本
文
摘
要
超级计算机的模拟表明，全球变暖与云量减少之间的恶性循环可以在一个世纪之内就将地球推到灾难性的转折点上。
1987年，古海洋学家James Kennett和他的船员在威德尔海的海床取出了一圆筒量的沉积物，那是一英寸厚的浮游生物化石和其它同样埋在500多英尺深处的岩屑。在那之中，他们发现了一个令人不安的线索。
在沉积物的下部，化石丰富，有60种浮游生物，但在5600万年的横截面上，物种数量下降到了17个。其中的氧和碳同位素组成发生了明显的变化。Kennett和他的学生Lowell Stott从反常的同位素进行推断得出，当时二氧化碳充盈在整个空气中，导致海洋迅速酸化升温。和我们现在正在经历的过程相似。
而当这17种浮游生物下沉并定居在南极海床上时，一只类似貘的生物死在了现在的怀俄明州。1992年，其化石的发现者Phil Gigerich、Jim Zachos和Paul Koch也同样发现了与Kennett当时相同的同位素异常现象。原来史前哺乳动物也呼吸着被二氧化碳淹没的空气。
接着越来越多的数据出现了。5600万年前，一个短暂却灾难的热潮出现，即古新世-始新世极热事件（PETM）。这颗行星温度上升，海洋变热，全世界经历了大规模的灭绝。陆地上原始的猴子、马及其它早期哺乳动物沿着植被向北行进，到达高纬度地区，并在世世代代之间小型化，因为树叶在碳含量高的空气中已经不那么营养。同时，猛烈的风暴也席卷了全球，地质记录显示，当时存在山洪暴发和长期干旱的现象。正如Kennett所说：“潘多拉的盒子被打开了。”
在怀俄明州的毕葛红盆地盆地，鲜红的沉积岩是5600万年前全球极端变暖事件的第一个化石证据。图：ALAMY
像PETM这样的古代变暖事件总是远比气候理论模型所呈现的要极端的多。即使考虑到地理差异，古气象学家仍发现，他们的模型缺少了一个没有在化石记录中留下痕迹、却发生了剧烈变化的因子。“现在很清楚，答案是云。”来自普渡大学的古气候建模师Matt Huber说道。
目前的云层覆盖着地球的三分之二，但计算机模拟已表明，随着地球变暖，云越来越少。于是地球更热了，导致云又变得更少了，恶性循环。这个回路将导致升温失控。
本周发表于《自然地球科学》杂志上的新发现表明，云量损失的影响非常显著，足以解释PETM这样的变暖事件，并逐步引发未来的灾难。
来自加州理工的气候物理学家们对层积云进行了一次最先进的模拟，因为这种云对地球的冷却效果目前为止最大。该模拟显示出了一个转折点：当大气中二氧化碳浓度达到百万分之1200时，层积云消失。在持续处于平均排放量的情况下，燃烧化石燃料一个世纪左右就能将我们推倒那个引爆点。
一旦云层消失，模拟中的气候仿佛直接“越过了悬崖”，来自麻省理工的气候科学家Kerry Emanuel说道。她表示，这一发现“非常可信”，但其他科学家仍需努力复现这项实验。
想象一下全球升温12度，鳄鱼在北极游泳，赤道被烤焦。如果碳排放没有快点得到控制，突破了临界点，“真正毁灭性的气候变化就来了，”研究人员之一、来自加州理工的Tapio Schneider说道。（他和Colleen Kaul、Kyle Pressel进行了这项模拟研究。）
Huber补充到，随着消失的云层背后的机制逐渐清晰，“这种巨大的敏感度就不再是过去的历史事件，而是很有可能将是我们的未来。”
云中的疑虑
云形状各异，有爆米花式的积云、纤细的卷云、还有铁饼式的雨云。它们由微小的液滴组成，横跨数英里，共同覆盖着大部分的地球表面，阻挡阳光到达地球，使地球冷却。
起初的云很简单，温暖潮湿的空气上升冷却，水蒸气在尘埃等颗粒周围凝结，便形成了“云滴”。但在热量、蒸发、辐射、风等因素的作用下，情况变得越来越复杂。
南大洋层积云的激光成像：左边是由冰而成的不规则云滴，右边则是由过冷的液态水制成的球形云滴。图：DR. EMMA JÄRVINEN/DR. MARTIN SCHNAITER (KIT AND SCHNAITEC, GERMANY)
来自NASA戈达德太空研究所的Kate Marvel表示，世界各地的气候研究中心运行着大约30个对所有已知因素进行编程以预测二氧化碳上升与全球升温之间的关系的模型。
每个气候模型会在一个代表着地球大气的球面网络上解出一组方程，而超级计算机则负责显示空气和热量在每个网络流通的循环的状况，并及时拿出解决的方案。科学家们可以据此观察地球的气候反应，所有的模型均包括了海洋、气流等大部分气候反馈回路，例如极地冰盖融化湿度上升导致全球变暖这一条。
最不敏感的气候模型预测了地球对二氧化碳增加的最温和的反应，结果发现，如果大气中的二氧化碳比前工业时代翻一番，地球将变暖2℃，而这目前预计将发生于2050年前后。在开始燃烧化石燃料之前，二氧化碳的浓度为百万分之280，现在则已经超过410ppm。到目前为止，全球平均气温已上升了1摄氏度。
2℃是最好的情况了，但“让人抓狂的是，二氧化碳加倍时，全球将升温4至5℃，这和末次冰期只差了4.5度。”
图：LUCY READING-IKKANDA/QUANTA MAGAZINE
预测变暖2℃的气候模型显示的云量变化很少，而上升了4℃的模型则预测到云量会在数十年内急剧降低。来自宾州州立大学地球系统科学中心的气候学家Michael 表示，即便只有2℃，也将杀死珊瑚礁，并导致海平面上升几英尺，对低洼地带的岛国和海岸造成威胁。达到了4℃的时候，我们将看到大量动物物种消失，并面临灾难性的极端天气事件。海平面上升数米，人类文明可能就将以当前的样貌终结。
更难想象的是，一个世纪之后层积云完全消失，在此基础之上气温又上升了8℃，就像古新世-始新世极热事件一样，那将会是什么样子。
模拟的天空
2008年，一家研究用的飞机在智利海岸上空的层积云中飞行收集数据。图：ROBERT WOOD
来自华盛顿大学的大气学家和数学家Chris Bretherton在2013、2014年对这些层积云进行了一些模拟，发现当层积云下面的海面在二氧化碳的影响下变暖时，云层变得更薄了。而结合其它的研究、例如来自NASA的卫星数据后，结果显示，前文提到的最不敏感的、即预测变暖2℃时云量变化不大的那种气候模型，可能是错的。
来自加州理工的（从左至右）Tapio Schneider、Colleen Kaul和Kyle Pressel确定了层积云分裂的临界点。
随着二氧化碳浓度上升、海面温度升高，Schneider他们发现，云的动力学发生了变化：层积云突然消失，因为有两个主要因素阻碍了它们的形成。
首先，当地球表面和天空变热时，额外的热量会在云层中产生更强的湍流。这些湍流会混合云顶附近的潮湿空气，并将其向上推出覆盖着层积云的边界层，同时从上方向下吸入干燥空气。卷吸作用，正如其名，它分解了云。
其次，由于上层大气变暖，从而更加湿润，层积云顶部至下的冷却效率就会降低。这种冷却非常必要，因为它会让冷、湿空气团下沉，给地表的热、湿空气腾出位子，使其可以上升并形成新的云。
但当冷却效果变差时，层积云越来越薄了。
如果不限制排放，二氧化碳水平达到百万分之1200——这可能发生于100至150年内——更多的卷吸、更少的冷却将共同导致层积云完全碎裂。
在进一步了解云层的消失将如何影响地球温度的过程中，Schneider他们发现，吸收到海洋中的大量额外热量（因为层积云没了）会增加海洋的温度和蒸发率。天空中的水蒸气越来越多，地表将吸收更多热量。接着席卷全球，全球变暖失控，可怕地升高了8℃。
但当水蒸气使空气饱和之后，二氧化碳的急剧下降却不会让云层重生。“有滞后现象，”Schneider说道，“若要再次形成层积云，就需要将二氧化碳的浓度降低到如今的水平，甚至更低。”
3x3公里的层积云模拟。图：KYLE PRESSEL
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