关于飞机在天空中留下的白色尾迹,我们目前知道哪些气候代价凝结尾迹,简称尾迹云,是飞机飞过天空后常见的白色条纹。国际云图集在云的分类中专门为它设了一类,称为“均质卷云”,这是人为形成云的一种。
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尾迹云会加剧气候变化,叠加在航空业排放二氧化碳带来的增温效应之上。尽管这种看起来轻薄的云究竟会造成多大增温,目前仍有不确定性,但现有研究表明,减少尾迹云的数量,有可能降低飞行对气候的影响。
尾迹云由冰晶构成。冰晶会反射阳光,使地表接收到的能量减少;它们也会截留地球向外释放的一部分红外辐射。两种相反作用如何平衡,决定了单条尾迹云在其生命周期内究竟是带来增温还是降温。但如果放在全球、全年范围内的尾迹云总体来看,增温效应占主导。
尾迹云形成在飞机后方,通常出现在约10至11公里高空。只有在大气足够寒冷且湿润的区域,它们才会形成:飞机发动机排放出的烟炱颗粒为水汽凝结提供附着点,先形成液态小水滴,随后冻结成冰晶。尾迹云最常见的区域是欧洲、北大西洋和北美东部,在亚洲则相对少见。
尾迹云的形成需要烟炱颗粒,但即便是排放烟炱极少的发动机,仍然会产生尾迹云。这是因为其他颗粒物——通常在发动机尾流中形成——会接替烟炱,促成尾迹云生成。不过,某些燃料与发动机技术的组合,未来或许能减少尾迹云的形成,至少也可能降低其气候影响。
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尾迹云最初的特征,取决于产生它的飞机尺寸、形状以及发动机位置,但归根结底,更重要的还是大气条件。
如果大气较为干燥,尾迹云通常只持续几分钟,覆盖面积也很小,对气候的影响几乎可以忽略不计。但如果大气持续寒冷且湿润,就会有大量尾迹云形成、扩展,并彼此汇聚,最终形成冰云带,这类云被称为“尾迹卷云”。
尾迹卷云之所以会影响气候,是因为它们可以持续数小时,并覆盖很大范围。有观测显示,在英国和法国上空,这类云有时甚至会横跨整个国家。
一些尾迹卷云造成的气候影响,可能相当于数十吨、甚至数百吨二氧化碳。
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尾迹云之所以影响尤其显著,主要有两个原因。首先,虽然它最初只来自飞行每分钟排放的数百公斤水汽和数十克烟炱,但随后会不断从周围大气湿度中“吸收”质量,继续增长。冰晶几乎能吸收所有波长范围内的红外辐射,而二氧化碳只能吸收较窄波段的辐射。
不过,尾迹卷云对地球能量进出平衡的强烈影响,通常只持续几个小时。相比之下,二氧化碳带来的变化虽然较弱,却会持续数百年。因此,一次飞行在最初阶段造成的增温,往往主要由尾迹云主导;但在飞行发生几年之后,二氧化碳的影响将占据主导。
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如果通过调整航线,避开那些容易形成尾迹云的空域,或许能减缓不断扩张的航空业带来的气候变暖。不过,科学界仍有许多问题需要进一步弄清,例如如何更准确地预测:哪些航班通过这种规划,最有可能显著降低其气候影响。
飞行高度上的湿度天气预报需要进一步改进,而实现这一点的一种办法,是获得更准确、更高频的湿度观测。这正是“薄雾”研究项目的目标。我在这一项目中与英国霍尼韦尔航空航天公司和英国波音公司合作,开发一种用于探测尾迹云形成条件的湿度传感器,研究如何将其集成到商用飞机上,并评估更好的湿度测量将如何影响对尾迹云气候影响的预测。
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目前,许多研究项目都在努力更准确地量化尾迹云的气候影响,并寻找减少增温型尾迹云的方法。改变燃料或发动机技术进展缓慢,但利用天气预报优化飞行轨迹,避开大气中寒冷、湿润、容易形成尾迹云的区域,可能会更快实现。
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