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凝結尾跡

凝結尾跡[1]（英語：condensation trails），簡稱凝結尾[2][1]（英語：Contrails），亦稱飛機拉煙[3]、飛機尾跡、霧化尾跡（英語：vapor trails），俗稱飛機雲[4]、航跡雲[5]或機尾雲，是一種由噴氣式飛機引擎排出的濃縮水蒸氣形成的可見雲。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。在空氣溫度夠低的情形，飛機雲也可能由細小的冰晶構成[註 1]。另外從機翼尖端或襟翼拖曳而產生的翼尖漩渦，有時因為漩渦核心的水氣凝結，也是部分可見的。每一個漩渦都是一大片旋轉着的空氣，在漩渦中心的氣壓很低。這種翼尖漩渦的產生和引擎廢氣的冷凝原理不同。翼尖漩渦有時也被稱作蒸汽尾跡。

空中巴士A340-300噴氣式客機產生的飛機雲。
在機場不遠處常可見到眾多客機產生的新舊飛機雲縱橫交錯的情景，圖中還可見到風切變對老飛機雲的影響。攝於英國曼徹斯特南郊。
彩虹色的飛機雲
B-17螺旋槳尖端產生的飛機雲
雙引擎的飛機產生的飛機雲

根據形成空域的溫度、濕度和高度不同，飛機雲在空中滯留的時間短則幾秒，長可達數小時[10] 。持續時間較長的飛機雲被稱為「持久尾跡」，它會隨着時間的推移緩慢擴散為數公里寬，二百至四百公尺高的捲雲和高積雲，影響當地大氣。有科學家懷疑持久尾跡會影響全球氣候[11][12]。

引擎廢氣引起的凝結

碳氫燃料燃燒後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。這些蒸氣之後會凝結成微小的水滴並／或小沉積成為冰晶。成千上萬的小水滴和／或冰晶形成了飛機雲或凝結尾。雲的主要組成部分是在空氣中漂浮的水份。在高空過度冷卻的水蒸氣需要一種觸發條件以激發它們的凝結或沉澱。引擎廢氣中的微粒正是起着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。飛機雲或凝結尾一般在海拔8000米（26000英尺）以上出現，那裏的溫度低達-40°C（-40°F）[13]。

氣壓降低引起的凝結

 
着陸中的客機襟翼處產生稍縱即逝的尾跡

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並形成後緣渦流。這種效應在潮濕的天氣較為常見。後緣渦流常見於起飛和着陸期間客機的襟翼後方，穿梭機着陸期間，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，並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於高海拔地區，並且出現在每個引擎的後部。與之相反，由於氣壓下降造成蒸氣尾跡常見於濕度較高的低海拔區域，並且在翼梢和襟翼後部而不是在噴氣機引擎後部。

和氣候的關係

 
MORIS追蹤的在2004年1月29日覆蓋在美國東南，由飛機產生的凝結尾。
 
克勞不穩定性可使飛機雲變形，圖攝於三藩市

飛機雲或凝結尾在地球輻射平衡上，扮演着正面的輻射驅動力。研究發現，相比於反射進入地球的太陽輻射（負面輻射驅動力），飛機雲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，飛機雲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。[14]但是，這種效應在每天和每年的跨度上都各不相同，並且總體上的這種效應大小度量並沒有為人熟知：以1992年的空中交通情況來說，這種效應值的估計從3.5 mW/m²到17 mW/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，冬季飛行只佔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[15]。

九一一襲擊事件對氣候影響的研究

在2001年九一一襲擊事件後美國三天的全國飛機禁飛給科學家提供了一個難得的機會去研究飛機雲造成的氣候效應。測量顯示，在沒有飛機雲的情況下，地方晝夜溫差比之前直接加大了1°F左右。[16]但是，這也有人認為可能是在這期間的經常的晴朗天氣造成的。[17]凝結尾已經被懷疑是造成「局部地區地表溫度」在一段時間內變化的原因[18]。David J. Travis，威斯康辛州Whitewater大學的大氣學家已經在《自然》科學期刊上發表了關於飛機雲對氣候變化造成的可測量的影響的論文，並在俄勒岡州的波特蘭舉行的全美氣象學會第十屆年會發表了演說。在「9.11」事件後的三天禁飛所引起的航空器飛機雲形式的變化所造成的氣象效應在對美國大陸上超過4，000的觀測站對地表溫度變化的測量中顯示出來[18]。Travis的研究在書面上證明了「平均晝夜溫差變化上的反常增加[18]。晝夜溫差變化（DTR）是一天中在各個觀測點所觀測到的最高溫和最低溫的差值[19]。Travis觀測到了一個在連續三天（9月11日至14日）[18].晝夜溫差有1.8 °F的偏移量。這個增加是近30年以來記錄在案的最大值，偏離了平均晝夜溫差超過了兩個標準差的範圍，也就是說基本上可以肯定是由于禁飛而造成的[17]。

反飛機雲（擴散尾）

 
反飛機雲是飛機雲的一種相反形式。

當飛機在雲層中穿過時，飛機可以在雲層中清理出一個通道穿過，這就是所謂的反飛機雲。因為飛機產生的飛機雲不可見（飛機雲通常形成於26,000英尺以上的高空，具體由溫度和其他因素所決定）。如果雲層較薄的話，反飛機雲就像穿過雲中的一條隧道[20]。

雨幡洞雲

主條目：雨幡洞雲
 
雲洞

參見

參考資料

腳注
  1. ^ 陳正平. 凝結尾. 台灣大百科全書 Encyclopedia of Taiwan. 文化部. 2009年9月24日 [2015年11月4日]. （原始內容存檔於2019年6月7日）. [6][7][8][9]
源註
  1. ^ 1.0 1.1 世界氣象組織. 飞机凝结尾迹. 國際雲圖集. [2023-11-18]. （原始內容存檔於2023-05-03） （中文）. 
  2. ^ 凝結尾. 科學Online. 2011-10-11 [2023-11-18]. （原始內容存檔於2011-10-22） （中文（臺灣））. 
  3. ^ 飞机飞行为什么会产生拉烟？-中国民航网. www.caacnews.com.cn. [2023-11-18]. （原始內容存檔於2023-11-18）. 
  4. ^ 飞机云是怎么形成的. m.thepaper.cn. [2023-11-18]. （原始內容存檔於2023-11-18）. 
  5. ^ 什么是航迹云？. 中國氣象局. [2023-11-18]. （原始內容存檔於2023-11-18）. 
  6. ^ Chinese Geoscience Union, ed. 2001. Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences, 12(1).
  7. ^ Chen, Jen-Ping, Wei-Hung Lin, and Ruei-Fong Lin. 2001.「Estimation of Contrail Frequency and Radiative Effects over the Taiwan Area.」Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences, 12(1): 155-178.
  8. ^ Wang, Wei-Chyung, Wei Gong, and Jen-Ping Chen. 2001.「SUNYA Regional Model Simulation of Radiative Forcing and Climate Impact due to Contrails Over Regions Around Taiwan.」Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences, 12(1): 179-194.
  9. ^ Aircraft Contrails Factsheet. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）（PDF）
  10. ^ Aircraft Contrails Factsheet (PDF). FAA.Gov. [13 October 2015]. （原始內容存檔 (PDF)於2006-09-28）. 
  11. ^ Contrails, Cirrus Trends, and Climate （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） – joint paper by Patrick Minnis, Atmospheric Sciences, NASA Langley Research Center; J Kirk Ayers, Rabinda Palikonda and Dung Phan, Analytical Services and Materials
  12. ^ FAA Policies (PDF). [2018-09-16]. （原始內容存檔 (PDF)於2006-09-28）. 
  13. ^ 美國國家航空及太空總署，飛機雲常見問題解答 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2009-01-25.
  14. ^ Ponater, M.; S. Marquart, R. Sausen and U. Schumann. 气候对于飞机云影响的敏感性. 地球物理學研究快報. 2005, 32 (10): L10706 [2008-11-21]. doi:10.1029/2005GL022580. （原始內容存檔於2012-01-19）. 
  15. ^ Stuber, Nicola; Piers Forster, Gaby Rädel, Keith Shine. The importance of the diurnal and annual cycle of air traffic for contrail radiative forcing. Nature. 2006-06-15, 441: 864–867. doi:10.1038/nature04877. 
  16. ^ Travis, D.J.; A.M. Carleton and R.G. Lauritsen. Regional Variations in U.S. Diurnal Temperature Range for the 11–14 September 2001 Aircraft Groundings: Evidence of Jet Contrail Influence on Climate (PDF). J. Clim. 2004年3月, 17: 1123–1134 [2008-11-06]. （原始內容 (PDF)存檔於2009-02-26）. 
  17. ^ 17.0 17.1 Kalkstein and Balling Jr., Climate Research, 26, 1-4, 2004
  18. ^ 18.0 18.1 18.2 18.3 Travis, D.J.; A. Carleton and R.G. Lauritsen. Contrails reduce daily temperature range.. Nature. 2002年8月, 418: 601. doi:10.1038/418601a. 
  19. ^ Perkins, Sid.「September’s Science: Shutdown of airlines aided contrail studies.」Science News. Vol. 161, No. 19. Pg. 291. 11 May 2002. Science News Online http://www.sciencenews.org/articles/20020511/fob1.asp （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  20. ^ Distrail on Earth Science Picture of the Day 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2002-10-16.

外部連結

 
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