白白長長的療癒飛機雲,竟然會加劇全球暖化?

  • 文/nerdy 半吊子的科學狂熱者,投稿是種消遣。

根據歐盟的資料,飛機的廢氣排放約占了全球二氧化碳排放總量的 2% 以上2。聽起來很驚人嗎?飛機對於全球暖化的影響可不只如此。其實,每當我們仰望天空,看到的一條條飛機雲,也是加劇全球暖化的因子之一!

飛機雲怎麼來?水滴凍結成冰晶

近年的研究指出,飛機雲的形成與飛機排放廢氣後的冷凝現象有關3

當飛機飛行於距地面 8 公里,攝氏 -40 度的環境下時,飛機所排放出的水蒸氣快速冷卻,並以排放氣體中的煤煙粒子 (soot particles) 及氣膠粒子 (aerosol particles) 作為晶核 (nuclei) 凝結成水滴。不過,由於液態水在這種大氣條件下並不能穩定存在,所以這些水滴接下來很快便會結凍成冰晶,成為我們所看到的飛機雲。

飛機雲的形成過程,可以看到小水滴會很快地成為冰晶。圖/研究圖片

飛機雲與全球暖化,到底有什麼關係?

飛機雲能反射來自外太空的太陽輻射,使大氣層冷卻,卻也會阻礙地表輻射離開地球,造成暖化效應。但由於冷卻效應只會發生在白天,而暖化效應卻隨時都在發生,最終,飛機雲將會導致暖化。

此外,在冰的過飽和條件下,大氣中的水汽壓高於冰的飽和蒸氣壓,飛機雲會隨著時間慢慢擴散開來,最久可在大氣中持續存在長達 18 個小時4,並反射更多的地表輻射,這個過程所導致的暖化效應不亞於飛機的廢氣排放。

倫敦帝國學院 (Imperial College London) 的 Marc Stettler 所帶領的團隊分析日本空域的航班數據後發現:

絕大多數由飛機雲造成的暖化效應來自於 2% 的航班,其中大部分是下午的航班。

他們認為這可能是因為隨著太陽逐漸西沉,飛機雲造成的暖化效應逐漸大於冷卻效應,且暖化效應會一直持續到晚上。

隨著太陽逐漸西沉,飛機雲造成的暖化效應更劇。圖/flickr

飛低一點,就能讓進入大氣的輻射能少一點

研究人員為此想了一些對策。首先,他們引用了過去一些相關研究的指標,來衡量飛機雲對氣候的影響程度 ——「能量驅動力」(energy forcing, EF, in unit of J)。EF 值為正,表示進入大氣層的輻射能較多,EF 值為負,則表示離開地球的輻射能較多。

一般來說,某航班單位飛行距離的 EF 值介於 -4~24×108 J m-1,平均值為 0.25×108 J m-1

而為了減輕飛機雲所造成的暖化效應,研究人員希望能減少飛機雲的產生,盡可能地降低 EF 值。

在其中一個方案中,他們找出佔日本空域總 EF 值 80% 的那些航班,並調整那些航班的軌跡(主要是飛行高度),以改變飛機周圍的大氣條件,使該航班製造的飛機雲減到最少、EF 值降到最低,再計算調整後整體 EF 值下降多少百分比以及燃料消耗量的變化。

結果顯示,只需要改變 1.7% 的飛行高度,便能夠減少 59.3 % 的 EF 值,且燃料消耗量只增加了 0.014%。此外,其他的方法,像是更換飛機引擎種類,也可降低 EF 值達 68.8%,假如將這兩種方法搭配使用,甚至可降低 91.8% 的 EF 值。因此,研究人員認為,如果將這個方法付諸實踐,將能立即減輕航空業所造成的暖化效應。

找不到飛機雲?別難過,世界某處或許正有好事發生。圖/pxfuel

雖然我們不知道研究人員提出的方法會不會正式施行,但如果有一天,我們仰望天空,再也找不到一條條療癒的飛機雲,不用難過,這表示說不定正有好事在這個世界的某處發生。

參考資料

  1. 本文部分編譯自 Jet Altitude Changes Cut Climate-Changing Contrails
  2. Reducing emissions from aviation
  3. Formation and radiative forcing of contrail cirrus B. Kärcher, Nat. Commun. , 9, 1, 1–17 (2018)
  4. Mitigating the Climate Forcing of Aircraft Contrails by Small-Scale Diversions and Technology Adoption R. Teoh et al., Environmental Science & Technology, 54 (5), 2941-2950 (2020)

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nerdy

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