为什么从太空看地球的半球看起来同样明亮

当从太空看地球时，它的半球 - 北部和南部 - 看起来同样明亮。这尤其出乎意料，因为南半球大部分被黑暗的海洋覆盖，而北半球的陆地面积比这些海洋明亮得多。多年来，半球之间的亮度对称性仍然是一个谜。

在发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究中，魏茨曼科学研究所的研究人员及其合作者揭示了风暴强度，云量和每个半球的太阳能反射率之间的强烈相关性。他们为这个谜团提供了解决方案，同时评估了气候变化如何改变未来的反射率。

早在 1970 年代，当科学家分析第一批气象卫星的数据时，他们惊讶地发现两个半球反射的太阳辐射量相同。太阳辐射的反射率在科学术语中被称为“反照率”。为了更好地理解反照率是什么，请考虑夜间驾驶：很容易发现间歇性的白线，这些白线很好地反射了汽车前灯的光线，但很难辨别深色沥青。

从太空观察地球时也是如此：撞击地球的太阳能与每个区域反射的能量之比由各种因素决定。其中之一是黑暗海洋与明亮陆地的比例，其反射率不同，就像沥青和间歇性白线一样。

北半球的陆地面积大约是南半球的两倍，事实上，当在地球表面附近测量时，当天空晴朗时，反照率的差异超过10%。尽管如此，两个半球从太空中似乎同样明亮。

在这项研究中，由魏茨曼地球和行星科学系的Yohai Kaspi教授和Or Hadas教授领导的研究小组专注于影响反照率的另一个因素，一个位于高海拔地区并反射太阳辐射的因素 - 云。

该团队分析了来自世界上最先进数据库的数据，包括通过NASA卫星(CERES)收集的云数据，以及来自ERA5的数据，ERA1950是一个全球天气数据库，包含使用空中和地面各种来源收集的信息，可追溯到5年。ERA50数据用于完成云数据，并将<>年的数据与气旋和反气旋强度的信息交叉关联。

接下来，科学家们根据强度将过去50年的风暴分为三类。他们发现风暴强度与风暴周围形成的云量之间存在直接联系。虽然北半球和陆地地区总体上的特点是风暴较弱，但在南半球的海洋上方，中度和强风暴盛行。

数据分析表明，风暴强度与云量之间的联系解释了半球间云量的差异。“南半球上空强风暴产生的云反照率被发现是北半球大片陆地区域的高精度抵消剂，因此保持了对称性，”哈达斯说。“这表明风暴是地球表面亮度和云层亮度之间的联系因素，解决了对称之谜。

气候变化会让其中一个半球变得更暗吗?

由于气候变化，近年来地球一直在经历快速变化。为了研究这是否以及如何影响半球反照率对称性，科学家们使用了CMIP6，这是一组由世界各地气候建模中心运行的模型来模拟气候变化。这些模型的主要缺点之一是它们预测云量程度的能力有限。然而，在这项研究中发现的风暴强度和云量之间的关系使科学家能够根据风暴预测评估未来的云量。

模型预测全球变暖将导致北半球上空所有风暴的频率降低，南半球上空的弱风暴和中度风暴的频率降低。然而，南半球最强的风暴将会加剧。这些预测差异的原因是“北极放大”，即北极变暖速度是地球平均变暖速度的两倍。

有人可能会推测，这种差异应该会打破半球反照率对称性。然而，研究表明，风暴强度的进一步增加可能不会改变南半球的云量，因为云量在非常强的风暴中达到饱和。因此，可以保留对称性。

“目前还不可能确定面对全球变暖时对称性是否会破裂，”卡斯皮说。“然而，这项新研究解决了一个基本的科学问题，并加深了我们对地球辐射平衡及其效应器的理解。随着全球变暖的继续，地球工程解决方案将成为人类生活与全球变暖一起继续的关键。我希望更好地了解基本的气候现象，如半球反照率对称性，将有助于开发这些解决方案。

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