坐過飛機(jī)的人大多都有這樣的經(jīng)歷：正坐得好好的，飛機(jī)突然晃了一下，甚至像過山車一樣顛簸起來?？粘藦V播響起：“前方遇到氣流，請各位乘客系好安全帶?！蹦敲磫栴}來了，飛機(jī)在萬米高空飛行時，為什么會出現(xiàn)顛簸？這種顛簸從何而來？是否危險？今天，小編將從科學(xué)的角度，揭開飛機(jī)顛簸的秘密。

圖片來源：[2]

空中不是“高速公路”

很多人以為飛機(jī)在高空飛行時“路況”很平坦，其實(shí)不然。飛機(jī)穿行的空氣本質(zhì)上是流動的流體，這個“流體世界”中充滿了變化莫測的風(fēng)、溫度差異、氣壓波動、氣團(tuán)交匯等現(xiàn)象。當(dāng)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(jī)的顛簸。

圖片來源：[2]

根據(jù)湍流產(chǎn)生的機(jī)制不同，科學(xué)家通常將飛機(jī)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(yù)測又難以防范，是今天我們重點(diǎn)關(guān)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(jī)顛簸的三種大氣湍流

1.動力湍流：風(fēng)遇山就激起“浪”

動力湍流，顧名思義，是由空氣動力作用產(chǎn)生的擾動，主要出現(xiàn)在低空。比如，當(dāng)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(jī)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(fā)飛機(jī)顛簸示意圖丨[1]

此外，飛機(jī)在穿越不同風(fēng)速的風(fēng)層交界時（例如鋒面附近），也可能遇到風(fēng)切變，導(dǎo)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(fā)生在晴朗的白天。當(dāng)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(qū)域地表加熱不均（例如城市、草地、沙漠），就會導(dǎo)致上升氣流強(qiáng)度差異，從而產(chǎn)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(qū)，比如赤道、沙漠上空，飛機(jī)飛入這些熱力擾動區(qū)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(fēng)，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(fā)生的湍流，是最“狡猾”的一種。它通常出現(xiàn)在對流層頂部（大約8到12千米高空），最容易發(fā)生在噴射氣流邊緣，且多發(fā)生在飛行巡航階段。

晴空顛簸區(qū)域的形成丨[4]

晴空湍流的危險性不在于強(qiáng)度最猛烈，而在于它的不可預(yù)測性和突然性。因?yàn)樗霈F(xiàn)在天空晴朗、雷達(dá)無法探測的區(qū)域，飛行員和乘客毫無心理準(zhǔn)備時就會突然遭遇晃動，而且有時還非常劇烈，甚至?xí)⑽聪蛋踩珟У某丝蛼侂x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(fēng)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(fēng)速可以達(dá)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(huán)繞地球運(yùn)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(jī)為了節(jié)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(qū)域空氣流速變化劇烈，氣流之間存在強(qiáng)烈剪切，這就是晴空湍流的溫床。當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入這些風(fēng)速急變的區(qū)域時，便會遭遇突如其來的顛簸。

垂直風(fēng)切變與大氣層不穩(wěn)定

風(fēng)切變指的是風(fēng)速或風(fēng)向在不同高度或位置上發(fā)生突變。當(dāng)風(fēng)速從每小時100公里突然變?yōu)?00公里，飛機(jī)仿佛一下子被“推了一把”，就會產(chǎn)生顛簸。而當(dāng)風(fēng)切變出現(xiàn)在空氣穩(wěn)定性較差的區(qū)域時，還會疊加形成空氣波動和渦旋，導(dǎo)致更強(qiáng)烈的擾動。

風(fēng)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(yù)測。雷達(dá)系統(tǒng)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(qū)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(dá)也“無從下手”。

飛機(jī)氣象雷達(dá)工作示意圖丨[3]

此外，晴空湍流往往出現(xiàn)得突然，變化也很快，飛行員很難提前規(guī)避。唯一能依靠的是航空氣象臺發(fā)布的預(yù)測信息，或其他飛機(jī)的實(shí)時通報（例如前方飛機(jī)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(jī)在顛簸中的結(jié)構(gòu)性安全是有保障的。現(xiàn)代民航飛機(jī)在設(shè)計和制造過程中，都會經(jīng)歷大量的應(yīng)力測試，足以承受比實(shí)際飛行中遇到的湍流更嚴(yán)苛的條件。

但乘客受傷的風(fēng)險依然存在。絕大多數(shù)顛簸造成的傷害，其實(shí)是因?yàn)槌丝蜎]有系好安全帶。數(shù)據(jù)顯示，在湍流事故中，70%以上的乘客傷害發(fā)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(jī)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(jī)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(xiàn)

[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.

本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自力學(xué)科普（ID：lxkp_cstam），如需二次轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者。歡迎轉(zhuǎn)發(fā)到朋友圈。

點(diǎn)個“小愛心”吧