飞机尾迹可能并非曾经担心的气候“元凶”

调整飞行航线以减少飞机留下的凝结尾迹，曾被视为一个简单的气候解决方案，甚至好得令人难以置信。飞机的温室气体排放很难减少——电池无法为大型喷气式客机提供动力。但在过去几年，科学家和航空业抓住了一种通过限制飞机留下的云层来减少其气候足迹的方法。一些研究表明，飞机凝结尾迹在变成长期存在的云层时，会困住大量原本会逃离地球的热量，其效果是发动机排放的二氧化碳（CO₂）的三倍。理论上，调整飞行路线以避免形成这些云层，可以大幅减少航空业对气候的影响。

政策制定者欣然接受了这一想法，与商业航空公司一起启动了几项大规模实地试验。但曼彻斯特城市大学的气候科学家大卫·李表示，这些试验和近期的研究表明“这其中存在很多棘手的问题”。

事实证明，这些云层对气候的影响并非那么简单。一项观测研究显示，大多数长期存在的凝结尾迹并非形成于晴朗天空，而是在已有云层中形成，在这些情况下，这可能会限制甚至逆转它们的气候影响。另一项建模研究显示，凝结尾迹引发的云层对气候的影响可能仅为航空温室气体影响的三分之二，而非三倍。李曾领导2021年一项被广泛引用的研究，该研究认为其影响更大，他表示：“这些研究显示（变暖效应）比我们想象的要小得多。这就是事实，是更准确的认知。”

喷气式涡轮机的燃烧会产生二氧化碳、水蒸气以及少量 soot（煤烟颗粒）。当水蒸气在煤烟颗粒上凝结并冻结时，就会形成凝结尾迹。大多数凝结尾迹会迅速蒸发，对气候影响极小。但当凝结尾迹出现在大气中湿度较高的层次——水蒸气过饱和、极易凝结时，冰粒就会成为生长的“种子”，凝结尾迹会持续存在并扩散成完整的尾迹卷云。

数十年的研究表明，总体而言，这些云层会导致气候变暖。原理很简单：这些纤细的冰云能让大部分太阳能量穿过，但和二氧化碳一样，它们非常善于吸收地球表面发出的红外热量。这种效应在夜间最为显著，此时尾迹云不会反射阳光，只会困住热量。帝国理工学院的可持续航空研究员塞巴斯蒂安·伊斯特姆说：“科学界的共识是，它们会导致变暖，而且这种变暖并非微不足道。”

本十年初的小规模试验（2021年由德国航空航天中心（DLR）开展，2023年由谷歌研究人员与美国航空公司合作进行）表明，飞行员可以调整飞行轨迹，避开容易形成卷云的潮湿层。但西安大略大学的行星科学家丹尼斯·维达表示，这些试验也显示，天气模型并不总能准确预测凝结尾迹的形成位置，有些模型的准确率仅为五分之一。他说，问题在于观测数据稀少，“凝结尾迹领域非常缺乏数据”。

维达运营着一个名为“全球流星网络”的公民科学项目，该项目使用1000多个低成本安全摄像头观测天空中的火球。去年，一位有航空背景的参与者注意到，这些摄像头也是出色的凝结尾迹监测器。现在，该流星网络的摄像头已切换为24小时运行，这些观测结果将成为“ContrailBench”数据集的核心。该数据集由谷歌等公司开发，用于训练人工智能（AI）天气模型预测凝结尾迹。

与此同时，避免凝结尾迹的实地试验也在扩大。去年，应德国政府的要求，DLR与四家航空公司进行了100架次的飞行试验。今年，负责监管德国西北部和比荷卢地区空中交通的马斯特里赫特高空管制中心，正与谷歌合作开展一项持续试验，测试该公司的AI对通常晴朗但过饱和、易形成凝结尾迹的大气层的预测能力。

于利希研究中心的大气科学家安德烈亚斯·佩佐尔德是IAGOS项目的协调员。IAGOS是一个欧洲项目，已为10架商用飞机配备了传感器。他认为，目前对凝结尾迹的关注有些短视。在本月发表于《自然·通讯》的一篇论文中，佩佐尔德及其合著者利用IAGOS七年的数据追踪了尾迹卷云的形成位置。结果显示，超过80%的尾迹卷云并非形成于晴朗天空，而是在已有云层中形成。通过加厚这些云层，凝结尾迹会使它们反射性更强，从而减弱其变暖效应，甚至可能转向冷却效应。佩佐尔德说，任何避免凝结尾迹的方案都必须考虑这种风险：“如果云层覆盖较厚，可能就不值得这么做了。”

今年4月，DLR研究人员在《气候杂志》发表的一项研究中，使用气候模型评估了尾迹卷云导致的地表变暖，而非仅仅测量它们阻挡或吸收的辐射量。该模型探讨了反事实情景：一种是二氧化碳增加但无凝结尾迹，另一种则相反。令人惊讶的是，凝结尾迹的变暖效应仅为二氧化碳的三分之二。

该模型还指出了一个可能的原因：二氧化碳增加会导致低空反射性云层消失，从而导致变暖；而尾迹卷云的增加则没有这种效应，甚至似乎会增加整体反射性云层的覆盖面积。李说：“这与我们2021年论文的结论相反。”他补充道，其他因素可能会进一步降低凝结尾迹的变暖效应，例如，凝结尾迹中的煤烟颗粒最终会沉降，并在低层大气中形成反射性云层，从而冷却地表。

帝国理工学院的伊斯特姆认为，短期内可能无法得出对航空业明确的结论。上个月，他和合著者在《大气化学与物理学》发表的一篇论文中，比较了两种主要的凝结尾迹形成模型，发现它们之间的差异表明，目前无法确定哪些凝结尾迹对气候的危害最大。

不过，他补充说，即使有些凝结尾迹对气候的危害不如以往认为的那么严重，它们仍然是有害的。只要不会消耗过多燃料，航空公司就应该尽量避免产生凝结尾迹。但他也表示，应保持谨慎：“我们需要一个‘无悔策略’。”