一项新研究称，气候模型“低估了”云的冷却效应

根据一项新的研究，云对地球的冷却作用可能比目前气候模型显示的更大。

该论文发表于自然气候变化，旨在纠正气候模拟中一个“长期存在的”和“未解决的”问题，即现有模型模拟了太多来自云层的降雨，因此低估了云层的寿命和冷却效果。

这组作者更新了一个现有的气候模型，对“温暖”云的降雨进行了更真实的模拟——这些云只含有水，而不是水和冰的组合。他们发现，这一更新使得“云寿命反馈”——温度升高会增加云的寿命——几乎增加了三倍。

作者指出，最新一代的全球气候模式——第六次耦合模式相互比较项目(CMIP6) -预测未来变暖速度加快比它的前辈。这很大程度上是因为新模型模拟了一个云的冷却效应较小．

然而，该研究的主要作者告诉Carbon Brief，解决降雨模拟中的“问题”“降低了模型必威手机官网预测的变暖量，大约相当于CMIP5和CMIP6之间变暖的增加量”。

因此，他说，这项研究的关键结论是“对CMIP6的额外变暖持保留态度，直到一些其他已知的云问题也在模型中得到解决”。

冷却云

云对全球温度的影响是一个复杂的研究领域科学家们已经研究了几十年。

在一个必威手机官网2018年发表的客座文章，Ellie Highwood教授气候物理学教授气象系在雷丁大学-解释云如何影响全球温度:

“低而明亮的云有很大的冷却作用，因为它们将阳光从地球表面反射出去。由冰晶组成的高而薄的云对阳光或多或少是透明的，但确实吸收了发射出去的红外辐射，重新发射出一小部分，从而使地球变暖。让事情变得更复杂的是，在大多数地方，任何时候都有多层云。”

在这篇文章中，海伍德得出结论，云对地球有一个整体的冷却作用。她还概述了气候科学家为更准确地模拟云的过程所做的大量工作，但她指出，云仍然是“气候系统中最有趣和最具挑战性的组成部分”。

随着气候变暖，科学家预计许多云将从“冷”向“暖”转变。冷云是由冰粒子和水滴的混合物组成，而暖云只含有液体。这种相变主要从两个方面影响云的冷却特性。

首先，云中的水滴通常比冰粒小，使它们的表面积和质量比更大，使它们更容易反射阳光。这意味着当云从冷到暖转变时，它们会变得更反光。论文称其为相位反馈的“光学元件”。

其次，暖云的降水效率较低，这意味着它们不像冷云那样容易释放雨滴。通过减少降雨，暖云的寿命更长——这被称为相位反馈的“寿命成分”。

凯特·马维尔博士他是哈佛大学的副研究员哥伦比亚大学和美国宇航局戈达德太空研究所他没有参与这项研究，他告诉Carbon Brief，由于云反馈的光学和寿命成分，“如果必威手机官网你让云更液态，它们会阻挡更多的阳光而且持续时间更长”。

“无处不在”问题

然而，该研究指出，围绕云过程的气候模型中有许多“普遍的”和“未解决的”问题。

作者强调了许多模型第五次耦合模型比对项目(CMIP5)高估暖云的反射率(光学成分)，而低估它们的寿命(寿命成分)。

Johannes博士Mülmenstädt是一位地球科学家大气科学与全球变化部门biwei6868在太平洋西北国家实验室他是这项研究的主要作者。他告诉《碳简报》，必威手机官网在2010年代，发表的一些研究“表明气候模型云中含有的冰远远超过卫星观测所支持的量”——这表明CMIP5模型低估了云中含有的液体量。

世界各地的气候建模人员注意到了这些论文，并开始更新他们的模型。当后续套件的模型-第六次耦合模型比较项目-被释放，其中许多包括一个更大的云液分数．

云模型的这种变化产生了增加“平衡气候敏感性——在许多CMIP6模型中，二氧化碳水平翻倍导致地球变暖的程度。

Mülmenstädt解释说，这是“来自CMIP6的一个大惊喜”，并且“在很大程度上”是由于热带外低云模型的变化南大洋．漫威证实，“CMIP5和CMIP6气候模型之间气候敏感性的大部分增加来自模型模拟云的方式的变化”。

CMIP6模式具有较高的气候敏感性广泛的关注在科学界，更高的气候敏感性意味着未来的变暖将比以前认为的更加迅速和强烈。

然而，CMIP6模式对暖云的表征仍不完善。在这项研究中，作者强调了云降雨过程中的一个重大“错误”——CMIP6模式中的温暖云产生了太多的降雨。为了显示错误的程度，作者更新了一个现有的气候模型包括更准确的暖雨概率，然后将其结果与原始模型进行比较。

他们发现“云生命周期反馈”——导致温暖的云不容易下雨的过程——可能比现有模型所建议的要大近三倍。这意味着CMIP6模式中的暖云太容易沉淀，寿命太短，导致模式低估了气候系统中云的冷却作用。

Mülmenstädt强调，修正这种云寿命效应对未来变暖预测的影响可能与CMIP5模式到CMIP6模式的变化一样大:

“气候模型中的液态云降雨太多。我们发现，在我们研究的模型中解决这个问题，可以减少模型预测的变暖量，相当于CMIP5和CMIP6之间的变暖增量。所以主要的信息是:对CMIP6的额外变暖持保留态度，直到其他一些已知的云问题也在模型中得到解决。”

Tapio Schneider博士他是一名资深研究科学家美国宇航局喷气推进实验室他没有参与这项研究，他告诉《碳简报》，这篇论文“增加了一长串研究，表明云是复杂的，气候模必威手机官网型对它们的模拟很差”。

温暖的雨

为了校正模拟的降雨过程，作者着重于一个存在的气候模型来自CMIP6集合。下面的地图显示了该模型中的“暖雨分数”——由云中非冰相过程驱动的降雨事件的分数。

上面的地图显示了当今气候中的暖雨分数，其中红色表示高分数，蓝色表示低分数。下面的地图显示了相对于今天的气候，在温暖4摄氏度的未来，暖雨分数可能会发生怎样的变化，其中红色表示暖雨分数的增加，蓝色表示减少。

地图显示，大部分暖-降雨过程发生在温度最高的赤道附近，在海洋上空尤其普遍。随着地球变暖，南半球中纬度地区暖雨比例的增加尤其明显，而低纬度地区的暖雨比例预计将下降到海面上。

作者利用卫星数据来确定在当今气候下有多少雨水从云层中落下。然后，他们修改了气候模型中的暖雨过程，以更准确地与卫星观测到的降雨概率相匹配。

下图显示了不同纬度的暖云降雨的概率，使用卫星数据观测(灰色)，并使用最初的模型(红色)和更新的模型(黄色)。

该图显示，虽然与卫星数据相比，更新后的模型仍然过度预测了降雨量，但它与卫星数据的匹配程度比原始模型更接近。

根据这篇论文，利用观测来约束云的过程以及云的状态，“是迈向可靠的气候预测的必要步骤”。Mülmenstädt告诉Carbo必威手机官网n Brief，这种方法可以让科学家在未来使用观测来提高模型的准确性:

“作为一个领域，我们需要弄清楚如何最好地利用观测来减少模型目前在如何表示云过程方面的‘回旋余地’。我们目前的观测主要是为我们提供云状态的快照。但模型考虑云的方式是它们的动力学——它们形成、下雨或蒸发的速度有多快。”

他补充说，气候科学家需要考虑确保他们能够获得适当的数据来进行这类研究:

“卫星使这项研究成为可能的是独一无二的，自2006年以来一直在坚持，早已超过了它的设计寿命，这要归功于美国宇航局的惊人努力，使它保持正常运行。如果我们失去了这种观测能力，或者观测之间的差距变得太大，我们的许多科学工作将变得比现在更难。”biwei6868

施耐德告诉Carbon Brie必威手机官网f，这篇论文强调了可以为未来研究“有效利用”的数据来源。他补充说:

“回答是什么控制云量的问题，对于能够理解或排除最近气候模型中看到的云对全球变暖的强烈反馈至关重要。这里的结果表明，回答这个问题必然涉及更好地限制云在变暖时沉淀的容易程度。”

Alejandro Bodas-Salcedo博士从英国气象局他没有参与这项研究，他说这篇论文“非常令人兴奋”，“强调了降水过程对云辐射反馈的重要性”。

然而，他指出，由于这项研究只测试了一个单一模型，下一步“他们的标题声明的稳健性将不得不在一个多模型框架中进行测试”。