为什么喷气式飞机在天空中会留下白色尾迹?

哈维穆德学院的工程学助理教授珍·斯特劳德·罗斯曼提供了解释

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喷气式飞机留下白色尾迹,或称凝结尾迹,其原因与您有时能看到自己呼出的气息相同。喷气发动机排出的高温潮湿废气与大气混合,而高空大气层中的蒸汽压和温度都远低于废气。喷气废气中包含的水蒸气会凝结并可能冻结,这种混合过程形成的云与您在寒冷天气中呼出的热气形成的云非常相似。

喷气发动机的废气包含二氧化碳、硫和氮的氧化物、未燃烧的燃料、烟灰和金属颗粒,以及水蒸气。烟灰为水蒸气提供了凝结位点。空气中存在的任何颗粒都提供了额外的位点。

根据飞机的高度以及大气的温度和湿度,凝结尾迹的厚度、范围和持续时间可能会有所不同。喷气凝结尾迹的性质和持久性可用于预测天气。一条薄而短暂的凝结尾迹表明高空空气湿度较低,这是晴朗天气的迹象,而一条厚而持久的凝结尾迹则反映高空空气湿度较高,可能是风暴的早期预兆。


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凝结尾迹中包含的混合气体相对于周围空气旋转。这些旋转流区域称为涡流。(任何尖锐的表面,如机翼的尖端,如果足够大或流速足够快,都可能在其尾流中引起涡流。)有时,这些尾涡可能会相互作用。

在这种事实的一个众所周知的例子中,克劳不稳定性会导致涡流产生对称的正弦振荡,并最终合并形成喷气式飞机后面的涡环。这种不稳定性可能由周围空气中的湍流或局部空气温度或密度的变化引发,而这本身可能是大气分层的结果。当凝结尾迹可见且强烈时,可以看到白色条纹变成波浪状,然后留下漂浮在高空中的环,就像一支巨型雪茄的烟圈一样。

最近的研究表明,凝结尾迹中包含的冰云会产生温室效应,并作为大气中水分和气体的绝缘层的一部分,加剧全球变暖。该领域的研究人员抓住了9月11日和12日美国发生的事件提供的机会。商业航空交通的完全停止提供了一个没有凝结尾迹的对照天空,可用于量化凝结尾迹对环境的影响。

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