圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)

云還有這樣的作用？那么，到底是云量減少會(huì)緩解變暖，還是云量增多？這個(gè)問(wèn)題可沒(méi)有這么簡(jiǎn)單。

云的雙重身份：既保溫，又散熱

全球變暖直接原因是地球能量收支的不平衡。地球的能量平衡過(guò)程可以用“太陽(yáng)暖大地，大地暖大氣，大氣還大地”來(lái)概括：太陽(yáng)以短波輻射的方式把能量送到地球就是“太陽(yáng)暖大地”；地球接收能量后升溫，再通過(guò)長(zhǎng)波輻射溫暖大氣，這是“大地暖大氣”；大氣溫度上升后也向地面放出長(zhǎng)波輻射，這就是“大氣還大地”。

全球輻射平衡的物理過(guò)程示意圖

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)2）

現(xiàn)在大家都知道，全球變暖的根本原因是工業(yè)革命排放了過(guò)多的溫室氣體導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇，但除此之外還有很多復(fù)雜的物理過(guò)程參與其中，比如說(shuō)——云和氣候系統(tǒng)之間的相互作用。

相比起溫室氣體，云和氣候系統(tǒng)之間的相互作用過(guò)程更加復(fù)雜，造成的結(jié)果也更難預(yù)測(cè)。這是由云的特性決定的。一方面，云層就像一把巨大的"遮陽(yáng)傘"，將大約20-30%太陽(yáng)的輻射（短波輻射）反射回太空。這種現(xiàn)象被稱(chēng)為"云反照率反饋"，是地球天然的降溫機(jī)制。另一方面，云也能夠吸收和返還地表散發(fā)的熱量（也叫長(zhǎng)波輻射），尤其在晚上，可以阻止地表熱量快速散失。

根據(jù)云層的高低位置，我們可以將云分為三大類(lèi)：貼近地面的低云（云底高度低于2000米）、位于中空的中云（云底高度在2000-5000米之間）和高懸天際的高云（云底高度超過(guò)5000米）。它們?cè)跉夂蛘{(diào)節(jié)中的作用各不相同。

圖片來(lái)源：ScienceNote網(wǎng)站，作者：Anne Helmenstine

低云在白天是“遮陽(yáng)傘”。它們通常比較厚實(shí)，覆蓋的范圍更大，由更多、更大的液態(tài)水滴組成。液態(tài)水滴的大小影響著對(duì)太陽(yáng)輻射的散射和反射，最新的研究表明，低云反射了50-70%的入射太陽(yáng)輻射，貢獻(xiàn)了地球總冷卻能力的20%。在夜晚，低云又是一層“保溫被”，能夠有效地發(fā)射長(zhǎng)波輻射回到地面，對(duì)地面有一定的保暖作用。高云以保溫效應(yīng)為主。高云主要由冰晶組成，溫度低，但能有效吸收地表向外太空輻射的熱量，并將部分能量重新輻射回地面，在夜晚釋放更多的長(zhǎng)波輻射溫暖地面。中云所處的高度在低云和高云之間，溫度也在二者之間，因此中云是由冰晶和水滴的混合物組成的，物理特性也兼具了高云和低云的特性。

為了對(duì)變暖有更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，我們需要更了解云和氣候的“反饋”過(guò)程。

云反饋機(jī)制：是關(guān)鍵也是難點(diǎn)

什么叫反饋呢？全球變暖會(huì)造成云的變化，云的變化又反過(guò)來(lái)影響氣候變化，這樣的相互作用就被稱(chēng)為“反饋”。

全球變暖背景下云反饋機(jī)制有兩條可能的路徑：

一種情況是“正反饋”：正反饋可以被理解成一種“惡性循環(huán)”，在這種情況下，變暖導(dǎo)致的云層變化進(jìn)一步加劇變暖。

另一種情況是“負(fù)反饋”：這時(shí)云層就是"剎車(chē)系統(tǒng)"，減緩變暖速度。

可能加劇也可能減緩？云又露出了“兩面派”的本性，到底云層是氣候變化的幫兇還是救星？科學(xué)家們正在努力解開(kāi)這個(gè)奧秘。根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬氣候變化的結(jié)果，全球變暖使得低云減少使得反射回太空的太陽(yáng)輻射減少，會(huì)顯著加劇全球變暖。但很快又有氣象學(xué)家提出，由于對(duì)云反饋機(jī)制的理解有限，這種模擬的結(jié)果并不準(zhǔn)確。

理解云的反饋效應(yīng)是困難的。云的種類(lèi)多樣，同一種類(lèi)的云對(duì)地球的影響可能兼具保溫和冷卻效應(yīng)。想要得到各種效應(yīng)影響下云影響的總和是很難的，需要弄清云各種效應(yīng)影響的大小。而云處在高空，很難對(duì)云進(jìn)行觀測(cè)，云的組成和云中的物理過(guò)程又很復(fù)雜，這些都導(dǎo)致云反饋機(jī)制的研究困難重重。好消息是，最近Nature上的研究用觀測(cè)到的資料推動(dòng)研究往前邁了一步。

新研究：云在一定程度上幫助地球“冷卻”

云掛在天邊，即使是“低云”，也在至少2000米的高空，因此對(duì)云層變化的觀測(cè)一直存在很大挑戰(zhàn)。全球范圍的云觀測(cè)數(shù)據(jù)往往不準(zhǔn)確，并且很難有很長(zhǎng)時(shí)間的記錄數(shù)據(jù)。但最新這份研究選取了美國(guó)南部大平原地區(qū)一個(gè)積累了長(zhǎng)期觀測(cè)記錄的站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并不使用云的特性的觀測(cè)資料，而是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(guò)程。這種創(chuàng)新方法不再需要依賴對(duì)云層物理特性的復(fù)雜測(cè)算。

研究團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)對(duì)比了晴天與多云條件下長(zhǎng)波輻射的變化。在全球氣溫升高的背景下，云的變化顯著影響著大氣與地表之間的熱量傳遞。具體表現(xiàn)為：云的變化導(dǎo)致射向地面的長(zhǎng)波輻射減弱，換句話說(shuō)，就是"大氣還大地"過(guò)程變?nèi)趿耍@種現(xiàn)象產(chǎn)生了明顯的降溫效果，能夠一定程度上緩解變暖趨勢(shì)。

不僅僅是在美國(guó)南部大平原，借用相關(guān)的數(shù)據(jù)把研究推廣到全球陸地范圍后，發(fā)現(xiàn)這種云層與輻射的相互作用在廣泛存在于全球的陸地區(qū)域，這是全新的結(jié)論，在我們預(yù)測(cè)全球變暖的過(guò)程中將起到重要作用。

云的作用導(dǎo)致向下的長(zhǎng)波輻射減少

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)1）

結(jié)語(yǔ)

看到這里有人會(huì)問(wèn)，那我們能說(shuō)全球變暖正在緩解全球變暖嗎？還不能這么說(shuō)。

在“大氣還大地”的過(guò)程中，是沒(méi)錯(cuò)的。但是不要忘記，地球的能量平衡涉及三個(gè)過(guò)程，這份研究只關(guān)注云層影響地球能量收支中的"出"，其中的“進(jìn)”還沒(méi)有仔細(xì)的研究。云層變化對(duì)氣候影響的綜合效應(yīng)仍然是未知的，目前為止還仍是一個(gè)有待破解的科學(xué)謎題。

這項(xiàng)研究給人們帶來(lái)了哪些啟示呢？

首先這項(xiàng)研究提出了一個(gè)新方法，提供了新的“去噪聲”方式從海量的觀測(cè)數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵信號(hào)。這種突破不僅為云物理研究提供了新工具，還使得地球輻射測(cè)量技術(shù)發(fā)展，在氣候監(jiān)測(cè)設(shè)備研發(fā)、衛(wèi)星遙感驗(yàn)證等領(lǐng)域可能發(fā)揮更重要的作用。

在科學(xué)認(rèn)知層面，這份研究雖然沒(méi)有完全回答“云對(duì)氣候的綜合影響是怎樣”的問(wèn)題，但第一次說(shuō)清了云影響“大氣還大地”的過(guò)程，所發(fā)現(xiàn)的觀測(cè)事實(shí)讓我們對(duì)物理過(guò)程有更準(zhǔn)確的認(rèn)知，能夠提升氣候模擬的準(zhǔn)確性。當(dāng)決策者制定碳中和路線時(shí)，這類(lèi)基礎(chǔ)研究成果就為政策天平增加了精確砝碼，有助于在生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展間找到更科學(xué)的平衡點(diǎn)。