每年春夏，新闻标题都变得越来越熟悉：航空公司因天气过热无法飞行而停飞。这些声明经常来自美国最炎热的城市，例如凤凰城，该市去年创下了“110华氏度以上天数最多”的纪录。就像人类在特别炎热的日子里一样，飞机在极端高温下也常常无法正常运行。在这种情况下，飞机由于温度原因实际上无法起飞。
这对航空公司及其客户来说都是一个尴尬的局面，客户可能不明白为什么天气看起来很好却导致行程受阻。“你可以看到雪，你可以看到机翼上的冰，你可以看到大雨或闪电，你不想在那种情况下乘坐飞机，”夏威夷大学马诺阿分校的大气科学家Jennifer Griswold说。“但如果只是阳光明媚、非常明亮，而且天空中没有一朵云，你会想‘有什么问题？’”与此同时，飞行运营商非常清楚极端高温会如何迅速扰乱飞行计划——并且知道这将成为未来更大的障碍。
物理定律让你无法起飞
要理解为什么气温会影响飞机的正常飞行，你必须知道，飞行员和航空工程师将充满气体的空气视为流体：飞机与空气的互动方式类似于我们在水中漂浮时的互动方式。当飞机在跑道上滑行时，它会挤压空气。根据物理学的一条主要规则——每一个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力——空气会向后推。这种反作用力的一部分转化为升力，升力是将飞机推向空中的官方名称。
但是，高于预期的温度会干扰空气的推力方式。就像水一样，空气受热后分子会分离，分子之间的距离会变大。因此，炎热的夏日意味着停机坪上方的空气密度会下降。更广泛地说，随着高温使大气变稀薄，氧分子彼此之间的距离会拉远。由于飞机机翼下方的空气分子推力减小，空气产生的升力不足以起飞。
如果温度过高而空气过于稀薄，航班将停飞，一旦太阳下山、温度下降，也许就能起飞。在一些较轻微的情况下，飞行员有一些方法可以弥补空气密度较低的情况，并按时起飞，其中一些方法比其他方法更具理论性。
首先，飞机可以在跑道上以更快的速度行驶。但出于安全原因，联邦航空管理局限制了最大起飞速度。此外，更快的起飞会消耗更多燃料，这是航空公司倾向于避免的昂贵选择，澳大利亚科廷大学航空研究员Diandong Ren说。这也不是最有利于气候的选择，因为燃料（以及凝结尾迹）是全球碳排放的来源。
更长的跑道可能是一个解决方案。虽然发动机依靠氧气与燃料反应产生动力，但密度较低的氧气更难被发动机消耗，功率输出会降低。而更宽敞的跑道将允许飞行员更缓慢地爬升，并为飞机提供起飞所需的空间。然而，机场可能会因为进一步建设的成本而犹豫不决，在某些情况下，这个想法会受到实际物理极限的限制。目前，一些机场已经占据了它们所能容纳的所有空间。
航班也可以减轻重量，因为减轻一架飞机更容易起飞。Ren说，这通常是最简单、最普遍接受的解决方案。但是，留下包裹或乘客可能会造成令人不快的时刻：Griswold曾乘坐一架小型飞机在佛罗里达州，航空公司选择了这个解决方案，最后几位登机乘客被告知不能登机（他们对此很不满）。
总的来说，每次航班减少乘客或货物都会累积不便和成本。随着气温持续升高，气候变化已经并将继续确保飞机更频繁地减轻重量，让全球贸易和旅行应对由此带来的后果。
极端高温：气候变化的保证
2015年，一个研究小组分析了气候变化在未来几十年将如何影响美国四个城市——凤凰城、丹佛、纽约和华盛顿特区——的航班。该团队得出结论，从2050年左右开始，夏季过热导致飞机无法正常载重起飞的天数将可能达到今天的两倍。预测的变化取决于各个机场。例如，凤凰城历史上偶尔会遇到飞机需要减轻10,000磅才能起飞的日子。未来，该机场每年可能会出现约20天需要航班减轻这么多重量。
研究人员基于全球变暖情景进行了预测，该情景估计到2100年全球气温将上升约9华氏度。尽管这是气候科学家提出的更极端的结果之一，但它仍然在可能范围内。
无论未来几十年气温会上升多少，气候变化导致的渐进式气温上升已经干扰了航班。同一篇论文发现，在过去一个世纪里，地表温度上升了约1.4华氏度——其中大部分变化发生在1980年之后——夏季飞机不得不减轻重量的天数也随之增加。
大气中的其他变化也干扰了航班的载重。每隔几年，太平洋的热带地区就会变暖或变冷。当温度升高时称为厄尔尼诺，当温度下降时称为拉尼娜，这些海洋变化会改变世界各地的降雨、湿度水平、风型和温度。
在研究了1979年至2015年期间厄尔尼诺和拉尼娜现象如何改变美国11个机场的条件后，Griswold和她的合著者发现，空气密度，即地面上方空气分子的密集程度，因地点而异。根据地理位置的不同，厄尔尼诺和拉尼娜期间温度和湿度的波动可以朝任何方向发展。一些机场经历了更热、更潮湿的条件——这对航班来说是个坏消息，因为空气中较高的水分含量也会降低大气的密度。其他机场则幸运地遇到了更凉爽、更干燥的天气。“这项工作的重点是，这非常具有地域性，”Griswold说。“每个机场都需要了解他们会遇到什么情况。”
Griswold的研究回顾了天气如何影响航班，尽管科学家们尚未完全理解气候变化将如何改变厄尔尼诺等天气模式及其可能对航班造成的后果。Griswold说，关于其他重要的飞行影响，如能见度条件或风向风速如何阻碍起飞，还有很多需要了解的地方。弄清楚一个机场空气密度过低是否会导致全国其他地区无法接收到它们所依赖的飞机以满足它们自己的起飞需求，也将至关重要。“有10到12个是枢纽机场，”Griswold说。“如果它们出问题，就会产生多米诺骨牌效应。”
换句话说，如果你看到新闻报道某个美国机场因温度而无法起飞，并且你当天也打算乘飞机，你可能会（间接）感受到这股“热浪”。
