明明距離相同,為何飛機往返時間相差那麼多?

如果你曾留意過自己往返某地的飛機飛行時間,你會發現,飛機往返兩地所需的時間一般不同,這種情況在長途國際航班中更為明顯。以北京和倫敦為例,北京飛往倫敦的直達航班,從北京起飛後向西方飛行,去程時間10小時55分,而從倫敦飛回北京的時間只需9小時45分。

國內的航班也有類似的情況,這是同一天同一機型北京往返烏魯木齊的飛行時刻表,北京飛往烏魯木齊的時間要比返程多45分鐘。


明明距離相同,為何飛機往返時間相差那麼多?

為什麼會出現往返相差這麼多的情況?而且都是自東向西的時間比自西向東的時間要長。有人曾提出疑問,這個時間和地球自轉方向有關係嗎?

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當然是……沒關係啊!飛機在天上飛,沒有擺脫地球引力,仍在地球慣性系內,所以不會受到地球自轉方向的影響。不然的話,飛機不用飛,在天空中懸停1天,就能環繞地球一週了。

不過,雖然地球自轉沒有直接影響到飛機的飛行速度(科氏力的直接影響較小),但是,地球自轉帶來的另一個變化,卻成為了影響飛機飛行速度的主要因素。

為了方便理解這個問題,我們先來了解兩個概念——空速和地速。飛機在空中飛行,具有一個相對於大氣的移動速度,這一速度也被稱之為空速。對應的,飛機相對於地面的速度就是地速。為了保證飛機在大氣層中平穩飛行,飛機需要保持穩定的空速。因此,此時的地速就相當於空速和風速的疊加。不難理解,順風時飛機地速更高,逆風時地速更低。

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盛行西風帶 圖源Wikimedia Commons

而在空氣熱量交換和地球自轉引起的地轉偏向力共同作用下,地球的副熱帶高壓帶和副極地低壓帶之間,也就是中緯度地區,形成了一片西風帶(Jet Stream)。而急流中心位於200hPa氣壓面的平流層中,正是大部分民航飛機所在的高度,這裡風向水平,飛機相對不顛簸。因此,中緯度地區平流層常年颳著穩定的西風,順著西風方向從西往東飛自然會節省更多時間。


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2007年平均的200hPa風場(矢量)和風速(填色),來自NCEP

風有那麼大嗎?還真有,高空平流層的風速通常在20-50m/s,飛機在高空巡航真空速約230-250m/s,如果我們按照240m/s的真空速和30m/s的風速來算,以北京和倫敦為例,如果不考慮往返航線的差別,按照相同的距離8175km計算,順風飛行時間約為8.4小時,而逆風則需10.8小時,相差一個多小時。距離越長,風速帶來的影響也越大。

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圖源 Wikimedia Commons

盛行西風帶來的影響在長途國際航班上較為顯著。而對於國內短途航班,除了受到盛行西風的影響,飛機飛行時間更多受到航線規劃和航空管制的限制。機場流量相對較小時,飛機在空中等候時間短,因而飛行時間也相對較短;而當航班出現在高峰起降時段,空中排隊時間長,飛行時間當然也更長一點。

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圖源 C. Cagnin

不是所有旅途都一路順風,下次遇到逆風時,不妨抓住多出來的時間,好好享受飛行的樂趣吧。


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