为什么飞机的往返飞行时间不一样

逆水行舟，不进则退。

——梁启超

我去洛杉矶访学时，来回坐的都是东方航空公司的航班。下图是我从上海往返洛杉矶的机票，有过国际旅行经历的朋友可能发现往返的飞行时间不一样：去程约12小时，而从洛杉矶返程则接近14小时。

为什么有接近两小时的差别？当时昍妈也有疑问，但我并未能给出合理的解释，有一段时间将该问题束之高阁。现在回想起来，对于一名科研人员而言，这真是一种极不可取的态度。

最近，我正好在看行程问题，又回想起这个问题，觉得该是给它一个交代的时候了。在给出合理的解答之前，先说几种可能的解释。

解释1：往返的航线不一样。

飞机的航线在地球上大致是沿球面最短路径走的，我坐飞机的时候特地注意过了，往返所走的路线基本一致，从上海到洛杉矶的飞行距离约为10500公里。

解释2：往返飞机的速度不一样。

往返坐的同为东航的波音777大飞机，两者的飞行速度应该不会有差别。

解释3：时区的差别。

计算飞行时间时已经把时差计算在内了，否则算出来的飞行时间会很离谱。

解释4：地球自转的影响。

“一个顺着地球自转的方向飞，一个逆着地球自转的方向飞，因为飞行距离不一样，所以一个时间长，一个时间短。”

这个解释赫然出现在百度作业帮的优质答案中。对此，我表示很无语。显然，给出这个答案的朋友并没有理解毛主席“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”的真正含义。地球在转，飞机即便停着，也以地球同样的速度在转，相对于地球的速度来说它的速度就是0。飞机相对于地球运动的距离和速度不会因为地球的自转而变化。打个比方，在奔驰的列车上，你向前跳和向后跳，相对于列车而言，可不会因为你朝着列车的前进方向跳，就跳得更远。

以上几种解释都是行不通的。那么，到底是什么造成了这两小时的差距呢？答案是风。原来，在北半球的中纬度，无论高空低空，常年都盛行西风。从上海飞往洛杉矶，是从西往东飞，因此是顺风，而返程则是逆风。

三圈环流示意（北半球）

风的力量居然有这么大，能让飞行时间差两小时？这不由得引起我的好奇，不妨通过数据简单估算一下。

西风带上1万米高空的西风有个专有名词叫急流（Jet Stream），Stream就是我们通常说的水流的意思。小学数学中的行船问题（包括顺水行舟和逆水行舟）是行程问题中的经典问题，该问题里的几大要素是：

逆水速=船速－水流速

顺水速=船速+水流速

静水速=船速

路程=速度×时间

飞机在Jet Stream中飞，可以简单地将Jet Stream看成河流，将飞机看成船。空中的风速约为130千米/小时，风从西向东吹，但会向南或向北偏转，也就是会形成西南风或西北风。

高空急流带的风速

一般来说，无风时飞机的巡航速度为850千米/小时左右，风速按照130千米/小时来算，则去程需要10500÷（850+130）=10.7小时，返程需要10500÷（850－130）=14.6小时。

考虑到飞行方向并非和风向完全一致，因此实际去程的速度要小于980千米/小时，而返程速度则大于720千米/小时，这样，计算结果就和实际的航行时间比较吻合了。

其实，不仅仅是中美之间的国际航班，就算国内从南京或上海到重庆或成都这样的东西部之间的航班，往返也会有半小时左右的飞行时间差。下一次坐飞机的时候，你不妨留心观察一下。