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Mar. 12 2019

未來的天空將沒有雲?氣候學家表示:還很難搞清楚!

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  • 圖片來源:Arun Kulshreshtha

專家認為,對局部大氣的分析並不適用於整個地球。

隨著全球變暖,低懸在海面上空的灰雲層會突然消失嗎?是的,如果你相信最近發表在《自然–地球科學》(Nature Geoscience)上的一項新研究的話。

科學家透過超級電腦運算的模型發現,如果大氣中的二氧化碳含量增加三倍,層積雲可能會在可怕的惡性循環中消失:氣溫升高雲變少反射陽光減少吸收陽光增多氣溫升得更高雲變得更少……

最終,惡性循環導致地球溫度上升攝氏8度,這可是翻天覆地的大變化。雖說二氧化碳濃度不太可能增加三倍,考慮到人類過去的碳排放速率,這也並非不可能之事。

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氣候模型很難模擬雲

但是,許多研究雲的氣候科學家對這項研究持有異議,他們認為對局部大氣的分析並不適用於整個地球。斯克里普斯海洋研究所(Scripps Institution of Oceanography)的喬.諾里斯(Joel Norris)說:「這個模型過於簡單,基本上只有一個旋鈕、兩個設定,但地球上影響氣候的旋鈕很可能要多得多。 」

雖然氣候模型已經很高級很複雜了,但還是對付不了雲。雲由凝結的水汽和不穩定氣流形成,這種過程發生在極小的尺度下,小到無法通過模型直接模擬,只能使用近似值。為了更好地理解雲,科學家們開發了高分辨率的渦流模擬,用於再現小範圍的大氣運動,例如雲形成過程中的關鍵物理過程——氣候模型無法直接處理這方面的問題。

幾年前,科學家們通過對比六個主流渦流模擬的結果,研究了僅2°C的升溫如何影響海洋上空的低雲。結果表明,有兩種動力學變化導致雲層變薄並加劇氣候變暖。首先,高溫使薄雲被大量的乾燥空氣穿透,雲層無法變厚,不能反射更多陽光。其次,二氧化碳含量的增加將熱量滯留在雲頂附近,使之無法冷卻。因為冷卻產生不穩定氣流,才能形成雲,所以這種影響可能會阻礙雲的形成,進一步加劇變暖。如果溫室氣體排放繼續下去,這些低雲似乎會「融化」掉。

雲可能突然消失嗎?

失望於全球模型在模擬雲方面的欠佳表現,加州理工學院(California Institute of Technology)的動力氣候學家塔皮奧.史奈德((Tapio Schneider)去年開始構建新的模型—— 「氣候機器」(Climate Machine)。該模型利用人工智能從渦流模擬和衛星觀測中學習,以提升模擬雲的呈現效果。要實現這個全球模型,研究團隊首先得建立自己的渦流模擬,讓其能和海洋進行動態交互,並讓模擬雲的改變加快氣候變暖,或讓氣候變暖加快雲的改變。

他們的渦流模擬得出了與之前的其他研究相同的反饋機制,但史奈德設定的二氧化碳濃度比大多數實驗的設定都要高。模型表明,當二氧化碳濃度達到每百萬分之1200,也就是現在濃度的三倍時,低雲台(cloud deck)很快就會消失。要是不採取措施阻止氣候變暖,下個世紀的二氧化碳濃度就可能達到這個水平。

結果本身看起來可靠,雖說不是特別新穎。然而,有的科學家反對史奈德接下來的做法:將僅能表現雲層可能消失的一個地點的結果,外推到所有具有類似層積雲台的區域。這麼做的結果表明,所有的雲幾乎同時消失,讓更多的太陽能量突然被黑暗的海洋吸收。氣候科學家比約恩.史蒂文斯(Bjorn Stevens)表示,認為雲和海洋以這麼簡單的方式聯繫在一起,這是很牽強的。

過去的研究已經證明,這些反饋無疑會起到作用。「但它們都發生在不同時間、不同地點和不同的二氧化碳濃度中,」華盛頓大學(University of Washington)的克里斯.布雷瑟頓(Chris Bretherton)說。不可能存在突然的轉折點——所有的雲一下子就消失了。在海洋和大氣的複雜反應的影響下,這種現像是逐漸發生的。

大氣科學家史蒂芬.克萊恩(Stephen Klein)補充說,事實上,這個新模型過於簡單,沒有考慮到天氣雜訊等因素,它只能模擬快速的轉變過程。「由於這樣的簡化,我認為研究所稱的『臨界點」並不可信。」

要預測氣候變化,先解決雲

史奈德則堅持他的解讀。「我檢查了所有可能讓結果出錯的原因,最終都排除了它們。」他還補充道,這項研究的主要含義在於,氣候模型需要更好的軟硬體來處理雲的問題。「我們不應過分自信於模型可以預測22世紀的未來,可能還有其他因素未被納入模型之中。」

布雷瑟頓表示,研究者正在開發更多致力於解決雲的模型。「在未來幾年內,我們擁有的全球模型將以更嚴謹的方式做史奈德做的事。」布雷瑟頓也在開發基於渦流模擬的全球模型。令他吃驚的是,初始的運行參數似乎抑制了變暖反饋,這一結果超出了他們的預期。

與此同時,加州理工學院的全球模型還需要幾年才能完善。古氣候學家馬修.修伯(Matthew Huber)表示,檢測雲層的消失趨勢是否能在「氣候機器」重現,這是一件很有趣的事。這個全球模型可能會捕捉到這種動態變化,或緩衝並排除小尺度模擬的不穩定性。

「開發新模型的唯一原因就是這個,」休伯說,「就是為了預測意想不到的事。」

 

編譯來源: Science, A world without clouds? Hardly clear, climate scientists say

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