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寻根问底:乘飞机在空中遇到颠簸时怎么办?

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2017年6月18日凌晨,从法国巴黎飞往中国昆明的东航MU774航班在飞行途中突遇气流颠簸,经初步核实,机上乘客有26人受伤。目前,航班已安全落地昆明,伤员已被送到云南省第一人民医院、昆明市延安医院救治,均无生命危险。

实际上,我们在搭乘飞机的时候,常会听到乘务员广播“飞机即将经过一段不稳定气流,请确实扣紧安全带!”不稳定气流指的就是乱流,它会使飞机摇晃,甚至严重伤害机体。高空上如何形成乱流?什么样的现象称得上乱流?我们应当怎么防备?笔者从网络上查到刊自台湾《科学人》杂志2008年12月号的一篇文章,现根据这篇文章及笔者收集的其他资料,对此进行一些解答。

一、生活中的乱流现象

想要了解乱流,可以从比较熟悉的“水”去观察。站在河边看着潺潺流水,便很容易发现,当流速非常缓慢时,水流会井然有序的前进,此时称之为层流(laminar flow);若流速较快,水面则会产生扰动,有些地方会形成漩涡,水流变得混乱而不一致,这就是乱流(turbulent flow)的最基本现象。从层流变成乱流的过程中,称为过渡流(transitional flow)。

同样的情况也会发生在气体流动。观察燃烧中的香烟,当白色烟雾袅袅上升时,线条非常均匀平滑,但是当烟雾上升到一定高度后,也会变得混乱而形成漩涡状,这也是乱流。形成乱流的条件很多,流速快慢只是其中一个因素,也是最容易观测到的,其它如流体的黏性、流动规模大小、接触表面的粗糙度等,也都会导致乱流的形成。

飞机航行在大气中所遭遇的乱流有很多类型,典型且常见的有“云雨乱流”与“山岳波乱流”。此外,还有不常见的晴空乱流。

空气热对流造成乱流:云雨乱流的产生,多半是因为空气的“热对流”(heat convection)作用所致。受到强烈太阳照射、吸收许多热量而升温的地表,会加热附近的空气,地表附近空气受热后膨胀上升,挤压上层冷空气下降,形成热对流;此时,由于空气的密度发生变化,形成不均匀状态,造成空气与空气之间彼此挤压摩擦,无法维持井然有序的流动,这种对流的过程便会产生乱流。

热对流跟用锅子烧开水的对流现象很类似,之所以称之为云雨乱流,是因为在对流过程中,空气中的水气会形成积云(cumulus),因此飞机驾驶员如果观察到积云,就可以判断该处可能有乱流而选择避开。

山坡地形造成乱流:山岳波乱流主要是山坡地形作用所导致。当空气在山的迎风面沿山坡上升时,风速随着山的坡度升高而增快,在气流爬升至山顶时达到最大。当气流通过山顶后,受到地形障碍物高度降低的影响会迅速下降,于是产生下降气流;随后再因为地面摩擦作用,使得位居前端的底层空气流动较缓慢,并导致后端持续前进的空气向上推挤,造成空气产生漩涡一样的扰动。因山坡地形所产生的乱流通常发生在通过山峰后数公里处、形成浪花状的涡动云(roll cloud),这就好像河水流过大石头后,会在大石头后方产生漩涡是一样的。飞机驾驶通常也会避免进入此空域中。

晴空乱流(clear air turbulence):是指在晴朗无云的环境下发生之乱流,它通常没有很明显的水气存在,因此无法由气象雷达侦测出来,也不能藉由观察云层分布加以判断,往往在遭遇后才知道它的存在。

晴空乱流的成因很多,根据一般经验判断,当风速超过每小时200公里,就可能伴随晴空乱流。例如在冬季北纬25-50度的高空西风带内,常常会有喷射气流存在,它的内部和周遭区域多半都是晴朗状态,偶尔伴随些许卷云(cirrus),所引起的乱流往往非常强劲,因流速极快而得“喷射”之名,最快可达每小时数百公里(比强烈台风还要快上1-2倍);这就好像是在装满水的浴缸中用水管强力喷出的水流,水流周围往往都会有很多扰动的现象,因此喷射气流附近的空域很容易造成晴空乱流,但喷射气流的存在并不意味着一定会出现晴空乱流。

二、有什么办法应对乱流

云雨乱流与山岳波乱流都伴随着水气,可以利用气象雷达侦测。飞机的气象雷达装在机鼻,主要功能是侦测前方大气的状态,雷达发出的电波在遭遇水气时会反射回来,透过计算回波的强弱,即可换算前方水气的多寡,若前方有大量水气,就可能存在乱流,驾驶员会绕过该云层,朝气流较稳定的区域飞行。

需要指出的是,尽管目前气象雷达已可以侦测到伴随水气的乱流,但还是有些乱流无法被侦测出来,比如,驾驶员虽然可以透过气象数据知道喷射气流的存在,但并无法确切预测是否有因喷射气流形成的晴空乱流。也就是说,气象雷达虽然可以协助飞行员避开严重的乱流,但却躲不过晴空乱流。正因为晴空乱流的不可预测性,飞机一旦遭遇到它,后果常常不堪设想,甚至造成人员伤亡。例如,1997年12月28日一架自东京飞往夏威夷的客机,就遇上了强烈的晴空乱流,飞机瞬间急降30多米,并且持续上下巨幅摆动,造成一名乘客死亡、100多人受伤。这一类的案例不少,其过程无疑叫人胆颤心惊。所幸的是,乱流造成人员死亡的概率极小。

但是也不要失望。尽管目前运用在飞航安全上的科技,还没有办法侦测到晴空乱流,只能靠已经通过乱流空域的飞机驾驶向航管单位回报,再由相关单位向其后可能通过此空域的飞机发出警告。不过,现在已有研究人员研制出新一代的气象雷达。新式气象雷达将不只侦测前方水气存在与否,也侦测空气中悬浮粒子的动态。遇到像晴空乱流这类的气象型态,纵使没有水气存在,雷达仍能够侦测出前方空气悬浮粒子的震荡现象,并藉此判断是否存在晴空乱流。这项科技已处于实验阶段,尚未通过航空主管机关的认证,但经过一系列严谨的实验认证后,也许在不久的将来,新一代的气象雷达就可问世,为飞航安全注入更多的保障。

所以,在目前的情况下,为了自身的安全,坐飞机时还是应该请空姐的话,全程系妥安全带,以避免不预期的乱流造成伤害。洛杉矶埃米丽针对由上海浦东飞往加拿大多伦多的加航AC088航班因遇到强烈乱流,飞机颠簸大幅度下降而导致至少20多人受伤的情况以及自己切身经历过的经验教训发博文提醒—-请千万不要把飞机上的安全带当做摆设品,要随时坐在自己的座位上,不松不紧地系好安全带,不要随意走动,即便是飞机上的警示灯告诉你可以松开安全带、可以离开座位,可是不到万不得已最好尽量不要去做,否则遇到意外是来不及的。而如果遇到飞机颠簸或者遇到意外时,如果你系着安全带,就尽力埋头抱紧自己的膝盖或抠紧大腿下方、座椅扶手、坐垫下方的硬物、前面的座椅靠背等等,随波逐流不要惊慌。万一你在过道上没系安全带,请尽量下蹲身子,使劲抓抱身旁的固定物如座椅扶手等。如果飞机开始颠簸时你正在上厕所,请立即拽住固定的坚实物。要尽量克服恐惧、保持头脑清醒,首先要设法保护头部和主动脉。若有异物插入主动脉,千万不要轻易拔出,一定要等医生来进行止血、处理。(来源:小屋清风/文)

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