科學(xué)家：云中躲藏著奇怪的東西，正在阻止地球把能量還給太空

當(dāng)下最先進(jìn)的氣候模型嚴(yán)重低估了地球能量失衡程度，原因不明。

這張圖片展示了如何通過比較入射與反射的短波能量（即被吸收的太陽能）與發(fā)射的長波輻射，來確定地球能量的凈變化。地球的能量失衡已經(jīng)超出正常范圍，但科學(xué)家卻不知道為什么。NASA

氣候模型（Climate Model）是科學(xué)家通過數(shù)學(xué)方程描述大氣、海洋、陸地和冰層之間的物理化學(xué)過程，用以模擬地球氣候系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，并預(yù)測未來氣候變化趨勢(shì)的重要工具。

但最近研究發(fā)現(xiàn)，目前全球最先進(jìn)的氣候模型已經(jīng)無法真實(shí)反映地球能量失衡的嚴(yán)重程度，而且原因不明。

在理想狀態(tài)下，氣候模型應(yīng)當(dāng)能夠如實(shí)反映衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)；然而現(xiàn)實(shí)情況是，它們正在持續(xù)低估地球能量失衡的程度。地球接收到的太陽能量與輻射回太空的能量之間，正在出現(xiàn)越來越大的差距——但氣候模型不能準(zhǔn)確反映這種變化。初步研究認(rèn)為，這可能與模型無法精確描述地球云層與大氣氣溶膠之間的相互作用有關(guān)。

衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，在過去20年間，地球能量失衡程度已經(jīng)增加了一倍以上，并且其增幅在2010年以后尤為迅速。被大氣系統(tǒng)俘獲的能量相對(duì)于釋放回太空的能量越來越多，這直接推動(dòng)了氣溫上升。造成能量失衡的主要原因是人類排放的溫室氣體，但除此之外，顯然還有其他未知因素在發(fā)揮作用。

據(jù)估算，2023年地球的能量失衡已達(dá)到每平方米約1.8瓦，這幾乎是氣候模型依據(jù)溫室氣體排放增長所預(yù)測數(shù)值的兩倍。雖然模型能夠反映出能量失衡正在加劇，但對(duì)其增長速率的模擬結(jié)果卻存在明顯差異，而且始終未能如實(shí)再現(xiàn)衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)。

以日本氣象研究所研究員Seiji Yukimoto為首的研究團(tuán)隊(duì)，近日嘗試通過假設(shè)模型未能充分反映氣候反饋過程、自然變率以及氣溶膠排放減少等因素，來解釋這種差異。研究人員綜合使用了15個(gè)先進(jìn)氣候模型，以及衛(wèi)星輻射觀測數(shù)據(jù)和地表溫度記錄，對(duì)2001年至2024年間的地球能量失衡狀態(tài)進(jìn)行了重建分析。

結(jié)果證實(shí)，模型中確實(shí)缺失了一些關(guān)鍵系統(tǒng)過程，從而導(dǎo)致模擬結(jié)果低估了地球從太陽吸收的能量。尤其是在2010年至2024年期間，衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，地球的能量失衡程度顯著增強(qiáng)。

這些可能被遺漏的機(jī)制，會(huì)影響地球向太空輻射能量的能力。氣候模型雖然已經(jīng)考慮了溫室氣體因素，但尚未充分納入地表溫度上升與云層之間的相互作用，以及其他能夠調(diào)節(jié)能量向太空逃逸的重要過程。

自2010年以來，地球大氣中的氣溶膠濃度整體呈下降趨勢(shì)，其具體影響仍有待進(jìn)一步研究。不過，高濃度氣溶膠可能會(huì)導(dǎo)致云層中的微小水滴數(shù)量增加、尺寸變小，從而增強(qiáng)對(duì)太陽輻射的反射能力。此外，氣溶膠還可能影響云層的壽命，而氣溶膠濃度的下降，也可能改變?cè)茖由⑸涔夂湍芰康姆绞健?/p>

然而，由于氣溶膠的類型復(fù)雜、空間分布高度不均，它們對(duì)氣候系統(tǒng)的影響會(huì)隨地理位置及云層環(huán)境變化而變化，因此對(duì)其進(jìn)行精確建模仍然十分困難。

如果2010年之后地球能量失衡的加劇主要與氣溶膠排放減少有關(guān)，那么隨著未來氣溶膠水平逐漸趨于穩(wěn)定，能量失衡加劇的速度可能會(huì)有所放緩。但如果這種加劇主要源于云層對(duì)地表溫度上升的反饋?zhàn)饔茫敲吹厍蚰芰渴Ш獾某潭瓤赡軙?huì)進(jìn)一步擴(kuò)大——甚至僅這一機(jī)制所推動(dòng)的變暖幅度，就可能超過溫室氣體本身的直接影響。

目前，觀測數(shù)據(jù)與模型預(yù)測結(jié)果之間的差距仍在持續(xù)擴(kuò)大。

參考

Emerging effective radiative forcing in the radiative imbalance since 2010

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL119913