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地球正在经历一种奇特的分裂：地面越来越热，高空却越来越冷。
这不是悖论，而是气候变化最真实的物理写照之一。自20世纪80年代中期以来，距地面约11至50公里的平流层温度已经下降了约2摄氏度。科学家早就知道这件事在发生，也大致知道二氧化碳是罪魁祸首，但具体的物理机制，几十年来一直没有被彻底搞清楚。
现在，哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒙地球观测站的研究团队，在《自然地球科学》发表的一项新研究中，终于给出了定量层面的完整解释。
同一种气体，两种截然相反的效果
要理解这件事，首先得接受一个反直觉的事实：二氧化碳在地面附近让地球变暖，在高空却让大气变冷，而且这两种效果都是真实的，都是由同一种物理过程驱动的。
在靠近地面的对流层，二氧化碳就像一层毯子，吸收地球表面向外辐射的热量，阻止它逃逸到太空，热量因此积累，地球变暖。
但在平流层，情况发生了根本性的转变。这里的空气极度稀薄，二氧化碳分子吸收来自下方的红外辐射之后，会直接将能量向太空辐射出去，而不是像在低层大气那样把热量传递给周围的气体分子。二氧化碳浓度越高，平流层向太空散热的效率就越强，温度反而越低。
这个效应，诺贝尔奖得主、气候学家真锅寿郎早在20世纪60年代就通过模型预测过。但预测到它的存在，和真正理解它背后的物理细节，是两回事。
研究主要作者、哥伦比亚大学博士后研究员肖恩·科恩直接点出了这个空白："我们已经了解这个过程五十多年了，对它的运作方式有相当不错的定性认识，然而我们并不了解驱动这个过程的机制细节。"
红外线里有一个"黄金地带"
这是国际空间站第66次远征期间拍摄的地球照片。图片来源：美国国家航空航天局（NASA）。
科恩与合著者罗伯特·平卡斯、洛伦佐·波尔瓦尼花费数月时间，反复改进模拟平流层冷却的数学模型，将计算结果与先进气候模拟和实际观测数据反复比对，不断调整方程直至完全吻合。
他们最终找到的关键，藏在红外辐射的波长分布里。
红外辐射并不是铁板一块。不同波长的红外光在大气中的行为各不相同，有些波长促进大气冷却的效率远高于其他波长。研究团队发现，存在一个特别高效的波长范围，他们将其称为"宜居带"。
随着大气中二氧化碳浓度持续上升，这个高效冷却的波长范围在不断扩大。更多的红外辐射落入这个高效区间，平流层向太空散热的效率随之提升，冷却效果也就越来越强。
"正是这些效率的变化，最终将导致平流层冷却，"科恩说。
研究团队也检验了臭氧和水蒸气的贡献。这两种气体同样参与了平流层的辐射过程，也发挥着类似的冷却作用，但与二氧化碳相比，它们的整体影响要小得多。
新模型成功重现了多个长期观测到的大气特征。平流层的冷却效应随高度增加而增强，越靠近平流层顶，降温幅度越大。模型还证实了一个关键数据：大气中二氧化碳浓度每翻一倍，平流层顶的温度就会下降约8摄氏度。
这个数字，与几十年来的卫星观测记录高度吻合。
研究还揭示了一个重要的反馈机制，让整张气候图景变得更加完整。平流层的冷却，并不只是一个孤立的高空现象，它实际上在反过来影响地面的变暖速度。
原理是这样的：随着二氧化碳浓度升高，平流层散热效率增强，高空变冷。但与此同时，整个地球系统向太空辐射的红外能量总量反而在减少。更少的热量逃逸到太空，意味着更多的热量被锁在低层大气和地球表面，加剧了地面的升温。
高空越冷，地面越热，这不是巧合，而是同一个物理过程的两个面向。
"它解释了气候变化的一个特征现象，这种现象已经存在了几十年，但一直不为人知，"平卡斯说。
这项研究的价值，不仅在于填补了地球气候系统理解上的一个关键空白。研究团队指出，这套分析框架同样适用于其他行星的大气研究，包括火星、金星，乃至系外行星的大气层，凡是存在二氧化碳和红外辐射的地方，同样的物理逻辑就会发挥作用。
地球的平流层股票配资最新消息，安静地在距地面数十公里的高空持续降温。它不会直接影响我们明天的天气，但它正在忠实地记录人类活动对整个大气系统留下的最深刻印记。
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