rẽ ngay lập tức để giữ vị trí trong vùng lõi và tối ưu hóa tốc độ leo của mình. Vùng lõi của vòng xoáy khá là nhiễu loạn (turbulent) và phi công phải liên tục tác động dây lái để chỉnh xoay lắc cánh dù và điều chỉnh để giữ nguyên vị trí trong vùng nâng mạnh nhất.
Phi công C vẫn ở trên cột thermal. Chỉ khi bay tụt xuống và cột thermal bốc cao lên hơn thì anh ta mới có thể bay thermal và lấy thêm độ cao. Phi công D đã rơi khỏi vùng có thermal và đang hướng ra khỏi cột thermal. Nếu mang theo GPS anh ta có thể thấy tốc độ bay (ground speed) tăng lên và tốc độ rơi cũng tăng lên theo. Phi công E đang tiếp cận thermal ở dưới thấp. Anh này đang xuôi gió và thấy tốc độ rơi giảm dần, trên thực tế anh ta đang bị hút vào cột thermal. Ví dụ trên cho thấy tầm quan trọng của việc phải luôn luôn mường tượng trong đầu hình ảnh cột thermal ta đang bay trong đó và phải hình dung ra nó một cách rõ ràng. Chỉ có như vậy thì ta mới có thể hiểu những gì đang diễn ra trong suốt quá trình bay thermal và ta đang ở phần nào của cột thermal để có thể tận dụng tối đa nó. Điều này cho phép ta vào lại vùng lõi nhanh hơn trong trường hợp ta ‘sểnh’ mất nó.
Lời khuyên: Nếu ta bay thẳng và bỗng thấy bị dạt mạnh về một phía, có thể kết hợp với giảm tốc độ rơi, ta phải ngay lập tức bay theo hướng dạt đó. Nhiều khả năng là ta bay thẳng vào cột thermal, giống như những gì phi công E đang chuẩn bị làm là tiến vào cột thermal.
Kinh nghiệm: Trong một lần bay thermal tôi đã có được kinh nghiệm hết sức tuyệt vời khi lướt trên vùng vortex của một cột thermal rất mạnh. Tôi leo tới trên 9 m/s trong một ngày hoàn toàn không có gió, và bỗng nhiên nhận thấy qua việc nhìn GPS thấy tốc độ tiến giảm xuống 0! Câu hỏi khi đó là không hiểu bỗng nhiên từ đâu lại có gió mạnh thổi đến. Nhưng giờ đây tôi đã nhận ra là đơn giản là tôi đang ở đỉnh của vòng xoáy, hướng thẳng đến vùng không khí đang đổ ra (xem hình 1.29, vị trí của phi công . Sau đó tôi đã lên đến 1,500 m thẳng đứng trong thời gian hết sức ngắn, bay thẳng và thực ra là ‘đứng’ tại chỗ! Thật tuyệt vời!
Hãy hình dung là có 2 phi công đang tìm cách ‘khai thác’ vùng thấp của một bong bóng thermal đang bốc lên dưới dạng cấu trúc xoáy; một người ở vị trí 50 m dưới thấp và ngay sau đó bị ‘tuột’ khỏi bong bóng thermal, do là anh ta rơi dần xuống trong khối khí xung quanh đang bốc lên nhanh hơn mình. Trong khi đó người phi công bay ở độ cao cao hơn 50 m thì vào vùng tâm của vòng xoáy tại đó không khí đang bốc lên được tăng tốc bởi cấu trúc xoáy. Mặc dù bong bóng thermal đang bốc lên với tốc độ 1 m/s nhưng vùng tâm thì đang tạo ra tốc độ leo 2 m/s vừa đủ để cân bằng với tốc độ rơi của vòm dù. Nếu không phải là do có hiệu ứng này thì giả sử tốc độ rơi nhỏ nhất – 1m/s, người phi công ở trên sẽ tụt xuống đáy bong bóng thermal trong vòng 50 giây (anh ta ở vị trí 50 m cao hơn so với người bạn) – nhưng thực tế thì anh ta lại bốc lên cùng với bong bóng thermal suốt cho đến tận chân mây (cloudbase)!
Một bong bóng thermal đang lên. Người phi công ở phía dưới đã để ‘tuột’ mất nó trước đó và đang cố tìm lại trong vô vọng ‘em’ thermal này giờ đây đã ở vị trí cao hơn. Trong khi đó thì người phi công ở phía trên đã vào được tâm của vòng xoáy và tìm cách giữ vững vị trí đó. Người phi công ở dưới chỉ còn nước ‘đứng’ nhìn [một cách thèm thuồng + ghen tị + thở dài thườn thượt ] trong khi người bạn đang mỗi lúc một nhỏ dần nhỏ dần ở tít trên cao.
Ngay trong một cột thermal thì cũng có vài ‘điểm nóng’ (hotspot) tại đó lực nâng thậm chí là tốt hơn.
Lời khuyên của thày thuốc: Vòng xoáy là chỗ phổ biến đối với các thermal biệt lập với phần lõi nhỏ hẹp. Khi thermal lớn rộng ra như thường có dưới ‘phố mây’, v.v. thì hiếm khi ta thấy cấu trúc này.
Một đám mây có hình xoáy ‘cổ điển’ như ta thường đề cập đến. Bằng cách quan sát các đám mây này ta có thể học hỏi được rất nhiều về cấu trúc của các cột thermals [tàng hình] vô hình kia.
Quy tắc bay vào thermal:
-Dù đã lượn vòng trong thermal được quyền lượn vòng tiếp.
-Vào thermal phải cùng hướng với dù đã ở trong thermal.
-Nếu chỉ có 1 dù khác trong thermal, ta có thể rút ngắn vòng lượn nhưng phải ‘đồng điệu’ với dù kia.
-Khi có nhiều hơn 1 dù, ta PHẢI lượn vòng giống như các dù khác.
-Tìm thời điểm thích hợp để vào thermal sao cho không ảnh hưởng đến các dù khác.
Tôi thường thấy các phi công sục sạo tìm kiếm thermal ở những nơi được coi là không mấy khi có, và các phi công này hay hỏi tôi (Burkhard Martens) là tại sao tôi lại bay vào điểm đó để tìm [thermal]. Mỗi khi được hỏi như vậy tôi phải kìm mình lại để không trả lời đại loại như “trông có vẻ được”. Thực ra để có thể thấy một điểm nào đó ‘trông khá hơn’ tất cả mọi vị trí tiềm năng khác xung quanh là vấn đề hết sức phức tạp, và để đi đến kết luận thì ta phải cân nhắc hàng loạt vấn đề. Đối với những người mới bay [beginner] thì tất thảy ở đây là ý thức, nhưng khi đã có kinh nghiệm thì điều này trở thành là [hành động theo] tiềm thức cho tới khi ta không thể nào nói ra được điều gì đã xui khiến ta bay tới đó nữa!
Trong quá trình học bay ta cần xem xét các vấn đề sau:
-Loại đất/bề mặt nào dễ bị đốt nóng?
-Thermal bốc ra từ thửa đất đó sẽ di chuyển về đâu khi xét đến ảnh hưởng của gió và hình dáng bề mặt?
Một điểm kích hoạt thermal cực kỳ dễ nhận thấy, chỗ núi có hình yên ngựa của thung lũng Schnalstal vùng núi Alps thuộc Ý. Nhìn chung, rặng núi sẽ kích hoạt thermal, nhưng có một chỗ tạo hình cong như thế này hướng thẳng về phía mặt trời như những chỗ bên phải hoặc bên trái tùy theo hướng gió, sẽ là cực kỳ tốt. Ở giữa chỗ cong ta có thể sẽ [bị tụt] gặp phải chỗ có tốc độ rơi tăng lên.
Ta đã học được một điều là có thermal vì mặt trời đốt nóng mặt đất và mặt đất bị nung nóng đốt nóng lớp không khí ở trên bề mặt. Nào ta hãy tiến thêm một bước nữa.
Trị số phản xạ Albedo, một thước đo về ‘khả năng sinh nhiệt’ của đất Trị số albedo cho biết có bao nhiêu phần của ánh sáng mặt trời được phản xạ bởi một loại vật liệu nào đó. Trị số albedo càng cao, thì càng tệ cho thermal phát triển bởi vì mọi năng lượng đều bị phản xạ mất và không còn đủ ‘loanh quanh’ để nung nóng mặt đất. (anh em có thể xem thêm ở đây: Albedo)
Trị số phản xạ Albedo của các loại bề mặt khác nhau
Loại bề mặt—————————Trị số phản xạ Albedo
Cánh đồng lúa khô——————Cực kỳ thấp
Bê tông Asphalt———————Cực kỳ thấp
Đất đen———————————Rất thấp
Cát ẩm———————————Rất thấp
Rừng cây lá nhọn———————Rất thấp
Đất không có cây cỏ—————Thấp
Cỏ———————–——————Thấp
Rừng cây đã rụng lá—————Thấp
Sa mạc / nước————————Trung bình
Cát khô———————————Cao
Tuyết———————–—————Rất cao
Nhưng chỉ riêng trị số albedo không thì không thành câu chuyện. Nếu đất ngập nước, năng lượng trước hết bị tiêu vào việc làm bốc hơi trước rồi mới xảy ra quá trình nung nóng. Quá trình này tiêu tốn nhiều năng lượng, phần còn lại thì không đủ để tạo thermal.
Cuối cùng là đất xốp chứa rất nhiều không khí thì bị đốt nóng nhanh hơn nhiều so với đất bị lèn chặt.
Các yếu tố cần xem xét khi đánh giá khả năng tạo thermal của bề mặt nào đó
Đất ẩm hấp thu nhiều năng lượng mà chẳng nhả ra gì cả. Để cho những vùng đất hoang cây cối thấp & ẩm thấp tạo ra thermal ta phải chờ đến khá muộn trong ngày, khi mà xung quanh đã nguội bớt đi. Những vùng đất ẩm này sẽ nguội chậm hơn và đôi khi cho phép ta lượn lờ ở các chỗ có lực nâng nhẹ, ở những chỗ mà bình thường ta không mấy khi tìm thấy lực nâng.
Các khu rừng mà cây rụng lá có trị số albedo tương đối thấp, nhưng chứa ẩm cao. Cái này làm cho chúng kém thú vị về vấn đề thermal so với rừng cây lá nhọn ở đó chứa ít ẩm thấp hơn.
Bất kỳ bề mặt nào hướng vuông góc với tia nắng mặt trời sẽ bị đốt nóng mạnh hơn so với các chỗ xung quanh, những bề mặt không hướng vuông góc [với tia nắng mặt trời]. Đối với Bắc bán cầu, điều này có nghĩa là các mặt dốc hướng về phía Đông vào buổi sáng, các mặt dốc hướng về phía Nam vào buổi trưa và các mặt dốc hướng về phía Tây vào buổi chiều. Vì mặt trời cao hơn vào buổi trưa, các mặt dốc hướng về phía Nam có thể thấp hơn (ở vùng xích đạo thậm chí chúng có thể là bằng phẳng) hơn so với các mặt dốc hướng về phía Đông và phía Tây. Mùa đông ở châu Âu thì chỉ có các mặt dốc đứng hướng về phía Nam là tạo ra thermal có thể sử dụng được.
Các bề mặt có nhiệt dung riêng cao (ví dụ như đá) thì mất nhiều thời gian hơn để đốt nóng, nhưng khi đã nóng rồi thì chúng sẽ vẫn tiếp tục tạo thermal ngay cả vào những lúc trời mây âm u ngắn.
Các mặt dốc đứng hướng về phía Đông sẽ tạo thermal trước hết vào buổi sáng, không phải vì vấn đề nhiệt dung riêng mà là vì chúng hướng về phía mặt trời với thời gian lâu nhất.
-Bề mặt sa mạc và cát khô có trị số albedo cao, nhưng rất xốp. Hơn nữa, sa mạc thường ở những vùng có ánh sáng mặt trời mạnh, và độ xốp cộng với độ mạnh của ánh sáng mặt trời kết hợp với nhau tạo thành thermal hết sức mạnh ở vùng sa mạc.
-Rừng cây lá nhọn và đất trống là nguồn tạo thermal tốt.
-Cánh đồng (cây, hoa màu) màu xanh, ẩm ướt không tốt, nhưng khi mới thu hoạch thì OK. Nếu có cỏ khô trên cánh đồng thì có khả năng là tốt!
-Đồng lúa hoặc khoai tây là tốt. Đồng ngô chỉ trở nên tốt vào mùa thu.
-Thửa ruộng đã cày thì tốt hơn là đất chưa được xử lý gì cả.
-Các khu đậu xe màu đen hoặc các khu công nghiệp thường là nguồn tạo thermal cực kỳ tốt.
Anh nông dân đang chuẩn bị thu hoạch cỏ. Người phi công nhìn thấy liền bay đến ngay trên khu vực này. Vị trí này là tốt không chỉ bởi vì trị số albedo thấp của đồng cỏ mà còn là vì chính người nông dân cùng với cái máy cày đã kích hoạt (trigger) tất cả không khí nóng đã tích tụ khi lái máy chạy quanh khu đồng.
Lời khuyên: Khi khu đậu xe có đầy ô tô, nó thậm chí còn tốt hơn nữa vì có nhiều không khí nóng bị giữ trong các xe đậu ở đây. Thermal tạo ra từ khu đậu xe mà đầy xe nói chung thường là mạnh hơn và rộng hơn và dễ hơn cho ta khi định tâm.
Lời khuyên: Thermal có thể đến từ bất kỳ bề mặt nào mà đã được đốt nóng sẵn bởi mặt trời. Để tạo bức tranh trong đầu ta hãy thử hình dung đi bộ trên mặt đất ở chỗ ta đang bay. Bất cứ chỗ nào ta cảm thấy không khí trở nên ấm hơn thì ta có thể trông đợi là có thermal được tạo ra, bất cứ khi nào ta thấy mát hơn thì như vậy sẽ không thú vị bằng. Điều này có nghĩa là những chỗ mát, bóng râm, và ẩm ướt là những chỗ sẽ cản trở thermal hình thành và phát triển.
Trong những điều kiện thích hợp thì “phố mây” cũng có thể tạo thành ngay cả ở vùng đồng bằng. Cũng giống như ở vùng núi vào đây là những ngày mà nếu gặp may thì các phi công có thể bay được rất xa trong thời gian ngắn.
Các điều kiện cần thiết để tạo thành “phố mây” ở vùng đồng bằng là như sau:
-Hướng gió phải tương đối đều ở mọi độ cao, tốc độ gió tăng theo độ cao.
-Sức gió phải cao nhất ở phần 1/3 trên của khoảng không giữa mặt đất và đỉnh mây.
-Phải có sự nghịch chuyển (inversion) ở độ cao tương ứng với đáy mây; mây phải có khoảng không theo chiều thẳng đứng để phát triển thuận lợi nhưng không được phép phát triển quá lớn. Với sự nghịch chuyển ở khoảng 1,000 m trở lên mức ngưng tụ có lẽ là ổn.
Khi tất cả các điều kiện đạt được ta có thể thấy khoảng cách giữa các “phố mây” là khoảng 2.5 đến 3 lần khoảng cách từ mặt đất đến đỉnh mây. Nếu mây phát triển đến độ cao 3,000 m so với mặt đất thì “phố mây” tiếp theo sẽ là ở khoảng cách là 7-9 km, và “phố mây” sẽ nối đuôi nhau xếp hàng theo chiều gió.
Lời khuyên: Có 2 điều cần chú ý xem xét khi sử dụng “phố mây” để bay ở vùng đồng bằng:
_Nếu khoảng cách giữa hai đám mây trong “phố mây” lớn hơn khoảng cách đến “phố mây” tiếp theo song song thì có lẽ ta nên chuyển sang “phố” khác.
-Nếu ta hướng một góc so với “phố mây” ta có thể đi khá xa theo các “phố” và chuyển sang phố khác khi thấy có khoảng trống lớn trên “phố” ta đang bay.
Hướng bay dự kiến (đường màu đỏ) và đường bay hiệu quả nhất (đường màu xanh). Khi thấy có khoảng trống trong “phố mây” là lúc ta chuyển sang phố khác theo hướng bay dự kiến. Đối với các khoảng trống lớn trong “phố mây” tốt hơn hết là nên đổi sang phố khác thay vì tiếp tục bay vượt qua khoảng trống lớn. Lời khuyên: “Ngày ở trong lịch ngắn hơn ngày trên thực tế” Khoảng cách đến một phi công khác đang bay mà ta nhìn thấy thường ngắn hơn nhiều so với khoảng cách mà ta nghĩ! Theo kinh nghiệm, thì khoảng cách đó chỉ xa phân nửa so với ta nghĩ và thường là gần hơn một chút!
Một minh họa đơn giản về chuyển động của không khí quanh các “phố mây”. Hình này cho thấy lý do tại sao khi nhảy từ “phố mây” này sang “phố mây” khác ta luôn luôn nên “nhảy” vuông góc với hướng gió (như trong Hình 1) là nhằm tránh bị mất nhiều thời gian hơn cần thiết trong vùng “tụt” (sink) giữa các phố.
Hai ảnh trên được chụp cách nhau 2 giây. Ta có thể thấy mây trôi xa đến mức nào ở ảnh thứ 2 so với ngọn cây ở phía dưới. Gió là quá mạnh để bay, và nếu mặt đất vẫn lặng gió thì chỉ là vấn đề thời gian, do gió chưa thổi xuống đến mặt đất mà thôi.
Bay kiểu cá heo dưới “phố mây” Bay kiểu cá heo là cách nhanh nhất và hiệu quả nhất để đẩy vài cây số lại phía sau ta khi bay XC. Khi bay kiểu cá heo, người phi công đơn thuần bay thẳng, kéo dây brake giảm tốc khi có lực nâng và tăng tốc khi bị tụt. Mẹo ở đây là điều chỉnh tốc độ cho đúng để cuối cùng thì cao độ thực tế không thay đổi và để thực hiện được điều này ta phải khổ công thực hành. Gần cloud base ta tăng tốc và tăng tốc độ rơi nhằm tránh bị hút vào mây. Ở dưới thấp hơn ta có thể chọn cách bay gần với tốc độ rơi tối thiểu nhằm tận dụng tối đa lực nâng mà ta có được. Bằng cách liên tục thay đổi khoảng đạp với speed bar ta có thể đẩy hoặc khoảng kéo dây brake nhằm duy trì trong vùng leo tốt nhất, thường là gần với cloud base. Một khi ta đã nắm chắc cách bay này thì rồi ta sẽ có những chuyến bay hết sức vừa ý.
Nguồn: Thermal Flying for Paraglider & Hang Glider Pilots, Burkhard Martens