為什么低層云層在日食期間消失 _日食

2023年10月14日，在美國內華達州溫內穆卡，人們透過云層看到日食。（圖片來源：蓋蒂圖片社）
據美國太空網（Katherine Kornei）：日食的壯觀對我們的世界來說是獨一無二的——在太陽系中，沒有任何一個行星的月亮能如此完美地阻擋太陽光。這些事件的快速而短暫的黑暗影響了地球上的許多事情，包括動物行為和電離層中的波動。
研究人員現在發現，在最近的一次日環食中，當月影經過地球時，積云的覆蓋率平均下降了4倍以上。
該團隊提出，日食的這一鮮為人知的方面對旨在阻擋陽光的地球工程工作具有重要意義。
荷蘭代爾夫特理工大學的地球科學家Victor J.H.Trees說，日食每年發生2到5次，這些事件為科學研究提供了極好的機會。“日食是一種獨特的實驗。”他說，日食使研究人員能夠研究當陽光迅速被遮擋時會發生什么。“它們與正常的晝夜周期大不相同。”
Trees和他的同事最近分析了2005年日環食期間獲得的云量數據，這些數據在歐洲和非洲部分地區可見。他們挖掘了歐洲氣象衛星利用組織運營的兩顆地球靜止衛星收集的可見光和紅外圖像。Trees說，進入太空是關鍵。“如果你真的想量化云層的行為以及它們對日食的反應，那么研究大面積的云層會有所幫助。這就是我們想要從太空觀察的原因。”
研究人員將注意力集中在南蘇丹上空一個經緯度均為5°的正方形區域。通過鳥瞰圖，他們在日食前、日食期間和日食后的幾個小時內跟蹤了云層的演變。
再見，太陽；再見，云朵
低層積云往往在2公里（1.2英里）左右的高度達到頂峰，受到太陽遮蔽程度的強烈影響。日食開始約30分鐘后，當太陽表面約15%被覆蓋時，云層開始減少。云層在最大遮蔽后僅約50分鐘就開始返回。研究小組指出，盡管在非云層條件下，典型的云層覆蓋率徘徊在40%左右，但在最大遮蔽期，只有不到10%的天空被云層覆蓋。
Trees說：“在大范圍內，積云開始消失。” 。
為了深入研究他們觀測背后的物理原理，Trees和他的同事收集了來自同兩顆地球靜止衛星的地表溫度測量值。Trees說，當涉及到積云時，地面的溫度很重要，因為積云的溫度足夠低，會受到地球表面發生的任何事情的嚴重影響。
毫不奇怪，由于月球越來越阻擋太陽的光線，陸地表面的溫度下降了。“我們知道，即使是太陽輻射的微小變化也會對地表溫度產生影響，”伊利諾伊州萊蒙特阿貢國家實驗室的大氣科學家Virendra Ghate說，他沒有參與這項研究。
研究人員估計，2005年日食地表溫度的最大變化接近6°C 。他們還發現，表面溫度與遮蔽分數同步下降，沒有任何顯著的時間滯后。這與其他日食期間的觀測結果一致。
跟隨熱度
研究人員得出結論，日食期間地表溫度的顯著下降是導致積云覆蓋變化的原因。Ghate說，這是合乎邏輯的，因為當相對溫暖潮濕的空氣從地球表面升起、冷卻并最終凝結成云滴時，就會形成積云。他說，當陸地表面溫度下降時，地球表面附近的溫度梯度較?。?因此驅動云形成空氣向上的力較小。“你沒有浮力的來源。”
Trees和他的同事觀察到的延遲——從日食開始到云層開始消散，從最大遮蔽時間到云層開始返回——也揭示了所謂的邊界層，即地球大氣層的最低水平。Trees說，每一個滯后都有其物理意義。“它告訴我們空氣上升的速度有多快。”
Trees和他的合作者表示，除了揭示日食期間云層消散的物理機制外，這些新發現還對未來的地球工程工作有影響。目前正在討論減輕氣候變化的影響，例如，在大氣中植入氣溶膠，或向太空發射太陽反射器，以防止部分太陽光到達地球。研究人員一致認為，這種地球工程有望為我們的星球降溫，但其影響在很大程度上尚未被探索，可能是廣泛且不可逆轉的。
這些新結果表明，隨著涉及太陽遮蔽的地球工程努力，云層覆蓋可能會減少。Trees說，由于云層反射陽光，任何努力的效果都可能相應降低。研究人員得出結論，在考慮不同的選擇時，需要考慮這種影響。
這篇文章最初發表在Eos.org上。