我院韩永教授团队在云量昼夜不对称趋势及其云反馈方面取得新认识

2024年6月19日，我院韩永教授团队（空间大气物理前沿科学与技术组ASAG：Advanced Science & Technology of Space-Atmospheric Physics Group）在国际专业学术期刊Science Advances上在线发表了题为“Diurnally asymmetric cloud cover trends amplify greenhouse warming”的论文。该研究结果揭示了在温室气体强迫下大气热力结构的改变导致云量存在昼夜不对称变化趋势，从而形成正的云反馈效应。

气候变化是全人类共同面临的挑战，云的变化对气候系统有显著影响。云反馈，即云辐射效应对温度变化的响应，是气候敏感度评估中最大的不确定性来源。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告（AR6）表明，低云量随气候变暖而减少，进而减小了行星反照率，形成正的云反馈效应。

云量的日变化波动对辐射平衡有重要影响。事实上，云在白天和夜间对地气系统的作用是不一致的，白天的短波反照率效应和夜间的长波温室效应均能使地球环境更加宜居。然而，目前对于气候变暖下低云量的减少在昼夜循环上是否存在差异，以及由此导致的云反馈效应仍不清晰。

韩永教授团队基于卫星观测资料、气候模式和再分析数据的研究结果表明，在气候变暖的背景下，低云量在白天减少的速度比夜间更快（图1）。这意味着相对于以往忽略昼夜不对称性而言，白天云反照率效应是减弱的（白天相对较热），而夜间云温室效应则是增强的（夜晚相对较暖），最终的结果是两者同时放大了低云量的正反馈效应。

图1 昼夜云量不对称趋势

研究还解释了这一结论在空间上由热带地区主导，而在副热带地区出现相反信号的物理机制：低云量的昼夜不对称趋势受大气热力结构变化的影响，与夜间相比，气候变暖下较小的温度递减率反馈有助于稳定白天的大气层结，进而使得大气稳定度出现昼夜不对称变化（图2）；稳定的大气层结抑制了热带地区对流云的发展，并促进了副热带地区层积云的生命维持；因此，不同区域上主导的云类型与大气稳定度之间的关系解答了热带和副热带地区之间存在反向信号这一科学问题。

图2 对流层低层稳定度的昼夜不对称趋势

进一步基于检测和归因的研究发现，低云量的昼夜不对称趋势及其对气候变暖的放大效应由温室气体强迫驱动，而非自然变率（图3）。从而揭示出低云量的昼夜不对称变化能有效放大温室气体排放所带来的增暖机理。值得一提的是，世界气象组织在今年6月5日的最新报告指出，在未来5年中，有80%的可能性至少有一年的升温会突破《巴黎协定》规定的1.5℃阈值，为避免过快的升温速率，减少温室气体排放是紧迫的。

图3 检测和归因

中山大学大气科学学院为该论文的第一完成单位，国家重大科研仪器研制项目首席科学家韩永教授是论文的通讯作者，我院博士生罗浩是论文的第一和共同通讯作者，德国莱比锡大学气象学家Johannes Quaas教授是论文的合作作者。大气科学基础问题的研究会引领并促进大气探测高技术装备的发展；同样地，大气探测装备的进步也会更进一步促使对前沿科学问题观测证据的支撑，该研究工作得到了国家自然科学基金委/国家重大科研仪器研制项目和面上项目的资助。

文章信息：Luo, H., J. Quaas, and Y. Han, Diurnally asymmetric cloud cover trends amplify greenhouse warming, Science Advances, 10, eado5179, doi:10.1126/sciadv.ado5179, 2024.

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado5179