ยิ่งสูง ยิ่งหนาว จริงไหม

December 9, 2019 | 13:52

จากโพสต์เรื่อง Contrails ที่ผมเขียนถึงอุณหภูมิภายนอกเครื่องบินที่มีโอกาสติดลบได้มากถึง -65 องศาเซลเซียสโดยเฉพาะหน้าหนาว เรามาลองดู มาตรฐานของอุณหภูมิที่ใช้เป็น reference กันก่อน

ICAO บัญญัติค่ามาตรฐานของชั้นบรรยากาศเอาไว้ เรียกว่าเป็น International Standards Atmosphere หรือเรียกย่อ ๆ ว่า ISA ดังนี้

ที่ระดับน้ำทะเล Mean Sea Level หรือ MSL กำหนดค่ามาตรฐานความกดอากาศคือ 1013.2 mb (millibars) หรือ 2992 “Hg (inches of mercury) และอุณหภูมิคือ 15 องศาเซลเซียส (59 °F) เราตัดเรื่องฟาเรนไฮต์ ไปดีกว่าบ้านเราไม่ค่อยได้ใช้

เคยได้ยินคำว่า “Standards Temperature Lapse Rate” ไหมครับ
“A standard temperature lapse rate is when the temperature decreases at the rate of approximately 3.5 °F or 2 °C per thousand feet up to 36,000 feet, which is approximately –65 °F or –55 °C. Above this point, the temperature is considered constant up to 80,000 feet.”

“ความสูงเพิ่มขึ้น 1000 ฟุต อุณหภูมิของอากาศจะลดต่ำลง 2 องศาเซลเซียส และจะลดลงทีละ 2 องศาเซลเซียสไปแบบนี้จนกระทั่งถึงความสูง 36000 ฟุต ซึ่งมีค่าอุณหภูมิมาตรฐานคือ -55 °C”
ลองคำนวณคร่าว ๆ กันดู
-ความสูง 36000 ฟุต อุณหภูมิของอากาศ (ค่ามาตรฐาน) คือ 36×2 = 72 แล้ว ลบออกไป 15 (ที่ MSL อุณหภูมิ +15 °C) เท่ากับ -57
-ความสูง 30000 ฟุต อุณหภูมิมาตรฐานคือ -45 °C แบบนี้เป็นต้น

หนังสือนักบิน เพื่อคนสนใจเครื่องบินและการบิน

ค่า ISA นี้มีความสำคัญ เพราะอุปกรณ์เครื่องวัดต่าง ๆ ของเครื่องบินนั้นจะอ้างอิงจากค่ามาตรฐานนี้เป็นหลัก

กลับมาที่ Standard Temperature Lapse Rate ครับ ที่ความสูง 36000 ฟุต นั้นตามทฤษฏีคือ อุณหภูมิ -55 °C และสูงกว่า 36000 ฟุตขึ้นไป อุณหภูมิจะไม่ลดลงแล้ว

มันจะมีค่าคงที่ที่ 55 °C นี้ต่อไปจนกระทั่งเข้าสูงชั้นความสูงที่ 80000 ฟุต

36000 ฟุต นี้เป็นความสูงของ tropopause อากาศที่ tropopause อุณหภูมิจะคงที่ต่อไปจนกระทั่งหลุดออกจาก tropopause เข้าสู่ชั้นบรรยากาศที่เรียกว่า Stratosphere (เลิกพูดต่อ เดี๋ยวออกไปนอกโลก)

“Any temperature or pressure that differs from the standard lapse rates is considered nonstandard temperature and pressure.” FAA

แต่บรรยากาศไม่ได้มีค่าตามมาตรฐานเสมอไป
ยกตัวอย่างแถบบ้านเราที่เป็นเขตร้อนนั้นแทบไม่ได้มีอุณหภูมิอากาศแบบที่กำหนดในมาตรฐานเลยด้วยซ้ำ
นั่นเป็นเพราะสภาพทางภูมิศาสตร์ แต่ละส่วนของโลกมีชั้นบรรยากาศไม่เหมือนกัน แกนการหมุนของโลกที่เอียงอยู่ 22 องศา
ก็ทำให้อุณหภูมิในแต่ละส่วนของโลกแตกต่างกันตามฤดูกาล

ลองดูข้อมูลของยอดเขาเอเวอเรสต์กัน

ความสูงของยอดเขาเอเวอเรสต์ (Everest Summit) คือ 8,848 เมตร หรือ 29,029 ฟุต ถ้าอุณหภูมิตาม ISA คือ -43 °C
ในความเป็นจริงยอดเขาเอเวเรสต์อุณหภูมิต่ำสุดที่มีการบันทึกคือ ติดลบถึง -60 °C ในช่วงฤดูหนาวและมีกระแสลมแรง และอาจจะอุ่น ๆ หน่อยที่ช่วงหน้าร้อนในเดือนกรกฏาคมก็ ติดลบแค่ -16 °C และอาจจะอุ่นกว่านี้ในตอนกลางวัน
นอกจากอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไปตามความสูงแล้ว ความกดอากาศก็ต่ำลงเรื่อย ๆ ด้วยเช่นกัน

เราจะไม่พูดถึงการปีนยอดเขาเอเวอเรสต์ครับ กลับมาที่เครื่องบินของเรากันต่อ

ถ้าเราบินที่ความสูง 40,000 ฟุต อุณหภูมิมาตรฐานของอากาศภายนอกเครื่องบิน “OAT: Outside Air Temperature” ควรจะเป็นเท่าไหร่

คำตอบคือ -55 °C เพราะเข้า tropopause ตั้งแต่ 36,000 ฟุต

แต่สภาพอากาศจริง ๆ นั้น Tropopause ไม่ได้อยู่ที่ 36,000 ฟุต ในบริเวณเส้นศูนย์สูตร

Tropopause อาจอยู่สูงถึง 40,000 หรือ 50,000 ฟุต

ส่วนบริเวณใกล้ ๆ ขั้วโลก Tropopause อาจอยู่ต่ำลงมาที่ ไม่ถึง 30,000 ฟุต ดูตัวอย่าง SigMet Chart ที่ใช้ในการบิน

กล่องสี่เหลี่ยม ๆ ที่เขียนตัวเลขแบบที่ผมใส่ลูกศรสีแดงไว้ หมายถึง ความสูงของ tropopause (x100) ฟุต ตามรูป SigMet Chart ของวันที่ 8 December 19 นี้จะเห็นว่า ความสูงของ tropopause นั้นมีตั้งแต่ 25000 ฟุต ไปจนถึง 55000 ฟุต

เวลาที่เราทำการบิน ถ้าบินที่ความสูงเกินกว่า tropopause อุณหภูมิของอากาศจะเริ่มคงที่ และบริเวณนี้จะไม่มีเมฆแล้ว

ความสูง 40000 ฟุต Time of Useful Consciousness เป็นเท่าไหร่นะ จำกันได้ไหม อ่านอีกทีที่ลิ้งค์ด้านล่างนี้ครับ
https://www.apilotclub.com/blogs/pressurisation/
15 วินาทีเท่านั้น เราจะหมดสติเนื่องจากขาดอากาศหายใจและตายในที่สุด

แล้วถ้าเป็นเรื่องอุณหภูมิล่ะ ยิ่งสูงขึ้น ๆ อุณหภูมิก็ยิ่งต่ำลง ๆ เรื่อย ๆ อันตรายไหม
ถ้าพูดถึงการบิน หากเราเจอสภาพอากาศภายนอกเครื่องบินที่ติดลบหลายสิบองศา
อาจไม่ทำให้เราตายทันที แต่อวัยวะส่วนที่โดนอากาศในสภาพเยือกแข็งนั้นเนื้อเยื่ออาจจะตายเพราะความเย็นจัด

การที่สมองและร่างกายจะเริ่มทำงานผิดปกติก็เมื่ออุณหภูมิของร่างกาย (body temperature) ลดต่ำลงถึง 35 °C ซึ่งเรียกว่า

“ภาวะตัวเย็นเกิน” หรือ “Hypothermia”

คนที่ปีนยอดเขาเอเวอเรสต์เสียชีวิตเพราะสาเหตุนี้กันมาก แต่สถิติการเสียชีวิตจริง ๆ นั้นเกือบครึ่งหนึ่งมาจาก หิมะถล่ม

ตกลงว่า ยิ่งสูง ยิ่งหนาว จริงไหม

คำตอบคือ จริงแค่บางช่วงของความสูงครับ

ดูภาพนี้ประกอบครับ เส้นสีแดงด้านขวามือของรูปเป็นการบ่งบอกอุณหภูมิที่เปลี่ยนไปตามความสูงที่เพิ่มขึ้น
จะเห็นว่า อุณหภูมิจะมีทั้งลดและมีเพิ่มเมื่อความสูง (ระยะห่างจากพื้นโลก) เพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ