MODIS长期观测揭示全球海洋云增亮潜力的区域与季节差异：北太平洋秋季呈现有利协同响应
image: 上图：依据气溶胶和低云筛选条件得到的五个典型海洋区域。蓝色、紫色、绿色、红色和黄色依次表示北太平洋、北大西洋、南太平洋、南大西洋和南印度洋。下图：2003至2024年五个区域中云滴有效半径（CER）、云量（CF）和云光学厚度（COT）对气溶胶光学厚度（AOD）敏感性的统计分布。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
海洋云增亮（marine cloud brightening, MCB）是太阳辐射干预的一种备选方案，设想通过向特定海洋低云区播撒海盐气溶胶，减小云滴尺度、提高云反照率，从而增强对太阳短波辐射的反射。然而，真实云系的响应具有高度的区域异质性和环境依赖性，并非所有海域都适合作为MCB候选区。
近日，《中国科学：地球科学》发表了北京大学大气与海洋科学系博士研究生牛莉雅、赵传峰教授等人的研究成果。研究团队利用Terra和Aqua卫星搭载的MODIS仪器2003至2024年逐日观测资料，系统分析了南北纬60度之间气溶胶光学厚度（aerosol optical depth, AOD）、云滴有效半径（cloud droplet effective radius, CER）、云光学厚度（cloud optical thickness, COT）和云量（cloud fraction, CF）的时空分布特征和相关关系，初步识别出满足满足MCB基本物理条件的候选海域，并量化了五个典型海域低云特征对AOD敏感性的统计分布。
结果显示，在约60%的研究区域，尤其是背景洁净的海洋上空，CER与AOD呈显著负相关；约95%的区域中，CF与AOD呈显著正相关；COT的响应则具有更明显的区域和季节差异。在五个候选海域中，北太平洋秋季的CF和COT对AOD呈较强正敏感性，CER保持负敏感性，三者方向与理论预期一致；但敏感性分布较宽，表明高平均敏感性并不意味着区域内响应同样一致或可预测。
不同海域还呈现出不同的统计响应模式。南太平洋在部分季节虽然CF和COT对AOD呈正敏感性，但CER也呈正敏感性，表现出宏观与微观响应解耦；北大西洋冬季则表现为较弱的CF敏感性和较强的COT敏感性，可概括为“弱云区扩张、强云层增厚”。这些差异表明，MCB相关云响应具有显著的区域与季节依赖性，其具体物理机制仍需进一步检验。
作者指出，MCB潜力评估不应只追求高敏感性，还应综合考察响应一致性、稳定性与可预测性，并将气溶胶类型及其垂直分布、云型、下垫面特征、气象动力和热力条件以及背景气候态演变纳入评估框架。相关因果机制、实际辐射冷却效应及潜在风险仍需结合过程观测与模式试验进一步检验，从而为MCB方案的科学论证和风险评估提供更加稳健的依据。
该研究得到国家重点研发计划项目资助。
论文：
牛莉雅, 赵传峰, 张昊天, 梁泳恩, 陈安南. 2026. 基于MODIS观测的全球气溶胶与低云时空特征及其对海洋云增亮的启示. 中国科学: 地球科学, 56(8): 2850-2862