當(dāng)下最先進(jìn)的氣候模型嚴(yán)重低估了地球能量失衡程度，原因不明。

這張圖片展示了如何通過(guò)比較入射與反射的短波能量（即被吸收的太陽(yáng)能）與發(fā)射的長(zhǎng)波輻射，來(lái)確定地球能量的凈變化。地球的能量失衡已經(jīng)超出正常范圍，但科學(xué)家卻不知道為什么。NASA

氣候模型（Climate Model）是科學(xué)家通過(guò)數(shù)學(xué)方程描述大氣、海洋、陸地和冰層之間的物理化學(xué)過(guò)程，用以模擬地球氣候系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，并預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化趨勢(shì)的重要工具。

但最近研究發(fā)現(xiàn)，目前全球最先進(jìn)的氣候模型已經(jīng)無(wú)法真實(shí)反映地球能量失衡的嚴(yán)重程度，而且原因不明。

在理想狀態(tài)下，氣候模型應(yīng)當(dāng)能夠如實(shí)反映衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)；然而現(xiàn)實(shí)情況是，它們正在持續(xù)低估地球能量失衡的程度。地球接收到的太陽(yáng)能量與輻射回太空的能量之間，正在出現(xiàn)越來(lái)越大的差距——但氣候模型不能準(zhǔn)確反映這種變化。初步研究認(rèn)為，這可能與模型無(wú)法精確描述地球云層與大氣氣溶膠之間的相互作用有關(guān)。

衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，在過(guò)去20年間，地球能量失衡程度已經(jīng)增加了一倍以上，并且其增幅在2010年以后尤為迅速。被大氣系統(tǒng)俘獲的能量相對(duì)于釋放回太空的能量越來(lái)越多，這直接推動(dòng)了氣溫上升。造成能量失衡的主要原因是人類(lèi)排放的溫室氣體，但除此之外，顯然還有其他未知因素在發(fā)揮作用。

據(jù)估算，2023年地球的能量失衡已達(dá)到每平方米約1.8瓦，這幾乎是氣候模型依據(jù)溫室氣體排放增長(zhǎng)所預(yù)測(cè)數(shù)值的兩倍。雖然模型能夠反映出能量失衡正在加劇，但對(duì)其增長(zhǎng)速率的模擬結(jié)果卻存在明顯差異，而且始終未能如實(shí)再現(xiàn)衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)。

以日本氣象研究所研究員Seiji Yukimoto為首的研究團(tuán)隊(duì)，近日嘗試通過(guò)假設(shè)模型未能充分反映氣候反饋過(guò)程、自然變率以及氣溶膠排放減少等因素，來(lái)解釋這種差異。研究人員綜合使用了15個(gè)先進(jìn)氣候模型，以及衛(wèi)星輻射觀測(cè)數(shù)據(jù)和地表溫度記錄，對(duì)2001年至2024年間的地球能量失衡狀態(tài)進(jìn)行了重建分析。

結(jié)果證實(shí)，模型中確實(shí)缺失了一些關(guān)鍵系統(tǒng)過(guò)程，從而導(dǎo)致模擬結(jié)果低估了地球從太陽(yáng)吸收的能量。尤其是在2010年至2024年期間，衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，地球的能量失衡程度顯著增強(qiáng)。

這些可能被遺漏的機(jī)制，會(huì)影響地球向太空輻射能量的能力。氣候模型雖然已經(jīng)考慮了溫室氣體因素，但尚未充分納入地表溫度上升與云層之間的相互作用，以及其他能夠調(diào)節(jié)能量向太空逃逸的重要過(guò)程。

自2010年以來(lái)，地球大氣中的氣溶膠濃度整體呈下降趨勢(shì)，其具體影響仍有待進(jìn)一步研究。不過(guò)，高濃度氣溶膠可能會(huì)導(dǎo)致云層中的微小水滴數(shù)量增加、尺寸變小，從而增強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)輻射的反射能力。此外，氣溶膠還可能影響云層的壽命，而氣溶膠濃度的下降，也可能改變?cè)茖由⑸涔夂湍芰康姆绞健?/p>

然而，由于氣溶膠的類(lèi)型復(fù)雜、空間分布高度不均，它們對(duì)氣候系統(tǒng)的影響會(huì)隨地理位置及云層環(huán)境變化而變化，因此對(duì)其進(jìn)行精確建模仍然十分困難。

如果2010年之后地球能量失衡的加劇主要與氣溶膠排放減少有關(guān)，那么隨著未來(lái)氣溶膠水平逐漸趨于穩(wěn)定，能量失衡加劇的速度可能會(huì)有所放緩。但如果這種加劇主要源于云層對(duì)地表溫度上升的反饋?zhàn)饔茫敲吹厍蚰芰渴Ш獾某潭瓤赡軙?huì)進(jìn)一步擴(kuò)大——甚至僅這一機(jī)制所推動(dòng)的變暖幅度，就可能超過(guò)溫室氣體本身的直接影響。

目前，觀測(cè)數(shù)據(jù)與模型預(yù)測(cè)結(jié)果之間的差距仍在持續(xù)擴(kuò)大。

參考

Emerging effective radiative forcing in the radiative imbalance since 2010

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL119913