坐飛機越來越颠簸的原因

今天小編分享的科學經驗：坐飛機越來越颠簸的原因，歡迎閲讀。

利維坦按：

前幾年，本人經歷過最劇烈颠簸的一趟班機是飛往銀川的，上下颠簸幅度之大，持續時間之長，當時的感受真的是可以用魂飛魄散來形容了……

現在的研究通常認為，全球氣候變暖導致了晴空湍流的增多。對流層是我們所生活的大氣層中最接近地表的一層。大氣層内存在着多個層，對流層上方是平流層。温室氣體的增加導致熱量在對流層内被困住，而通常會被釋放到平流層中。因此，平流層以類似于對流層升温的速率冷卻。這造成了大氣層垂直方向上的明顯温差。從而導致氣流更加混亂和不穩定，因此晴空湍流的遭遇次數也會增加。

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今天陽光燦爛，天空湛藍。機長剛剛宣布客機已經達到巡航高度，所以解除了安全帶指示燈。乘客們在機艙内走動着。突然，飛機開始搖晃。你本能地抓住椅子的扶手。已經站起來的乘客們緊緊抓住支撐物。與此同時，一個嬰兒開始哇哇哭喊起來。

一分鍾後，警報解除了，你的身體松弛下來，深深地呼出一口氣。然而，緊接着飛機像塊石頭一樣直線下降。你的胃懸到了嗓子眼——但機艙外沒有雷暴，甚至沒有雲。這到底發生了什麼？

這種被稱為晴空湍流（Clear-air turbulence）的現象是由于在全球範圍内的高速氣流旋渦引起的。這些強大的氣流自西向東環繞地球，我們在氣象圖上看到它們呈寬闊、波浪狀的線條，随着低氣壓和高氣壓中心變化彎曲。

只要這些氣流帶離飛行航線不太遠，航空公司飛機就會喜歡在這些高速氣流帶内飛行，這樣可以增加航速，縮短飛行時間。

這些旋渦對肉眼來説是看不見的，但會對飛機的機翼造成衝擊。當衝擊足夠強烈時，會使飛機突然上下颠簸。乘客會感到驚恐，機組人員也會踉跄不穩。在過去的 40 年中，全球各地的晴空湍流增加了 55% [ 1 ] 。氣候模型預測，在未來的 30 至 60 年内，晴空湍流可能會增加 100% 至 200%。每次颠簸來臨時都沒有任何預警。

當湍流在暴風雨或雲層中時，飛行員可以相對容易地察覺到它們的存在。機載雷達可以追蹤遠處的降雨動态，以揭示空氣的湍流運動。機長可以提前警告乘客和機組人員，告知他們在颠簸到來之前就座并系好安全帶。然而，雷達無法探測到晴空湍流的存在；機長通常在飛機遭遇湍流時才會知曉。

雲層湍流是由太陽的加熱效應產生的。當黎明到來時，太陽開始加熱地面，進而使得靠近地表的空氣升温。這些較温暖的空氣比上方的較冷空氣密度低，因此它們不斷上升。被替代的冷空氣則不斷下沉，這個過程不斷重復，形成了所謂的空氣對流。這些氣流的上升和下沉推動着飛機的機翼，如果推力強烈而且突然，飛機自然就會晃動起來。

晴空湍流幾乎全都發生在高速氣流中。高速氣流内的快速氣流帶（可想象為一個長方形管道）對上下的較慢氣流施加剪切力，導致高速氣流的上下邊界不再穩定，呈現模糊的狀态。然而，與此同時，高速氣流内的氣體與其上下氣體之間的密度差異使邊界重新穩定。

通過研究歷史飛行和天氣數據，英國雷丁大學的保羅 · 威廉姆斯（Paul Williams）及其同事發現 [ 2 ] ，從 1979 年到 2020 年，北大西洋噴流中的湍流頻率增加了 17% 至 55%。其中最嚴重的湍流類别增加幅度最大（重力加速度超過 1g）。

在這種重力加速度下，飛機上任何沒有被固定的物體，包括你的胃，都會暫時漂浮起來，因為湍流導致飛機的向下加速度比重力加速度更快。如果你沒有系好安全帶，當飛機迅速下降幾十米時，你會從座位上升起。

那麼，這種增加對于普通班機意味着什麼呢？

首先，嚴重湍流是相對較少發生的。根據飛行中的測量數據，在巡航高度的大氣層中，只有約 0.1% 的時間會有嚴重湍流存在。" 這意味着在平均 8 小時的飛行中，大約只有 30 秒的時間會遇到嚴重湍流。" 大氣科學教授威廉姆斯解釋道。更有可能的情況是，一個人坐 10 次班機，其中有 9 次沒有遭遇嚴重湍流，而只有 1 次會遇到幾分鍾的嚴重湍流。

輕度和中度湍流更為常見，也是我們大多數人會遇到的。在中度湍流中，飛機的高度跳躍和下降通常在幾米範圍内。威廉姆斯表示，如今的 8 小時飛行中可能會有 10 到 15 分鍾的晴空湍流，但根據模型的預測，随着全球氣候變化導致的風切變【一種大氣現象，風矢量（風向、風速）在空中水平和（或）垂直距離上的變化。編者注】在氣流中增加，未來幾十年内這種程度的湍流可能會增加一倍或兩倍 [ 3 ] 。

由于颠簸更加頻繁，飛機可能會更快出現機體老化和磨損，航空公司可能也會面臨更高的維修成本。乘客們還可能會遇到更多像我這樣焦慮不安的父母，他們努力讓自己年幼的孩子保持在座位上，每當安全帶指示燈亮起時都感到很緊張——對于小孩來説，那種安全帶扣環太容易打開了。

參考文獻：

[ 1 ] agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023GL103814

[ 2 ] www.nature.com/articles/s41586-019-1465-z

[ 3 ] link.springer.com/article/10.1007/s00376-017-6268-2

文 /Katherine Wright

譯 /tim

校對 / 瘦竹與腐竹

原文 /www.scientificamerican.com/article/yes-airline-flights-are-getting-bumpier-heres-why/

本文基于創作共享協定（BY-NC），由 tim 在利維坦發布

文章僅為作者觀點，未必代表利維坦立場

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