Buckle Up for Bumpier Skies
随着气候变化，天空正变得更加动荡。如今的飞机还能保障我们的安全吗？
本文即将刊登于2026 年 3 月 9 日将要出版的《纽约客》杂志印刷版。作者：伯克哈德·比尔格（Burkhard Bilger）
猛烈的风暴和不稳定的风日益频繁，到本世纪中叶，晴空湍流可能增加一倍以上。插图：Carl Burton
当机组人员刚提供完早餐时，扎弗兰·阿兹米尔（Dzafran Azmir）感受到了第一次震动。他和新加坡航空SQ321航班上的其他210名乘客已在空中飞行了十多个小时。他们的航班于前一晚从英国起飞，阿兹米尔当时正在普利茅斯大学学习音频工程。飞机穿越了中欧、黑海、土库曼斯坦和巴基斯坦。当他们飞行在缅甸伊洛瓦底江上空37,000英尺高度时——距离预定降落新加坡还有三小时——湍流开始了。一瞬间，飞机像被拴住的灵缇犬一样在他们周围颤抖。接着机头抬起，借助一股上升气流向前跃起。11秒后——根据飞行数据记录器显示，时间为2024年5月21日上午7点49分32秒——飞行员打开了“系好安全带”指示灯，并告诉乘务员固定客舱。他们即将遭遇恶劣天气。
缅甸的晚春是雨季的开始，来自孟加拉湾的暴雨和狂风席卷而来。如果飞行员配备了更好的雷达或预报软件，他们或许会知道避开下方高耸的积雨云。但除了几朵白色的云顶外，飞机外的天空晴朗明亮。最初的震动是他们唯一的预警。
2002年，来自NASA、美国联邦航空管理局（FAA）和六家商业航空公司的研究团队在俄克拉荷马城进行了一系列实验，使用的是一架退役的波音747。他们想看看在遭遇湍流时，一架商用喷气式飞机能多快完成安全准备。他们招募了一组志愿乘客，给他们伪造的登机牌和行李，并让其中三人抱着真人大小的婴儿玩偶。一些志愿者被要求留在座位上，假装睡觉、阅读或使用笔记本电脑。其他人则被指示站在过道或坐在洗手间里。由参与研究的航空公司派出的经验丰富的空乘人员在飞机上来回走动，提供假食物。
研究团队在三天内进行了19次演练。有些以温和的广播警告开始：“女士们先生们，我是机长。大约十分钟后我们将遇到一排雷暴。”其余则以更紧急的方式开始：“所有乘客和乘务员请立即就座。”更强调性的广播促使反应更快。但即便如此，最多也只有三分之二的乘客在70秒内系好了安全带。平均而言，乘客需要一分半钟才能回到座位；而乘务员必须先收起设备，至少需要四分钟。整整三分之一的人在70秒后仍未就座。
对于SQ321航班上的人来说，这似乎像是永恒。机长发出警告八秒后，飞机急剧下坠。五秒内，它下降了178英尺——相当于一栋19层楼的高度。阿兹米尔后来告诉记者，根本没有时间反应。“那些没有系好安全带的人，直接被抛向了机舱空中，”他说。阿兹米尔坐在靠近后部的靠窗座位。当飞机遭遇湍流时，往往会前后摇摆，因此第一排和最后一排的升降幅度最大。“我看到对面过道的人完全水平地飞起来，撞到了天花板，”阿兹米尔说，“有人头部受了重伤。”一些乘客被猛烈地抛起，甚至撞凹了行李架，或将头撞穿了存放氧气面罩的面板。站立的人被翻滚着甩向过道尽头；坐在洗手间的人则撞上了天花板。一位乘客后来形容那是“纯粹的恐怖”。然后，同样突然地，飞机猛地向上冲，将所有人重重摔回地面。仅用四秒钟，他们身体承受的重力就从负1.5g变为正1.5g，新加坡交通部后来指出。仿佛他们的身体瞬间从氦气球变成了沙袋。
“我回到机场后一直呕吐不止，”另一位乘客在飞机紧急降落在曼谷后说道，“我走不了路。”共有104名乘客因伤接受治疗。其中40多人需长期住院；6人出现颅脑损伤，包括一名两岁男孩。在需要手术的17名乘客中，有9人脊椎受伤，其中包括一位名叫凯瑞·乔丹（Kerry Jordan）的澳大利亚女性，她因此瘫痪。一年后，她仍无法刷牙或使用手机。
湍流是航空旅行阁楼中的幽灵——那种我们尽力忽略的颠簸、摇晃和嘎吱声，尽管听起来它好像要置我们于死地。大多数时候，它徘徊在山脉和积雨云上方，相对容易避开。飞行员可以在起飞前数小时就在数字地图上看到远处潜伏的恶劣天气，像幽灵般发光。如果它移动，飞机的雷达仍能在80英里或更远的地方探测到它。但袭击SQ321航班的上升气流更为阴险。虽然它源自下方的积雨云，但其中似乎没有雨水可供雷达波反射。它就像天空中一个看不见的减速带。
1966年，英国海外航空公司（BOAC）的一架波音707从东京起飞前往香港。那是一个阳光明媚、万里无云的下午，但当飞机接近富士山时，一股强烈的西北风袭来。这股阵风撕裂了尾部的垂直尾翼，并将其砸向左水平安定面，后者也随之断裂。随着飞机向上扭转，气压又扯掉了另一块尾翼。四个引擎全部从机翼上被撕脱，导致飞机旋转着撞向山体侧面。油箱破裂，整个尾部连同右翼脱落。当飞机最终坠毁在海拔3500英尺的森林中时，机身已断成两截，身后拖曳着长达十英里的残骸轨迹。
富士山空难是当年日本发生的一系列飞机事故之一。一架商用喷气机在大雾中着陆时撞上防波堤；另一架不知何故坠入东京湾；还有一架同样原因不明地坠入日本的濑户内海。那是商业航空史上最致命的一年之一——仅这些事故就造成371名乘客和机组人员死亡——并改变了飞机的建造方式。
当新员工来到华盛顿州埃弗雷特的波音生产设施工作时，他们的第一站通常是公司安全体验中心的展览。展览以沉重的基调开场：纪念著名的空难，包括2018年和2019年两架737 MAX分别在爪哇海和埃塞俄比亚的连续坠毁事件。随后，气氛逐渐变得充满希望。在波音乃至整个航空业，灾难催生了创新。氧气面罩和电子防滑刹车系统在20世纪60年代问世，同时机场还引入了驱鸟炮，用来赶走加拿大雁和其他飞鸟。同年，头顶行李舱加装了锁闭门，防止行李掉落砸伤乘客头部。卫星通信在70年代出现；能够规划航线、速度和高度的自动飞行管理系统在80年代投入使用。雷达系统更加精准；飞机变得更坚固、流线型更强、更具弹性。飞行员更擅长规避湍流——或者，如果无法规避，则学会减速并“顺应颠簸”。
“当人们因我们的产品受伤时，我们必须从中汲取每一分教育意义，”波音公司高级航空安全调查员雅各布·齐格（Jacob Zeiger）在我去年12月访问波音设施时告诉我，“这些技术发现是神圣的。”任何涉及波音飞机的重大事故发生后几小时内，齐格和他的团队就会接到通知，他们可能会花一周到十天时间研究损坏情况、采访机组人员，拼凑出出错的原因。例如，2008年，一架777的引擎停止响应，在伦敦跑道前迫降，起落架被切断。事后，调查团队在波音实验室重建了该飞机的燃油系统。他们发现，一个小型热交换单元在飞行过程中积累了冰。自此，每架777都改装了新版本的该单元。得益于数十年的此类改进，今天的喷气式飞机可能是世界上最可靠的机器。乘坐它们比走楼梯更不容易致命。
真正变得不可靠的是天空。随着气候变化，猛烈风暴和不稳定风日益常见。但晴空湍流的增加尤其令人担忧，因为它往往远离风暴且雷达无法探测。自1979年以来，北大西洋上空的晴空湍流增加了多达55%，美国上空增加了41%。如果气温继续上升，到本世纪中叶可能增加一倍以上。因湍流致死仍然极为罕见，但SQ321航班确实有一人死亡。来自英国布里斯托尔的退休保险推销员杰弗里·基钦（Geoffrey Kitchen），与他结婚50年的妻子一同度假，在飞机降落前去世。飞机的突然下坠似乎给他带来了极大惊吓，引发了心脏病发作。
我不是特别害怕飞行的人，但我依然畏惧湍流。我避免坐在飞机后部，飞行前查看雷达图，即使指示灯熄灭也保持系着安全带。我记得曾与法医人类学家克莱德·斯诺（Clyde Snow）有过一次对话，他曾多年为FAA调查飞机失事。据他的经验，当空难有幸存者时，男性比例不成比例地高：他们是第一批推挤着爬向出口的人。正如他在1970年一项研究中所述，该研究包括两起乘客必须从燃烧机舱逃生的空难，“显然年轻男性更有利……在速度、力量和敏捷性起主导作用的情况下。”在这两起事故中，即使是老年男性的存活率也高于成年女性和儿童。
这一画面一直萦绕在我心头，既是对我性别的一种清醒评论，也是一种可怕的极端情景。因此，今年秋天我去寻找颠簸旅程时感到有些奇怪。每年约有1600万架次航班穿梭于美国上空。其中，大约每250架次中就有一架遭遇中度或更强的湍流——足以让乘客感到“安全带明显受力”，正如国家气象局所描述的那样。每3000架次航班中就有一架遭遇严重湍流：“飞机可能暂时失控。机上人员将被压在安全带上。”按此标准，我所经历过的最糟糕湍流只能算作轻度：“轻微的高度不规则变化。”要想明确体验更多，我必须乘坐非常小的飞机。
北美最湍流的航线位于科罗拉多州上空，那里盛行的西风直冲落基山脉的高峰，然后倾泻到下方的高平原上。今年秋天的一个早晨，在博尔德一片枯黄的田野上，滑翔机飞行员丹·斯文森（Dan Swenson）抬头望着天空摇了摇头。一朵巨大的透镜状云像外星母舰般悬在我们头顶。它从西面的前岭山麓延伸到北面的拉勒米山脉，顶部呈淡色，底部渐变为铁灰色。“这是怎么回事？”他问道。他瞥了一眼乔丹·格里夫勒（Jordon Griffler），这位年轻的飞行员将用他的单引擎螺旋桨飞机把斯文森的滑翔机拖上天空。格里夫勒耸耸肩，咬了一口百吉饼。“你可以乘着它一直飞到怀俄明州，”他说。斯文森再次摇头：“天哪！”
斯文森今年74岁，留着银色胡须，身材健硕，从30岁起就开始驾驶滑翔机。今天的飞行将是他的第8863次飞行，但这并不意味着可预测。“预报就是预报，”他说，“大多数时候，连第二天的预报都不准。”我们前一天的飞行因危险大风而取消。今天的状况让他担心吗？“答案是否定的，”他说，“作为一名滑翔飞行员，这种状况会让你非常兴奋。想想水吧。如果我们在大海上驾帆船，海面平静，波浪微小，一切安好，突然一个大浪袭来，经验丰富的船长会说：‘疯狗浪！’这只是常态的一部分。‘那吓得我魂飞魄散！’这也是常态的一部分。”
这话并不怎么让人安心。看到斯文森的滑翔机也不怎么令人放心——那是一架银橙相间、布满凹痕的飞行器，看起来像是某个初中火箭俱乐部的孩子们造的。不过，我们很快便升空了。格里夫勒的飞机用一根细灰绳将我们拖至山麓上空一万英尺高处。随着一声巨响，绳索脱落，我们自由漂浮在空中。
有那么一刻，我沉醉于纯粹的眩晕惊奇之中，像一片被吹起的叶子飘浮在森林、湖泊和一条蜿蜒入山的旧铁路上方。接着，第一波湍流袭来。感觉就像在黑冰上打滑——突然、令人作呕的下坠，令人困惑的失重感——但我没有刹车，没有方向盘，也没有跳伞的希望。唯一能抓的东西是仪表盘上一个标有“RELEASE”的大型铜色旋钮。但我被告知无论如何不要这样做，除非我想让飞行非常短暂。（后来得知，那是用于牵引缆绳的。）“我们现在进入旋转气流了！”斯文森从我身后的座位喊道。当强风吹过山脉时，会在高空形成巨大的振荡波，而下方的空气则以杂乱的气流沿山坡旋转下降，称为转子云。感觉就像开车越过一排原木。“我曾经有个乘客，在我们还没松开牵引绳之前就吐了五次！”斯文森说。
斯文森的滑翔机是探测湍流的精密仪器。一架巨型喷气机重量可达50万磅以上，时速超过500英里。它像远洋轮船一样冲破空气，几乎感受不到大多数风的影响。而这架滑翔机重量不比一辆哈雷摩托车重多少，速度也差不多——每小时50至70英里。它能感受到每一个颠簸。小型飞机造成了许多由湍流引起的伤害，实际上所有的死亡案例（每年约40起）也都发生在小型飞机上。它们完全受制于风。
“你还好吗？”过了一会儿，斯文森大声问道，“你说话越多，我就越知道你没事。”我试图说我很好，但发出的声音很奇怪——高亢而窒息。我等了一会儿，然后掩饰性地问他退休前做什么工作。他笑了。“我在博尔德为西北互惠人寿保险公司工作，”他说，“我卖人寿保险。”
在我们下方很远的地方，前岭山脚下，我看到一群高大的红色塔楼从一片黄色丛生草地中升起。从这个距离看，它们显得古老——如同梅萨维德的悬崖居所——但也隐约带有未来感。伍迪·艾伦在他的科幻讽刺片《沉睡者》（Sleeper）中曾用它们作为邪恶克隆研究所的背景。事实上，它们容纳的是国家大气研究中心（NCAR），这是二战后成立的一组联邦资助中心之一，旨在将最先进的研究应用于最紧迫的实际问题。这里是湍流研究的洛斯阿拉莫斯。那天上午晚些时候当我前往那里时，我半预期建筑物会是黑暗的。政府已停摆，国家科学基金会面临巨额预算削减。但NCAR目前仍开放。
在主楼内，一个大型玻璃球体安置在钢架上。里面充满了虹彩蓝色液体，当我旋转球体时，液体呈现出越来越复杂的图案，如同旋转星球上方的云层。它旨在展示大气的混沌本质，但这是一种极端的过度简化。在地球上，随着地球自转，赤道附近的空气受热上升，到达极地时冷却下沉。山脉和山谷塑造风的路径；火山灼烧空气并用灰烬遮蔽它；洋流吸收热量然后蒸发到天空，用水汽搅动空气。而且，冷暖锋在各个角落相互碰撞，引发更加剧烈的变化。要想真正展现这种复杂性，我需要像摇晃雪花球那样摇晃这个球体。
“湍流是经典物理学中尚未解决的重大问题之一，”NCAR高级研究员拉里·科恩曼（Larry Cornman）在他办公室与我交谈时告诉我，“你必须预测这些事情何时何地发生，但方程本质上是非线性的。”科恩曼68岁，棕色头发夹杂灰白，垂至肩部。他穿着T恤和运动夹克，说话带着一种古怪的亲和力——这是博尔德嬉皮士时代的遗风。在进入加州大学圣克鲁兹分校攻读数学和物理学位之前，科恩曼曾在北加州的一个佛教公社生活了三年。1983年搬到博尔德后，他在NCAR找到了一份兼职计算机程序员的工作，从此再未离开。此后他获得了八项专利，并设计了一些使用最广泛的湍流探测系统。
科恩曼抵达科罗拉多时，正值航空公司面对一系列神秘坠机事故。1975年6月24日，一架东方航空公司的飞机在纽约跑道前半英里处被吹落地面。它撞上了一些进近灯塔并起火燃烧，碎片散落在罗卡韦大道上。七年后，在新奥尔良，一架泛美航空的航班刚起飞就被风迫降。它冲进邻近社区，造成地面8人和机上所有乘客死亡。仅在美国，1973年至1985年间，类似的风切变事故就导致400多人死亡。
“人们在死去，但我们不知道原因，”科恩曼告诉我，“我们不了解飞机坠毁背后的物理原理。”致命的阵风被认为来自海洋或机场外的雷暴。但危险其实就在它们正上方。20世纪70年代末，NCAR和芝加哥大学的研究人员发现，这些坠机是由微下击暴流引起的——突然而猛烈的下沉气流。在微下击暴流中，积雨云将冷空气和雨水径直向下倾倒，如同破损遮阳篷滴下的水。空气落地后水平扩散，因此飞行员起初以为自己正逆风飞行。他略微抬高机头并减少引擎推力。随后下沉气流袭来，紧接着是恶毒的顺风，将飞机推向地面。
NCAR团队随后十年与航空公司、大学、FAA、NASA和NOAA（美国国家海洋和大气管理局）的研究人员共同致力于解决这个问题。“这是一项国家使命，”科恩曼说。幸运的是，解决方案的雏形已经存在。NCAR团队使用了先进的新型多普勒雷达系统来探测微下击暴流。当这些系统与许多机场已有的风探测器结合，并与科恩曼开发的软件集成后，微下击暴流可在发生时被探测到。“一个曾导致数百人死亡的问题突然停止了，”科恩曼说。美国上一次商业航班被微下击暴流击落是在1994年。
湍流很少如此简单。它太分散、太变幻莫测，太容易由触发其他模式的天气模式引发，形成无尽的级联效应。“这不是单一现象，”NCAR大气科学家鲍勃·沙曼（Bob Sharman）告诉我，“不仅仅是大气对流，也不仅仅是风越过山脉。而是所有事情同时发生并相互作用。”沙曼是美国湍流预测领域的顶尖权威之一。他构建的计算机模型可以预测粗糙空气最可能出现的位置。“问题是，”他说，“当我们与航空业开会并建议采用概率方法时，会有飞行员站起来说：‘不！我要你告诉我在这个时间、这个地点是否会有湍流。’”沙曼举起双手，“没人知道那个。理论上你当然希望那样，但在实践中，那根本不可能。”
10月初，我搭乘红眼航班从纽约飞往智利圣地亚哥。我一直在阅读一个名为Turbli的网站，该网站由一位痴迷湍流的斯德哥尔摩工程师伊格纳西奥·加列戈-马科斯（Ignacio Gallego-Marcos）运营，他拥有流体动力学博士学位。加列戈-马科斯分析了NOAA和英国气象局一年的预报数据，并结合全球飞行追踪数据。他在2025年得出结论：全球五条最颠簸航线中有三条飞往圣地亚哥。
智利就像一个研究不稳定风的巨大实验室。当急流穿越太平洋时，几乎以完美直角撞击安第斯山脉。在智利一侧，气候阳光充足、稳定干燥；而在阿根廷一侧，强风在山峰上下起伏，形成山波，掀起一排排薄薄的白云，如同泡沫浪尖。冬季，山峰下方的空气可能骤降至乌科谷，形成窒息的宗达风。突然的压缩产生巨大热量，使阿根廷门多萨的气温升至100华氏度以上。“这在心理上非常困难，”智利大学的大气科学家罗伯托·隆达内利（Roberto Rondanelli）在圣地亚哥与我见面时告诉我，“人们在门多萨会变得疯狂。”
东北方向的情况更糟。随着阿根廷干旱山谷过渡到亚热带雨林，湿度在巨大的积雨云中急剧上升，冷却后又以暴雨形式倾泻而下。对流驱动巨大的鞭挞风穿过大气，伴有猛烈的上升和下沉气流。“我们在智利没有这种情况，”隆达内利说，“作为气象学家，我真的很不满。我们是无聊的部分。在阿根廷，他们有各种疯狂的天气。几乎棒球大小的冰雹！世界上最大的风暴——宽达一千公里！我很想穿越其中一场风暴。”他叹了口气，“我有三个孩子和两个继子女，所以我可能不会这么做。但我真的很想感受一下身处其中的感觉——希望能活着出来。”
现代喷气机配备了一系列传感器以帮助应对恶劣天气。磁力计跟踪飞机方向；陀螺仪帮助计算俯仰和滚转；加速度计检测速度变化；多普勒雷达测量与风暴的距离及其移动速度。20世纪90年代初，拉里·科恩曼开发了一个程序，可以从部分传感器数据中筛选信息，实时测量空气湍流。大气科学家称之为“涡耗散率”（E.D.R.）。其评分通常在0到1之间——从平静到严重。
按此标准，门多萨至圣地亚哥的航班是全球最颠簸的航线。其平均E.D.R.为0.23。这比北美最湍流的航线（从丹佛到杰克逊霍尔，以及从阿尔伯克基到丹佛）高出近三分之一，但仍远未达到严重程度。科恩曼告诉我，在波音737上，0.23的E.D.R.会被记录为中度湍流——“不舒服，尤其是长时间持续，但人们不会撞到天花板。”不过，平均值可能具有欺骗性。过山车如果包括缓慢爬坡的过程，平均速度可能只有每小时15英里。但你记住的只是第一次下坠。
“我可以向你保证，我一生中最可怕的飞行都是穿越安第斯山脉，”当我从圣地亚哥飞往门多萨时，一位智利飞行员告诉我。他说自己已在山区飞行超过15年，有时乘坐四人小飞机。冬季，当急流增强且风暴从太平洋袭来时，高峰带来斯库拉和卡律布狄斯般的困境：飞得高会被山波抛掷；飞得低则会被宗达风吹向岩石。“它能把小型飞机扔下去，”他说。
坐在圣地亚哥的飞机上聆听安全指示时，我想象如果这些指示更像我所读到的故事和空难报告会是什么样子：“如果乘客两次撞击天花板，在空中翻跟头，然后腹部着地……如果服务车翻倒压住空乘人员并使其脚踝骨折……如果人们开始尖叫并呼唤耶稣……”美国国家运输安全委员会（NTSB）发现，在美国，湍流导致超过三分之一的商业航班事故。这些事故往往以可预测的方式伤人。例如，乘客通常在飞机后部受伤，常常是在走向洗手间、坐在里面或排队等候时。但受伤总数难以确定。一家主要航空公司估计每年收到200起与湍流相关的伤害索赔，但NTSB并不追踪“轻微伤害”——包括那些住院少于48小时的伤害。“这类事件经常发生，但由于未造成死亡或重伤，它们被掩盖了，”一位NTSB资深气象学家兼调查员告诉我，“我们每年只有约100名航空调查员处理1400起事故。”
如果说NTSB统计数据有一个教训，那就是：空乘人员从事着一项危险的工作。当飞机遭遇湍流时，飞行员和乘客通常已在座位上。空乘人员往往仍在站立。他们占据了湍流所致重伤的近80%，而2001年的一项研究发现，每发生一起此类重伤，就有另外70名空乘人员受轻伤。近三分之一的情况下，他们完全不知道湍流即将来临。
“当时相对平静，我们三人在后厨房工作，”一位空乘人员在今年3月一份NTSB机组声明中回忆了一起飞越菲律宾的航班，“一个小男孩走进厨房要三明治零食。突然，毫无预兆地，晴空湍流袭来……一切都发生得太快了。我记得自己飞了起来，然后重重落下，撞到一辆餐车的一侧，接着被向后抛出，重重平摔在厨房地板上。我的头和背部重重砸在地板上，旁边的小男孩也是如此。他落地时因剧痛和恐惧发出的尖叫声至今仍困扰着我。”
事实证明，我穿越安第斯山脉的飞行是我一生中最平静、最宁静的飞行之一。在返回圣地亚哥的途中，夕阳西下，高耸的山峰无声地从下方飘过，被染成琥珀色和紫色，如同玻璃底船下的珊瑚。“无法用言语形容，”一位来自圣地亚哥的空乘人员后来告诉我，“哪里还有这样的山脉？”但她补充说，一年前的一次安第斯飞行让她深受震撼，以至于一段时间内不敢再飞越那里。“我害怕了三个月，”她说。另一位空乘人员坚称自己根本不害怕湍流。“我已经超级习惯了，”她说，接着补充道，“但我们不应失去对湍流的恐惧。如果你太过习惯，就可能犯错。你可能会想，‘不，没什么，’然后砰！”
三十年前，大气科学家开始注意到一个令人担忧的趋势。他们知道，夏季风暴引起的湍流会增加，因为更热更潮湿的空气上升形成积雨云。他们也清楚，冬季晴空湍流会增加，因为极地气温急剧下降而热带地区不变。这种温差驱动急流，当它穿过较慢的气团时会产生湍流涡旋和风切变。但在这些季节性波动之上，似乎还有一个总体趋势：地球大气正变得更加粗糙。
这直观上说得通。近百年来，全球气温一直在上升。大气中的热量和能量越多，就越应该更加湍流。但气候往往挫败预期。例如，如果极地气温上升幅度大于热带地区，两者之间的温差将减小，急流可能减缓。然而，平均而言，湍流似乎在各地都在增加。令人惊讶的是增幅之大。天气数据显示，1958年至2001年间，欧洲和北美的晴空湍流增加了40%至90%。英国大气科学家保罗·威廉姆斯（Paul Williams）分析了1979年至2020年的卫星、气象气球和飞机数据，发现了类似的增幅。威廉姆斯估计，如果二氧化碳排放持续不变，到本世纪中叶，北大西洋航线上中度或更强的晴空湍流可能增加高达170%。鲍勃·沙曼合著的一项研究发现，来自风暴和其他来源的湍流也可能几乎翻倍。
飞机能承受多少湍流？每年，这个问题都由一群被称为“飓风猎人”的美国空军和NOAA飞行员及研究人员提出并回答。该计划非正式始于1943年，当时约瑟夫·达克沃斯（Joseph Duckworth）中校飞入德克萨斯州加尔维斯顿附近的一场飓风眼中。达克沃斯的飞行源于一场打赌，但该计划此后承担了更严肃的角色：报告飓风发展情况并研究其内部机制。去年，佛罗里达州安柏瑞德航空大学的气象学家兼飓风猎人乔舒亚·瓦德勒（Joshua Wadler）分析了自2004年以来每次NOAA飓风飞行的湍流数据，以及20世纪80年代两次著名的飞行。他测量了每次飞行在六个运动轴上的颠簸程度：滚转、俯仰、偏航、纵荡、横荡和垂荡。（仅这些词汇就足以引起眩晕。）然后他列出了有史以来最颠簸的飞行记录。
瓦德勒自己最糟糕的飞行是2022年穿越飓风伊恩（Ian）——那次飞行以其剧烈的左右摇晃而闻名。但那次飞行在他的榜单上排名第二。最颠簸的是1989年在巴巴多斯以东穿越飓风雨果（Hugo）的飞行。“就像在汽车洗车房里坐过山车，”NOAA气象学家弗兰克·马克斯（Frank Marks）最近告诉我，他曾飞越一百多场飓风。“在不到一分半钟内，风速增至每小时170英里。然后，就在我们即将进入风眼，前方开始出现一点晴朗和阳光时，有人说，‘三号引擎冒火了！’我们心想，哦，糟了。”他们的飞机——一架名为“科米特”（Kermit）的洛克希德P-3 Orion——三号引擎失去动力，下坠超过600英尺，险些坠入大西洋。它拉出俯冲，重新爬升回风暴风眼。然后在那里盘旋约一小时，直到一架空军飞机护送它穿过风眼墙的一个薄弱点。
“科米特”及其姊妹机——另一架名为“猪小姐”（Miss Piggy）的P-3 Orion——自1976年以来已飞入数百场飓风，从未丢失一名乘客。同期，美国空军在其洛克希德WC-130飞机上执行了数千次飓风飞行，也未发生任何死亡事件。这两种飞机均为军用设计：马克斯告诉我，P-3像飞行坦克；WC-130更像飞行谷仓。商用喷气机设计用于较轻任务，并试图避开飓风。但在一个风更大的世界里，它们将如何应对？
“我与航空公司交谈，他们意识到存在迫在眉睫的威胁，”保罗·威廉姆斯告诉我，“但这对他们来说还很遥远。他们认为那是几十年后的事。真正注意到这一点的是设计师。他们现在设计的飞机到2050年仍将飞行，所以他们不能等待。这里有一点令人震惊的事实：适航设计和认证标准基于20世纪60年代的湍流测量数据。合理的问题是，这些标准是否仍然适用？到2050年它们是否仍适用？”
去年12月我访问波音设施时，公司正经历艰难时期。2018年和2019年坠毁的两架737 MAX（造成全员遇难）均由同一故障传感器导致：它不断告诉飞行控制软件将机头向下倾斜。第二次事故后，FAA将整个737 MAX机队停飞20个月。随后，2024年，另一架该型号飞机又遇险情。它在俄勒冈州波特兰上空爬升至16,000英尺时，一侧面板爆裂，在飞机左侧留下一个大洞。舱内压力迅速下降，一名15岁男孩的衬衫被从背上撕裂。后来发现，该面板缺少四个本应将其固定的螺栓。
“过去五到七年对我们个人来说非常艰难，”运营副总裁达雷尔·拉尔森（Darrel Larson）告诉我。拉尔森在北达科他州的农场长大，身材瘦长，举止朴实。我们站在建造777的厂房地板上——这是世界上体积最大的工厂。它是一个巨大的开放式机库，长三分之二英里，宽三分之一英里，被一排排玻璃墙办公室分隔。下方有隧道系统，上方有轨道网络，悬挂着能将八吨重引擎吊过地面的龙门起重机。工厂全天候运转，却异常安静。飞机主要由附近其他站点制造的模块组装而成，并按严格编排的顺序拼接。缩膜包装的飞机洗手间在周边，旁边是装满编号零件箱的手推车。这是世界上最复杂的乐高套装。
批评者将公司最近的失误归咎于外包：约1200家供应商为波音飞机设计和制造零部件。“我们确实存在一些问题，”拉尔森说，“但我们正在走出困境。我们无法足够快地制造飞机。”他带我走到一架即将安装机翼的半成品777旁。“我记得我第一次参与机身对接，”他说，“机械师钻了大约800个孔，然后开始检查周围的蒙皮。我当时想，这得花多长时间啊！”机翼必须以五千分之一到万分之一英寸的间隙与机身对接。然后用恰到好处的扭矩螺栓固定，使其即使在最严重的湍流中也能弯曲并保持牢固。在波音的压力测试中，它们可弯曲近45度并弹回，经受多年弯曲而无结构疲劳。“这不是农用设备，”拉尔森说，“这是一个生命支持系统。在35,000英尺高空，你不能靠边停车。”
如今，当航班遭遇灾难时，几乎从来不是我们担心的那种方式。机翼不会在狂风中断裂。飞机不会被抛向山脉。自1952年首批付费乘客乘坐商用喷气客机（从伦敦飞往约翰内斯堡）以来的七十年间，商业航班数量呈指数增长，而死亡风险却变得极小。“在美国和欧盟的飞机上，致命伤害的概率为四千六百万分之一，”波音航空安全调查员雅各布·齐格告诉我。当事故确实发生时，通常是由于人为错误、地面碰撞或多种因素组合，包括在颠簸航班中简单走动的行为。
飞机设计师已尽最大努力减轻痛苦。自20世纪30年代以来，机舱已从裸露金属管中的柳条椅演变为充满曲面、氛围照明的茧状空间。空气被加压，使飞行员能飞至更平稳的天空。服务车用复合材料减轻重量，并配有内置制动器和防开抽屉。如果飞机突然下坠，乘客座椅可承受16g的力；折叠座椅配有安全带以固定机组人员。如果发生火灾，墙壁、座椅靠背和小桌板均由自熄聚合物制成，不会释放有毒烟雾。地板灯将引导乘客穿过昏暗的过道，到达充气展开的逃生滑梯，通向地面或水面。
尽管如此，所有使机舱更安全的巧妙创新之外，飞行的经济学也可能使其更危险。曾经配备豪华躺椅和宽敞过道的飞机，如今每年搭载更多乘客。头等舱乘客躺在带内置安全气囊安全带的平躺座椅上，而经济舱乘客则肩并肩、膝碰座椅靠背坐着，希望在风暴中不撞到头。2021年，FAA发布了一项关于紧急疏散的研究，结论是当前机舱座位要求“可容纳且不阻碍99%美国人口的撤离”。但去年，美国国家科学院、工程院和医学院的一个审查小组发现该研究存在缺陷。FAA试验仅包括无身体限制的志愿乘客，且无人超过60岁。
“这是一个低利润行业，所以总是成本效益分析，”拉里·科恩曼在博尔德告诉我，“但年复一年，人们仍在受伤。”科恩曼认为，防止受伤的最佳方法是完全避开湍流。空中交通管制会通过天气地图或雷达系统警告飞行员任何风暴。但对于晴空湍流，飞行员仍依赖已通过该区域的其他飞行员的报告——这对双方都不满意。“飞行员是一个模拟、定性传感器，”科恩曼说，“他们被颠簸后说，‘这是中度湍流。’但这意味着什么？”小型飞机上的剧烈颠簸在巨型喷气机上可能只感觉是一两次颠簸。或者飞行员可能忙于控制飞机而根本无法评论天气。“等到他们报告时，事件早已发生在后方，”科恩曼说，“因此位置也不够准确。”
湍流不必依赖口耳相传。商用喷气机有能力自动测量并传输湍流数据——使用科恩曼90年代初在NCAR开发的软件——并将其转发给其他飞行员。该软件可免费提供给航空公司，但大多数公司因发送和处理数据的成本以及与他人共享的顾虑而退缩。“金额不大，但累积起来可观，”沙曼告诉我，“很多人说，‘等等，我们勉强维持运营，负担不起额外十万的传输费用！’而那些愿意付费的公司则说，‘为什么我要把数据分享给不付费的人？’”目前，仅有约2000架飞机配备了该软件——约占美国机队的四分之一。
几年前，科恩曼找到了绕过这个问题的方法。在美国，由空中交通管制服务的商业航班（每天约27,000架次）必须传输其位置、高度和速度。通过追踪这些传输和飞机随时间的运动，科恩曼在NCAR开发的新程序可以创建湍流发生的逐刻快照。FAA计划今年测试该程序。结合NCAR早期的软件、沙曼的预报模型以及地面雷达阵列的数据，该系统有望开始为飞行员提供所需的提前预警。“这就是我的未来，”科恩曼说，“所有这些操作将整合成一个无缝网络。飞行员无需与空中交通管制通话问‘我该上升还是下降？’他们只需看到一个带有彩色编码航迹的显示屏，就能看出几千英尺上方情况更好。”
只有一个障碍：该系统仍需“小白鼠”。即使最好的天气模型也无法精确预测晴空湍流的发生位置。因此，NCAR程序继续依赖已被颠簸的飞机的第一手报告。新技术可能在未来几年改变这一状况。配备激光雷达传感器的飞机——利用激光探测比雷达更细微的粒子——甚至可在无云天空探测到湍流。但激光雷达系统仍过于笨重昂贵，无法装入飞机鼻锥。政府和航空业在投资改善方面进展缓慢。目前，飞向湍流的航班最佳希望或许是编程飞机自身来“顺应颠簸”。
“这有点像‘选择你自己的冒险’，”波音飞行控制部门技术研究员瑞安·佩蒂特（Ryan Pettit）告诉我。我们坐在多功能模拟器驾驶舱的飞行员座位上。从内部看，它像一架777的驾驶舱，配有成排的仪表、开关和数字屏幕，透过挡风玻璃可见雷尼尔山。从外部看，它像一个巨大的独眼机器人：一个舱室架在三条两层楼高的机械腿上。在数月追逐湍流的过程中，我在商业航班上最接近湍流的经历是在德克萨斯州，当时一架雷暴在我飞机准备降落在奥斯汀时袭来。“各位，看来前一小时四十五分钟会很平稳，”我们离开纽约时机长警告道，“之后就走下坡路了。”但这个模拟器绝非不可靠。它是按需提供的湍流。
佩蒂特和他的同事保罗·斯特雷弗林（Paul Strefling）坐在我们中间的飞行员座位上，他们是从事乘坐质量工程的工程师。他们的工作是编程飞机尾部和机翼的可动部件——方向舵、升降舵以及近二十多个副翼、襟副翼和扰流板——以便在遭遇湍流时自动平滑飞行。为了获取模拟器数据，他们的团队驾驶全尺寸波音喷气机在落基山脉上进行研究飞行。他们搜寻粗糙空气，然后像赛道上的赛车手一样反复穿越。他们使用飞机传感器记录每一次颤动和震动，然后下载到模拟器计算机中。我们所在的驾驶舱可替换为737或787的驾驶舱，并根据这些飞机的尺寸和形状重新编程湍流。然后，只需隔壁控制室切换开关，舱室就会在其活塞腿上摇晃滚动，如同癫痫发作。
佩蒂特说，陷入湍流的飞机既作为一个整体移动，也作为柔性结构移动：“飞机弯曲和扭曲的方式之多令人震惊。”为了补偿所有这些颠簸和扭曲，飞行控制软件使用飞机传感器计算风的力量和方向。然后移动机翼和尾部的襟翼以抵消压力。“假设飞机像一把尺子一样弯曲，”佩蒂特说，“升降舵”——尾部的水平台面——“可以移动以对抗这种弯曲。或者方向舵会阻止其左右移动。”如果飞机上扬，扰流板可将其压下；如果下坠，机翼襟翼可将其抬升；如果开始滚转，副翼可使船体复位。
控制室传来声音确认我们已扣好五点式安全带。随后演示开始：“三、二、一，现在。”驾驶舱猛然一动，我们开始上下颠簸。它模拟的是在爱达荷州和蒙大拿州记录的中度湍流风。但控制室将风的垂直和横向力分离，使我能单独感受它们。现在我们正被垂直力颠簸着，有点有趣——像骑木马。接下来是横向运动。佩蒂特后来告诉我，它们强度只有前者一半，但感觉加倍不适——缓慢、晕船般的波浪如同海浪。但最糟糕的无疑是同时具有垂直和横向的运动。当控制室编程驾驶舱重现完整湍流时，稳定的波浪突然变得混乱、失衡、完全不可预测。一两下冲击，奇怪的停顿；一点侧向抽动，然后底部塌陷。
“湍流的诀窍在于它全部混杂在一起，”佩蒂特事后说，“当飞机以那种面条状弯曲时，你的身体也在弯曲。它设计用于垂直承载你的重量。但如果你在座位上，你可能以某一频率左右移动，而在更高频率下，你的头朝一个方向，身体朝另一个方向。这更容易引发晕动症。还存在一个频率，你的眼睛开始抖动，再也无法聚焦。”
我们又运行了几次测试——我一直让他们加大强度——但结果大致相同。每组波浪后，控制室会重复测试，只不过这次开启了湍流阻尼软件。当运动仅为垂直或横向时，效果显著：大浪变小浪。但当运动合并时，阻尼似乎几乎没有区别。斯特雷弗林向我保证，整体运动减少了，软件缓解了一些颠簸。但突然的冲击和下坠依然存在，你仍然无法预见它们。
“这是我一直难以解释的事情，”斯特雷弗林说，“有时你会遇到具有多种模式的混沌事件突然凝聚，这些东西真的很难阻尼和控制。这让我内心深处感到困扰，因为我无法改进它们。你知道，我已为此工作了十多年。我将永远不停止这项工作。我将永远为之努力。”
第二天当我从西雅图起飞时，天空乌云翻滚，预示降雨。政府停摆已结束，但大气似乎仍可疑地缺乏监控。国家气象局失去了约600名员工；FAA短缺超过3000名空中交通管制员；甚至有传言要彻底解散NCAR。白宫管理与预算办公室主任拉塞尔·沃特（Russell Vought）称该研究中心为“全国最大的气候恐慌主义来源之一”。
尽管如此，当轮到我们的飞机起飞时，起飞依然令人振奋——低沉的轰鸣和上升的嗡嗡声，平稳脱离和突然升空，然后穿越云层冲入刺眼的蓝天。飞行就是悬浮于不信之中。在零下温度、稀薄空气中以亚音速疾驰，距地球35,000英尺，你别无选择，只能相信大气不会杀死你。相信你登上的巨型机器不会解体。一架波音777由三百多万部件组成，其中许多对保持其升空至关重要。而大气拥有更多无数活动部件。正如法国航空先驱皮埃尔 - 乔治·拉特科埃尔（Pierre-Georges Latécoère）在1918年所说：“我重新做了所有计算，它们证实了专家所说的：这行不通。只有一件事可做：让它行得通。”
我们对湍流的恐惧是对这一不可思议壮举的自然但不成比例的反应。我们对它的反应如同风本身一样混沌且非线性。“运行几秒钟的模拟并使其稍好一些很容易，”佩蒂特说，“但如果你在飞行中遭遇一两个小时的中度湍流，焦虑会逐渐累积。过了一会儿，我会想，调转飞机，我想回家。我不再去夏威夷了。” ♦
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