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機尾云
來源:互聯網

飛機云(Contrail),或稱飛機尾跡、航空云、凝結尾,這種現象俗稱“飛機拉煙”。是一種由飛機引擎排出的濃縮水蒸氣形成的可見尾跡。形成原因為飛機引擎所排出的高溫廢氣在空氣中冷卻時,會迅速凝結成微小水滴。如果空氣溫度足夠低的話,飛機云也可能由微小的冰晶構成

飛機尾跡云存在時間不會太長,通常很快消失,但在條件有利時,可以存在1小時以上,它會隨著時間的推移緩慢擴散為數公里寬,二百至四百公尺高的卷云高積云,影響當地大氣。有科學家懷疑持久尾跡會影響全球氣候。

形成條件

高度:7000-10000米

氣溫:-60℃~-41℃之間

形成原理

引擎廢氣引起的凝結

噴氣式飛機在相當冷且水汽含量較大的高空飛行時,飛機尾部噴出的廢氣成為人工造云的“氣溶膠催化劑”,而機艙外的環境溫度通常在零下幾十攝氏度,高溫廢氣與空氣混合,溫度下降,蒸汽達到過飽和的條件,在凝結核上凝結成小水滴或者小冰晶,于是就形成云了。尾跡一旦形成,一般可以維持30-40分鐘。

引擎廢氣引起的凝結碳氫燃料燃燒后的主要產物是二氧化碳和水蒸氣。在海拔較高處的低溫的環境下,局部水蒸氣的增加可以使空氣中的水蒸氣含量超過飽和點。

這些蒸氣之后會凝結成微小的水滴并/或小沉積成為冰晶,成千上萬的小水滴和/或冰晶形成了飛機云或凝結尾。云的主要組成部分是在空氣中漂浮的水份。在高空過度冷卻的蒸汽需要一種觸發條件以激發它們的凝結或沉淀。

引擎廢氣中的微粒正是起著這種觸發條件的作用,促使空氣中的水蒸氣快速的轉變成冰晶。飛機云或凝結尾一般在海拔8000米(26000英尺)以上出現,那里的溫度低達-40°C(-40°F)。

氣壓降低引起的凝結

飛機的機翼會引起機翼附近的氣壓下降,從而導致溫度下降。氣壓和溫度下降的綜合效應會導致空氣中的水凝結并形成翼尖漩渦(有時也被稱作蒸汽尾跡)。這種翼尖漩渦和引擎排出的廢氣沒有關聯,這種效應在潮濕的天氣較為常見。后緣渦流常見于起飛和著陸期間客機的襟翼后方,航天飛機著陸期間,以及在執行高強度演習的軍用噴氣機上部翼的表面。此外,在渦輪風扇引擎通風口周圍區域的氣壓會比周圍空氣的氣壓低,并可能導致在高推力裝置的通風口形成冷凝霧。

這些類型的蒸汽尾跡與其他由噴氣燃料燃燒引起的凝結尾形成對比。噴氣機引擎廢氣產生的凝結尾常見于高海拔地區,并且出現在每個引擎的后部。與之相反,由于氣壓下降造成蒸氣尾跡常見于濕度較高的低海拔區域,并且在翼梢和襟翼后部而不是在噴氣機引擎后部。

類似現象

飛行進行特技表演時,拉煙由多種顏色組成,形成美麗的圖案。這是為了追求表演性,飛機專門加裝了煙霧生成器,燃燒物不完全燃燒,從而產生煙狀痕跡,而不是“尾跡云”。

和氣候的關系

2019年,一項發表在歐洲地球科學聯盟(EGU)期刊《大氣化學與物理》上的新研究發現,在適當的條件下,飛機凝結尾跡可以在天空中徘徊,成為軌跡卷云。由于空中交通活動,飛機凝結尾跡造成的卷云對氣候的影響將更為顯著,到2050年將增加兩倍。

2020年11月8日,《環境研究快報》雜志發文稱,麻省理工學院的研究人員量化了航空業對氣候和空氣質量的影響,并按排放類型、海拔和區域進行了細分,結果顯示,航空業的發展對空氣質量造成的損害,是其對氣候傷害的兩倍。

飛機云或凝結尾在地球輻射平衡上,扮演著正面的輻射驅動力。研究發現,相比于反射進入地球的太陽輻射(負面輻射驅動力),飛機云或凝結尾更多的阻礙、由地球和大氣層放射出的長波輻射離開地球(正面輻射驅動力)。因此,飛機云的總體的網狀效應是“正”的,也就是說主要是使氣溫上升的效應。但是,這種效應在每天和每年的跨度上都各不相同,并且總體上的這種效應大小度量并沒有為人熟知:以1992年的空中交通情況來說,這種效應值的估計從3.5mW/平方米到17mW/m2。

另一項研究顯示,夜間飛行對這種讓氣候變暖的效應負有最大的責任:日間飛行只對這種效應的產生起到了25%的作用,而夜間飛行卻對這種效應起到了60%到80%的作用。同樣的,冬季飛行只占到了每年飛行交通量的22%,卻對年平均正面輻射驅動力卻起到了一半的作用。

參考資料 >

飛機云是怎么形成的.澎湃.2023-09-04

好奇心日報|為什么飛機劃過天空后會留下云?.網易新聞.2023-09-04

基于 VOCALS-REx飛機觀測探究海洋性層積云中氣溶膠-云相互作用.中國氣象局.2023-09-04

空中交通的日循環和年循環對于軌跡輻射強迫的重要性.施普林格自然.2023-09-04

為何飛機可以拖出“云”?.中國氣象局.2023-09-04

飛機經過為何留下一道白煙?飛機“放屁”導致大氣破壞!有利有弊.今日頭條.2023-09-04

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