如果你曾乘坐飛機旅行，可能會留意過這樣一種現象：往返于同一航線的航班，飛行時間卻并不相同。例如，在國內航線上，從中國的南方城市飛往北方城市耗時較短，但返程時飛行時間卻明顯增加。在國外，跨大西洋航線中，從紐約飛往倫敦的航班更是比從倫敦返回紐約快得多。我們可能會把這種時間差異當成一種不同航司或者機型帶來的差異，但實際上，更為主要的因素是高空中一種特殊的強大氣流：急流（Jet Stream）。

西風急流是一種高速流動的西向東氣流帶，常常位于中緯度對流層頂和平流層底的交界處。急流對航班的時間影響很大：順著急流方向飛行的航班會顯著加速，而逆著急流方向飛行則會受到阻力，增加航程時間。因此這種高空風帶成為造成飛行時間差異的關鍵因素。或許會有人產生疑惑：這就是順風與逆風的原理嗎？急流的方向為什么總是一致呢？又是從何而來？

更深入地理解急流的存在與影響，首先需要從地球的自轉和大氣環流講起。地球以自西向東的方向持續自轉，這一運動帶來了晝夜交替，也影響著全球的大氣流動。我們要知道，大氣中的氣流并非均勻流動，而是在自轉的作用下形成了多個穩定的風帶，如低緯度的東風帶、中緯度的西風帶和極地的東風帶。

而科里奧利效應便是因地球自轉而產生的一個重要物理效應，這個效應對全球的大氣和洋流流動都有著關鍵影響。可以說它決定了空氣和水流的偏轉方向，對從全球氣候分布到季節性海洋流動的形成都有深遠影響。

科里奧利效應的成因：地球自轉與緯度差異

地球自西向東旋轉，但不同緯度的表面自轉速度存在顯著差異。赤道附近的地表自轉速度最快，約為每小時1670公里，而在極地這一速度則接近于零。當空氣或水流從赤道向極地移動時，由于攜帶了較高的初始線速度，相對于高緯度地區的自轉速度，它們的路徑就會發生偏移。

在北半球，流動的空氣和水流會受到向右的偏轉力；在南半球，則向左偏。這種偏轉是由于地球自轉產生的慣性變化造成的，被稱為“科里奧利力”。科里奧利效應在大氣環流中推動了主要風帶的形成，包括低緯度的東風帶、中緯度的西風帶和極地的東風帶。以低緯度東風帶為例，赤道地區由于溫度較高，空氣上升并向兩極擴散。然而當空氣向高緯度移動時，受到科里奧利力的影響，使得它們向右（北半球）或左（南半球）偏轉，最終在赤道南北15至30度之間形成穩定的東風，也就是信風。

類似地，在中緯度地區，空氣的偏轉形成了西風帶，方向由西向東；而在極地附近，空氣的流動則在向下沉降過程中偏轉，形成了極地東風帶。正是科里奧利效應使得全球的大氣流動呈現出這樣層次分明的風帶結構。這些風帶不僅影響了全球氣候，還決定了急流的分布與強度，使得高空中的大氣流動更加復雜而多變。

另外，地球上不同緯度的氣壓差異也會導致空氣從高壓區流向低壓區，進而形成了全球性的氣壓帶和風帶。赤道附近溫度高、氣壓低，熱空氣上升形成了上升氣流，而兩極溫度低、氣壓高，則形成了下沉氣流。這些高低氣壓帶相互影響，進一步推動了大氣環流的形成。在這樣的背景下，急流也逐漸成型。

高空急流：風之高速公路的形成

我們根據前文介紹已知，西風急流（Jet Stream）是一種存在于中緯度地區對流層頂和平流層底之間的高速氣流帶，它自西向東流動時速度相當快，可以達到每小時100至400公里之高。這樣的速度使急流成為高空中的“風之高速公路”，對飛機飛行產生極大的推動或阻力作用。尤其在北半球的冬季，當極地和赤道之間的溫差達到峰值時，急流的流速更強、更穩定；而在夏季，隨著溫差減小，急流的速度也會相對減弱。通過這種季節性的變化，我們可知急流在冬季對航班飛行時間的影響更為顯著，因此東西向的跨洋航線往往在冬季經歷更大的飛行時間差異。跨大西洋的航線是急流影響的最佳例子之一，尤其是冬季時段。從紐約到倫敦的航班通常會經歷比返程更短的飛行時間，因為急流通常在北緯地區穩定存在，方向為西向東。數據顯示，從紐約飛往倫敦的航班時間一般比從倫敦飛回紐約的航班時間短半小時到一小時不等，而這種差異在冬季會進一步拉大。2015年1月的一個記錄顯示，一架從紐約飛往倫敦的航班，借助極強的急流使得原本6到7小時的航程創下了5小時16分鐘的紀錄。

此外，急流的路徑和強度不僅僅是季節性的，還會隨全球氣候變化而有所調整。研究表明，全球變暖可能使得極地與赤道的溫差發生變化，急流的分布和流速也因此發生改變，可能在未來對飛機的飛行時間和燃料消耗產生更深遠的影響。

上面兩張圖展示了氣候變化對跨大西洋航線風速的影響。左圖是在前工業時期，北大西洋上空的西風帶相對較弱，而右圖在二氧化碳濃度加倍的情境下，西風帶顯著增強。這種變化意味著從紐約飛往倫敦的航班將會因為更強的順風而更快，而從倫敦返回紐約的航班則可能因為更強的逆風而更慢。

作為大氣環流的重要組成部分，急流對航空業的影響遠比我們想象的更為復雜。它不僅影響飛行時間，燃料消耗與碳排放等方面也是亟需考慮的問題。隨著氣候變化的進一步加劇，急流的強度和分布也在變得更加復雜，在未來的航空發展中，確保飛行安全、減少碳排放，還要合理利用急流，定將是全球航空業面臨的重要課題。

參考文獻

Williams, P. (2016). Transatlantic flight times and climate change. Environmental Research Letters, 11.

作者：蔡文垂 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 研究生

審核：拉薩 北京市氣象局高級工程師

來源: 科普中國新媒體

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