坐过飞机的人大多都有这样的经历：正坐得好好的，飞机突然晃了一下，甚至像过山车一样颠簸起来。空乘广播响起：“前方遇到气流，请各位乘客系好安全带。”那么问题来了，飞机在万米高空飞行时，为什么会出现颠簸？这种颠簸从何而来？是否危险？今天，小编将从科学的角度，揭开飞机颠簸的秘密。
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空中不是“高速公路”很多人以为飞机在高空飞行时“路况”很平坦，其实不然。飞机穿行的空气本质上是流动的流体，这个“流体世界”中充满了变化莫测的风、温度差异、气压波动、气团交汇等现象。当这些因素扰乱了空气的均匀流动，就会形成湍流，从而引起飞机的颠簸。
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根据湍流产生的机制不同，科学家通常将飞机遭遇颠簸的成因划分为三类：动力湍流、热力湍流、晴空湍流。其中，晴空湍流因其“无声无息”，既难以预测又难以防范，是今天我们重点关注的对象。首先，我们来分别了解一下这三种成因有何不同。引起飞机颠簸的三种大气湍流1.动力湍流：风遇山就激起“浪”动力湍流，顾名思义，是由空气动力作用产生的扰动，主要出现在低空。比如，当空气流遇到高山、建筑或地形起伏时，就像水流遇到岩石那样，会形成紊乱的涡流。这种扰动可以延伸到飞机的飞行高度，引起颠簸，尤其是在起飞或降落阶段最常遇见。
动力湍流引发飞机颠簸示意图丨[1]
此外，飞机在穿越不同风速的风层交界时（例如锋面附近），也可能遇到风切变，导致突如其来的晃动。
2.热力湍流：热气球升腾也会“拌”你一脚热力湍流主要由地表加热引起的垂直气流造成，常发生在晴朗的白天。当阳光加热地面时，地表温度升高，空气受热膨胀上升，形成对流。而不同区域地表加热不均（例如城市、草地、沙漠），就会导致上升气流强度差异，从而产生紊乱。
热力湍流示意图丨[1]
在飞行过程中，尤其是白天气温较高的地区，比如赤道、沙漠上空，飞机飞入这些热力扰动区域时，也会有颠簸感。这类湍流通常在低空较明显，高空相对较弱。
3.晴空湍流：无云无风，却最“狠毒”晴空湍流则是一种在高空、无雷雨云、无视觉征兆下发生的湍流，是最“狡猾”的一种。它通常出现在对流层顶部（大约8到12千米高空），最容易发生在喷射气流边缘，且多发生在飞行巡航阶段。
晴空颠簸区域的形成丨[4]
晴空湍流的危险性不在于强度最猛烈，而在于它的不可预测性和突然性。因为它往往出现在天空晴朗、雷达无法探测的区域，飞行员和乘客毫无心理准备时就会突然遭遇晃动，而且有时还非常剧烈，甚至会将未系安全带的乘客抛离座位。晴空湍流是怎么形成的？晴空湍流的“幕后推手”主要有两个：喷射气流和风切变。
喷射气流的扰动喷射气流是高空中高速流动的狭窄空气带，风速可以达到每小时200到400公里，像一条空中的“超高速公路”。它通常存在于对流层顶和对流层与平流层的交界处，环绕地球运行。
高空中常见的喷射气流：极地喷射气流（Polar Jet Stream）、副热带喷射气流（Subtropical Jet Stream）丨[4]
飞机为了节省燃油，往往选择沿着或穿越喷射气流飞行。但喷流的边界区域空气流速变化剧烈，气流之间存在强烈剪切，这就是晴空湍流的温床。当飞机进入这些风速急变的区域时，便会遭遇突如其来的颠簸。
垂直风切变与大气层不稳定风切变指的是风速或风向在不同高度或位置上发生突变。当风速从每小时100公里突然变为200公里，飞机仿佛一下子被“推了一把”，就会产生颠簸。而当风切变出现在空气稳定性较差的区域时，还会叠加形成空气波动和涡旋，导致更强烈的扰动。
风切变的含义丨[5]
为什么晴空湍流最让飞行员“头大”？相比雷雨云中湍流，晴空湍流更难预测。雷达系统可以探测云层中的水滴和冰晶，帮助飞行员避开雷暴。但晴空湍流区域往往无云、无雨、无电闪雷鸣，甚至天气晴朗，肉眼难以分辨，雷达也“无从下手”。
飞机气象雷达工作示意图丨[3]
此外，晴空湍流往往出现得突然，变化也很快，飞行员很难提前规避。唯一能依靠的是航空气象台发布的预测信息，或其他飞机的实时通报（例如前方飞机报告“FL360高度有中度CAT”，飞行员可以考虑改变高度）。
颠簸是否意味着危险？从安全角度来看，飞机在颠簸中的结构性安全是有保障的。现代民航飞机在设计和制造过程中，都会经历大量的应力测试，足以承受比实际飞行中遇到的湍流更严苛的条件。
但乘客受伤的风险依然存在。绝大多数颠簸造成的伤害，其实是因为乘客没有系好安全带。数据显示，在湍流事故中，70%以上的乘客伤害发生在未系安全带时被甩出座位。因此，空乘人员频繁提醒“即使指示灯熄灭，也要尽量系好安全带”，并非多此一举。
不管安全带指示灯是否亮起，都请尽量系好安全带丨[3]
飞机颠簸，就像我们在海上遇到的涌浪，是空中旅途不可避免的一部分。它的存在提醒我们：大自然的力量无所不在，即使在万米高空也不能掉以轻心。所以，下次坐飞机时，还是尽量做到全程系好安全带，为自己的生命安全增添一份“保险”。
参考文献
[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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