當我們在晴空下沐浴陽光時，或許未曾想到頭頂的雲朵正悄然影響著地球的溫度。

雲在地球氣候調節中扮演著復雜而關鍵的角色，一直以來，科學家對雲輻射反饋機制的研究不在少數。2024年12月，一項發表在《科學》（Science）上的研究指出，地球低層雲的總量出現了急劇下降，反射太陽光的能力逐漸變弱，反過來加劇了全球變暖。2025年1月，發表在《自然》（Nature）上的研究指出，雲的變化導致射向地面的長波輻射減弱，能一定程度上緩解全球變暖趨勢。

那麼，雲究竟是如何作用於地球氣候調節的？今天是世界氣象日，讓我們一起揭開雲層神秘的面紗。

雲層的氣候效應：既是"遮陽傘"也是"保溫毯"

雲堪稱最精妙的氣候調節系統，主要通過兩種截然相反的機制影響著地球能量平衡。具體來看：

1、冷卻效應

雲量對氣溫有著顯著的影響，其中一個重要的作用就是冷卻效應。例如，由微小而密集的水滴構成的低層雲（如層積雲和積雨雲等）能夠反射30%-60%的太陽短波輻射，如同地球的“遮陽傘”。其中積雨雲反照率（注：地球將太陽輻射反射回太空的能力）高達0.9左右，意味著照射到積雨雲上的絕大部分（90%）太陽輻射會被反射回太空。這種“陽傘效應”能有效減少地球能量吸收，降低地表溫度。

2、溫室效應

高層雲（如卷雲）由冰晶組成，受冰晶的光學特性與大氣垂直結構共同影響，其對太陽短波輻射反射、吸收少，但長波輻射吸收能力是液態雲的3倍以上，會大量吸收地表發出的長波輻射並重新向地面輻射熱量。這種溫室效應在夜間尤為顯著，包括低層雲，夜間也會向地面發射長波輻射，猶如給地球蓋上“保溫毯”。這在冬日有雲和無雲的早晨會有明顯的感受，當夜裡繁星閃爍萬裡無雲時，早晨一般清冷異常，而當夜裡層雲密布時，早晨的溫度更為溫和，這就是雲層溫室效應的體現。

總體說來，這種雙重輻射特性使雲成為地球能量平衡的“動態調節器”。

既然雲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，地球的雲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連鎖反應。通常來說，雲總體上的冷卻效應大於溫室效應，但氣候變化和人類活動正在悄然影響雲的形成與消散，並通過雲輻射反饋機制進一步影響雲對氣候的調控作用。

有研究表明，海洋低層雲量的急劇減少降低了地球的反照率，從而加劇全球變暖。進一步探究其減少的原因，一方面，雪和海冰的持續融化，改變了低空雲形成所需的水汽和冷卻條件﹔另一方面，空氣質量優化減少了雲凝結核。此外，自然氣候變化引發的大氣環流與洋流模式改變，也對低空雲的形成與分布造成干擾。

總的來說，雲的動態變化受自然和人為因素共同作用，其形成與消散機制復雜且相互關聯。

工業革命以來，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層積雲和卷雲的形成產生影響。人為氣溶膠的排放​則會影響雲量和雲壽命﹔城市化帶來的土地利用變化會降低地表反照率和蒸散發，抑制雲的形成。

為什麼雲層被認為是氣候預測中最不確定的因素之一？

雲的組成和雲中的物理過程復雜，雲層變化的觀測也一直存在很大挑戰，這些都導致雲反饋機制的研究困難重重。盡管現代氣候模型已能精確模擬台風路徑，但因現在用於預測未來幾十年氣候變化的全球氣候模型主要以大氣動力學方程組為基礎，對雲的精確變化難以准確模擬，也使得預測雲對氣候變暖的影響充滿不確定性。全球變暖引發雲的變化，會通過雲輻射反饋機制進一步影響氣候。但這些反饋究竟會在多大程度上影響氣候變暖，目前的模型給出的預測結果差異懸殊。

經過多年努力，科學家們在提高雲輻射模擬的精確性方面取得了不小的進展。也有科學家從觀測資料的角度尋求突破，不再依賴對雲層物理特性的復雜測算，轉而借助可以反映雲和長波輻射的電磁波波長數據分析物理過程。

不過，要想完全回答“雲層變化對氣候影響的綜合效應”仍有很長的路要走，科學家正從不同角度共同攻克這一難題。比如通過雲室設備開展雲微物理研究。通過開發高分辨率氣候模型模擬大氣狀態，提高預測精度。機器學習算法也能在雲層解析模型的基礎上發揮輔助作用。此外，現代化綜合氣象觀測系統的發展，也將提供更為精確的雲層數據，為地球輻射平衡研究提供有力支撐。

雲層的故事告訴我們，氣候系統遠比想象中精密而脆弱。這片蔚藍穹頂，需要我們攜手保護——因為每一朵雲，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，同時選擇低碳出行方式，減少碳排放，降低溫室氣體濃度以減緩雲層，尤其是低雲的消散﹔支持環保政策，推動氣溶膠排放管控，平衡雲層微物理過程﹔提升氣候認知與行動自覺，推動系統性氣候治理。

作者：崔國輝 中國氣象局氣象宣傳與科普中心（中國氣象報社）記者

審核：魏科 中國科學院大氣物理研究所研究員，季風系統研究中心副主任

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