氣候變化將讓飛行更顛簸

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除了海平面上升、乾旱時間延長等各式各樣的氣候問題帶來的噩夢，全球氣候變化又將魔爪伸向了航空界。

撰文 Eric Niiler

翻譯 陸靜怡

審校 張士超

英國科學家用計算機模型模擬大氣中二氧化碳含量的變化，以分析其對晴空湍流造成的影響。數據顯示，目前大氣中二氧化碳的濃度是400 ppm，預計本世紀晚些時候，二氧化碳濃度將會上升到560 ppm，是工業化前水平的兩倍。那麼問題的答案是什麼呢？簡言之，飛行將會變得比現在顛簸得多。航空公司每年都要經受將近800次「遭遇湍流」帶來的大大小小的損傷，而這一變化將會成為航空公司的困擾。不過不用擔心，航空公司正在研發用於提醒飛行員應對湍流的機載系統。

2017年4月7日，《大氣科學進展》刊登了這項研究的論文。該論文基於雷丁大學氣象學家 Paul Williams 於2013年發表的研究成果。Williams 雖然發現了氣候變化會使飛行更顛簸，但他並沒有在結論中辨析顛簸程度。飛行中的重度顛簸足以讓空乘人員摔倒，而輕度顛簸可能只會弄灑你的雞尾酒。

William 說： 「2013年的那篇論文就像開路先鋒，它大致告訴我們將來湍流會更多，但並沒有深入探究。而新發表的論文首次探討了不同的強度的湍流，因此我們能夠分別預計輕度顛簸與重度顛簸未來的變化，前者是完全安全的，但會讓『恐飛』乘客感到難受，而後者則能夠導致乘客摔倒甚至受傷。」

講這項研究之前，我們先來了解一下晴空湍流的定義。不同於雷雨或飛機著陸時微下擊暴流造成的湍流，Williams 研究的30000英尺以上湍流源於高速氣流帶來的渦流與不穩定氣流。高速氣流是相對較窄、自西向東圍繞地球的氣流帶，南北半球各有兩條。高速氣流跟隨熱帶氣團與極地氣團的等溫線自北向南傳播。而氣候變化加快了高速氣流的傳播。

這也意味著飛行會更加顛簸。Williams 的研究表明，輕度顛簸將會上升59%，輕至中度顛簸則會上升75%。換言之，你將面臨更多打翻飲料的困擾，聽到更多系好安全帶的警告。而更糟糕的還在後面，重度顛簸的發生率將會不斷攀升。真正意義上強悍到足以攪得人仰馬翻的重度顛簸將上升149%。

當然了，飛行員知道如何應對顛簸，並能夠從空中交通管制中心或同一航線上的其他飛行員處得到湍流的實時消息。除此以外，科技也能幫上忙。

幾年前，在法國泰雷茲集團的帶領下，多家歐洲航空公司研發了一款能夠監測飛機前方18英里內晴空湍流的機載 LIDAR 系統。這個系統可以起一定的作用，但卻重達440磅，並且不是非常有效，價格更是不菲。德國宇航局（German Aerospace Agency）大氣物理研究所的 Paul Vrancken 評價該系統道：「就目前來看，這個系統太過昂貴。航空工業界對它並沒有太大的興趣。」

仍然有很多航空界的巨頭在試圖解決這個問題。例如最新的波音787-10夢幻客機，裝配有頭部感測器，能夠探測飛機前方湍流並將信號傳達給控制方向舵、副翼及其他翼面的電腦並做出調整，在乘客感受到顛簸之前減弱湍流的影響。

科技和對飛行員的訓練也許能夠減弱湍流增多對飛行造成的影響，不過同時，別管警示燈亮不亮，系好安全帶也許會是個明智之舉。

論文信息

【題目】Increased light, moderate, and severe clear-air turbulence in response to climate change

【作者】 Paul D. Williams

【期刊】Advances in Atmospheric Sciences

【日期】07 April 2017

【摘要】Anthropogenic climate change is expected to strengthen the vertical wind shears at aircraft cruising altitudes within the atmospheric jet streams. Such a strengthening would increase the prevalence of the shear instabilities that generate clear-air turbulence. Climate modelling studies have indicated that the amount of moderate-or-greater clear-air turbulence on transatlantic flight routes in winter will increase significantly in future as the climate changes. However, the individual responses of light, moderate, and severe clear-air turbulence have not previously been studied, despite their importance for aircraft operations. Here, we use climate model simulations to analyse the transatlantic wintertime clear-air turbulence response to climate change in five aviation-relevant turbulence strength categories. We find that the probability distributions for an ensemble of 21 clear-air turbulence diagnostics generally gain probability in their right-hand tails when the atmospheric carbon dioxide concentration is doubled. By converting the diagnostics into eddy dissipation rates, we find that the ensembleaverage airspace volume containing light clear-air turbulence increases by 59% (with an intra-ensemble range of 43%–68%), light-to-moderate by 75% (39%–96%), moderate by 94% (37%–118%), moderate-to-severe by 127% (30%–170%), and severe by 149% (36%–188%). These results suggest that the prevalence of transatlantic wintertime clear-air turbulence will increase significantly in all aviation-relevant strength categories as the climate changes.

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