隨著全球變暖，未來的天空中可能就沒有雲了

超級計算機的模擬表明，全球變暖與雲量減少之間的惡性循環可以在一個世紀之內就將地球推到災難性的轉折點上。

1987年，古海洋學家James Kennett和他的船員在威德爾海的海床取出了一圓筒量的沉積物，那是一英寸厚的浮游生物化石和其它同樣埋在500多英尺深處的岩屑。在那之中，他們發現了一個令人不安的線索。

在沉積物的下部，化石豐富，有60種浮游生物，但在5600萬年的橫截面上，物種數量下降到了17個。其中的氧和碳同位素組成發生了明顯的變化。Kennett和他的學生Lowell Stott從反常的同位素進行推斷得出，當時二氧化碳充盈在整個空氣中，導致海洋迅速酸化升溫。和我們現在正在經歷的過程相似。

而當這17種浮游生物下沉並定居在南極海床上時，一隻類似貘的生物死在了現在的懷俄明州。1992年，其化石的發現者Phil Gigerich、Jim Zachos和Paul Koch也同樣發現了與Kennett當時相同的同位素異常現象。原來史前哺乳動物也呼吸著被二氧化碳淹沒的空氣。

接著越來越多的數據出現了。5600萬年前，一個短暫卻災難的熱潮出現，即古新世-始新世極熱事件（PETM）。這顆行星溫度上升，海洋變熱，全世界經歷了大規模的滅絕。陸地上原始的猴子、馬及其它早期哺乳動物沿著植被向北行進，到達高緯度地區，並在世世代代之間小型化，因為樹葉在碳含量高的空氣中已經不那麼營養。同時，猛烈的風暴也席捲了全球，地質記錄顯示，當時存在山洪暴發和長期乾旱的現象。正如Kennett所說：「潘多拉的盒子被打開了。」

在懷俄明州的畢葛紅盆地盆地，鮮紅的沉積岩是5600萬年前全球極端變暖事件的第一個化石證據。圖：ALAMY

像PETM這樣的古代變暖事件總是遠比氣候理論模型所呈現的要極端的多。即使考慮到地理差異，古氣象學家仍發現，他們的模型缺少了一個沒有在化石記錄中留下痕迹、卻發生了劇烈變化的因子。「現在很清楚，答案是雲。」來自普渡大學的古氣候建模師Matt Huber說道。

目前的雲層覆蓋著地球的三分之二，但計算機模擬已表明，隨著地球變暖，雲越來越少。於是地球更熱了，導致雲又變得更少了，惡性循環。這個迴路將導致升溫失控。

本周發表於《自然地球科學》雜誌上的新發現表明，雲量損失的影響非常顯著，足以解釋PETM這樣的變暖事件，並逐步引發未來的災難。

來自加州理工的氣候物理學家們對層積雲進行了一次最先進的模擬，因為這種雲對地球的冷卻效果目前為止最大。該模擬顯示出了一個轉折點：當大氣中二氧化碳濃度達到百萬分之1200時，層積雲消失。在持續處於平均排放量的情況下，燃燒化石燃料一個世紀左右就能將我們推倒那個引爆點。

一旦雲層消失，模擬中的氣候彷彿直接「越過了懸崖」，來自麻省理工的氣候科學家Kerry Emanuel說道。她表示，這一發現「非常可信」，但其他科學家仍需努力復現這項實驗。

想像一下全球升溫12度，鱷魚在北極游泳，赤道被烤焦。如果碳排放沒有快點得到控制，突破了臨界點，「真正毀滅性的氣候變化就來了，」研究人員之一、來自加州理工的Tapio Schneider說道。（他和Colleen Kaul、Kyle Pressel進行了這項模擬研究。）

Huber補充到，隨著消失的雲層背後的機制逐漸清晰，「這種巨大的敏感度就不再是過去的歷史事件，而是很有可能將是我們的未來。」

雲中的疑慮

雲形狀各異，有爆米花式的積雲、纖細的捲雲、還有鐵餅式的雨雲。它們由微小的液滴組成，橫跨數英里，共同覆蓋著大部分的地球表面，阻擋陽光到達地球，使地球冷卻。

起初的雲很簡單，溫暖潮濕的空氣上升冷卻，水蒸氣在塵埃等顆粒周圍凝結，便形成了「雲滴」。但在熱量、蒸發、輻射、風等因素的作用下，情況變得越來越複雜。

南大洋層積雲的激光成像：左邊是由冰而成的不規則雲滴，右邊則是由過冷的液態水製成的球形雲滴。圖：DR. EMMA J?RVINEN/DR. MARTIN SCHNAITER (KIT AND SCHNAITEC, GERMANY)

來自NASA戈達德太空研究所的Kate Marvel表示，世界各地的氣候研究中心運行著大約30個對所有已知因素進行編程以預測二氧化碳上升與全球升溫之間的關係的模型。

每個氣候模型會在一個代表著地球大氣的球面網路上解出一組方程，而超級計算機則負責顯示空氣和熱量在每個網路流通的循環的狀況，並及時拿出解決的方案。科學家們可以據此觀察地球的氣候反應，所有的模型均包括了海洋、氣流等大部分氣候反饋迴路，例如極地冰蓋融化濕度上升導致全球變暖這一條。

最不敏感的氣候模型預測了地球對二氧化碳增加的最溫和的反應，結果發現，如果大氣中的二氧化碳比前工業時代翻一番，地球將變暖2℃，而這目前預計將發生於2050年前後。在開始燃燒化石燃料之前，二氧化碳的濃度為百萬分之280，現在則已經超過410ppm。到目前為止，全球平均氣溫已上升了1攝氏度。

2℃是最好的情況了，但「讓人抓狂的是，二氧化碳加倍時，全球將升溫4至5℃，這和末次冰期只差了4.5度。」

圖：LUCY READING-IKKANDA/QUANTA MAGAZINE

預測變暖2℃的氣候模型顯示的雲量變化很少，而上升了4℃的模型則預測到雲量會在數十年內急劇降低。來自賓州州立大學地球系統科學中心的氣候學家Michael 表示，即便只有2℃，也將殺死珊瑚礁，並導致海平面上升幾英尺，對低洼地帶的島國和海岸造成威脅。達到了4℃的時候，我們將看到大量動物物種消失，並面臨災難性的極端天氣事件。海平面上升數米，人類文明可能就將以當前的樣貌終結。

更難想像的是，一個世紀之後層積雲完全消失，在此基礎之上氣溫又上升了8℃，就像古新世-始新世極熱事件一樣，那將會是什麼樣子。

模擬的天空

2008年，一家研究用的飛機在智利海岸上空的層積雲中飛行收集數據。圖：ROBERT WOOD

來自華盛頓大學的大氣學家和數學家Chris Bretherton在2013、2014年對這些層積雲進行了一些模擬，發現當層積雲下面的海面在二氧化碳的影響下變暖時，雲層變得更薄了。而結合其它的研究、例如來自NASA的衛星數據後，結果顯示，前文提到的最不敏感的、即預測變暖2℃時雲量變化不大的那種氣候模型，可能是錯的。

來自加州理工的（從左至右）Tapio Schneider、Colleen Kaul和Kyle Pressel確定了層積雲分裂的臨界點。

隨著二氧化碳濃度上升、海面溫度升高，Schneider他們發現，雲的動力學發生了變化：層積雲突然消失，因為有兩個主要因素阻礙了它們的形成。

首先，當地球表面和天空變熱時，額外的熱量會在雲層中產生更強的湍流。這些湍流會混合雲頂附近的潮濕空氣，並將其向上推出覆蓋著層積雲的邊界層，同時從上方向下吸入乾燥空氣。卷吸作用，正如其名，它分解了雲。

其次，由於上層大氣變暖，從而更加濕潤，層積雲頂部至下的冷卻效率就會降低。這種冷卻非常必要，因為它會讓冷、濕空氣團下沉，給地表的熱、濕空氣騰出位子，使其可以上升並形成新的雲。

但當冷卻效果變差時，層積雲越來越薄了。

如果不限制排放，二氧化碳水平達到百萬分之1200——這可能發生於100至150年內——更多的卷吸、更少的冷卻將共同導致層積雲完全碎裂。

在進一步了解雲層的消失將如何影響地球溫度的過程中，Schneider他們發現，吸收到海洋中的大量額外熱量（因為層積雲沒了）會增加海洋的溫度和蒸發率。天空中的水蒸氣越來越多，地表將吸收更多熱量。接著席捲全球，全球變暖失控，可怕地升高了8℃。

但當水蒸氣使空氣飽和之後，二氧化碳的急劇下降卻不會讓雲層重生。「有滯後現象，」Schneider說道，「若要再次形成層積雲，就需要將二氧化碳的濃度降低到如今的水平，甚至更低。」

蝌蚪五線譜編譯自wired，譯者 狗格格，轉載須授權

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