为什么低层云层在日食期间消失

魏洋1

2023年10月14日，在美国内华达州温内穆卡，人们透过云层看到日食。（图片来源：盖蒂图片社）

（）据美国太空网（Katherine Kornei）：日食的壮观对我们的世界来说是独一无二的——在太阳系中，没有任何一个行星的月亮能如此完美地阻挡太阳光。这些事件的快速而短暂的黑暗影响了地球上的许多事情，包括动物行为和电离层中的波动。

研究人员现在发现，在最近的一次日环食中，当月影经过地球时，积云的覆盖率平均下降了4倍以上。

该团队提出，日食的这一鲜为人知的方面对旨在阻挡阳光的地球工程工作具有重要意义。

荷兰代尔夫特理工大学的地球科学家Victor J.H.Trees说，日食每年发生2到5次，这些事件为科学研究提供了极好的机会。“日食是一种独特的实验。”他说，日食使研究人员能够研究当阳光迅速被遮挡时会发生什么。“它们与正常的昼夜周期大不相同。”

Trees和他的同事最近分析了2005年日环食期间获得的云量数据，这些数据在欧洲和非洲部分地区可见。他们挖掘了欧洲气象卫星利用组织运营的两颗地球静止卫星收集的可见光和红外图像。Trees说，进入太空是关键。“如果你真的想量化云层的行为以及它们对日食的反应，那么研究大面积的云层会有所帮助。这就是我们想要从太空观察的原因。”

研究人员将注意力集中在南苏丹上空一个经纬度均为5°的正方形区域。通过鸟瞰图，他们在日食前、日食期间和日食后的几个小时内跟踪了云层的演变。

再见，太阳；再见，云朵

低层积云往往在2公里（1.2英里）左右的高度达到顶峰，受到太阳遮蔽程度的强烈影响。日食开始约30分钟后，当太阳表面约15%被覆盖时，云层开始减少。云层在最大遮蔽后仅约50分钟就开始返回。研究小组指出，尽管在非云层条件下，典型的云层覆盖率徘徊在40%左右，但在最大遮蔽期，只有不到10%的天空被云层覆盖。

Trees说：“在大范围内，积云开始消失。”。

为了深入研究他们观测背后的物理原理，Trees和他的同事收集了来自同两颗地球静止卫星的地表温度测量值。Trees说，当涉及到积云时，地面的温度很重要，因为积云的温度足够低，会受到地球表面发生的任何事情的严重影响。

毫不奇怪，由于月球越来越阻挡太阳的光线，陆地表面的温度下降了。“我们知道，即使是太阳辐射的微小变化也会对地表温度产生影响，”伊利诺伊州莱蒙特阿贡国家实验室的大气科学家Virendra Ghate说，他没有参与这项研究。

研究人员估计，2005年日食地表温度的最大变化接近6°C。他们还发现，表面温度与遮蔽分数同步下降，没有任何显著的时间滞后。这与其他日食期间的观测结果一致。

跟随热度

研究人员得出结论，日食期间地表温度的显著下降是导致积云覆盖变化的原因。Ghate说，这是合乎逻辑的，因为当相对温暖潮湿的空气从地球表面升起、冷却并最终凝结成云滴时，就会形成积云。他说，当陆地表面温度下降时，地球表面附近的温度梯度较小，因此驱动云形成空气向上的力较小。“你没有浮力的来源。”

Trees和他的同事观察到的延迟——从日食开始到云层开始消散，从最大遮蔽时间到云层开始返回——也揭示了所谓的边界层，即地球大气层的最低水平。Trees说，每一个滞后都有其物理意义。“它告诉我们空气上升的速度有多快。”

Trees和他的合作者表示，除了揭示日食期间云层消散的物理机制外，这些新发现还对未来的地球工程工作有影响。目前正在讨论减轻气候变化的影响，例如，在大气中植入气溶胶，或向太空发射太阳反射器，以防止部分太阳光到达地球。研究人员一致认为，这种地球工程有望为我们的星球降温，但其影响在很大程度上尚未被探索，可能是广泛且不可逆转的。

这些新结果表明，随着涉及太阳遮蔽的地球工程努力，云层覆盖可能会减少。Trees说，由于云层反射阳光，任何努力的效果都可能相应降低。研究人员得出结论，在考虑不同的选择时，需要考虑这种影响。

这篇文章最初发表在Eos.org上。