圖片來源：Unsplash
撰文 | Katherine Wright
翻譯 | 李承澤
編輯 | 二七
陽光明媚，萬里無雲，飛機上升到了巡航高度。在機長廣播後，安全帶指示燈熄滅，乘客也開始在機艙內來回走動。然而，突然之間，飛機一陣晃動。出於本能，你抓住了座位的扶手，離開座位的乘客則盡力保持平衡，嬰兒也開始哭鬧起來。
一分鐘後，顛簸停止了。你終於放鬆下來，深深地呼出一口氣。可飛機又開始像落石一般猛然下降，你感覺自己的胃都被顛到了嗓子眼——可奇怪的是，窗外並沒有暴風雨，甚至連雲也看不到。怎麼在這樣的好天氣裡，飛機還會劇烈顛簸呢？
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這種情況便被稱為晴空湍流（clear-air turbulence）。晴空湍流產生於高空急流帶附近。組成高空急流帶的是強勁的氣流，它們自西向東流動，將地球環繞其中。在氣象圖上，它們多以寬闊的波浪狀線條表示，隨低氣壓和高氣壓中心彎曲變化。
當這些高速氣流帶離飛行航線很近時，航空公司便喜歡讓飛機在這些氣流帶中飛行，從而提高飛行速度，縮短飛行時間。與此同時，如果氣流不夠穩定，形成湍流，就會衝擊飛機機翼。當衝擊足夠強烈時，飛機便會上下顛簸。在過去的40年裡，晴空湍流在世界各地出現的次數增加了55%。根據模型預測，在未來的30到60年裡，晴空湍流還將再增加100%~200%。更麻煩的是，每次晴空湍流出現時，都毫無跡象可尋。
當湍流出現在暴風雨或雲層中時，飛行員能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態，揭示空氣的運動。因此，在這種情況下，飛行員可以預先通知乘客和機組人員，提醒他們在顛簸發生前就座並繫好安全帶。然而，對於晴空湍流，機載雷達卻無能為力。因此，飛行員往往只有在遭遇晴空湍流之後，才能知曉它們的存在。
雲層的湍流是由太陽的加熱效應所產生的。黎明時分，太陽開始照射地面，進而加熱地表附近的空氣。加熱後的空氣由於密度比上方的冷空氣小，因此會向上抬升，而原本上方的冷空氣則會下沉到低處。空氣如此循環運動，便形成了所謂的對流（convection currents）。大氣的對流運動推動著飛機機翼，若是遇上突然產生的強對流，推力較大，飛機便會出現顛簸。
而晴空湍流則幾乎只發生在急流帶中。急流帶高速流動的空氣（不妨想象為一個矩形的管道）會對其上方和下方流動較慢的空氣產生剪切力，破壞急流上下邊界的穩定性，使邊界不再明晰。與此同時，由於急流帶空氣與其上下方空氣之間存在著密度差，邊界又會重新趨向穩定。
在大多數時候，邊界會克服不穩定的因素，回到穩定狀態，讓人享受一段平穩的旅途。但若是風切變增強，不穩定因素便會佔據上風，導致空氣亂流，飛機上下顛簸。
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通過研究大量歷史飛行資料和天氣資料，英國雷丁大學的保羅·威廉斯（Paul Williams）和同事發現，1979年至2020年，北大西洋急流帶中湍流的出現頻率提高了17％~55％。其中，最嚴重的湍流類別（即G力大於1G的湍流）出現頻率增幅最大。在這樣的加速度下，飛機上任何沒有固定的東西——包括人的胃，都將暫時漂浮起來，因為湍流導致飛機向下加速度超過了重力加速度更快。這種情況下，飛機能迅速下降幾十米，如果沒有繫好安全帶，乘客便會脫離座位。
這會如何影響我們乘坐的航班呢？首先，嚴重湍流相對較少發生。根據飛行中的測量資料，大氣層中只有約0.1%的嚴重湍流會出現在飛機的飛行高度。「這意味著平均飛行8小時，才會遭遇約30秒的嚴重湍流。」大氣科學教授威廉斯解釋道。更有可能的情況是，每乘坐10次航班，有9次都不會遇到嚴重湍流，而只有1次會有幾分鐘的湍流出現。
輕度和中度湍流則更為常見，也是我們大多數人都會遇到的。在中度湍流的影響下，飛機會在幾米範圍內上下顛簸。威廉斯表示，目前，每飛行8小時可能會遇到10至15分鐘的晴空湍流。然而預測模型顯示，由於氣候變化導致大氣變暖，急流帶中的風切變增強，在未來的幾十年，這種程度的湍流將增加一倍甚至兩倍。
由於顛簸更加頻繁，飛機也可能更容易出現磨損，航空公司也可能會面臨更高的維修成本。除此之外，公司還可能會遇到更多像我一樣不耐煩的父母，每當安全帶指示燈亮起時，他們都得不厭其煩地將年幼的孩子按在座位上——畢竟，對於小孩子來說，這種安全帶扣環太容易解開了。
原文連結：
https://www.scientificamerican.com/article/yes-airline-flights-are-getting-bumpier-heres-why/
本文經授權轉載自：環球科學 作者：環球科學
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