为什么飞机不能跨越大西洋,为什么没有飞机横跨大西洋，为什么飞机不能跨越大西洋

黄万宁多日

如果要出国旅行，相信飞机会成为首选交通工具，但很少有人关注飞机选择哪条路线到达目的地。下图是飞机穿越大西洋时必须走的路线，但看完之后，我们不禁迷茫了。大西洋空那么辽阔，为什么所有飞机都要挤进同一个“空中间走廊”？

天空的高速公路真的存在。

海洋无边，那么多飞机为什么不“一边飞”？这也要从一个气象学家的发现说起。

100多年前，英国飞行员约翰·阿尔科克(John alcock)和阿瑟·惠顿·布朗(Arthur Whitten Brown)从纽芬兰直飞爱尔兰，创下了人类首次飞越大西洋的纪录。1919年的首航持续了16个小时，期间糟糕的视线和恶劣的天气一直干扰着飞行，飞行员也没有导航工具可以使用。快进一个世纪后，飞越大西洋已经变得司空见惯，每天都有超过1750个航班穿越大西洋飞往欧洲。科技的进步显然是促成这种变化的重要因素，但一位气象学家的发现也起到了不可替代的作用。

日本气象学家大石和三郎太发现了天空中的“高速公路空，它可以使飞机以更快的速度和更大的体积行驶。

从1923年到1925年，大石和三郎太通过释放气象气球并跟踪它们的位置和速度，对他的高空气流进行了近1300次观测，并有了全新的发现。可惜当时的成果发表在世界语(1887年发明的一种语言，旨在消除人类国际交流的语言交流障碍)上，他的发现并没有引起太多关注。当时的大多数人都不知道天空中有“河流”(后来被称为“急流”)的存在空。

在对高空气流的一系列观测实验中，大石和三郎太观测到气象气球在到达大约10000米高空时会进入一个风速极快的区域。气象气球在这一带的飞行速度最高可达300公里/小时，从日本到达美国只需3天左右。

二战末期，日本利用这些高空地区的风力，放飞了数千个绑有炸弹的氢气球，企图轰炸美国。按照计划，气球炸弹上升空后，必须保持在10 058米的高度。因为这个高度，我们可以利用向东的气流。他们设计了一个由高度计驱动的自动控制系统，以丢弃气球的压载物或排放氢气。当气球高度低于10 058m时，压载沙袋会自动脱落，使气球上升；当气球的高度高于10 058米时，气球的阀门会自动排出氢气，使气球下降。

预计9000枚炸弹中约有1/10会到达北美，其中300多枚已经找到，更多的炸弹可能在北美找不到。1945年，其中一枚炸弹在美国俄勒冈州爆炸，造成5名儿童和1名母亲死亡。也是二战期间美国唯一一次平民伤亡事故。

急流是国际公认的。

早在气球炸弹出现之前的1931年，美军就推测急流可能存在。当时，美国飞行员威利·波斯特从加州伯班克飞往俄亥俄州克利夫兰。飞机在近10公里的高空飞行了3000多公里，只用了7个小时。在低空，这种飞行通常需要12个小时以上。随后的气球炸弹袭击让美国更加确定天空中的急流空是真实存在的。学者们将这种现象命名为急流。

急流是如何形成的？

既然知道了急流的存在，那它是怎么产生的呢？原因可能很复杂。

我们知道，大气中的温差会产生气压差，而随着地球的自转，这些因素会迫使空空气绕地球运动，空空气运动形成风。所谓急流，就是高度8 ~ 12公里，时速320公里，自西向东的强风带。它的长度可以达到几千千米，宽度是几百公里。

喷流沿着冷热空气体的边界流动。因为这些冷热空气体的界限在冬季最明显，所以冬季北半球和南半球的急流最强。

地球自转是急流产生的重要原因。南北纬30°和50-60°附近的地区是地球上气温变化最大的地区。两地温差越大，风力越大。因此，南北纬30°和50-60°附近的地区(即中纬地区)也是地球上上层风力最强的地区。极地急流位于南北纬50°-60°的区域，而副热带急流位于北纬30°左右。急流高度从6.4到12.8公里不等，最大速度为每小时442公里。

急流的实际出现不仅是地球自转造成的，也是高低压系统位置、冷暖空气体、季节变化等诸多变量相互作用的结果。它们在地球上蜿蜒，在高度和纬度的影响下偏转或高度上升，有时分裂成漩涡，有时甚至完全消失，过一会儿又在其他地方出现。

急流也会随着太阳的高度而变化。春天，太阳的高度每天都在增加，急流的平均纬度逐渐向极地移动。夏季，北半球的急流通常出现在美国和加拿大边境附近；随着秋天的临近，太阳的高度逐渐降低，急流的平均纬度也向赤道移动。

这个空中高速有喷射加成。

知道了急流的成因，你还觉得不熟悉吗？事实上，我们对急流在飞行旅程中的作用并不陌生。

如果你曾经关注过长途国际航班，你会发现飞机在两个地方之间来回飞行所需的时间一般是不一样的，而且距离越长，这种情况越明显。以北京和伦敦为例。北京直飞伦敦的航班从北京起飞，然后向西飞。旅程时间约为10小时55分钟，而从伦敦到北京的飞行时间仅需9小时45分钟。

为什么同样的距离往返时间会有这么大的差异？为什么从东到西的航班都比从西到东的航班时间长？有人曾问:飞行时间的差异与地球自转方向有关吗？

真的没关系。飞机在天空中飞行时，并没有摆脱地球的引力，仍然处于地球的惯性参照系中，所以不会受到地球自转方向的影响。不然飞机不用飞，只需要在天上空盘旋一天，就能绕地球一圈。然而，虽然地球自转并不直接影响飞机的飞行速度(地转偏转力的直接影响很小)，但地球自转带来的另一个变化却成了影响飞行时间的主要因素，那就是急流。

为了方便理解这个问题，我们先来理解两个概念——空速度和地速。飞机在空飞行，相对于大气层有一个移动速度，也叫空速度。相应的，飞机相对于地面的速度就是地速。为了在大气层中平稳飞行，飞机需要保持稳定的空速度，此时的地速相当于空速度和风速的叠加。所以顺风时飞机的地速会加快，逆风时会减慢。

大西洋的“空中高速”所在的中纬度急流中心，位于200百帕等压面的平流层。这里的风向是水平的，比较难颠簸，成为大部分民航飞机的飞行高度。在中纬度地区，平流层常年有稳定的西风吹来。前面说过，顺风飞行的地速更高，这个区域的飞机沿着西风方向由西向东飞行，自然飞得更快，更节省时间。

以纽约和伦敦为例。如果不考虑往返航线的差异，按照同样8175公里的距离，顺风飞行时间约为6.4小时，回程飞行时间为7.5小时，相差1个多小时。飞行时间越短，飞机耗油量越少。根据波音777每小时耗油量的计算，顺风飞行的飞机可以节省超过1万升的航油。如果每升航油按0.50美元计算，每次飞行可以节省5000多美元，这真的不是一个小数目。

不难发现，利用急流进行长途飞行省时、省钱、安全。有了这样的优势，这条“空中高速”成为空在大西洋上的必经之路也就不足为奇了。

本文内容来自“理学院”微信官方账号，ID:薛蝌大元。

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