云，是气候模式中非常难预测的一项因素，却与全球暖化、空气污染等环境议题密切相关。中研院环境变迁研究中心的王寳贯主任，研究领域从小尺度的粒子运动，一直到大尺度的风暴，试图解答云与环境的课题。
从物理的角度认识「云」
云到底是什么玩意儿？
看到一朵云在飘，我们很容易误以为一朵云就像一棵树、一颗苹果，是「一样东西」。
一朵云其实不是真的「一样东西」，只是彼此关系很浅的一团水珠的集合。
一朵云飘动的过程中，「内容物」其实不断在变动，里面的水珠有的长大、有的则蒸发。飘过来之后，很可能一开始的水珠已经全部换掉了；即使云的形状看起来没有变，但云的内容物很可能有了天翻地覆的变化。
天气预报里常说，台风从海上过来，「在台湾登陆」。让人错觉似乎有某样东西从太平洋移动到台湾，但事实上最主要是把这个「运动」传过来。台风抵达台湾的时候，它的空气已经不同于原来生成时的那团空气，而是「气流的运动」传到了台湾。
好比往池塘丢一块石头，水波跑出去了，但是水面上的小树枝并不会随着水波往外跑，只会上下动。台风就像波动一样，波动的形状跑出去了，但是水气的材料留在原地。
如果地球上没有云，会怎么样？
一般用气候模式来推估未来气候的变化，里面有个很大的不确定性，就是在于「云」。事实上，人类对云的了解很不足。一朵云可以支撑多久？什么地方可以产生云？这些问题很难回答，却有重大的影响。
假设地球上没有云，会发生什么事吗？首先，云的来源主要就是水蒸气。
如果把地球上的水蒸气都拿掉，那地球上的平均温度会比零度还要低。
地球诞生的早期，气体被埋在地下，经过火山活动释放出来，其中很重要的物质就是水蒸气，使地球温暖到平均摄氏十五度。空气中有了水蒸气，上空温度够冷，就会凝结产生云。
如果地球上云太多，会怎么样？
从外太空看地球，云是地球上最白的部分，可以把阳光反射回去。地球上如果云很多，「反照率」就很强，地面上受到的太阳辐射少，就会变得比较冷。
金星在夜空中之所以明亮，除了由于距离地球很近，也因为整个星球被一层云包住，反照率强，阳光照射时就看起来亮晶晶。金星上的云是硫酸，颜色没有那么白；而地球上的云是白色的，反照率更强。假使地球上的云非常浓厚，太阳的能量通通被反射，地表就会进入寒冬。
（左）地球的云是白色的，云的厚度较没那么厚。（右）金星表面被厚厚的硫酸云遮盖，云的颜色较没那么白。图／NASA
为什么要了解云的个别粒子运动？
云对气候的影响非常大，因此我们需要知道，云可以在什么地方产生？一旦产生可以撑多久？什么样的云可以撑久一点？
看似单纯的云里面有许多种类的小粒子，有小水珠、大雨滴，还有许多冰晶。即使在夏天，很多云里也充满冰晶，因为在两、三千公尺的高度环境，气温得以维持在摄氏零度以下。
为什么要特别介绍冰晶呢？因为冰晶的运动与云的物理有关系。云中的冰晶如果变得够大、往下掉的时候，如果掉落速度很快，蒸发量就会比较大。就像是夏天很热，没有风的时候散热很慢，但是开个电风扇就会觉得凉快，因为对流作用会把热量带走。一旦蒸发量大，就会吸收掉比较多周围空气的能量，使得那块空气变冷。在同样气压条件下，冷空气会下沉，而下沉气流则会使云散掉。
这些牵涉到许多小粒子、复杂的运动过程，团队使用精密的流体力学进行分析计算，才得以模拟云的生成与流动。
风暴上面真的没有云吗？
从前气象学家认为，风暴的顶端就是云所能达到的最高界线，再往上是平流层，非常干燥没有水蒸气。一般的长程飞机就是飞在平流层底部，搭飞机时你会发觉那里一望无际几乎没有云，因为几乎没有水蒸气。
但是，后来由人造卫星收集的数据发现，风暴顶端之上，竟然还有一些云。有云就代表有水蒸气，那这些水蒸气是从哪里来呢？
王寳贯团队研究风暴模型，利用计算机仿真得到了一个可能的结果：经由「碎波」的现象，水蒸气可以上升到平流层；而且这个现象风暴有关系。在对流层的顶端，因为对流很强，会产生重力波。若只是一般的波动，水蒸气上不去平流层。但是如果像在海边突然翻过来的「碎浪」一样，产生「碎波」，那就可以把物质传到平流层。
云顶「倒卷」的形状，即是「碎波」
在风暴中，碎波会将水蒸气往上送到平流层，这个现象有什么意义呢？
平流层上如果有水蒸气、或者有云的话，它会使地面的暖化更严重。
因为平流层的水蒸气，温度非常低，特别容易吸收地面上传过来的红外线。
过去谈全球暖化，主要谈「二氧化碳」，没有考虑到平流层上「水蒸气」的问题。而最近研究发现，平流层上的水蒸气有时多、有时少，持续变化。团队认为这些水蒸气很可能是在风暴发生时，经过碎波现象传送上去的。全球暖化的现象可能会影响风暴的活动，从而影响往平流层上传送的水蒸气。而这些水蒸气又会反过来影响地表的温度，含量多的时候红外线不容易传出去，地面上变暖；含量少的时候热量比较容易散发出去，就会变得比较冷。
云和空气污染有什么关系呢？
云要凝结，需要有小的污染物，也就是所谓「凝结核」。如果空气真的是非常干净，干净到一点尘埃都没有，天空中不会有云，每天都是蓝天。
如果观察天空，就会发现多数的时候就算是蓝天也带点灰白，代表了空气含有很多小粒子，聚集吸收了水气形成很稀薄的云，垄罩天空。
如果尘埃太多，造成很多稀薄的云，非常多但是分散掉了，水滴很小而不下雨，你就不会把它叫「云」，而是叫「霾」。
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