从太空中，云似乎表现出一个复杂且永无止境的芭蕾舞。薄条纹在两极舞蹈，巨大的风暴在喷气流上耕作，旋转的旋风在热带地区被扔掉，并在赤道附近搅动了深深的对流怪物。云鞭子，卷曲和滚滚，似乎无处不在，并神秘地消散。
当科学家试图了解云如何影响气候时，这个谜会加深。云层过着一种双重生命，既诱捕和偏转星球的能量。与大气中的所有水一样，它们的分子通过抓住地球发出的红外辐射并将其中的一些能量重定向到地球的表面，从而有助于温室效应。但是云的白色上衣也共同反映了近四分之一的太阳辐射，实际上是在遮蔽地球。
总而言之，通过反射的云层远远超过了通过温室效应温暖的。没有它们，地球的表面平均将是摄氏5摄氏度。 “云确实是气候系统的核心，”巴黎皮埃尔（Pierre）和玛丽·库里（Pierre et Marie Curie）的气候科学家桑德琳·鲍尼（Sandrine Bony）说。
建立了温暖和凉爽的云。但是，随着气候加热，这两个效果之间的全球平衡将如何变化。即使是云行为的看似较小的转变也可能会大大减弱或加速全球变暖。
早期的预测表明，云可能会抵消温度上升的升高：随着海洋吸收更多的热量，它们会增加空气中的水蒸气。思想得出的想法将产生更多的阳光反射云，这将有助于冷却地球。在气候演讲中，这被称为负面反馈。然而，在过去的二十年中，研究表明，云反馈更加复杂，可能导致冷却，而是增加变暖。
但是，没有人知道要期望有多少额外的变暖。联合国气候变化的政府间小组代表了世界气候科学家的集体知识，认为云反馈是气候变化预测中不确定性的最佳来源。这种不确定性反映在小组每五到七年发布的报告中。该小组在其2007年的报告中估计，如果大气中二氧化碳的浓度从其前工业化水平增加一倍（可能是本世纪末的可能结果），全球平均温度将在2至4.5摄氏度之间上升。该小组的最新报告是1月30日正式发布的，估计温度升高为1.5至4.5度，二氧化碳加倍。换句话说，七年后，不确定性实际上已经增长。
但是，研究人员坚持认为，他们比2007年的云得以好得多。“我们已经从未知的未知数转变为已知的未知数，”科学家利奥·唐纳（Leo Donner）在国家海洋和大气管理局的地球物理流体动力学中开发气候模拟的利奥·唐纳（Leo Donner）说：
像唐纳这样的科学家越来越坚信云反馈不会减少温室气体变暖。但是，要真正把这个问题放到床上，他们说他们需要数十年来更加复杂的云观测。研究人员是否会获得关键的数据记录远非确定。
获取云的数字
直到最近，研究人员仍无法在全球范围内监视云。基于地面的观测值只能看到云的底部。尽管科学家可以通过单个云发送气球和飞机以收集更多完整的概况，但这些方法仅提供了本地快照。 1999年，美国国家航空航天局（NASA）推出了两种MODIS仪器中的第一台，它在1999年有所改善，该仪器圈出了地球并低下云顶。但是这些数据也受到限制：云和海冰几乎与上面是无法区分的，而且几公里厚的云可以掩盖其内部的巨大变化。
2006年，NASA推出了Cloudsat和Calipso卫星。这些姊妹轨道镜在近距离地层飞行，并散发出横梁 - 卡利匹索（Clipso）的Cloudsat和LiDar（雷达的激光版）的雷达 - 在返回卫星之前，它们渗透到云层中，并从水滴和空气中的空气颗粒弹起，称为气溶胶。卫星大约每小时都在地球上绕过地球，从而使科学家几乎可以实时访问的连续数据散发出来。
苏黎世瑞士联邦技术学院的云物理学家Ulrike Lohmann说，Cloudsat和Calipso是“观察技术的革命”。以前，科学家甚至并不总是知道诸如云的高度，体积和降雨的频率之类的基本知识。 Lohmann说，研究人员惊讶地发现了云中有多少水被冷冻。 “大气中的冰量似乎超过了几乎到处的液体量。”
NASA位于加利福尼亚州帕萨迪纳的Jet Propulsion实验室的研究人员，Cloudsat Mission的首席科学家Graeme Stephens说，冷冻的云层似乎比液态云具有更强的温室效应。
他说，雷达和激光雷达等“活跃”的乐器提供了“云的最不含糊的视图”。 “其他一切都让我们只瞥见。”他称Cloudsat-Calipso时代为云观测的“黄金时代”。这些观察结果正在帮助研究人员回到气候科学中一些最大的未知数。
建模未来
对云的第一个良好卫星观测表明，用于预测未来变暖的超级计算机驱动的气候模拟很正确。但是这些模拟往往会产生太少的云，并且使它们过于反思。这些模型还产生了太多风暴，未能再现重要的天气模式。
许多问题源于科学家在构建气候模型时必须进行的简化。建模者首先将地球的表面分成正方形。每个正方形成为一堆在大气中延伸的矩形盒子的底座。科学家决定一组物理变量以总结大气条件，然后使用现实世界数据为每个框中的每个因素分配一个起始值。然后，建模者编写计算机代码，以使相邻的框基于物理和流体动力学定律相互作用。最后，研究人员以离散步骤进行时间前进，并研究其数字化行星的变化方式。
早期的气候模型的网格正方形在一侧约500公里。在当今的气候模型中，正方形宽至100公里。垂直和时间分辨率也有所改善。科罗拉多州立大学的大气科学家戴维·兰德尔（David Randall）说，还有更高的分辨率是可能的，但是长期气候模拟的细节也会吞噬太多的时间。
分辨率一直是模拟云的主要问题，云的范围可能很小。以及云形成的过程 - 在气溶胶颗粒周围的水成核 - 出现在微米的尺度上。
以各个云规模运行的模型的结果可以馈入气候模型。但这意味着全球气候模拟本身必须近似或忽略重要的云相关过程。
为了解决这一限制，Randall帮助开拓了一种称为超级参数化的技术，该技术将小规模的云模型嵌入全球气候模型中。该方法使用了很多计算能力，但不仅仅试图将全局模型的网格单元缩小到云的大小。兰德尔说：“超级参数的方法是一种妥协，”兰德尔说，它更好地再现了某些当地过程，例如昼夜降雨模式和印度洋的年度季风周期。他预测，该技术将变得更加普遍。
安东尼·德尔·吉尼奥（Anthony del Genio）说，更高的分辨率有所帮助，他为纽约市NASA戈达德太空研究研究所开发了模拟。但这并不是制作更现实的模型的唯一，甚至是最好的方法。他说：“就气候变化的重大问题而言，解决方案不一定是答案。” “更好的物理是答案。”
当今的气候模型代表了与云相关的过程，这些过程具有数十个变量，包括湿度，水和冰的水量，液滴的数量，以不同的速度和浓度以及各种气溶胶颗粒的尺寸落下。过去忽略或大量简化气溶胶的模型现在使它们与水和液滴相互作用。气候模型的对流模拟也更加细微，这是使水在大气中向上移动的复杂物理过程，从而导致地球的大部分降雨。
云物理学家洛曼（Lohmann）指出，这些改进对自然的复杂性提供了更现实的表示，但不一定是更好的预测能力。她说：“往往是我们知道的越多，不确定性就越大。”
汉堡的马克斯·普朗克气象学院的比约恩·史蒂文斯（Bjorn Stevens）在一个名为Echam的模型上工作，他强调了气候模拟使对云的了解的知识是多么重要。他最近发现，ECHAM以一种不切实际的粗糙方式代表云：与其允许云彩从0（完全清晰）到1（覆盖）不等，而是被迫占据了一个极端之一。当史蒂文斯（Stevens）及其同事更改其计算机代码以允许分数的浑浊时，该模型对未来温度升高的预测增加了一倍。
关闭云反馈
在每份IPCC报告之前，世界上20个左右的主要气候建模小组对未来气候进行模拟，假设各种温室气体排放预测，从不受控制的增加到稳定或减少。然后，科学家比较了模拟的输出，以查看模型同意的位置以及它们的分歧。最新的比较表明，除其他外，几乎所有模型都预测，随着世界的温暖，云将以进一步增加变暖的方式变化。 “我认为，没有人真正建立了一个完整的模型，并具有明显的负面云反馈，”科罗拉多州博尔德国家大气研究中心的科学家安德鲁·盖特曼（Andrew Gettelman）说：“如果您发现您有负面的反馈，并且可以建立一个自以为是的模型，那么您就会闻名。”
Gettelman强调，他和他的同事不仅依靠模型。他们还基于既定物理学的理由认为云会放大或至少不抑制全球变暖。这些机制之一是由于气候变暖随着气候变暖而变得更高的事实是，大气的最低层（对流层）变得越来越高。许多云延伸到对流层的顶部，这意味着它们的顶部也在上升。这使云层的顶部变得更冷，因此它们将能量降至太空的能量更少。
相关的亲热效应导致赤道的变暖扩大了保持地球低纬度沙漠的干空气的旋转细胞。科学家们期望这些扩展的细胞将中纬度风暴轨迹推向两极，从而扩大了大多数行星阳光袭击的低纬度无云皮带。马克·泽林卡（Mark Zelinka）解释说：“从本质上讲，您的云使您减少了巨大的钱。”最近对Zelinka同事Kate Marvel和CélineBonfils进行了30多年的天气数据的分析提供了证据，表明风暴轨道实际上正在移动极点（SN在线：13年11月11日）。
低海拔云给试图固定总云影响的研究人员带来最大的头痛。许多科学家曾经认为，在热带地区蒸发水会形成更高反射性的低云，这将成为气候变化的刹车。但是，随着科学家已经更好地了解海面附近的对流过程，他们的观点已经改变。现在，大多数人怀疑随着温度温暖，低云会降低。
使用全球卫星数据，科学家开始直接测量云反馈。 2010年，德克萨斯州A＆M大学气候研究人员安德鲁·德斯勒（Andrew Dessler）分析了过去十年来卫星收集的辐射数据，发现云对自然温度波动的反应方式趋于增加变暖（SN在线：12/9/10）。尽管他承认自己的数据系列太短，无法显示出人为引起的气候变化的趋势，但戴斯勒认为科学家已经有足够的证据来排除云中巨大的气候效果。 “我们看不到任何证据……云是这种巨大的负面稳定反馈，可以防止变暖。”
但是，并非所有科学家都准备承认云反馈是积极的。斯蒂芬斯认为气候模型之间的变化太大，无法允许科学家发表确定性的陈述。他说：“人们同意他们知道的反馈，这些反馈最有可能是积极的。” “这并不意味着总体反馈应该是积极的。” IPCC报告部分是由于斯蒂芬斯的影响力，指出总云反馈是“可能正面”（强调原始），留出空间，产生中性或略微负面影响。
每个人都同意，钉云反馈的关键是扩展数据记录。但是这个记录陷入了危险。由于电池问题，Cloudsat已经失去了夜间观察能力，并且能源供应不足将导致Calipso在未来几年内开始离开其轨道。欧洲航天局的Earthcare卫星也将暂时填补空白。但是Earthcare计划只有2015年至2018年才能飞行，而且没有人宣布一项可以使数据推出的后续任务。
盖特曼说，失去汇编长期记录的机会可能会严重阻碍科学家观察和预测气候变化的尝试。 Cloudsat和Calipso系列虽然很有价值，但太短了，无法显示全球变暖的影响。科学家说，他们至少需要20到30年的数据才能平均自然波动，并确定云是否响应全球变暖的模拟方式。 Gettelman说，他对NASA没有收集此唱片的计划感到沮丧。 “这是一种政治和官僚主义的观察，并确保它们继续下去。”
云
2014年1月，科学家分析了气候模型如何模拟对流，并发现许多模拟弄错了过程。结果，团队报告了自然，这些模拟会产生太多低调的阳光反射云。平均而言，正确的对流模型可以预测下个世纪的变暖。包括骨头在内的研究作者得出结论，二氧化碳的两倍应提高温度3至4.5度，即IPCC当前范围的上半部分。
但并非所有证据都指向这个方向。自1998年以来，地球的表面温度一直保持大致恒定，经过三十年的快速变暖，这是一个很大的转变（SN：10/5/13，p。 14）。如果气候对温室气体的敏感性确实像骨气和她的同事认为的那样，那么变暖应该持续迅速，甚至加速。过去气候变化的研究还暗示，温室气体对全球温度的影响可能比许多模型预测的要小。将这一证据与科学家在云上的最新发现进行调和是当今该领域面临的主要挑战之一。
气雾剂也可以在气候游戏中玩小丑。在工业前的时期，乌云在天然气溶胶中成核，例如海上喷雾，火山硫酸盐和沙漠灰尘。然而，如今，发电厂，工厂烟囱和木炉的人类引起的排放补充了天然气溶胶负荷。随着空气中更多的颗粒，云滴变小，越来越多，因此反映了更多的阳光。
因此，几乎可以肯定的是，与没有人造的气溶胶相比，云更冷却地球，甚至更多。
指出了如何调整云到不断变化的气溶胶potpourri是一个主要的未解决的问题，科学家正在疯狂地努力解决。写入科学一月份，唐纳和其他气候科学家呼吁采用一种新的基于卫星的仪器，不仅可以像卡利管一样测量气溶胶的数量，而且还可以衡量气溶胶穿过大气的天气模式。该小组认为，这种观察对于从全球变暖预测中消除剩余的不确定性至关重要。
但是，即使进行卫星测量值，在长期数据集和增强的计算能力之前，至少要有几十年的时间，使科学家能够阐明云反馈和云 - 大赛相互作用如何影响气候。如果到那时政府还没有采取行动减少温室气体的排放，那么世界将致力于几乎所有科学家认为危险的变暖。 “这些模特并不完美，”悉尼新南威尔士大学的气候研究员史蒂文·舍伍德（Steven Sherwood）说，一月的合着者自然和科学文件。但是，他说：“以不确定性为借口不做任何事情。
