飛機往東飛為什麼比較快？
― 最早發現高空「風之河」的，是筑波的氣象台長
飛相同的距離，去程和回程卻可能相差一兩個小時。造成這個差距的，是在高度10公里左右、由西向東吹的一股非常快的風。而世界上最早記錄下這股風的，是大約100年前，一位每天把小氣球放上天空的日本人。
你在查夏威夷旅行的機票，忽然發現：去程班機大約7小時，回程卻要8個半小時左右。
既然是連接同一對機場，距離應該一樣才對。難道回程繞了遠路嗎？
其實，飛機並沒有繞路。而是天空中，流著一條看不見的「河」。
造成去程與回程時間差的，只有兩個原因
在飛機飛行的高度10公里左右，有一股名為噴射氣流的強烈西風，像帶子一樣環繞整個地球流動。冬天的日本上空，這股風有時甚至比新幹線還快。
飛機相對於周圍空氣，是以固定的速度前進。如果空氣本身正往東流動，往東飛時速度會被加上，往西飛時則會被扣掉。
這就像一般的河流，順流而下的船快，逆流而上的船慢，是同一個道理。只不過，這條天空中的河，在100年前，誰都不知道它的存在。
每天追著氣球跑的館野氣象台
1920年，在現今茨城縣筑波市，建立了一座用來調查高空空氣的高層氣象台。首任台長，是一位名叫大石和三郎的氣象學者。
當時，飛機還飛不了那麼高，幾乎沒有直接測量高空狀況的方法。於是大石等人放出裝有氫氣的小氣球，用附有望遠鏡的測量儀器追蹤它的去向。氣球會以固定的速度上升，所以從時間就能算出高度。再從仰望的角度與高度，就能算出氣球被吹到側邊多遠。
據說大石等人花了數年時間，重複進行了上千次這樣的觀測。結果發現，每到冬天，高空總是吹著穩定的強勁西風，並以數據證實了這一點。1926年，他把這項結果整理成報告。
然而，這項發現幾乎沒有被世界知道。大石是用當時被期待成為國際語言的世界語（Esperanto）寫報告，但能讀懂這種語言的氣象學者並不多。
圖1就是這種測量方法。所需的工具，只有氣球、時鐘，以及一台測角度的儀器。
風速會直接加減到飛行時間上
飛機相對於周圍空氣，大約以時速900公里前進。相對於地面的速度，則是在這個速度上加減風速。如果順風時速100公里，相對地面就是時速1000公里；若是逆風，則變成時速800公里。
請試著用圖2的滑桿改變高空西風的強弱。風越強，往東飛的時間越短，往西飛的時間越長。而且你會發現，往西飛拉長的幅度更大。這是因為速度越慢，飛相同距離所需的時間會急遽增加。
實際的航班中，航空公司會參考每天的風力預報，東行航線盡量搭上噴射氣流，西行航線則盡量避開。即便如此，看時間表仍常常發現東行航班比西行快上一兩個小時。
赤道附近溫暖，北極附近寒冷，所以高空的空氣會想從溫暖一側流向寒冷一側。但由於地球在轉動，往北的氣流會被偏向東方。因此，南北溫差越大的冬天，高空西風就越強。
據說1944年前後，飛越日本上空的美軍大型轟炸機，曾為突如其來的猛烈逆風感到驚訝。而同一時期，日本也運用了大石等人的觀測結果，計畫讓氣球乘著這股西風飄越太平洋。高空的風，就這樣以令人悲傷的方式為世界所知。
總結
東行班機之所以較快抵達，是因為搭上了在高度10公里左右由西向東吹的噴射氣流。飛機會連同空氣一起被帶動，所以風速會直接被加減到飛行速度上。最早用數據揭示這條風之河的，正是在筑波的天空持續放出氣球的大石和三郎。
飛機的時刻表裡，
寫著100年前用氣球測出的、這條天空之河的速度。
地球自轉如何使風向偏轉的機制，收錄在浴缸的旋渦與南半球的文章中。天氣為什麼會從西邊開始改變，收錄在晚霞隔天多是晴天的文章中。高空的空氣如何讓飛機雲維持不散，收錄在飛機雲的文章中。
- 在航空公司的時刻表或訂票網站上，查詢連接日本與美國（或夏威夷）的班機，去程與回程各自的所需時間。為避免時差造成的誤差，請看標示的「飛行時間」，而不是出發與抵達的時刻。
- 比較冬季班機與夏季班機去程與回程的時間差。如果冬天的差距更大，就是冬天西風增強的證據。
- 試著從時間差反推風速。把距離與時速900公里代入下方折疊區塊中的算式，就能算出平均風速。
實際班機會為避開強風而改變航路，也包含在機場等待的時間，所以這樣的計算只能算是粗略的估計。不過，季節造成的差異，據說大多還是能從時刻表清楚看出來。
想了解更多的人 ― 用語・算式・與教科書的連結從國中理科到大學專業科目，會明確標示屬於哪個程度的內容
- 國中國中理科會學到的範圍
- 高中高中「物理基礎」「地球科學」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄層級的內容
- 大學高中不會學到、屬於大學專業科目（氣象力學）的內容
- 研究即使在大學也不是當作「定論」教授、而是研究者目前正在探討中的內容
國中用語：這個現象是有名字的
- 偏西風：在中緯度高空，持續由西向東吹的風帶。
- 噴射氣流：偏西風之中，特別快且窄的一股氣流。位於高度10公里左右，冬天的日本附近有時甚至超過每秒100公尺。
- 探空氣球（測風氣球）：為測量高空風而放出的小氣球。大石等人使用的正是這種方法，至今仍被當作輔助手段使用。
國中高中用算式驗證：去程與回程究竟差幾個小時
考慮在東京與洛杉磯之間，以相對空氣固定速度飛行的情況。假設途中的平均西風為時速100公里，直接計算去程與回程的飛行時間本身。符號的意義與單位，如下方表格所示。
| 用符號表示 | t ＝ L ÷ （ V ± U ） （東行為＋，西行為−） |
| 用文字表示 | 所需時間 ＝ 距離 ÷（飛機相對空氣的速度 ± 風速） |
| 這個式子從何而來 | 來自速度的合成（相對速度）。飛機相對空氣以速度 V 前進，而該空氣相對地面以速度 U 流動，所以相對地面的速度就是兩者的和或差。接著只要用「時間 ＝ 距離 ÷ 速度」即可。 |
| t | 飛行時間（單位為 小時） |
| L | 飛行距離（單位為 公里） |
| V | 飛機相對空氣的速度（單位為 時速公里） |
| U | 沿航路平均的西風速度（單位為 時速公里） |
| 東京與洛杉磯的距離 L | 約 8800 公里 |
| 客機相對空氣的速度 V | 約 時速 900 公里 |
| 航路平均西風 U（假設） | 時速 100 公里 |
| 冬季噴射氣流中心（日本附近） | 據說有時可超過每秒100公尺 |
| 東行相對地面的速度 | 900 ＋ 100 ＝ 1000 |
| 東行飛行時間（小時） | 8800 ÷ 1000 ＝ 8.8 |
| 西行相對地面的速度 | 900 − 100 ＝ 800 |
| 西行飛行時間（小時） | 8800 ÷ 800 ＝ 11 |
| 去程與回程的差（小時） | 11 − 8.8 ＝ 2.2 |
| 換算成分鐘 | 2.2 × 60 ＝ 132 |
| 噴射氣流中心速度換算成時速 | 100 × 3.6 ＝ 360 |
即使平均西風只有時速100公里，去程與回程仍會相差兩個多小時。噴射氣流中心的速度甚至可達時速360公里，若能順利搭上，順風效果會更明顯。反過來說，西行班機之所以會繞道避開這股氣流，原因也在這裡。
高中高中＋為什麼高空的西風特別強
高中地球科學課程會學到，低緯度與高緯度的溫差造成大氣的大循環，使中緯度高空吹起偏西風。暖空氣柱較高，冷空氣柱較低，所以高度越高，南北氣壓差就越大。
高中＋因氣壓差而開始流動的空氣，會因地球自轉所產生的科氏力而改變方向。當兩者達到平衡時，風會沿著與氣壓差垂直的方向吹，也就是由西向東。這稱為地轉風。日本上空，冬天時低緯度側的副熱帶噴射氣流與高緯度側的極鋒噴射氣流容易重疊，因此被認為是全球西風特別強的地區之一。
大學熱成風關係
在氣象力學中，地轉風隨高度如何變化，是用稱為熱成風關係的式子來表示。南北溫度梯度越大，往高空西風就越強，就是這樣的關係。這股西風，在對流層頂（高度10公里左右）稍下方達到最強。南北大幅擺動的偏西風波動，則被當作羅士比波（Rossby wave）來處理。
📖 算式推導及更深入的內容：熱成風（維基百科，日文） ／ 噴射氣流（維基百科，日文）
研究目前還未完全明白的事
- 全球暖化會如何改變噴射氣流。 有一種說法認為，北極若快速變暖，南北溫差會縮小，使偏西風的擺動變大。但也有不支持這種看法的分析存在，議題仍在討論中。
- 高空亂流是否會增加。 在噴射氣流附近，即使沒有雲，機身也會晃動，稱為「晴空亂流」。有研究指出全球暖化會使其增加，但增加的程度估計仍有相當大的差異。
- 大石的發現為什麼會被埋沒。 不僅是語言的障礙，當時歐美研究者對高空風究竟有多關心，科學史的研究看法也並不一致。
也就是說，本文的內容，也僅是「目前所知範圍內」的說明。高空風的真實面貌，至今仍透過觀測與計算一點一點地被重新描繪。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文對應位置 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科二年「天氣及其變化」 | 偏西風，以及天氣從西邊改變這件事 |
| 高中 | 物理基礎「速度的合成・相對速度」、地球科學「大氣的大循環」 | 飛行時間的算式、高空西風較強這件事 |
| 高中＋ | 地球科學（進階） | 地轉風、兩股噴射氣流 |
| 大學 | 氣象力學 | 熱成風關係、羅士比波 |
| 研究 | 氣候科學・科學史 | 全球暖化與噴射氣流、大石的發現被埋沒的原因 |
| ― | 與生活的連結 | 機票上的飛行時間、冬夏之間的差異 |
※本文為一般大眾取向的科學解說。文中數值僅為幫助理解原理的參考估算值。實際飛行時間會依航路、機型、當天風況與機場繁忙程度而有所不同。