◎环球科学
阳光明媚,万里无云,飞机上升到了巡航高度。在机长广播后,安全带指示灯熄灭,乘客也开始在机舱内来回走动。然而,突然之间,飞机一阵晃动。出于本能,你抓住了座位的扶手,离开座位的乘客则尽力保持平衡,婴儿也开始哭闹起来。
一分钟后,颠簸停止了。你终于放松下来,深深地呼出一口气。可飞机又开始像落石一般猛然下降,你感觉自己的胃都被颠到了嗓子眼——可奇怪的是,窗外并没有暴风雨,甚至连云也看不到。怎么在这样的好天气里,飞机还会剧烈颠簸呢?
(资料图片)
这种情况便被称为晴空湍流。晴空湍流产生于高空急流带附近。组成高空急流带的是强劲的气流,它们自西向东流动,将地球环绕其中。在气象图上,它们多以宽阔的波浪状线条表示,随低气压和高气压中心弯曲变化。
当这些高速气流带离飞行航线很近时,航空公司便喜欢让飞机在这些气流带中飞行,从而提高飞行速度,缩短飞行时间。与此同时,如果气流不够稳定,形成湍流,就会冲击飞机机翼。当冲击足够强烈时,飞机便会上下颠簸。在过去的40年里,晴空湍流在世界各地出现的次数增加了55%。根据模型预测,在未来的30到60年里,晴空湍流还将再增加100%~200%。更麻烦的是,每次晴空湍流出现时,都毫无迹象可寻。
当湍流出现在暴风雨或云层中时,飞行员能相对容易地察觉到它们的存在。机载雷达可以追踪远处的降雨动态,揭示空气的运动。因此,在这种情况下,飞行员可以预先通知乘客和机组人员,提醒他们在颠簸发生前就座并系好安全带。然而,对于晴空湍流,机载雷达却无能为力。因此,飞行员往往只有在遭遇晴空湍流之后,才能知晓它们的存在。
云层的湍流是由太阳的加热效应所产生的。黎明时分,太阳开始照射地面,进而加热地表附近的空气。加热后的空气由于密度比上方的冷空气小,因此会向上抬升,而原本上方的冷空气则会下沉到低处。空气如此循环运动,便形成了所谓的对流。大气的对流运动推动着飞机机翼,若是遇上突然产生的强对流,推力较大,飞机便会出现颠簸。
而晴空湍流则几乎只发生在急流带中。急流带高速流动的空气(不妨想象为一个矩形的管道)会对其上方和下方流动较慢的空气产生剪切力,破坏急流上下边界的稳定性,使边界不再明晰。与此同时,由于急流带空气与其上下方空气之间存在着密度差,边界又会重新趋向稳定。
在大多数时候,边界会克服不稳定的因素,回到稳定状态,让人享受一段平稳的旅途。但若是风切变增强,不稳定因素便会占据上风,导致空气乱流,飞机上下颠簸。
通过研究大量历史飞行数据和天气数据,英国雷丁大学的保罗·威廉斯和同事发现,1979年至2020年,北大西洋急流带中湍流的出现频率提高了17%~55%。其中,最严重的湍流类别(即G力大于1G的湍流)出现频率增幅最大。在这样的加速度下,飞机上任何没有固定的东西——包括人的胃,都将暂时漂浮起来,因为湍流导致飞机向下加速度超过了重力加速度更快。这种情况下,飞机能迅速下降几十米,如果没有系好安全带,乘客便会脱离座位。
这会如何影响我们乘坐的航班呢?首先,严重湍流相对较少发生。根据飞行中的测量数据,大气层中只有约0.1%的严重湍流会出现在飞机的飞行高度。“这意味着平均飞行8小时,才会遭遇约30秒的严重湍流。”大气科学教授威廉斯解释道。更有可能的情况是,每乘坐10次航班,有9次都不会遇到严重湍流,而只有1次会有几分钟的湍流出现。
轻度和中度湍流则更为常见,也是我们大多数人都会遇到的。在中度湍流的影响下,飞机会在几米范围内上下颠簸。威廉斯表示,目前,每飞行8小时可能会遇到10至15分钟的晴空湍流。然而预测模型显示,由于气候变化导致大气变暖,急流带中的风切变增强,在未来的几十年,这种程度的湍流将增加一倍甚至两倍。
由于颠簸更加频繁,飞机也可能更容易出现磨损,航空公司也可能会面临更高的维修成本。
(文章源自微信公众号环球科学)
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