飛機(jī)為什么會顛簸？

于鵬翔

驚魂一刻

2023年7月10日，在上海虹橋機(jī)場，飛往北京的CA1524航班的200多名乘客正在有序登機(jī)。雖然此時窗外陰云密布，但是大家心情愉悅——因為當(dāng)天天氣不佳，很多航班晚點甚至取消了，而這個航班可以順利登機(jī)，也算是一種幸運。上海到北京的飛行時間并不長，飛機(jī)很快準(zhǔn)備降落了，有的乘客剛睜開惺忪的雙眼，正望向外面晴朗的天空，有的乘客正起身準(zhǔn)備去趟衛(wèi)生間，乘務(wù)員們在有條不紊地進(jìn)行著客艙安全檢查，一切如同往日。但所有人都無法想象，這看似平靜的天空，卻已在醞釀一場危險。

顛簸是突然發(fā)生的。毫無預(yù)兆，飛機(jī)猛地開始劇烈上下震動，過道上的人一下子就跌倒在地板上，人們驚呼起來?？粘巳藛T讓大家趕快坐好并系好安全帶。幸好，這次顛簸沒有持續(xù)太久，飛機(jī)很快就恢復(fù)了平穩(wěn)，大家驚魂未定。此時，一位女士剛從衛(wèi)生間里出來，慌忙地想找東西扶一下，一名乘務(wù)員也正要上前攙扶，但飛機(jī)忽然下墜，這兩個人一下子就被甩到了天花板上，之后又摔到了地上。這次顛簸更加劇烈，幾秒鐘過后，地面已經(jīng)是狼藉一片：水瓶、紙張、小枕頭散落滿地，天花板上出口的標(biāo)識也被撞壞。有乘客回憶道，第二次顛簸時有強(qiáng)烈的失重感，就像是坐過山車一樣，有的人從座椅上“懸”了起來，瞬間離開了座位。還有乘客說，第一次顛簸時人和身邊的東西都向上飛了起來，那時飛機(jī)正在穿越一朵巨大的白云，沒多久后第二次顛簸就發(fā)生了。兩次顛簸過后，飛機(jī)恢復(fù)穩(wěn)定，最終在正常的飛行時間里安全降落在首都機(jī)場。

那這兩次顛簸的原因是什么呢？事后，航空公司的通告是這樣表述的：“航班在飛行過程中突遇晴空顛簸，機(jī)組和乘務(wù)組按程序處置，全力維護(hù)旅客安全，在此過程中，一名旅客和一名乘務(wù)員受傷?！边@么看來，這個“晴空顛簸”就是造成這次事故的罪魁禍?zhǔn)琢?。什么是晴空顛簸呢？所謂晴空，就是看不到云、雨、雪等天氣的變化；而顛簸，顧名思義，就是指物體上下震蕩。

為什么會有晴空顛簸？

那這飛機(jī)飛得好好的，怎么就會在好天氣里突然發(fā)生顛簸呢？

在揭開謎底之前，我們要先知道飛機(jī)是如何飛行的：比空氣要重得多的飛機(jī)之所以能夠飛起來，關(guān)鍵就是通過機(jī)翼快速劃過空氣，讓空氣在機(jī)翼的上下產(chǎn)生不同的氣壓差，當(dāng)機(jī)翼下方的氣壓大于機(jī)翼上方的氣壓時，空氣就會在機(jī)翼的下方產(chǎn)生一個向上的力，這就是升力，飛機(jī)就被升力托舉起來了。這種氣體（或液體）快速流過物體表面產(chǎn)生壓力差的原理叫作伯努利原理。當(dāng)然，這是飛機(jī)能夠飛上天的簡單解釋，要想完整解釋升力的產(chǎn)生，同學(xué)們需要學(xué)習(xí)更多的空氣動力學(xué)知識。

即使人類掌握了先進(jìn)的科技，要想讓飛機(jī)安全穩(wěn)定地飛行，也需要空氣本身的配合，而風(fēng)就是空氣對飛行的影響因素。風(fēng)向的不同，對飛機(jī)造成的影響是不同的：逆風(fēng)飛行時，機(jī)翼與空氣的相對速度更大，會讓飛機(jī)獲得更大的升力；相應(yīng)地，順風(fēng)飛行時，機(jī)翼與空氣的相對速度更小，升力就會減小。但除了逆風(fēng)和順風(fēng)之外，空氣也會向其他方向運動，比如左右吹的側(cè)風(fēng)會讓飛機(jī)像風(fēng)箏一樣突然被吹偏，而向上向下的空氣對流運動就會讓飛機(jī)直接產(chǎn)生上下的顛簸。另外，突然改變的風(fēng)力也會影響飛機(jī)的升力，比如突然增加的順風(fēng)會讓飛機(jī)立刻減少升力，也就會讓飛機(jī)猛地下降一大截。

既然空氣的運動對飛機(jī)的影響這么大，我們能不能找到一個比較穩(wěn)定的大氣高度讓飛機(jī)可以平穩(wěn)飛行呢？我們需要再了解一下飛機(jī)飛行的環(huán)境——大氣。

在我們的頭頂上，有著上千千米厚的大氣層，這里是空氣的海洋。就像不同深度的海洋有不同的性質(zhì)，天空中不同高度的空氣成分和性質(zhì)也不相同。

距離我們最近的，是我們生活在其中的對流層，大約有12千米厚。這里的空氣會從地面獲得熱量，于是對流層呈現(xiàn)出下熱上冷的溫度差異。但是冷空氣會下沉，熱空氣會上升，從而產(chǎn)生上下的對流運動。因此，對流層大氣是整個大氣層中最活躍的地方。而且對流層中集中了75%的大氣質(zhì)量和90%的水，各種空氣成分都聚集在這層中，我們?nèi)粘Ｒ姷降娘L(fēng)、云、雨、雪等各種天氣現(xiàn)象，大多都出現(xiàn)在這層。

在對流層之上的是平流層。這里的空氣溫度與對流層相反：上層熱，下層冷。這樣的熱量分布不易產(chǎn)生空氣的上下對流運動，而且因為這里的空氣含量很少，所以沒有產(chǎn)生過多天氣變化的條件。這也讓平流層成為大氣層中比較穩(wěn)定的地方。

就像是魚兒在水中游動需要合適的水流及溫度，飛機(jī)的穩(wěn)定飛行也需要合適的大氣環(huán)境。那么，對流層和平流層這兩個截然不同的大氣層位置，哪個更適于飛機(jī)飛行呢？

答案可能和你想的不太一樣，大部分民航客機(jī)巡航既不完全在對流層，也不完全在平流層，而是在它們之間的位置：海拔7000～13000米的高度。這個位置既有一定的大氣穩(wěn)定性，就算產(chǎn)生危險也能留給飛機(jī)很大的調(diào)整空間，同時可以避免更高位置可能產(chǎn)生的危險和飛機(jī)的高油耗。但是這個位置也不是完美無缺的，如同平靜的水面下暗藏亂流，我們的大氣中也有一些我們看不到但是影響巨大的運動——急流。

太陽無時無刻不在給予地球熱量。但是因為地球是一個球體，所以不同緯度地區(qū)獲得的熱量是不同的，比如赤道很熱、極地很冷，這種冷熱的差異造成了大氣會因為冷熱不均而產(chǎn)生運動，而地球的自轉(zhuǎn)讓這種運動變得更加復(fù)雜。這些復(fù)雜運動的結(jié)果之一就是一些地方的高空形成了急流。這些急流呈帶狀，寬度從幾十到幾百千米不等，位置從低緯度到中高緯度都存在。既然叫急流，這里空氣的運動速度自然很快，時速從幾十到300千米不等。而這些急流帶的高度一般都在7000米以上。細(xì)心的同學(xué)可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，這個高度不正是飛機(jī)巡航的高度嗎？

雖然今天的航空業(yè)已經(jīng)比較熟悉急流帶的性質(zhì)，讓飛行變得安全了不少，但急流帶還是會隱藏一些危險。這里高速運動的空氣偶爾會產(chǎn)生各個方向的劇烈氣流變化， 我們管這種氣流叫作大氣湍流。這些湍流區(qū)域長約150～500千米，寬約80～160千米，高度范圍約1500米，從形成到消失短則半小時，長則一天。正因為湍流很多時候是突然出現(xiàn)，所以很難預(yù)測。而且在急流存在的高度，水汽比較少，干潔的空氣不容易形成云、雨等可以看見的天氣現(xiàn)象。湍流形成之后不僅我們?nèi)庋垭y以看到，就連飛機(jī)的雷達(dá)也會因為空氣水汽等可反射目標(biāo)較少而難以探測到，因此難免會發(fā)生這種窗外晴空萬里，實則氣流洶涌翻滾的晴空湍流。

飛機(jī)穿過這些區(qū)域的時候，會遭遇強(qiáng)烈的上升或下降的氣流，很可能影響飛機(jī)升力而導(dǎo)致劇烈顫抖，也就是遭遇晴空顛簸。當(dāng)這種顛簸非常嚴(yán)重的時候，駕駛員會由自動駕駛切換到手動駕駛，讓飛機(jī)采用“隨波逐流”的飛行姿態(tài)來減少機(jī)體所承受的載荷，降低危險，同時通過快速下降或者快速上升而飛離湍流區(qū)。但是這種駕駛方式就會給乘客帶來坐過山車一般的驚險體驗。比如2015年，一架由上海飛往莫斯科的航班在11千米的高度遇到晴空顛簸，短時間內(nèi)下降了4千米，幸好無人傷亡。當(dāng)然，這種嚴(yán)重的晴空顛簸是比較少見的，據(jù)統(tǒng)計，大氣層中只有約0.1%的嚴(yán)重湍流會出現(xiàn)在飛機(jī)的飛行高度，但是中度和輕度顛簸還是比較常見的。后兩種顛簸一般都在幾米的范圍內(nèi)產(chǎn)生，只要處理得當(dāng)，并不會嚴(yán)重影響飛行安全。前面提到的CA1524航班遇到的算是中度以上的晴空顛簸，兩位受傷人員也是因為正巧沒在座位上才受了傷。

顛簸并不罕見

其實除了急流產(chǎn)生的晴空湍流，還有很多其他情況會引起飛機(jī)的顛簸，比如一些高大山脈會影響空氣的流動，尤其是當(dāng)急流帶與山地影響下的風(fēng)相遇的時候，這種亂流也會出現(xiàn)。當(dāng)大氣中出現(xiàn)了明顯的天氣變化，比如巨大的積雨云、雷暴等天氣現(xiàn)象時，山峰周邊的空氣也容易出現(xiàn)湍流，這時候即使飛機(jī)沒有穿越這些云雨區(qū)域，在其周邊飛行也會受到氣流影響。但是這些氣流變化一般都比較明顯，飛機(jī)雷達(dá)是可以探測到的，因此我們可以盡量避免。

比較危險的顛簸并不是發(fā)生在高空，反而是在靠近地面的地方?？拷孛娴目諝馐艿孛鏌崃坑绊懘螅菀桩a(chǎn)生空氣的強(qiáng)烈對流現(xiàn)象，從而引起飛機(jī)顛簸。更危險的是風(fēng)切變。

當(dāng)氣團(tuán)相遇，雷暴、冷鋒或者暖鋒過境，甚至是地形變化、海陸變化等情況，都有可能造成風(fēng)向、風(fēng)力的突變，這種現(xiàn)象就叫作風(fēng)切變。風(fēng)切變會讓飛機(jī)的升力突然降低，甚至直接把飛機(jī)壓向地面。如果是距地面600米以下的低空風(fēng)切變，對飛機(jī)的威脅就更大，因為此時飛機(jī)一般都處在起飛或者降落的時候，很可能會由于沒有足夠的空間修正動作而發(fā)生危險。為了應(yīng)對此問題，機(jī)場都有非常完備的氣象觀測和預(yù)警系統(tǒng)，通過觀察機(jī)場周邊大氣的細(xì)節(jié)變化，預(yù)測和觀察風(fēng)切變產(chǎn)生的位置和時間，盡量避免風(fēng)切變對飛行安全造成影響。與此同時，飛機(jī)起飛后也會通過迅速爬升而遠(yuǎn)離低空，下降的時候，會通過機(jī)場指示避免遇到不穩(wěn)定氣流。

遇到顛簸怎么辦？

飛行中的顛簸并不罕見，且專家們預(yù)測，由于全球氣候的改變，未來飛機(jī)遭遇顛簸的可能性還會增加。那我們還能坐飛機(jī)嗎？答案是肯定的。坐飛機(jī)遭遇顛簸就像我們坐汽車會遭遇顛簸一樣，不可能完全避免，只要我們注意一些細(xì)節(jié)，它就不會對我們造成危害。那我們在乘坐飛機(jī)時應(yīng)該注意什么，才能進(jìn)一步減少危害呢？

首先，在飛機(jī)上放置行李時，你要注意把它在行李艙內(nèi)放穩(wěn)、放好，尤其是大件行李。其次，在飛行過程中，最重要的就是聽從機(jī)組人員的指揮。飛機(jī)在起降的時候都會有人提示乘客扣緊安全帶、收起小桌板，就是因為這時候是飛機(jī)最容易發(fā)生顛簸的時候。飛機(jī)在平飛的時候，你也要注意收聽廣播，有時機(jī)上廣播會提醒乘客衛(wèi)生間停用，請及時就座并系好安全帶，這是因為飛機(jī)接下來很可能會發(fā)生顛簸。最后，一旦顛簸發(fā)生，也不用過度驚慌，畢竟現(xiàn)代飛機(jī)的機(jī)身強(qiáng)度和飛行員的飛行技術(shù)都是有保證的，你只需要坐好、系好安全帶就可以了。如果你剛好正在走動中，就坐在最近的空座位上、系好安全帶，或者蹲下，扶住一個固定的物體，比如座椅扶手的下部，等顛簸過后再立刻回到座位。

從萊特兄弟實現(xiàn)用動力可控的飛行器飛行，到今天全球有上萬架飛機(jī)在幾萬條航線上飛行，飛機(jī)已經(jīng)成了我們生產(chǎn)、生活中不可或缺的交通工具。伴隨著一次次的空中危機(jī)，專家們通過分析危機(jī)原因，不斷地改進(jìn)飛機(jī)性能、提高駕駛水平，也在不斷地加深對自然的認(rèn)識。而作為乘客的我們，要做的就是聽從機(jī)組人員的指揮，享受每一段空中旅程。