根据今天发表在《大气化学与物理学》上的一项研究，环绕南极洲的南大洋中丰富的生命有助于照亮那里形成的云层。云之所以明亮，是因为它们的水滴密度很高，这反过来又是由于一系列大气过程最终与南大洋非凡的浮游植物生产力联系起来。

南极洲的海洋照亮了云层

这项研究有助于我们更好地了解云形成的自然过程，犹他大学大气科学教授，该研究的主要作者Gerald “Jay” Mace说。

“我们可以利用这些知识来提高我们对云如何在全球范围内反射阳光的理解，”梅斯说。“反过来，这是预测地球变暖程度以及降水模式如何变化的关键。

云和气溶胶

云，有着梦幻般的狡猾或蓬松，实际上只是由水滴和冰晶组成的。当水蒸气凝结在大气中的某些东西周围时，就会形成这些液滴，例如气溶胶颗粒，也称为“云凝结核”。

“在大多数情况下，可用于凝结成云的水量是固定的，”梅斯说。“然后从固定数量的水蒸气形成的液滴数量取决于存在的气溶胶颗粒的数量。

因此，在大气区域包含大量气溶胶的情况下，形成的云具有大量可用的云凝结核。云滴的密度或每体积云的液滴数量也很高。

梅斯和他的同事，包括来自澳大利亚CSIRO海洋和大气以及塔斯马尼亚大学的科学家，试图在南大洋云中研究这种液滴密度。

利用卫星数据，研究人员检查了2014年至2019年夏季南大洋云的特性。他们特别研究了马达加斯加和新西兰之间的一个地区，2017 - 2018年夏季，研究船和飞机曾在那里旅行。这些研究任务的“地面”数据支持卫星观测。

在研究云的趋势时，研究人员努力确定云在到达南极洲周围的“空域”之前去了哪里。他们注意到两组云之间存在显着差异。液滴密度相对较低的云很可能是从更北纬地区迁移而来的，其中喷洒海水产生的空气中的盐分是主要的云凝结核之一。

但液滴密度相对较高的云更有可能起源于南极大陆，并且只经过南大洋水域。两组云源区之间的主要区别是南大洋的浮游生物生产力。

浮游生物在寒冷，营养丰富的南极水中大量生长，释放硫酸盐气体作为其新陈代谢的一部分。在南大洋相对静止的夏季空气中，这些气体会导致大气化学反应，形成气溶胶。

“整个极地环海都是高产的，因此有大量的气溶胶来源会变成云滴，”梅斯说。“这种气溶胶也被向北输送，整个南大洋一直到亚热带地区都经历了云特性的季节性周期。在南极洲周围的水域，这种季节性周期似乎要大得多，导致云层的液滴数量要高得多，因此对阳光的反射率更高。

研究发现，这种反射率，也称为反照率，在最接近南极洲的纬度(南纬约60°)的云中明显高于向北形成的云。

研究清洁空气

南大洋为研究自然云的形成过程提供了理想的环境，因为它在大气上与世界其他地区隔绝。这意味着它没有人为或人为活动产生的气溶胶。

“在科学中，我们寻求对照实验，其中所有无关变量都从实验中删除，以隔离感兴趣的过程，”梅斯说。“南大洋就像一个受控实验，由于人为和大陆影响而导致的大部分变异性从实验中消失了。

南大洋在地球气候中也起着关键作用。浮游生物的生产力帮助南大洋从空气中吸收二氧化碳，并将其“封存”在海洋食物链中。但海洋的生产力与其水域接收的阳光量有关 - 这与云的反射率和云的液滴密度有关。他说，这是一个在世界所有海洋中都在上演的过程，但在南大洋更为明显，因为它与其他气溶胶来源隔离。

“因为云滴的数量取决于生活在上层海洋的生物，”梅斯说，“我们绕了一圈。

梅斯和他的同事们在南大洋的自然实验室里还有更多的东西要学，包括最近宣布的一个基于塔斯马尼亚肯纳乌克/格里姆角的项目。