为什么现在的飞机更颠簸了?

为什么现在的飞机更颠簸了?

太空僧,2022年新知答主|航天及天文优秀答主

这不是错觉,现在的飞机确实更颠了。

我们知道,飞机颠簸主要是因为飞进了不稳定的乱流造成的。如果你曾认真听过机上广播的话,常会听到这句:

女士们、先生们:请注意!受航路气流影响,我们的飞机正在颠簸,请您尽快就座,系好安全带。颠簸期间,为了您的安全,洗手间将暂停使用,同时,我们也将暂停客舱服务。谢谢。
Ladies and Gentlemen: Our aircraft is experiencing some turbulence. Please be seated as soon as possible, fasten your seat belt.

里面有一个词: turbulence(如果你是在国外乘他们的国内航班,有可能听到的是 air pocket.)

对于飞机来说,这里的 turbulence 其实更多是指 Clear-air turbulence(晴空湍流),简称 CAT。顾名思义,它是万里晴空中肉眼看不见的那种乱流,是由不同速度的气团相遇而形成的,发现于上世纪 40 年代。对飞行来说,影响最大的晴空湍流主要分布在海拔约 7 千米到 1.2 万

晴空湍流看不见(偶尔有个卷云提个醒),传统雷达[1]也探不清楚,飞行员很难提前避开它。

晴空湍流的平均长度大约为 60 公里,相当于约 5 分钟的飞行时间,而 1 公里的平均厚度又让飞机很难通过小幅的快速升降来机动规避[2]

当飞机误入 CAT 时,轻则飞机颠簸、重则导致飞机急速上抛和下降造成乘客和空姐受伤,在极端情况下,还可能导致飞机结构损坏或缩短飞机的疲劳寿命。

那是不是现在的 CAT 更多了呢?

是的。

简单地说,现在中纬度地区的飞机巡航高度的风切变更强了[3],晴空湍流也随之变强了[4]。FAA 的数据也表明[5][6],晴空湍流呈上升趋势。

而风切变之所以增强,是因为二氧化碳的人为排放增加。比如下图(b)显示二氧化碳的浓度逐年上升[7]

瓦里关测站观测结果与卫星结果对比(a 为月平均变化;b 为逐月变化) / 光合作用与季节强相关

不断增加的二氧化碳会让对流层变得更暖(极地还有放大效应),平流层就相对更冷,从极地到赤道的平均温度梯度变得更大[8],这种温度梯度形成了更复杂的天气,在对流层上部和平流层下部区域的风变得更强了[9],或者更学究气地说,上下气层流速差异导致在接触界面上产生垂直风切变(开尔文 - 亥姆霍兹波)。

这种风切变产生晴空湍流的概率,有研究认为会比大气其他区域高三倍[10]

有研究表明,若大气中的二氧化碳是工业革命前的二倍,那么冬季跨大西洋航线上含有中强晴空乱流的空域体积将增加 40%-170%[11]

从下图也能看出,1979 年到 2020 年,受气候变化及北大西洋涛动的影响,北大西洋上空发生晴空乱流的概率,也呈上升趋势。比如 2020 年的强 CAT 就比 1979 年高出 37%,而其中强湍流增加 55%(图中未体现)[12]

几次事故

比如去年(2024 年)5 月的新加坡航空 SQ321 航班,就因遇到晴空湍流,飞机在 0.6 秒内经历了垂直加速度从 +1.35G 下降到 -1.5G,导致一名乘客死亡(心脏病发作),104 名乘客受伤(包括椎骨和颅骨在内的骨折,以及大脑、脊髓和其他器官的内伤)

新加坡航空 321 航班的飞机:9V-SWM

2023 年 7 月国航上海飞北京的 CA1524 航班在降落前遭遇湍流,导致一名乘客和一名机组人员受伤,视频如下:

国航上海飞北京的 CA1524 航班在降落前遭遇湍流 https://www.zhihu.com/video/1928845352833913591

还有 2016 年,哥伦比亚航空从利马到布宜诺斯艾利斯的 AV965 号航班[13],晴空湍流也让 8 名正在发餐食的空姐弹至天花板而受伤。

总结

从 1979-2020 年全球的 CAT 趋势数据来看,过去四十年来,受全球变暖影响,晴空湍流较大幅地增加[14],其中增加最为明显的区域也是世界上航班最为繁忙的中纬度地区。

对于普通乘客来说,记住,只要屁股在座位上,就要系安全带。一旦遇到严重的湍流,要保持冷静,注意看有没有人或行李从天上掉下来砸到自己。

记住,系安全带,再不舒服也要系!

孙越真的系好安全带了,空姐来提醒了好几次,都扒开给空姐看了。