◎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？

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）

编辑/韩世容