John Muir是个白痴。他在1901年的书中写道:“爬上山，得到它们的好消息。我们的国家公园．“自然的平和将流向你，就像阳光流向树木。”缪尔是我心目中的英雄，他雄辩地为自然世界辩护，给了我灵感，也让我明白为什么我喜欢的野生地方仍然存在。但当我站在这里，站在离地面数千英尺高的约塞米蒂国家公园的悬崖峭壁上，看着一场愤怒而迅速逼近的风暴的到来时，很难对这个人有什么仁慈的想法。我爬这座山是为了寻找缪尔承诺的救赎。相反，我发现了嗡嗡作响的蚊子，在不平坦的岩壁上毫无保护地穿行，还有对盐感到狂热的土拨鼠，它们一心想吃掉我的袜子。
更糟糕的是，还有云。缪尔称它们为友好的“空中飞逝的山脉”。现在他们是一股邪恶的力量。30秒前还是蓝色的天空现在又厚又灰，还在隆隆作响。凝结的空气上升并扩散成一个不祥的砧在我们的头上。闪电损害。下雨了——还是下冰雹了?咔嗒咔嗒地撞在我的头盔上。我和我的攀岩伙伴设置了一条绳索，准备快速撤退。当我们顺着绳子滑下去时，我敏锐地意识到缪尔乐观主义的谬误。
缪尔把大自然看作保护者，甚至是修补者的母亲。“地球没有无法治愈的悲伤，”他说。但他不可能预见到我们对自然界造成的破坏的规模。计算机模型预测——以及大量的观测证据证实——温室气体排放正在深刻地改变着地球的气候。全球变暖，就像即将来临的风暴一样，是一个迫在眉睫的威胁。
我们不知道的是——气候模型无法预测——地球到底会变得多热。某些模型预测，二氧化碳水平翻倍将导致灾难:温度上升超过8华氏度，并随之而来的灾难，包括洪水、干旱和热浪。其他模型则显示了一个更为温和的反应:气温上升不到4度。
我们开始拼凑出一幅图来说明云在一个变暖的世界里是如何运作的。这是科学的侦查工作。
这些预测之间的差距是顽固的，即使模型已经进步到包含更复杂和现实的物理过程。这种不确定性表明，也许存在一些自然现象，气候研究人员模拟得很差，理解得不完全，或者只是简单地忽略了这些现象。这个缺失的组件可能驻留在哪里?在植物的呼吸作用中?海洋的洋流?毕竟，地球会像缪尔希望我们相信的那样，运用某种未知的力量来帮助自己和我们吗?
答案也许就在驱使我坠崖的云朵中。基础物理学表明，云根据其高度、组成和厚度以不同的方式影响气候系统。云层比其下面的表面反射更多的阳光，阻止了一些能量到达地球，从而使其冷却。然而，云也可以像毯子一样，吸收地球表面辐射出的热量。当光线击中地球时，它吸收并重新辐射到大气中，而云层可以吸收并再次辐射它们。但由于云的顶部通常比地球表面更冷，云通常向太空释放的辐射更少。云层越高，温度越低，这种影响也就越明显。由此可见，如果温室气体排放增加云层覆盖，或减少云层覆盖，气候变暖可能会加速，或至少不会减弱。如果云层以相反的方式变化，气候变暖可能会减缓。
到底是哪一个呢?我们是否会以更阴沉的天气和更少的热带雷雨为代价来逃避气候变化带来的最严重后果?还是乌云会让我们的处境变得更糟?
年代保守党人对气候科学家的评价通常是外表健康、穿着背带和冰爪的人。他们攀爬进入活火山，或者对北极熊数量减少皱眉，或者从冰川裂缝中拯救彼此。这些事我都不干。我坐在曼哈顿汤姆餐厅正上方的一个小房间里，对着200多英里外的数据中心里嗡嗡作响的我那喜怒无常、难以控制的电脑，心里充满了不友好的想法。
我需要比办公室更大的计算能力，因为我每次都要处理tb的数据。我筛选了最先进的气候模型，以了解为什么他们会说那些话，为什么他们的预测有时会发生冲突，并让它们面对现实:卫星输出、地面测量，甚至用水桶测量的海洋温度的手写记录。最近，我一直在试图弄清楚这些模型告诉我们关于云的什么信息，以便了解随着世界变暖，它们如何以及为什么会发生变化。
研究云迫使你适应不确定性、模糊性和相互竞争的结果。云是终极的尺度跳跃者和形状变换者:它们在微观过程中形成，在任何给定的时间覆盖了一半以上的天空。但是，虽然模型能很好地模拟空气和水的大规模运动——有些甚至能捕捉到驱动我们日常天气的更小的涡流——但它们却错过了发生在最微小尺度上的物理过程，比如尘埃颗粒周围的凝结或空气在山上流动。结果是，模型无法很好地模拟真实的云。设计一个同时捕获非常大和非常小的模型需要花费太多的时间、金钱和计算能力。
然而，尽管存在这些挑战，我们还是开始拼凑出一幅在全球变暖的情况下云朵如何活动的图片。我的工作领域被称为气候变化检测和归因——用当地的行话来说就是“D&A”。它是由三部分组成的科学侦查工作。首先，我们使用理论和模型来确定人为气候变化对特定地理区域或特定变量(如云量)的影响，或“指纹”。然后我们转向数据:我们在现实世界中观察到这个指纹吗?除了地球气候系统的自然变化之外，它还能探测到吗?最后，我们检查我们的观测是否与我们的模拟相符。
约翰·缪尔错了。大自然对我们的保护没有任何感觉或冲动。
为了描述人类引起的气候变化可能在云上留下的“指纹”，我正在与加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的云科学家马克·泽林卡和他的同事们合作。到目前为止，我们已经确定了大多数气候模型都包含的三个很好理解的物理过程，尽管它们在模拟云时具有很大的可变性。例如，我们知道，温暖的空气中含有更多的水蒸气。因此，在没有其他变化的情况下，全球变暖可能会使潮湿地区，包括热带和中纬度地区，变得更潮湿。但是，由于多余的水必定来自某个地方，在亚热带沙漠和其他干旱地区，蒸发将会增加，为远处的雨云提供燃料。我们期望云层覆盖能反映这些变化，而且模型预测，在一个越来越富裕的情况下，增加的水蒸气可能会增加已经多云的地区的云层覆盖。
第二个过程涉及大气的大尺度动力学。地球周围的空气循环主要取决于炎热的赤道和寒冷的极地地区之间的温度对比。随着地球变暖，两极的气温将以最快的速度上升，特别是在北极，那里融化的冰雪暴露出下面更温暖、颜色更深的地面。这一差异将使极地到赤道的梯度变平，从而影响空气环流。因此，潮湿(多云)和干燥(晴朗)的区域都将可能转移，向南北半球的两极扩散。
最后，随着地球升温，对流层——发生天气的大气层——可能会扩大到更高的高度。云朵也会随之升起。
在卫星数据中，我们发现了诱人的证据，在许多方面，云的行为与我们预期的一致。然而，持续存在的巨大不确定性依然存在。目前有两个独立维护的卫星数据集——国际卫星云气候学项目(ISCCP)和探路者大气扩展数据集(patmos -x)——从20世纪80年代中期一直到现在。这两个数据集都受到不一致性、不均匀性和虚假因素的困扰，这使得大多数科学家在使用它们来估计长期趋势时非常谨慎。然而，对于我们的工作来说，令人高兴的是，这些数据集在云量最大和最清晰的区域的位置上是一致的，在某种程度上，这些区域是如何变化的。例如，数据无疑表明多云和晴朗的区域正在向两极移动。然而，数据集在云量如何调整的问题上存在分歧。他们在云层垂直迁移的模式上也有一些分歧，尽管有证据表明高云确实在上升——理论上加速了全球变暖。
我们所拥有的不发现了一个迹象，表明云正在以某种方式重新组织自己，以减少净温度上升。但这并不意味着不存在这样的负面反馈。我在处理真实数据的怪癖和古怪方面有太多的经验，无法充分利用我们有缺陷的观察结果。这里的卫星视角发生了变化，那里的测量站发生了轻微的变化——这些疏忽加在一起。而云——那些变化、移动、消失、令人抓狂的东西——几乎和建模一样难以观察。
然而，云似乎不太可能完全抵消我们二氧化碳排放的影响。它们最多只能为我们争取时间，推迟我们行动的后果。但他们不会带来拯救。
约翰·缪尔错了。大自然，就像我远处的电脑，对我们的保存没有任何感觉或冲动。它并不爱我们。云可能会带来我们最终命运的消息，但如果我们认为它们是友好的，那就太愚蠢了。
凯特·马维尔是美国宇航局戈达德空间研究所和哥伦比亚大学应用物理系的副研究员。她的科学博客在marvelclimate.blogspot.com．所有的观点都是她自己的观点。
