云的變化會(huì)加劇全球變暖？今天，一起坐看云起時(shí)

當(dāng)我們?cè)谇缈障裸逶￡柟鈺r(shí)，或許未曾想到頭頂?shù)脑贫湔娜挥绊懼厍虻臏囟取?/p>

云在地球氣候調(diào)節(jié)中扮演著復(fù)雜而關(guān)鍵的角色，一直以來，科學(xué)家對(duì)云輻射反饋機(jī)制的研究不在少數(shù)。2024年12月，一項(xiàng)發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上的研究指出，地球低層云的總量出現(xiàn)了急劇下降，反射太陽光的能力逐漸變?nèi)?，反過來加劇了全球變暖。2025年1月，發(fā)表在《自然》（Nature）上的研究指出，云的變化導(dǎo)致射向地面的長(zhǎng)波輻射減弱，能一定程度上緩解全球變暖趨勢(shì)。

圖片來源：Science

那么，云究竟是如何作用于地球氣候調(diào)節(jié)的？今天是世界氣象日，讓我們一起揭開云層神秘的面紗。

01 云層的氣候效應(yīng)：既是"遮陽傘"也是"保溫毯"

云堪稱最精妙的氣候調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要通過兩種截然相反的機(jī)制影響著地球能量平衡。具體來看：

（1）冷卻效應(yīng)

云量對(duì)氣溫有著顯著的影響，其中一個(gè)重要的作用就是冷卻效應(yīng)。例如，由微小而密集的水滴構(gòu)成的低層云（如層積云和積雨云等）能夠反射30%-60%的太陽短波輻射，如同地球的“遮陽傘”。其中積雨云反照率（注：地球?qū)⑻栞椛浞瓷浠靥盏哪芰Γ└哌_(dá)0.9左右，意味著照射到積雨云上的絕大部分（90%）太陽輻射會(huì)被反射回太空。這種“陽傘效應(yīng)”能有效減少地球能量吸收，降低地表溫度。

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（2）溫室效應(yīng)

高層云（如卷云）由冰晶組成，受冰晶的光學(xué)特性與大氣垂直結(jié)構(gòu)共同影響，其對(duì)太陽短波輻射反射、吸收少，但長(zhǎng)波輻射吸收能力是液態(tài)云的3倍以上，會(huì)大量吸收地表發(fā)出的長(zhǎng)波輻射并重新向地面輻射熱量。這種溫室效應(yīng)在夜間尤為顯著，包括低層云，夜間也會(huì)向地面發(fā)射長(zhǎng)波輻射，猶如給地球蓋上“保溫毯”。這在冬日有云和無云的早晨會(huì)有明顯的感受，當(dāng)夜里繁星閃爍萬里無云時(shí)，早晨一般清冷異常，而當(dāng)夜里層云密布時(shí)，早晨的溫度更為溫和，這就是云層溫室效應(yīng)的體現(xiàn)。

總體說來，這種雙重輻射特性使云成為地球能量平衡的“動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器”。

02 既然云能使地面接收的熱量減少，為何反而可能加劇全球變暖？

研究顯示，地球的云層覆蓋面積正在以每十年約1.5%的速度減少，看似微小的變化卻引發(fā)連鎖反應(yīng)。通常來說，云總體上的冷卻效應(yīng)大于溫室效應(yīng)，但氣候變化和人類活動(dòng)正在悄然影響云的形成與消散，并通過云輻射反饋機(jī)制進(jìn)一步影響云對(duì)氣候的調(diào)控作用。

有研究表明，海洋低層云量的急劇減少降低了地球的反照率，從而加劇全球變暖。進(jìn)一步探究其減少的原因，一方面，雪和海冰的持續(xù)融化，改變了低空云形成所需的水汽和冷卻條件；另一方面，空氣質(zhì)量?jī)?yōu)化減少了云凝結(jié)核。此外，自然氣候變化引發(fā)的大氣環(huán)流與洋流模式改變，也對(duì)低空云的形成與分布造成干擾。

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總的來說，云的動(dòng)態(tài)變化受自然和人為因素共同作用，其形成與消散機(jī)制復(fù)雜且相互關(guān)聯(lián)。

工業(yè)革命以來，溫室氣體排放增加，有研究表明二氧化碳和甲烷濃度增加分別對(duì)層積云和卷云的形成產(chǎn)生影響。人為氣溶膠的排放則會(huì)影響云量和云壽命；城市化帶來的土地利用變化會(huì)降低地表反照率和蒸散發(fā)，抑制云的形成。

03 為什么云層被認(rèn)為是氣候預(yù)測(cè)中最不確定的因素之一？

云的組成和云中的物理過程復(fù)雜，云層變化的觀測(cè)也一直存在很大挑戰(zhàn)，這些都導(dǎo)致云反饋機(jī)制的研究困難重重。盡管現(xiàn)代氣候模型已能精確模擬臺(tái)風(fēng)路徑，但因現(xiàn)在用于預(yù)測(cè)未來幾十年氣候變化的全球氣候模型主要以大氣動(dòng)力學(xué)方程組為基礎(chǔ)，對(duì)云的精確變化難以準(zhǔn)確模擬，也使得預(yù)測(cè)云對(duì)氣候變暖的影響充滿不確定性。全球變暖引發(fā)云的變化，會(huì)通過云輻射反饋機(jī)制進(jìn)一步影響氣候。但這些反饋究竟會(huì)在多大程度上影響氣候變暖，目前的模型給出的預(yù)測(cè)結(jié)果差異懸殊。

經(jīng)過多年努力，科學(xué)家們?cè)谔岣咴戚椛淠M的精確性方面取得了不小的進(jìn)展。也有科學(xué)家從觀測(cè)資料的角度尋求突破，不再依賴對(duì)云層物理特性的復(fù)雜測(cè)算，轉(zhuǎn)而借助可以反映云和長(zhǎng)波輻射的電磁波波長(zhǎng)數(shù)據(jù)分析物理過程。

不過，要想完全回答“云層變化對(duì)氣候影響的綜合效應(yīng)”仍有很長(zhǎng)的路要走，科學(xué)家正從不同角度共同攻克這一難題。比如通過云室設(shè)備開展云微物理研究,通過開發(fā)高分辨率氣候模型模擬大氣狀態(tài)，提高預(yù)測(cè)精度。機(jī)器學(xué)習(xí)算法也能在云層解析模型的基礎(chǔ)上發(fā)揮輔助作用。此外，現(xiàn)代化綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，也將提供更為精確的云層數(shù)據(jù)，為地球輻射平衡研究提供有力支撐。

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04 結(jié)語

云層的故事告訴我們，氣候系統(tǒng)遠(yuǎn)比想象中精密而脆弱。這片蔚藍(lán)穹頂，需要我們攜手保護(hù)——因?yàn)槊恳欢湓?，都承載著地球未來的呼吸。

公眾可以通過使用清潔能源，減少化石燃料燃燒，同時(shí)選擇低碳出行方式，減少碳排放，降低溫室氣體濃度以減緩云層，尤其是低云的消散；支持環(huán)保政策，推動(dòng)氣溶膠排放管控，平衡云層微物理過程；提升氣候認(rèn)知與行動(dòng)自覺，推動(dòng)系統(tǒng)性氣候治理。

作者：崔國輝 中國氣象局氣象宣傳與科普中心（中國氣象報(bào)社）記者

審核：魏科 中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員，季風(fēng)系統(tǒng)研究中心副主任

出品：科普中國

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