Новое исследование, проведенное учеными из Океанографического института Вудс-Холла и Университета Висконсин-Мэдисон, обнаружило связь между климатом и временем полета авиакомпаний, предполагая, что между выбросами углерода самолетов и нашим изменяющимся климатом может существовать петля обратной связи. Исследование было опубликовано в журнале Nature Climate Change на этой неделе.«Характер ветровой циркуляции на верхних уровнях является основным фактором, влияющим на время полета», — говорит ведущий автор Крис Карнаускас, младший научный сотрудник отдела геологии и геофизики ВОЗ. «Более продолжительное время полета означает повышенный расход топлива авиалайнерами.
Последующий дополнительный выброс CO2 в атмосферу может иметь обратную связь и усиливать возникающие изменения в атмосферной циркуляции».Исследование началось с того, что соавтор Ханна Баркли, докторант совместной программы MIT-WHOI по океанографии, задала Карнаускасу обманчиво простой вопрос.
Баркли заметила, что прямой рейс из Гонолулу обратно на восточное побережье, которым она летела много раз в качестве полевого ученого, занял гораздо меньше времени, чем ожидалось, и она спросила Карнаускаса, почему это могло быть.«Первое, что пришло в голову, это то, как выглядел в тот день горизонтальный ветер», — говорит Карнаускас.
Они быстро запросили базу данных о ветрах на веб-сайте NOAA, выбрав высоту полета реактивных двигателей и указав дату полета Баркли, и увидели, что поток реактивных двигателей в тот день был очень быстрым.«Была просто большая полоса сверхбыстрых западных ветров, тянувшаяся от Гонолулу, Гавайи, до Ньюарка», — говорит Карнаускас. «Это было просто счастливой случайностью, как будто она была частью какого-то клуба с золотым пробегом, где атмосфера просто открывается для тебя».Открытие пробудило их любопытство относительно того, насколько необычным был опыт Баркли, и этот простой вопрос привел к изучению данных за десятилетия о рейсах между Гонолулу и западным побережьем Северной Америки (Лос-Анджелес, Сан-Франциско и Сиэтл) четырьмя разными воздушными судами. перевозчики.
Через базу данных, поддерживаемую Министерством транспорта, они могли загружать данные об отправлении и прибытии по каждой авиакомпании и пройденным маршрутам — для каждого отдельного рейса, совершенного за последние 20 лет. Поскольку ветры на верхнем уровне дуют с запада на восток, этап полета туда и обратно в восточном направлении обычно быстрее, чем этап полета в западном направлении.
После проверки качества данных Карнаускас построил график разницы во времени полета для рейсов в восточном и западном направлениях и заметил, что независимо от авиаперевозчика разница для всех перевозчиков выглядела одинаково за последние 20 лет.«Что бы ни было причиной изменения продолжительности этих рейсов, это было одно и то же, и это не было частью процесса принятия решений авиакомпанией», — говорит Карнаускас. Родилась гипотеза, что изменчивость климата (а не только повседневная погода) определяет время полета.
Он начал копаться в огромных объемах атмосферных данных, чтобы составить «составной» снимок того, как выглядит атмосфера в дни, когда разница во времени полета большая, а не маленькая. Когда он наложил графики различий авиакомпаний во времени полета с графиками изменчивости ветра в климатических временных масштабах, Карнаускас сказал, что он «был в восторге». Сюжеты были практически идентичны.Даже после сглаживания сезонных различий (струйный поток всегда немного сильнее зимой и слабее летом), оставив его с изменчивостью из года в год, матч держался почти идеально.
Скорость ветра на эшелоне полета объясняет 91 процент межгодовых колебаний. Результат также указал на влияние Эль-Ниньо — Южного колебания (ENSO) — явления, которое Карнаускас тщательно изучал.
По мере того, как температура в экваториальной части Тихого океана повышается и понижается, как галька в пруду, атмосферные волны распространяются в сторону более высоких широт обоих полушарий, где они меняют характер циркуляции.«Я пришел в это исследование, думая, что это будет странный праздник, который совершенно не связан ни с чем, что я делаю, но на самом деле это привело меня обратно к Эль-Ниньо, чем я и занимаюсь».Карнаускас обнаружил, что, просто взглянув на состояние тропической части Тихого океана, он мог предсказать, какой была ΔT авиакомпаний.
В этом так называемом ретроспективном прогнозе «мы говорим об аномалиях, происходящих внизу на экваторе, которые влияют на атмосферу в столь широком пространстве, что, вероятно, влияют на полеты по всему миру».Их анализ также показал, что разница во времени полета между рейсами в восточном и западном направлениях по любому данному маршруту не компенсирует друг друга; скорее был остаток. Другими словами, когда полет в восточном направлении стал на 10 минут короче, соответствующий полет в западном направлении стал на 11 минут дольше.
По словам Карнаускаса, потребовалось «навязчивое изучение данных, чтобы найти этот остаток, и на первый взгляд он кажется очень незначительным». Чистое дополнительное время полета для пары рейсов в восточном и западном направлениях, например, между Гонолулу и Лос-Анджелесом, составляет всего пару минут на каждые 10 миль в час преобладающего ветра. Но, по его словам, "ветер действительно колеблется примерно на 40 миль в час, поэтому умножьте эти пару минут на каждый рейс в день, на каждого перевозчика, на каждый маршрут, и этот остаток быстро сложится.
Мы говорим о миллионах долларов в изменения в стоимости топлива ».Как только исследователи доказали, что атмосферная циркуляция влияет на продолжительность полета самолетов, они начали задумываться о том, какое влияние изменение климата окажет на авиационную отрасль.Согласно исследованию, в США совершается около 30 000 коммерческих рейсов в день. Если общее время полета туда и обратно изменится на одну минуту, коммерческие самолеты будут находиться в воздухе примерно на 300 000 часов в год дольше.
Это означает примерно 1 миллиард дополнительных галлонов реактивного топлива, что составляет примерно 3 миллиарда долларов затрат на топливо и 10 миллиардов килограммов выбросов CO2 в год.«Мы уже знаем, что по мере того, как вы добавляете CO2 в атмосферу и повышается средняя глобальная температура, циркуляция ветра также изменяется — и менее очевидным образом», — говорит Карнаускас.
Основываясь на том, что они узнали об остаточном времени полета авиакомпаний, исследователи изучили, как климатические модели предсказывают изменение атмосферной циркуляции, и сделали некоторые оценки того, насколько больше CO2 будет выброшено авиационной отраслью перед лицом этих изменений. В настоящее время в глобальных климатических моделях не учитываются данные, полученные от авиаперелетов, поэтому эта потенциальная обратная связь отсутствует в наших современных моделях.Карнаускас считает, что эта информация может быть полезна авиационной отрасли для более эффективного планирования будущих затрат на топливо, перераспределения топливных ресурсов, уточнения прогнозируемой продолжительности полета для своих клиентов и более эффективного управления всеми неудобствами и рабочей силой, связанными с задержками рейсов.
В то время как это исследование фокусируется на очень небольшой подгруппе общего глобального воздушного движения, Карнаускас планирует расширить это исследование, чтобы включить в него все рейсы в США и Европу, что является масштабным мероприятием. Для работы с такими большими наборами данных Карнаускас получил доступ к Azure, мощному кластеру сетевых компьютеров, управляемому Microsoft, в рамках специального исследовательского гранта, совместно предложенного Microsoft Research и Инициативой по климатическим данным Белого дома.
Обдумывая результаты этого проекта и простой вопрос, который первоначально задал Баркли, Карнаускас говорит, что одним из самых больших сюрпризов является то, что авиационная отрасль, похоже, не знает о графиках времени полета.«Авиационная отрасль пристально следит за повседневными погодными условиями, но, похоже, их не интересуют циклы, продолжающиеся более года и более», — говорит он. «Они никогда не говорят:« Уважаемый клиент, здесь варится Эль-Ниньо, поэтому мы увеличили предполагаемую продолжительность полета на 30 минут ». Я никогда такого не видел ".