《知識》凡飛過必留下痕跡?淺談「飛機雲」形成原理


圖片來源:Aepert Images


一架飛機緩緩從高空飛過,後面拖著一條長長的白色尾巴。這種景象相信大家都不陌生,但是怎樣的飛機可以像支畫筆一樣,在天空隨意塗鴉呢?這條白色尾巴叫做什麼呢?

這條白色尾巴有專有名詞,叫做凝結尾,俗稱飛機雲。英文叫 Condensation Trail (簡稱Contrail),也可以叫做水氣尾 Vapor Trail。氣象學家稱這種現象為「成雲現象」。

飛機雲的產生,主要是飛機引擎所排出的廢氣裡含有充份水氣,在高空遇冷凝結後形成,就和雲的形成一樣。當然飛機是否會產生飛機雲,與環境的「濕度」與「溫度」有關

飛機在溫度極低且潮濕的高空中飛行時,一般溫度都處於零度以下,這時引擎排出的水蒸氣,瞬間遇到周圍的冷空氣凝結成小水滴。就好比我們在冬天的時候講話,常會冒白煙是同樣的原理。有時候還可以看到兩三條以上的飛機雲同時交錯於天空中。

從飛機雲的殘留時間,還能推測出之後的天候狀況。例如飛機雲滯留時間較久時,很可能是下雨前的徵兆;反之飛機雲若是沒多久就消散,表示氣體的狀態穩定,晴天也將會持續下去。

至於偶爾會出現的彩色飛機雲,則和彩雲的原理類似,都是因為透過太陽光折射所產生的現象。而有時飛機經過雲霧之中,反而會因為引擎散熱的關係,融化附近的冰晶,使得雲朵會留下一道像是被劃開的痕跡。由視覺上來看,恰巧是和飛機雲完全相反,這種情況稱為反飛機雲

很多人可能有這樣的疑問,產生飛機雲的飛機,是客機還是戰機?其實不管是客機還是戰機,只要是噴射引擎的飛機都有可能產生飛機雲,因為產生飛機雲所需的水蒸氣,就是噴射引擎內部燃燒的副產品。

另一個常見的疑問是,飛機雲對環境有害嗎?其實噴射引擎排出的氣體,不只有水蒸氣,還有二氧化碳、氧化氮、煤灰、硫酸鹽微粒等物質。不管排放量有多小,直接把這些物質排放到對流層上端,還是會對環境造成危害。

飛機雲雖然美麗,卻也會造成地球暖化。我們都知道大氣中的雲,可以擋住陽光的熱能,但也會阻擋地表熱能輻射回太空。由於飛航活動日夜都有,飛機雲自然也是白天晚上都會產生。晚上的飛機雲就會變成有點像「保溫瓶」的效果,讓本來可以在晴朗夜間輻射回太空的熱能,被飛機雲折射回地表。全球民航客機排放的廢氣,對全球暖化的影響幅度約占2%,如果加上飛機雲影響的話,將會增加到5%。飛機雲加速全球暖化,影響不容忽視。

那有辦法減少飛機雲的產生嗎?前面有提到,飛機是否會產生飛機雲,取決於與環境的「溼度」及「溫度」兩個條件。要避免產生飛機雲,飛機的巡航高度就必須降低。因為在對流層裡面,高度越低,氣溫就越高,自然較不容易產生凝結尾;然而,有趣的地方是,降低飛機巡航高度,外界空氣的密度變大,會使飛機更油耗,進而排放更多的二氧化碳。因此在「增加油耗」及「產生飛機雲」之間,必須要取得平衡。