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未来的天空将没有云?气候学家表示:还很难搞清楚!

气候变暖 环境 模型

Paul Voosen 发表于  2019-03-07 13:57

(邮狸/译,EON/校)随着全球变暖,低悬在海面上空的灰云层会突然消失吗?是的,如果你相信最近发表在《自然·地球科学》上的一项新研究的话。

科学家们通过超级计算机运行的模型发现,如果大气中的二氧化碳含量增加三倍,层积云可能会在可怕的恶性循环中消失:气温升高→云变少→反射阳光减少→吸收阳光增多→气温升得更高→云变得更少……

最终,恶性循环导致地球温度上升12°C,这可是翻天覆地的大变化。虽说二氧化碳浓度不太可能增加三倍,考虑到人类过去的碳排放速率,这也并非不可能之事。

图片来源:Arun Kulshreshtha

气候模型很难模拟云

但是,许多研究云的气候科学家对这项研究持有异议,他们认为对局部大气的分析并不适用于整个地球。斯克里普斯海洋学研究所的乔尔·诺里斯(Joel Norris)说:“这个模型过于简单,实质上只有一个旋钮、两挡设置,但地球上影响气候的旋钮很可能要多得多。”

虽然气候模型已经很高级很复杂了,但还是对付不了云。云由凝结的水汽和湍气流形成,这种过程发生在极小的尺度下,小到无法通过模型直接模拟,只能使用近似值。为了更好地理解云,科学家们开发了高分辨率的涡流模拟,用于再现小范围的大气运动,例如云形成过程中的关键物理过程——气候模型无法直接处理这方面的问题。

几年前,科学家们通过对比六个主流涡流模拟的结果,研究了仅2°C的升温如何影响海洋上空的低云。结果表明,有两种动力学变化导致云层变薄并加剧气候变暖。首先,高温使薄云被大量的干燥空气穿透,云层无法变厚,不能反射更多阳光。其次,二氧化碳含量的增加将热量滞留在云顶附近,使之无法冷却。因为冷却产生湍流,才能形成云,所以这种影响可能会阻碍云的形成,进一步加剧变暖。如果温室气体排放继续下去,这些低云似乎会“融化”掉。

图片来源:Nicholas Swanson/Unsplash

云可能突然消失吗?

失望于全球模型在模拟云方面的欠佳表现,加州理工学院的气候动力学家塔皮奥·施耐德(Tapio Schneider)去年开始构建新的模型—— “气候机器”(Climate Machine)。该模型利用人工智能从涡流模拟和卫星观测中学习,以提升模拟云的呈现效果。要实现这个全球模型,研究团队首先得建立自己的涡流模拟,让其能和海洋进行动态交互,并让模拟云的改变加快气候变暖,或让气候变暖加快云的改变。

他们的涡流模拟得出了与之前的其他研究相同的反馈机制,但施耐德设定的二氧化碳浓度比大多数实验的设定都要高。模型表明,当二氧化碳浓度达到每百万分之1200,也就是现在浓度的三倍时,低云盖很快就会消失。要是不采取措施阻止气候变暖,下个世纪的二氧化碳浓度就可能达到这个水平。

结果本身看起来靠谱,虽说不是特别新颖。然而,有的科学家反对施耐德接下来的做法:将仅能表现云层可能消失的一个地点的结果,外推到所有具有类似层积云云盖的区域。这么做的结果表明,所有的云几乎同时消失,让更多的太阳能量突然被黑暗的海洋吸收。气候科学家比约恩·史蒂文斯(Bjorn Stevens)表示,认为云和海洋以这么简单的方式联系在一起,这是很牵强的。

过去的研究已经证明,这些反馈无疑会起到作用。“但它们都发生在不同时间、不同地点和不同的二氧化碳浓度中,”华盛顿大学的克里斯·布雷瑟顿(Chris Bretherton)说。不可能存在突然的转折点——所有的云一下子就消失了。在海洋和大气的复杂反应的影响下,这种现象是逐渐发生的。

大气科学家斯蒂芬·克莱恩(Stephen Klein)补充说,事实上,这个新模型过于简单,没有考虑到天气噪音等因素,它只能模拟快速的转变过程。“由于这样的简化,我认为研究所称的‘临界点’并不可信。”

图片来源:Silas Hao/Unsplash

要预测气候变化,先解决云

施耐德则坚持他的解读。“我检查了所有可能让结果出错的原因,最终都排除了它们。”他还补充道,这项研究的主要含义在于,气候模型需要更好的软硬件来处理云的问题。“我们不应过分自信于模型可以预测22世纪的未来,可能还有其他因素未被纳入模型之中。”

布雷瑟顿表示,研究者正在开发更多致力于解决云的模型。“在未来几年内,我们拥有的全球模型将以更严谨的方式做施耐德做的事。”布雷瑟顿也在开发基于涡流模拟的全球模型。令他吃惊的是,初始的运行参数似乎抑制了变暖反馈,这一结果超出了他们的预期。

与此同时,加州理工学院的全球模型还需要几年才能完善。古生物气象学家马修·休伯(Matthew Huber)表示,检测云层的消失趋势是否能在 “气候机器”重现,这是一件很有趣的事。这个全球模型可能会捕捉到这种动态变化,又或者能够表明,整体的气候系统能在更小的尺度上缓冲这种临界属性。

“开发新模型的唯一原因就是这个,”休伯说,“就是为了预测意外。”(编辑:Ent)

编译来源

Science, A world without clouds? Hardly clear, climate scientists say

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 Paul Voosen
Paul Voosen 《科学》杂志作者,他主要报道地球和行星科学

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