这次的“空中惊魂”，可能有两个原因

2023年7月10日， CA1524航班在飞行过程中突遇晴空颠簸，在此过程中一名旅客和一名乘务员受伤。

图片来源：微博截图

大家坐飞机的时候，多多少少都经历过颠簸，但这么严重能进入公众视野的确实少见。晴空颠簸是怎么产生的？本次晴空颠簸的原因是什么？我们来分析一下。

飞机颠不颠，乱流说了算

飞机飞得好好的，怎么突然颠了？这个问题可以类比为“汽车上的颠”，答案是因为路不平，汽车在路上行驶，碰到路上的坑或者包就会颠起来。飞机在大气中飞行，气流就好比那条“路”，“路况”不好，飞机就会发生颠簸。

这条气流“路”可不像我们平时走的马路一样直来直去，它非常复杂：

空气在运动过程中可以沿水平方向运动，这是我们平时所说的风；也可以沿垂直方向运动，例如空气受热上升，或者下雨时雨滴拖曳周围的空气使之下沉；还有一些不规则的涡旋运动，也被称为湍流或者乱流，它们大小不一：有的几米、有的几百米，方向各异。

当飞行中有与飞机尺度相当的湍流（直径为15～150 m[1]，也被称为飞机乱流）时，飞机会发生上下抛掷或左右震颤，即飞机颠簸。

飞机乱流的形成很大程度上与气流的“切变”有关，切变是指在空间两点之间气流的方向或大小不一致。空气中的乱流我们无法用肉眼看见，但是生活中我们能看到河流中有漩涡，它的形成是因为河流的不同位置流速或者流向不一致，空气与河流类似，切变会形成乱流。

飞机乱流从成因可以分为四类：热力乱流、动力乱流、晴空乱流和尾涡乱流。

1. 热力乱流，是由于热力作用产生的乱流。例如地面受热升温不均匀（热力乱流示意图1），会导致垂直气流的切变产生乱流。因此在晴朗的夏日，如果飞机在周围地表性质差异较大的机场起飞或者降落（例如机场周边有水有山有树），就有可能会遇到颠簸。

热力乱流示意图1（来源：METEOROLOGY - ATPL GROUND TRAINING SERIES）

此外非常常见的一种热力乱流来自对流（热力乱流示意图2）。

热力乱流示意图2（来源：COMET Program）

对流是指局地的热空气上升、冷空气下沉，夏日我们可以看见一种高耸的对流云—积雨云，它便是对流的产物，云中上升气流可达25m/s甚至更大，但是云中和云外气流切变却带来了非常强的乱流。飞机不仅在这种云中飞时会遇到非常强烈的云中颠簸，在云的附近飞行时由于对流产生的重力波传播及破碎等原因，也会遇到强烈的颠簸[2]。

积雨云（图片来源：veer图库）

2. 动力乱流。空气流过地形、障碍物时会产生绕流，背风一侧由于阻挡作用气流较弱，这种切变就会产生动力乱流（动力乱流示意图）。此类乱流在高原、山地或者周围建筑较为复杂的机场较为常见。

（来源：COMET Program）

3. 晴空乱流，是指发生在6000米以上的、与对流云无关的乱流[1]。虽然名叫晴空乱流，但有时也会有一些稀薄的高云出现。它主要是由于高空急流附近水平气流存在非常强的切变而产生的（高空急流示意图）。高空急流是出现在对流层上层到平流层（大约9千米至10多千米高度范围内）的强而窄的气流带，高空急流出现的区域除了风速大之外，还存在着较强的水平和垂直风切变。

高空急流示意图（鸟瞰）（作者绘制）

高空急流示意图（垂直剖面）（作者绘制）

飞机在巡航阶段（一般巡航高度大约在8~12km）遇到的颠簸大部分是由于它产生的。此外，冷暖气团交界区的高空部分（高空锋区）、对流层顶等因素也会带来晴空乱流。

（图片来源：新华国际）

4. 尾涡乱流，飞机飞行时产生的一对绕翼尖旋转的方向相反的闭合涡旋。飞机飞入前机的尾涡中可能会出现抖动、下沉甚至翻转等现象，其在起降过程中和前机存在间隔就是为了避免这种现象。

尾涡乱流（来源：www.istockphoto.com）

这次颠簸，到底是哪种乱流的锅？

那么，7月10日CA1524航班遭遇的强烈颠簸是什么原因引起的呢？结合网友所述“最后30-40分钟左右”以及飞常准的速度数据看来，颠簸可能发生在16：50之后，高度在5400米以下。

根据目前的资料来看，其可能的原因有两个。

7月10日CA1524飞行轨迹（来源：飞常准）

可能原因1：热力乱流

从飞常准的图中可以看到在航路东侧有较强的雷达回波（山东北部、河北东南部的块状红色黄色区域，说明存在对流天气），在卫星云图上同样能够看到有对流天气的存在。对流引起的重力波传播以及破碎是形成对流云外颠簸的重要原因，并且可以影响到云外较远的范围。

风云4号A星云图（来源：国家卫星气象中心）

Lane等人根据2004-2005年5-10月的飞行员报告研究了中度及严重颠簸与对流回波的距离、距回波顶高的高度之间的关系，研究指出当飞机在水平方向上距离对流回波70km，其遇到中度及严重颠簸的相对风险是无对流时的两倍；而飞机在回波顶之上3.6km，中度及严重颠簸的相对风险时无对流时的十倍[3]。

由此原因产生颠簸的案例还有2010年7月20日，一架波音777在从华盛顿飞往洛杉矶的途中遭遇了严重的颠簸（同样为晴空），航班备降至丹佛，机上17名乘客和4名机组人员受伤，造成此次颠簸的原因就是对流云外颠簸[3]。

此外，2018年9月20日，一架EMB-120ER从美国洛杉矶飞往墨西哥克雷塔罗国际机场，当在德克萨斯州休斯顿空域巡航飞行时，机组人员在气象雷达上注意到对流天气，由于航线在对流天气以南，他们继续按照航线飞行，但随后仍然遭遇强烈颠簸，导致固定不当的货物移位并损坏飞机地板结构[4]。

中度及严重颠簸相对风险与对流回波的距离（左）、距回波顶的高度（右）之间的关系[3]

（图片来源：《Bulletin of the American Meteorological Society》，2012）

可能原因2：晴空乱流

7月10日250hPa（约10km高度上）的风（来源：博主@风云梦远）

从当天250hPa的风图上看得出，飞机发生颠簸的区域在急流出口附近（图中黑色圆圈所示），或者可以看成是我国北方地区上空的急流和韩日上空急流之间的一个断裂区域，这样的区域非常有利于晴空乱流的形成。该高度在10km左右，与CA1524颠簸时所在的高度差异较大。

2023年7月10日北京时间08时500hPa空中等压面图（来源：中央气象台）

从中央气象台发布的500hPa空中等压面图（高度5500米左右）上并未看见该区域有急流存在，然而该区域位于低压槽附近（棕色粗实线），也可能会产生乱流导致飞机颠簸，但是少有中度及严重颠簸案例是由低压槽引起的。

由晴空乱流引起的颠簸多发生在巡航高度上（8-12km）。2019年7月11日，加拿大航空AC33次航班从温哥华飞往澳大利亚悉尼，起飞后平稳飞行5个半小时，在太平洋上空(约12km)靠近夏威夷海域时突然遭遇强烈的气流，开始出现颠簸，强烈的颠簸将一些乘客抛向空中，飞机被迫降落到美国檀香山，颠簸造成37人受轻，9人受重伤。2015年3月1日一架A320从南京飞往成都，起飞后约一个半小时后在9270米左右高度上突然遇到晴空颠簸，所幸无人伤亡。

2020年8月20日国航CA1704航班在8900米左右高度上突遇强气流带来的颠簸，网络上一度出现热搜“国航一航班突降千米”，但事实是晴空颠簸可以通过改变高度来避开，机组在120秒内下降1km避开颠簸区属于正常操作，如此的下降率也并不会给飞机上的人员带来不适。

AC33次航班颠簸导致氧气面罩掉下

印度一架波音737经历颠簸后（图片来源于亲历者阿米特·鲍尔）

全球越来越暖，

飞机会越来越颠簸……

根据研究，飞机飞越这些地区容易遇到晴空颠簸：北美的东西海岸、喜马拉雅山脉、欧洲中部、中国东部、北大西洋西部、北太平洋西部。

不论CA1524的颠簸是对流云外的乱流还是晴空乱流引起的，在全球气候变暖的背景下，它们都会有一定的变化。气候模式模拟结果表明，随着气候变化，对流有效位能的变化将导致更频繁的有利于强雷暴的环境[5]，强雷暴日的频率显著增加[6]，从而与对流相关的飞机颠簸也会随之增加。

一些研究使用气候模式研究了晴空颠簸的未来变化，气候变化将导致跨大西洋航班颠簸更加频繁、严重颠簸增加得更加显著，旅程时间可能会延长，燃料消耗和排放可能会增加[9-10]。

一些研究使用再分析数据研究过去晴空颠簸的变化，1979-2020年间中纬度飞机的巡航高度上，中度或以上晴空颠簸的总持续时间增加了37%，严重或以上晴空颠簸的相对变化更大(增加了55%)[11]。东亚地区晴空颠簸发生频率显著增加，如果这种趋势继续下去将会对西北太平洋地区上空的飞行运行产生重要的影响[12]。

面对气候变化，人类只能尽力减缓和适应它。对我们个人而言，乘坐飞机时全程系好安全带就是最好的适应措施了。

参考文献：

[1] 黄仪方.航空气象[M].西南交通大学出版社,2011.

[2] Sharman R, Lane T. Aviation turbulence[M]. Springer International Publishing, Switzerland, 2016.

[3] Lane T P, Sharman R D, Trier S B, et al. Recent advances in the understanding of near-cloud turbulence[J]. Bulletin of the American Meteorological Society, 2012, 93(4): 499-515.

[4] https://aviation-safety.net/database/record.php?id=20180920-0

[5] Brooks H E. Severe thunderstorms and climate change[J]. Atmospheric research, 2013, 123: 129-138.

[6] Allen J T. Climate change and severe thunderstorms[M]//Oxford research encyclopedia of climate science. 2018.

[7] Ellrod G P, Knapp D I. An objective clear-air turbulence forecasting technique: Verification and operational use[J]. Weather and Forecasting, 1992, 7(1): 150-165.

[8] Jaeger E B, Sprenger M. A Northern Hemispheric climatology of indices for clear air turbulence in the tropopause region derived from ERA40 reanalysis data[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2007, 112(D20).

[9] Williams P D, Joshi M M. Intensification of winter transatlantic aviation turbulence in response to climate change[J]. Nature Climate Change, 2013, 3(7): 644-648.

[10] Williams P D. Increased light, moderate, and severe clear-air turbulence in response to climate change[J]. Advances in Atmospheric Sciences, 2017, 34(5): 576-586.

[11] Prosser M C, Williams P D, Marlton G J, et al. Evidence for Large Increases in Clear-Air Turbulence Over the Past Four Decades[J]. Geophysical Research Letters, 2023, 50(11): e2023GL103814.

[12] Lee J H, Kim J H, Sharman R D, et al. Climatology of clear‐air turbulence in upper troposphere and lower stratosphere in the Northern Hemisphere using ERA5 reanalysis data[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2023, 128(1): e2022JD037679.