卡罗琳·穆勒看云的方式与大多数人截然不同。对普通人来说，云或许是天空中漂浮的棉花糖，或是灰色阴影预示雷雨，而穆勒则把它们看作流动的液体。她会思考空气如何上升、下降、加热、冷却，以及这些旋转运动如何形成云团并引发风暴。
这位奥地利克洛斯特诺伊堡科学技术研究所的气候学家近年来对这些大气现象的研究兴趣显著增加。随着全球气温升高，风暴变得愈发猛烈，降雨量有时超过预期的两到三倍。2025年3月，阿根廷巴伊亚布兰卡在不到12小时内降下了近半年的平均降雨，引发致命洪水。
大气科学家长期使用计算机模拟研究空气和水分的流动模式，以预测风暴形成。然而，现有模型尚未完全解释这些超强降雨的出现。一个有200多年历史的理论认为，温暖空气能容纳更多水分，每升温一摄氏度，湿度增加约7%。但实际观测表明，暴雨的强度远远超过这个理论预期。尤其是在湿土或高温湿浪条件下，风暴更容易导致严重洪涝。
穆勒的研究显示，云的形成和聚集模式对理解这些极端天气至关重要。她十多年前开始的研究揭示了一些气候模型长期忽略的小尺度过程，这些过程影响云的生成、聚集和寿命，从而可能放大暴雨并加剧风暴。穆勒形象地说，云有“内在生命”，这能延长其存在时间并增强其破坏力。
不过，要说服其他科学家并不容易。多数全球气候模型简化了地球，将其视作光滑的球体，只保留基本物理特性，而忽略了真实世界中云层的复杂行为。如今，更高分辨率的全球气候模型开始允许科学家在行星尺度上观察云的形成和风暴演化，为极端降雨的预测提供了更真实的画面。
云都源于湿润空气的上升运动。山脉、冷锋或地表加热都可推动空气上升，使水汽凝结形成云，同时释放潜热推动风暴发展。但云层仍是气候模型中最薄弱的一环，因为大部分模型无法捕捉上升气流的细节，也难以描述云层的旋转和微观物理过程。
为了研究这些过程，穆勒和同事们建立了简化的地球气候模拟，能够模拟对流。每个模型像浅盒子，宽数百公里，深数十公里，通过调整大气条件，他们观察云在不同环境下的表现。模拟显示，即便没有山脉、风或地球自转，云也会自发聚集成大片区域，形成风暴。
穆勒2012年发现了关键机制之一——辐射冷却。地表热量向太空辐射，使云稀少区域空气降温，促使空气向云区流动，形成更多云。进一步研究发现，这一过程加快了热带风暴的形成。穆勒指出，要理解云的行为，不仅要看单个云，还要关注邻近云团的互动。
此外，云层边缘的湍流混合也对云的演化和雷暴发展有显著影响。埃尔南德斯·德克斯形象地比喻：“云就像花椰菜，内部有巨大气泡和湍流。”这些小尺度的动力过程，使云在潮湿区域更易聚集，并形成更强降雨。
云的内部物理过程同样关键。水分和温度决定降雨量：湿润空气中凝结的雨滴蒸发较少，暖空气中雨滴更多降下而非变为雪，从而产生更强降雨。穆勒团队发现，云层聚集可使短时强降雨增加30%至70%，远高于传统理论预测。
科学家们正尝试通过高分辨率的全球风暴解析模型，将云层、雷暴和气旋的微观结构纳入模拟，从而更准确预测未来极端降雨。初步模拟表明，随着全球变暖，热带云层可能更易聚集，风暴体积更大、持续时间更长，单日降雨量远超理论值。
然而，这些研究仍依赖有限模型和观测数据。科学家需要更多卫星和实地观测，特别是在热带地区，以填补数据空白，从而提升洪水和暴雨的预测能力。未来，随着更多卫星发射和科研数据积累，云层聚集及其对极端降雨的影响将会被逐步揭示，为应对气候变化提供科学依据。
本文译自：knowablemagazine .由olaola编辑发布