云对气候的影响如何随高度变化?

Question

一般认为，云通过将阳光反射回太空来影响气候，从而减少地球的总变暖。然而，平流层冰云据说有净变暖效应，这是由于(我认为)云的绝缘特性和冰云的低反射率。

不同的云是如何影响气候的?具体来说，当你在大气中上升时，云的相对能量平衡效应是什么?难道只有平流层的冰云有净变暖效应吗?云的绝缘特性到底是什么?它们与反射率相比又如何呢?

Answer 1

当你谈论云的辐射强迫或它们对气候预算的影响时，有一些事情会起作用。“云”是一个相当广泛的定义。科学家们仍在努力充分了解和量化这些影响。云的变化不仅在于它们在大气中的位置，还在于它们的相位(冰相、混合相、水相)和深度——这两者的结合影响了云的光学深度。所有这些不同的性质都会影响云对气候系统的净效应(无论是正效应、负效应还是中性效应)。

是的，高云通常是冰晶，因为它们位于比冰点冷得多的大气区域。它们通常在几何上也很薄。这些高云对短波能量几乎没有影响，反而主要减少了离开地球的长波辐射量。

大气中部的云通常是高积云，充满了液体和混合相降水。它们对短波辐射非常明亮，因此会反射大部分入射辐射。它们还对地表的长波辐射提供了一定的捕获，并且在大气中的给定水平下辐射的长波辐射比通常情况下要少。另一方面，这些云层的铁砧区域充满了冰晶，这些冰晶也不会反射太多的短波辐射，但会减少离开地球的长波辐射。

与高层大气相比，近地表的完全冰相云较厚，因此其短波反射比中高层大气中较薄的完全冰相云稍强;它们还能捕获地表的长波辐射。混合云和液相云的效果与冰相相似，但在短波和长波光谱中都更强。

地表附近云的另一个特殊之处在于，由于这种接近，它们实际上可以对地表产生强烈的影响，从而引起气候反馈。如果你有一层云覆盖在明亮的表面上，它实际上可以使表面变暖一点，因为它反射的短波比高反射的下表面少。例如，有一种假设认为，当云层存在时，格陵兰冰盖的融化会加速。

关于这个主题有一个很好的资源在这里。多年来，关于这些云及其影响如何在气候变化中发生变化，有许多假设。你可以搜索“虹膜假说”——以及随后的反驳——作为这门仍在发展的科学的一个很好的例子。气候模型仍在努力正确地表示与云有关的所有反馈，这导致了IPCC报告中云效应的高度不确定性。

最后要记住的一件事是，这些强迫是相对于当前气候中没有云的柱。但是，如果我们的云的分布或制度发生了巨大的变化呢?如果地球变暖的程度如此之大，以至于冰云永远不可能存在，那么在那种气候下，冰云的相对作用力将为零。所以在考虑云的强迫时，要记住你所使用的参考点。

Answer 2

水是大气中吸收阳光的主要物质之一。来自太阳的电磁辐射是热源，水和土壤吸收这种辐射。液态水不像一面镜子。镜子能反射几乎所有的太阳光线和辐射。水的作用几乎相反。冰可以反射光和一些辐射。大气的作用就像一个温室，把热量锁住。

http://www.climatechange.gc.ca/default.asp?lang=en&n=1A0305D5-1

http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_vibrational_spectrum.html