高空中的氣象“高速公路”：西風急流如何影響現(xiàn)代飛行？

大氣中有各種天氣現(xiàn)象，其中一種很少被大眾關注，但很重要，那就是西風急流。

撰文 | 魏科

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什么是西風急流？

西風急流是中緯度西風帶對流層上層或平流層中一股強而窄的氣流，一般水平寬度數(shù)百千米，垂直厚度數(shù)千米，長幾千千米，彎彎曲曲自西向東圍繞半球一圈，這支西風急流中還有些區(qū)域被稱為西風急流核區(qū)，其中的西風氣流可達100~150 m/s或以上，這個風速已經超過了地表最強的臺風和龍卷的風速。

西風急流的形成與地球的自轉和大氣的熱力差異有關。赤道地區(qū)受到太陽直射，空氣較暖上升，到高空之后向兩極運動，由于地球自轉產生的科里奧利力，使得向兩極運動的氣流在北半球向右偏轉，在南半球向左偏轉。并進一步在熱力和渦旋的驅動下，風速越來越大，從而在副熱帶地區(qū)形成西風急流，這就是副熱帶急流，另外南北溫度差異導致氣壓差，也進一步加強了風速。

人類在上世紀20年代開始認識西風急流，并發(fā)展出了西風帶中的Rossby波理論，成為大氣動力學的基礎理論和天氣預報的理論依據(jù)。

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西風急流對飛行的影響

西風急流對飛行有著顯著的影響，它既可以是飛行員的朋友，也可以是麻煩制造者。當飛機順著西風急流飛行時，實際速度會增加，從而縮短飛行時間和減少燃油消耗。2024年初，美國CBS新聞報道，有些順風飛行的航班速度超過每小時800英里（1287.472千米/小時），遠比商業(yè)航班通常以每小時500英里（804.67千米/小時）至600英里/小時（965.604千米/小時）的速度快得多[1]，這使多趟飛機提前幾十分鐘到達。（1英里約等于1.60934千米）

當然，飛機飛過去還得飛回來，如果你在西風急流中飛，飛機的實際速度會降低，這會增加飛行時間并增加燃油消耗。但是最大的麻煩是西風急流內部的氣流并不均勻，有時會形成強烈的湍流和風切變，這會導致飛機顛簸，給乘客帶來不適，甚至對飛機結構造成損害。

所以，航空公司和飛行員需要根據(jù)西風急流的位置和強度來規(guī)劃航線，以最大限度地利用順風或避免逆風和顛簸區(qū)域。

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西風急流與氣候變化

西風急流的變化會對局地天氣和氣候造成顯著的影響。一方面，西風強度會影響中緯度地區(qū)的極端天氣，當西風急流比較強的時候，更容易把冷空氣禁錮在高緯度和極區(qū)地區(qū)，中緯度冷空氣活動較少，氣溫較為溫和；而當西風急流變弱的時候，西風急流更容易發(fā)生波動，可能導致極地冷空氣向南擴散，引發(fā)中緯度地區(qū)的寒潮和暴雪等極端天氣事件。西風急流的存在就像一個旋轉的陀螺，當陀螺旋轉更快的時候就更穩(wěn)定，而當陀螺旋轉速度減慢時，就容易倒地。

另一方面，急流位置也會影響全球和局地氣候，當北大西洋和歐洲地球西風急流向北移動時，會給歐洲帶來溫暖、暴風雨和潮濕的天氣，但緯度偏南的地區(qū)缺乏降雨。但是當這一地區(qū)急流向南移動時，急流會徑直穿過大西洋進入地中海地區(qū)，給這些南部地區(qū)帶來了充足的暴雨。

在氣候變化過程中，當全球溫度升高的時候，熱帶地區(qū)向兩極擴展，西風急流就隨著向兩極擴展，而當全球溫度降低的時候，熱帶地區(qū)收縮，西風急流就向赤道移動。Micheal Mann在Fragile Moment這本書里寫到，當古氣候中溫度降低，冰川分布更廣的時候，擴張的冰蓋驅動大氣急流向赤道移動，使亞熱帶和熱帶地區(qū)降溫并干旱化；反過來，當冰期結束進入間冰期時，全球升溫使得大氣急流向極地移動，很多亞熱帶地區(qū)溫度降水開始增多植被開始恢復。

隨著目前全球變暖愈演愈烈，極地地區(qū)的氣溫上升速度比低緯度地區(qū)快，這被稱作“北極放大”現(xiàn)象，這會導致極地與赤道之間的溫度差異減小。這種溫度差異的減小可能會影響西風急流的強度和位置。一些研究表明，隨著全球變暖的加劇，西風急流可能會變得更加不穩(wěn)定，導致極端天氣事件的頻率和強度增加。例如，西風急流的波動可能會引發(fā)更頻繁的極地氣團南下，導致中緯度地區(qū)的嚴寒天氣。同時，西風急流的變化也可能影響大氣中的水汽輸送，進而影響降水模態(tài)的分布。

另外，在航空安全方面，研究表明，在過去幾十年，與西風急流相關的風切變持續(xù)增加，例如，在1979-2017年間，北大西洋地區(qū)高空急流的風切變強度增加了15%，這使得這一地區(qū)嚴重的晴空湍流時間和強度都有所增加[2]。而隨著全球變暖持續(xù)，這種情況會變得愈發(fā)嚴重，有氣候模式模擬顯示，當二氧化碳濃度增加一倍時，北大西洋冬季高空晴空湍流的中位數(shù)強度將繼續(xù)增加10-40%，其中重度湍流增加達149%[3, 4]，東亞地區(qū)也是晴空湍流頻率增大趨勢最顯著的區(qū)域，這對航空業(yè)而言，可不是什么好事。

總的來說，西風急流是地球大氣中一支強大的氣流，對天氣和氣候有著重要的影響。隨著全球變暖的加劇，西風急流的變化可能會對天氣模態(tài)、極端天氣事件以及航空飛行產生深遠的影響。了解和研究西風急流，對于預測和應對氣候變化帶來的挑戰(zhàn)至關重要。

本文為科普中國·創(chuàng)作培育計劃扶持作品

出品：中國科協(xié)科普部

監(jiān)制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

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