2025年1月10日，世界气象组织（WMO）正式确认，2024年为有记录以来最热年份，全球平均气温比工业化前水平高出约1.55°C。“全球变暖”正在引发越来越多的关注，极端天气、野火蔓延……都与全球变暖有密切关系。

不过，最近一项发表在《自然》杂志上的研究提出一个令人意外的观点：全球变暖的趋势可能在一定程度上得到缓解，因为云。

图片来源：veer图库

云还有这样的作用？那么，到底是云量减少会缓解变暖，还是云量增多？这个问题可没有这么简单。

云的双重身份：既保温，又散热

全球变暖直接原因是地球能量收支的不平衡。地球的能量平衡过程可以用“太阳暖大地，大地暖大气，大气还大地”来概括：太阳以短波辐射的方式把能量送到地球就是“太阳暖大地”；地球接收能量后升温，再通过长波辐射温暖大气，这是“大地暖大气”；大气温度上升后也向地面放出长波辐射，这就是“大气还大地”。

全球辐射平衡的物理过程示意图

（图片来源：参考文献2）

现在大家都知道，全球变暖的根本原因是工业革命排放了过多的温室气体导致温室效应加剧，但除此之外还有很多复杂的物理过程参与其中，比如说——云和气候系统之间的相互作用。

相比起温室气体，云和气候系统之间的相互作用过程更加复杂，造成的结果也更难预测。这是由云的特性决定的。一方面，云层就像一把巨大的"遮阳伞"，将大约20-30%太阳的辐射（短波辐射）反射回太空。这种现象被称为"云反照率反馈"，是地球天然的降温机制。另一方面，云也能够吸收和返还地表散发的热量（也叫长波辐射），尤其在晚上，可以阻止地表热量快速散失。

根据云层的高低位置，我们可以将云分为三大类：贴近地面的低云（云底高度低于2000米）、位于中空的中云（云底高度在2000-5000米之间）和高悬天际的高云（云底高度超过5000米）。它们在气候调节中的作用各不相同。

图片来源：ScienceNote网站，作者：Anne Helmenstine

低云在白天是“遮阳伞”。它们通常比较厚实，覆盖的范围更大，由更多、更大的液态水滴组成。液态水滴的大小影响着对太阳辐射的散射和反射，最新的研究表明，低云反射了50-70%的入射太阳辐射，贡献了地球总冷却能力的20%。在夜晚，低云又是一层“保温被”，能够有效地发射长波辐射回到地面，对地面有一定的保暖作用。高云以保温效应为主。高云主要由冰晶组成，温度低，但能有效吸收地表向外太空辐射的热量，并将部分能量重新辐射回地面，在夜晚释放更多的长波辐射温暖地面。中云所处的高度在低云和高云之间，温度也在二者之间，因此中云是由冰晶和水滴的混合物组成的，物理特性也兼具了高云和低云的特性。

为了对变暖有更准确的预测，我们需要更了解云和气候的“反馈”过程。

云反馈机制：是关键也是难点

什么叫反馈呢？全球变暖会造成云的变化，云的变化又反过来影响气候变化，这样的相互作用就被称为“反馈”。

全球变暖背景下云反馈机制有两条可能的路径：

一种情况是“正反馈”：正反馈可以被理解成一种“恶性循环”，在这种情况下，变暖导致的云层变化进一步加剧变暖。

另一种情况是“负反馈”：这时云层就是"刹车系统"，减缓变暖速度。

可能加剧也可能减缓？云又露出了“两面派”的本性，到底云层是气候变化的帮凶还是救星？科学家们正在努力解开这个奥秘。根据计算机模拟气候变化的结果，全球变暖使得低云减少使得反射回太空的太阳辐射减少，会显著加剧全球变暖。但很快又有气象学家提出，由于对云反馈机制的理解有限，这种模拟的结果并不准确。

理解云的反馈效应是困难的。云的种类多样，同一种类的云对地球的影响可能兼具保温和冷却效应。想要得到各种效应影响下云影响的总和是很难的，需要弄清云各种效应影响的大小。而云处在高空，很难对云进行观测，云的组成和云中的物理过程又很复杂，这些都导致云反馈机制的研究困难重重。好消息是，最近Nature上的研究用观测到的资料推动研究往前迈了一步。

新研究：云在一定程度上帮助地球“冷却”

云挂在天边，即使是“低云”，也在至少2000米的高空，因此对云层变化的观测一直存在很大挑战。全球范围的云观测数据往往不准确，并且很难有很长时间的记录数据。但最新这份研究选取了美国南部大平原地区一个积累了长期观测记录的站点的数据，并不使用云的特性的观测资料，而是借助可以反映云和长波辐射的电磁波波长数据分析物理过程。这种创新方法不再需要依赖对云层物理特性的复杂测算。

研究团队重点对比了晴天与多云条件下长波辐射的变化。在全球气温升高的背景下，云的变化显著影响着大气与地表之间的热量传递。具体表现为：云的变化导致射向地面的长波辐射减弱，换句话说，就是"大气还大地"过程变弱了，这种现象产生了明显的降温效果，能够一定程度上缓解变暖趋势。

不仅仅是在美国南部大平原，借用相关的数据把研究推广到全球陆地范围后，发现这种云层与辐射的相互作用在广泛存在于全球的陆地区域，这是全新的结论，在我们预测全球变暖的过程中将起到重要作用。

云的作用导致向下的长波辐射减少

（图片来源：参考文献1）

结语

看到这里有人会问，那我们能说全球变暖正在缓解全球变暖吗？还不能这么说。

在“大气还大地”的过程中，是没错的。但是不要忘记，地球的能量平衡涉及三个过程，这份研究只关注云层影响地球能量收支中的"出"，其中的“进”还没有仔细的研究。云层变化对气候影响的综合效应仍然是未知的，目前为止还仍是一个有待破解的科学谜题。

这项研究给人们带来了哪些启示呢？

首先这项研究提出了一个新方法，提供了新的“去噪声”方式从海量的观测数据中提取关键信号。这种突破不仅为云物理研究提供了新工具，还使得地球辐射测量技术发展，在气候监测设备研发、卫星遥感验证等领域可能发挥更重要的作用。

在科学认知层面，这份研究虽然没有完全回答“云对气候的综合影响是怎样”的问题，但第一次说清了云影响“大气还大地”的过程，所发现的观测事实让我们对物理过程有更准确的认知，能够提升气候模拟的准确性。当决策者制定碳中和路线时，这类基础研究成果就为政策天平增加了精确砝码，有助于在生态保护与经济发展间找到更科学的平衡点。