飛機為什么在晴空萬里的時候也會顛簸？

坐過飛機的人大多都有這樣的經歷：正坐得好好的，飛機突然晃了一下，甚至像過山車一樣顛簸起來。空乘廣播響起：“前方遇到氣流，請各位乘客系好安全帶。”那么問題來了，飛機在萬米高空飛行時，為什么會出現顛簸？這種顛簸從何而來？是否危險？今天，小編將從科學的角度，揭開飛機顛簸的秘密。

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空中不是“高速公路”

很多人以為飛機在高空飛行時“路況”很平坦，其實不然。飛機穿行的空氣本質上是流動的流體，這個“流體世界”中充滿了變化莫測的風、溫度差異、氣壓波動、氣團交匯等現象。當這些因素擾亂了空氣的均勻流動，就會形成湍流，從而引起飛機的顛簸。

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根據湍流產生的機制不同，科學家通常將飛機遭遇顛簸的成因劃分為三類：動力湍流、熱力湍流、晴空湍流。其中，晴空湍流因其“無聲無息”，既難以預測又難以防范，是今天我們重點關注的對象。首先，我們來分別了解一下這三種成因有何不同。

引起飛機顛簸的三種大氣湍流

1.動力湍流：風遇山就激起“浪”

動力湍流，顧名思義，是由空氣動力作用產生的擾動，主要出現在低空。比如，當空氣流遇到高山、建筑或地形起伏時，就像水流遇到巖石那樣，會形成紊亂的渦流。這種擾動可以延伸到飛機的飛行高度，引起顛簸，尤其是在起飛或降落階段最常遇見。

動力湍流引發飛機顛簸示意圖丨[1]

此外，飛機在穿越不同風速的風層交界時（例如鋒面附近），也可能遇到風切變，導致突如其來的晃動。

2.熱力湍流：熱氣球升騰也會“拌”你一腳

熱力湍流主要由地表加熱引起的垂直氣流造成，常發生在晴朗的白天。當陽光加熱地面時，地表溫度升高，空氣受熱膨脹上升，形成對流。而不同區域地表加熱不均（例如城市、草地、沙漠），就會導致上升氣流強度差異，從而產生紊亂。

熱力湍流示意圖丨[1]

在飛行過程中，尤其是白天氣溫較高的地區，比如赤道、沙漠上空，飛機飛入這些熱力擾動區域時，也會有顛簸感。這類湍流通常在低空較明顯，高空相對較弱。

3.晴空湍流：無云無風，卻最“狠毒”

晴空湍流則是一種在高空、無雷雨云、無視覺征兆下發生的湍流，是最“狡猾”的一種。它通常出現在對流層頂部（大約8到12千米高空），最容易發生在噴射氣流邊緣，且多發生在飛行巡航階段。

晴空顛簸區域的形成丨[4]

晴空湍流的危險性不在于強度最猛烈，而在于它的不可預測性和突然性。因為它往往出現在天空晴朗、雷達無法探測的區域，飛行員和乘客毫無心理準備時就會突然遭遇晃動，而且有時還非常劇烈，甚至會將未系安全帶的乘客拋離座位。

晴空湍流是怎么形成的？

晴空湍流的“幕后推手”主要有兩個：噴射氣流和風切變。

噴射氣流的擾動

噴射氣流是高空中高速流動的狹窄空氣帶，風速可以達到每小時200到400公里，像一條空中的“超高速公路”。它通常存在于對流層頂和對流層與平流層的交界處，環繞地球運行。

高空中常見的噴射氣流：極地噴射氣流（Polar Jet Stream）、副熱帶噴射氣流（Subtropical Jet Stream）丨[4]

飛機為了節省燃油，往往選擇沿著或穿越噴射氣流飛行。但噴流的邊界區域空氣流速變化劇烈，氣流之間存在強烈剪切，這就是晴空湍流的溫床。當飛機進入這些風速急變的區域時，便會遭遇突如其來的顛簸。

垂直風切變與大氣層不穩定

風切變指的是風速或風向在不同高度或位置上發生突變。當風速從每小時100公里突然變為200公里，飛機仿佛一下子被“推了一把”，就會產生顛簸。而當風切變出現在空氣穩定性較差的區域時，還會疊加形成空氣波動和渦旋，導致更強烈的擾動。

風切變的含義丨[5]

為什么晴空湍流最讓飛行員“頭大”？

相比雷雨云中湍流，晴空湍流更難預測。雷達系統可以探測云層中的水滴和冰晶，幫助飛行員避開雷暴。但晴空湍流區域往往無云、無雨、無電閃雷鳴，甚至天氣晴朗，肉眼難以分辨，雷達也“無從下手”。

飛機氣象雷達工作示意圖丨[3]

此外，晴空湍流往往出現得突然，變化也很快，飛行員很難提前規避。唯一能依靠的是航空氣象臺發布的預測信息，或其他飛機的實時通報（例如前方飛機報告“FL360高度有中度CAT”，飛行員可以考慮改變高度）。

顛簸是否意味著危險？

從安全角度來看，飛機在顛簸中的結構性安全是有保障的。現代民航飛機在設計和制造過程中，都會經歷大量的應力測試，足以承受比實際飛行中遇到的湍流更嚴苛的條件。

但乘客受傷的風險依然存在。絕大多數顛簸造成的傷害，其實是因為乘客沒有系好安全帶。數據顯示，在湍流事故中，70%以上的乘客傷害發生在未系安全帶時被甩出座位。因此，空乘人員頻繁提醒“即使指示燈熄滅，也要盡量系好安全帶”，并非多此一舉。

不管安全帶指示燈是否亮起，都請盡量系好安全帶丨[3]

飛機顛簸，就像我們在海上遇到的涌浪，是空中旅途不可避免的一部分。它的存在提醒我們：大自然的力量無所不在，即使在萬米高空也不能掉以輕心。所以，下次坐飛機時，還是盡量做到全程系好安全帶，為自己的生命安全增添一份“保險”。

參考文獻

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/ZCyS7l72F4TUWC0_G58fpw

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_tweezers

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/50T-t4ps9qNOZVAXWKmbaQ

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/DNA

[5]https://mp.weixin.qq.com/s/Oqs5GIWFtCqj4eA7lnKXbw

[6]Yang L, Li Q, Ge Z, et al. DNA mechanics: From single stranded to self-assembled[J]. Nano Letters, 2024, 24(38): 11768-11778.

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