為什么飛機的往返飛行時間不一樣

逆水行舟，不進則退。

——梁啟超

我去洛杉磯訪學時，來回坐的都是東方航空公司的航班。下圖是我從上海往返洛杉磯的機票，有過國際旅行經歷的朋友可能發現往返的飛行時間不一樣：去程約12小時，而從洛杉磯返程則接近14小時。

為什么有接近兩小時的差別？當時昍媽也有疑問，但我并未能給出合理的解釋，有一段時間將該問題束之高閣。現在回想起來，對于一名科研人員而言，這真是一種極不可取的態度。

最近，我正好在看行程問題，又回想起這個問題，覺得該是給它一個交代的時候了。在給出合理的解答之前，先說幾種可能的解釋。

解釋1：往返的航線不一樣。

飛機的航線在地球上大致是沿球面最短路徑走的，我坐飛機的時候特地注意過了，往返所走的路線基本一致，從上海到洛杉磯的飛行距離約為10500公里。

解釋2：往返飛機的速度不一樣。

往返坐的同為東航的波音777大飛機，兩者的飛行速度應該不會有差別。

解釋3：時區的差別。

計算飛行時間時已經把時差計算在內了，否則算出來的飛行時間會很離譜。

解釋4：地球自轉的影響。

“一個順著地球自轉的方向飛，一個逆著地球自轉的方向飛，因為飛行距離不一樣，所以一個時間長，一個時間短。”

這個解釋赫然出現在百度作業幫的優質答案中。對此，我表示很無語。顯然，給出這個答案的朋友并沒有理解毛主席“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”的真正含義。地球在轉，飛機即便停著，也以地球同樣的速度在轉，相對于地球的速度來說它的速度就是0。飛機相對于地球運動的距離和速度不會因為地球的自轉而變化。打個比方，在奔馳的列車上，你向前跳和向后跳，相對于列車而言，可不會因為你朝著列車的前進方向跳，就跳得更遠。

以上幾種解釋都是行不通的。那么，到底是什么造成了這兩小時的差距呢？答案是風。原來，在北半球的中緯度，無論高空低空，常年都盛行西風。從上海飛往洛杉磯，是從西往東飛，因此是順風，而返程則是逆風。

三圈環流示意（北半球）

風的力量居然有這么大，能讓飛行時間差兩小時？這不由得引起我的好奇，不妨通過數據簡單估算一下。

西風帶上1萬米高空的西風有個專有名詞叫急流（Jet Stream），Stream就是我們通常說的水流的意思。小學數學中的行船問題（包括順水行舟和逆水行舟）是行程問題中的經典問題，該問題里的幾大要素是：

逆水速=船速－水流速

順水速=船速+水流速

靜水速=船速

路程=速度×時間

飛機在Jet Stream中飛，可以簡單地將Jet Stream看成河流，將飛機看成船。空中的風速約為130千米/小時，風從西向東吹，但會向南或向北偏轉，也就是會形成西南風或西北風。

高空急流帶的風速

一般來說，無風時飛機的巡航速度為850千米/小時左右，風速按照130千米/小時來算，則去程需要10500÷（850+130）=10.7小時，返程需要10500÷（850－130）=14.6小時。

考慮到飛行方向并非和風向完全一致，因此實際去程的速度要小于980千米/小時，而返程速度則大于720千米/小時，這樣，計算結果就和實際的航行時間比較吻合了。

其實，不僅僅是中美之間的國際航班，就算國內從南京或上海到重慶或成都這樣的東西部之間的航班，往返也會有半小時左右的飛行時間差。下一次坐飛機的時候，你不妨留心觀察一下。