北京
地球表面和低層大氣越來越熱，但在更高處，一場相反的變化已經持續數十年。平流層——距離地面約11至50公里的高空大氣層——正在穩定降溫。這是人類活動導致氣候變化最顯著的標志之一。科學家早就觀測到這一現象，但其背后的詳細物理機制始終未明。
哥倫比亞大學研究團隊近日宣布破解了這個謎題。發表于《自然·地球科學》的新研究顯示，這一降溫過程與二氧化碳（CO?）在高空大氣中與不同波長光的相互作用密切相關。
"它解釋了一個現象——這是氣候變化的指紋，數十年來已知存在，卻一直未被理解，"研究合著者、哥倫比亞氣候學院拉蒙特-多爾蒂地球觀測站海洋與氣候物理學研究教授羅伯特·平卡斯表示。
近地表處，CO?像毯子一樣截留熱量，驅動全球變暖。但在平流層，條件截然不同。這里的CO?分子更像一套冷卻系統：它們吸收從下方上升的紅外能量，隨后將部分能量重新輻射回太空。隨著CO?濃度升高，平流層釋放熱量的效率反而提升，導致溫度下降。
氣候學家真鍋淑郎在1960年代通過開創性氣候模型首次預言了這一效應，其工作后來獲得諾貝爾獎。自1980年代中期以來，平流層已降溫約2攝氏度。研究者估算，若無人類產生的CO?排放，降溫幅度將不到現在的十分之一。
然而許多細節長期懸而未決。"現有理論極具洞察力，但我們目前缺乏CO?致平流層降溫的定量理論，"研究第一作者、拉蒙特-多爾蒂地球觀測站博士后研究員肖恩·科恩指出。
科恩與平卡斯及哥倫比亞工程與應用科學學院應用物理與應用數學系地球物理學家洛倫佐·波爾瓦尼合作，反復打磨數學模型以模擬平流層降溫過程。他們將計算結果與先進氣候模擬及實際觀測對比，歷時數月調整方程，直至結果吻合。
研究發現，決定性因素在于CO?與紅外光（即長波輻射）的相互作用方式。不同紅外波長在平流層中的行為各異。
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