为什么地球的天空如此频繁地布满云层？

地球云量的重要性何在？

一颗以多云为主的星球

卫星观测和宇航员拍摄的照片显示，地球67%的天空平均被云层覆盖，且在海洋上空占优势（晴朗天空仅10%），而大陆上空为30%。

观测卫星的贡献

NASA的EOS计划卫星（如Terra、Aqua和Aura）每1-2天收集一次全球数据，测量云量和辐射收支。然而，这些平均值并不反映每日、季节变化、云的高度或多层云的存在。

注：
MODIS在深色表面（海洋、森林）上比在明亮表面（冰）上更容易探测到云，卷云比厚积云更难识别。

这张地球平均云量图像上究竟能看到什么？

存在三个天空常常多云的主要纬向带。除这三个主要云带外，还有与海岸和地形有关的区域现象，它们并不构成环绕地球的连续带。

赤道带（ITCZ）

第一条云带是热带辐合带（ITCZ）。它源于赤道温暖湿润的空气与热带较冷空气的碰撞。这些温暖湿润的空气上升、冷却并凝结，引发频繁的雷暴和几乎永久的云层覆盖。这条云带在一年中随太阳位置迁移。

北纬60度的云带

这条云带位于北纬60度左右。它由北极锋引起，即寒冷的极地空气与中纬度较温和空气相遇的区域。这种热力对比产生扰动和频繁的云。相反，在纬度15°至30°之间，下沉空气抑制云的形成，助长沙漠的形成。

南纬60度的云带

这条云带位于南纬60度左右。它由南极锋产生，即极地空气与中纬度空气相遇之处。与北半球一样，这种热力碰撞促进凝结和云的形成。而在南纬15°至30°之间，下沉空气则维持晴朗的天空和沙漠地区。

沿岸云与地形云

除这三个纬向带外，还有区域性的云。在西海岸外（南美洲、非洲、北美洲），上升流冷却湿润空气并形成层积云，这是地球上最常见的云。然而，这些云层保持局部性，并不构成连续带。

山脉阻挡气流和降雨，在背风面形成沙漠（青藏高原沙漠、死亡谷沙漠、内华达山脉以东的加利福尼亚死亡谷、南美洲的阿塔卡马沙漠）。这些地形效应也是区域性的，取决于地形。

如何解释地球67%的天空是阴云密布的？

海洋，大气的缓慢锅炉

海洋不仅仅是蒸发：它们储存并重新分配热量。其热惯性使广阔的海域在冬季比空气更暖，在夏季更凉。这种时间差维持着永久的潜热通量，将水转化为水蒸气而不会导致温度骤然上升。由此产生的水蒸气随后被风输送，有时跨越数千公里，然后凝结成云。

塑造云层的环流单元

云的分布不仅仅源于无序的运动。大气被组织成哈得来环流、费雷尔环流和极地环流，保证能量从热带向极地传输。在赤道纬度，空气在热带辐合带上升，但这只是系统的一部分。在15°至30°之间，下沉使空气干燥，而在中纬度，低压和极锋集中水汽并形成连续的云带。

云的微观物理与气溶胶

云要出现，水蒸气必须找到可以凝结的微观表面。这些凝结核由尘埃、海盐、花粉或硫酸盐组成。没有它们，空气可能保持过饱和而不形成可见的水滴。一旦水滴形成，其大小和数量决定了云的反照率，即反射太阳辐射的能力。因此，气溶胶在全球云量中起着关键作用。

卫星真正揭示了什么

卫星不仅仅是确认67%的平均值。它们从三维角度描述云。像Terra和Aqua上的MODIS这样的被动辐射计测量云的高度、光学厚度和相态（冰或液态水）。但这些仪器对最薄的云层，尤其是卷云，仍然视而不见。

为了突破这一局限，CALIPSO和CloudSat等主动卫星分别携带激光雷达和毫米波雷达。激光雷达发射激光束，揭示最稀薄的云，而雷达探测更厚的水滴和冰晶。通过结合它们的垂直剖面，它们重建了大气剖面，并揭示了经典辐射计无法看到的云层叠加。

这些观测表明，云量在小时、季节和区域尺度上波动剧烈。67%的平均值只是一个统计摘要：它掩盖了有时完全晴朗、有时完全覆盖的天空，以及非常复杂的垂直结构。