国际社会持续关注云的气候效益研究
全球变暖导致地球云层发生变化，而作为影响气候变化的重要因子，云通过其微物理学过程、动力学过程等又可能放大或抑制气候变暖。本文主要从云对气候变化的影响机理、云对气候变化的净辐射反馈效应、云加剧全球变暖的研究动态3方面探讨了＂云的气候效益＂这一有趣的科学主题，以飨读者。
1 云对气候变化的影响机理
全球变暖背景下，云对气候变化的影响机理主要有以下几种：①高层云量增加引起更强的温室效应。当全球温度升高时，遵循大气水汽含量与温度之间的克劳修斯-克拉波隆方程（Clausius-Clapeyron Relation），大气中的水汽含量将提高。高层大气中的水汽凝结成透明度更高的冰晶云，太阳短波辐射可以穿过，而地球表面和低层大气向外的长波辐射却受阻挡不能通过。因此，由微小冰晶云组成的高层云具有温室效应。②低层云量增加产生冷却效应。全球变暖背景下，大气低层的水汽含量增加，使得低层水云量增加，其透明度远低于高层云，可将太阳辐射反射回太空，减小到达地球表面的太阳辐射，从而产生冷却效应。③高层云顶升高产生更强的温室效应。随着全球变暖，保持在原来高度的高层云会变暖，并向外辐射更多的热量。部分高层云随着全球变暖移动到更寒冷的高处，减少向外的长波辐射，进而产生更强的温室效应。④高层云中的水滴增加产生降温效应。如果高层云所在的区域温度较高，有可能会改变高层云中冰晶和水滴的比例，让高层云中含冰量降低，含水量增加，从而使得云层变得更为湿润和厚实，使得反射率提高，从而阻挡更多的太阳短波辐射进入地球，产生降温效应。⑤云带移动产生更强的温室效应。1980—2009年，气候变暖对云的影响包括中纬度风暴云路径向两极移动、副热带干旱地区（南北半球20 ~30 之间的地区）扩大以及云顶高度抬升。这种变化使得云的冷却效应大幅减弱，同时其对地球的保温作用有所增强。
2 云对气候变化的净辐射反馈效应
云不仅与太阳辐射密切相关，还与大气中的气溶胶变化密不可分，同时也是宏观、中观和微观尺度上水循环的重要组成部分，因此，云对气候变化的净辐射反馈效应十分复杂。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）从《第一次评估报告》到《第五次评估报告》，均对这一复杂的科学问题有所讨论：①《第一次评估报告》指出，各种气候模式的偏差主要来自对云反馈的差异性模拟。②《第二次评估报告》称，尚不能判断各种云过程对气候变化的净辐射反馈效应是正还是负，但很有可能总数值不大。③《第三次评估报告》显示，尽管各种气候模式都有显著改善，但是对云反馈模拟的不确定性范围并未缩小，并且仍然不能确定云对气候变化的净辐射反馈效应是正还是负。④《第四次评估报告》也未能确定哪个气候模式模拟的云反馈更为可信。⑤《第五次评估报告》首次提出，云对气候变化的净辐射反馈效应很可能是正值，因为并没有发现强的负反馈机制。⑥《第五次评估报告》以来，气候模式有了较一致的看法，认为云的净辐射反馈效应很有可能是正值，这主要是因为气候模式对于物理过程的认识更为清楚，尤其是高层云的高度变化、理论、观测和模式都证实全球变暖会使得高层云的云顶高度抬升，从而增强温室效应，形成正的辐射反馈。但对低云的认识还存在较大的不确定性。
3 云加剧全球变暖的研究动态
全球变暖导致地球云层发生变化，而这反过来又可能放大或抑制气候变化。来自英国伦敦帝国学院格兰瑟姆研究所（Grantham Institute）、伦敦帝国理工学院（Imperial College London）和东英吉利大学（University of East Anglia）的研究人员，基于云和地球辐射能系统（Clouds and the Earth’s Radiant Energy System, CERES）月度网格化观测数据，开发了一种统计学习分析法（statistical learning analysis），将对流层稳定性、地表温度、湿度和风力等考虑在内，计算了全球未来云反馈的观察约束（Global Observational Constraint on the Future Cloud Response），分析了云对未来气候的影响。该约束显著缩小了先前的估计误差，并且不需要高分辨率的模拟。
研究结果显示，在90%的置信度下，全球云反馈的观察约束为0.43 0.35 W/m2 K（瓦/平方米 开尔文），这意味着云层将加剧全球变暖的可能性为90%。研究结果还表明，当大气CO2浓度高于工业化前水平时，成功将全球平均气温升高控制在2 以内的可能性很小（仅0.5%）。该研究是迄今为止支持＂云加剧全球变暖＂结论的最有力证据。相关研究成果《云反馈加剧全球变暖的观测证据》（Observational Evidence that Cloud Feedback Amplifies Global Warming）于2021年7月27日发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。
转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《气候变化动态监测快报》2021年第15期，董利苹 编译。