为什么飞机喜欢沿着急流飞行

天空如此广阔，为什么要让飞机走航线？~

现在供人们出行的交通工具越来越多，在陆地上的交通工具需要遵守交通规则，还要等红绿灯，天空非常的广阔，为什么飞机还要按照航线飞行呢？有同学回答说，之所以按照航线来飞行，是因为天空中的飞机越来越多了。真的是这样吗？这只是其中的一个原因罢了，下面就来简要说说飞机为什么要按照航线飞行而不是随便飞。
导航技术限制，飞机只能按照航线飞行
飞机在天空中飞行是需要导航的，以前成熟的导航技术有指向台VOR导航技术以及惯性导航技术。飞机的航线可以简单地理解为从一个导航台飞向另一个导航台。导航台在航天业发展早期又被称为地标，飞行员就是靠对准地标来保证自己航路正确。随着科技的发展，基于GPS的导航设备开始使用，如果说地面的导航设备是路基，那么GPS就是星基导航。现在的区域导航（RNAV）就是利用陆基、星基导航信号的更新，飞机的惯导系统连续定位，就可以实现任意期望的路径飞行，不再像以往那样，只能从一个导航台飞向另一个导航台，但是航路依然都是固定的。

固定的航线可以省油
早之前，科学家通过发射高空气象气球，跟踪它们的位置和速度，通过一系列的观测实验，科学家发现在天空中有一条高速公路，如果沿高速公路飞行，飞行的时间更短。究竟什么才是天空中的高速公路呢？其实说白了就是天空中具有一定方向的大风（急流）。如果顺着风飞行，那么很显然就省油了。按照波音777客机的耗油量来算，如果按照固定的航线飞行，那么每趟航班可以节省5600美元。

从安全起见，飞机必须有固定航线
虽然天空如此广阔，但曾经还真就发生过两架客机相撞的悲惨事件。1956年6月30日，一架环球航空的洛克希德超级星座客机与一架联合航空的 DC-7客机，在飞往芝加哥的途中，他们都会经过著名的大峡谷，然而两位驾驶客机的飞行员想到一块去了，都想让机舱里的乘客能够观赏大峡谷的壮观风景，所以他们都想到了那条可以观赏到风景的最佳航线。正是因为他们都知道那条观赏风景的航线，所以两架飞机在飞抵大峡谷上空时，由于避让不及时，两架客机相撞，机上乘客全部遇难。

不仅是为了防止几率极低的撞机事件发生，也是为了遵照ETOPS规定，该规定指出，在飞机的航线中，任何一点到附近的备降机场距离不得超过60分钟的航程，以便飞机能够安全着陆。随着现代技术的提高，以及如今发动机可靠性的提升，60分钟的限制提高到了120分钟。也就是说在飞机航线的任意一点上，如果出现问题，必须要在120分钟以内抵达备降机场，这项规定就限制飞机必须要有规范的航线，而不能随便飞。

其他限制因素
国家对领空享有主权，任何别的国家的飞机，在进入该国领空时应遵守该国的航空过境规定，必须按照规定的航线飞行。另外还有自然原因，比如高山、天空中的急流，天气原因比如雷暴天气等等。
当然还有一些其他的因素，这里没有写，希望得到大家的补充。
正是由于以上的种种因素，所以飞机必须要有规范的航线，以保证全航路的安全飞行。

飞机飞行有它固定的航线。空中虽然没有障碍物但现在的飞机数量是在不断增加的，每个国家都有许多航空公司每天在起降飞机，所以飞机如果不指定相应的航线是有可能相撞的。陆地有陆地的规定，而天空也有天空的规定，每一架飞机都必须严格按照规定来飞行，否则天上的飞机则杂乱无章随意飞来飞去，那么发生事故的概率是不是就直线上涨？所以，现在每架飞机就必须按照自己的航线来飞行。

现在我们知道了急流的存在，那么它是如何形成的呢？原因可能很复杂。我们知道大气中的温度差异能够产生气压差，加上地球自转，这些因素会迫使空气绕着地球运动，空气流动起来就形成了风。
而所谓的急流就是高度在8-12km之间，速度可以达到320km每小时的一条自西向东的强风带。长度可以有几千公里，宽度几百公里。急流沿着冷热空气的边界流动，由于这些冷热空气边界在冬季最为明显，因此在北半球和南半球的冬季，急流都是最强的。

显示急流和对流层顶高度的北半球横截面
图片来源：https://www.weather.gov/jetstream/jet
地球的自转是急流产生的重要原因，我们可以看到地球自转把这个环流分成了上图所示的三个单元。30°N/S和50°-60°N/S附近的区域是温度变化最大的区域。两个地点之间的温差越大，风力也越大。因此，30°N/S和50°-60°N/S附近的区域（即中纬度区域）也是高层风力最强的区域。
50°-60°N/S区域是极地急流所在地，而亚热带急流位于30°N左右。急流高度变化为6.4到12.8公里，最高速度可达442公里/小时。

急流出现在北半球和南半球
图片来源：https://www.weather.gov/jetstream/jet
急流的实际出现不仅是地球自转产生的，还是许多变量之间相互作用的结果，例如高低压系统的位置、冷暖空气和季节变化。它们在地球上蜿蜒而行，在海拔/纬度上倾斜和上升，有时分裂形成漩涡，有时甚至完全消失，过段时间又出现在其他地方。

急流动态变化示意图
图源https://quiwho.com/2020/10/
急流也会“跟随太阳”高度而变化，在春天，随着太阳高度的每天增加，急流的平均纬度向极地移动。到了夏天，北半球的急流通常出现在美加边境附近。随着秋天的临近，太阳的高度降低，急流的平均纬度向赤道移动。
这条“空中高速”有急流加成！
了解了急流的成因，你是不是还觉得对它不太熟悉？不过急流在飞行旅程中发挥的作用大家却并不陌生。
如果你曾留意过长途国际航班，你会发现，飞机往返两地所需的时间一般不同，距离越远，这种情况就越明显。以北京和伦敦为例，北京飞往伦敦的直达航班，从北京起飞后向西方飞行，旅程时间需要10小时55分，而从伦敦飞回北京的时间只需9小时45分。
为什么同样的距离往返时间会相差这么多？而且为何所有的自东向西的飞行需要的时间都比自西向东的时间要长？有人曾提出疑问：飞行时间不同和地球自转方向有关系吗？
还真没啥关系！飞机在天上飞时，并没有摆脱地球引力，仍在地球惯性系内，所以不会受到地球自转方向的影响。不然，飞机不用飞，在天空中悬停1天，就能环绕地球一周了。不过，地球自转虽然没有直接影响到飞机的飞行速度（科氏力的直接影响较小），但地球自转带来的另一个变化，却成为了影响飞机飞行速度的主要因素，那就是急流。
为了方便理解这个问题，我们先来了解两个概念——空速和地速。飞机在空中飞行，具有一个相对于大气的移动速度，这一速度也被称之为空速。对应的，飞机相对于地面的速度就是地速。为了保证飞机在大气层中平稳飞行，飞机需要保持稳定的空速。因此，此时的地速就相当于空速和风速的叠加。因此顺风时飞机地速会更高，逆风时地速更低。

借助超强西风跨大西洋向东飞行的航班
图片来源：https://spaceweatherarchive.com/2020/02/11/surfing-the-jet-stream-reduces-aviation-radiation/
大西洋“空中高速”所在的中纬度急流中心，位于200hPa气压面的平流层中，这里风向水平，飞机相对不颠簸，成为大部分民航飞机飞行所在的高度。中纬度地区平流层常年刮着稳定的西风，前面提到，顺风飞行地速高，在此区域的飞机顺着西风方向从西往东飞，飞得更快，也能够节省更多时间。

2007年平均的200hPa风场（矢量）和风速（填色）
图片来源：https://www.ncep.noaa.gov/ (美国国家环境预测中心)
以纽约和伦敦为例，如果不考虑往返航线的差别，按照相同的距离8175km计算，顺风飞行时间约为6.4小时，而返程则需7.5小时，相差1个多小时。时间越短，燃料使用也越少。按照波音777客机每小时耗油量2700加仑计算，顺风飞行飞机可以节约2970加仑航油，每加仑按照1.89美元计算，则每趟航班可以节约5613美元，这确实不是一笔小数目。
不难发现，利用急流来进行长途飞行，省时省钱，又安全，有这样的优势加成，大西洋上的“空中高速”能成为必经之路也就不稀奇啦！

气候因素。一般航线规划都会考虑选择经过地球表面的“急流”。因为飞机在急流中飞行，可以借助风力使得航行时间缩短

省时、省钱、又安全。
急流影响飞机飞行效率。

尽量在岸边，紧急情况便于着陆，海面上不能保证通讯问题

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