太阳高度角如何影响热带气旋云的辐射效应？是“空调”还是“暖炉”？
太阳高度角是指太阳对地球上的某个地点光入射方向和地平面的夹角，简单来说，就是太阳离地平线有多高，中午的时候，太阳高度角最大，而在早晨或傍晚，太阳高度角较低。太阳高度角越高，太阳辐射强度也最大。
云是控制地球能量平衡的关键因素，而热带气旋云则通过其在大气顶部的长波和短波辐射成分对能量平衡做出贡献。热带气旋云短波辐射会反射太阳光，减少地球接收的热量，而热带气旋云长波辐射也会吸收地球表面发出的热量，增加地球接收的热量。
热带气旋云对地球能量平衡的净贡献是多少？
2023年7月24日一项发表在《Nature》的研究，研究团队利用2001年至2020年共计20年的全球2308个热带气旋数据，结合卫星遥感技术和半自动云分割算法，通过对比热带气旋云与非热带气旋云的辐射影响，研究计算了TC云的净上行辐射，对热带气旋云的辐射效应进行了量化分析。
研究首次量化热带气旋云的净辐射效应。通过数据分析，在2001-2020年间，在研究的2308个热带气旋中，74%的热带气旋在地球热量贡献方面表现为净冷却效应，26%表现为净增温效应，冷却热带气旋更持久，比增温热带气旋长1.3天。热带气旋云平均每年增加26 TW的上行辐射，对地球能量平衡产生净冷却作用。热带气旋云的净冷却效应占全球剩余增温能量的8%，对抵消气候变暖具有重要作用。
在季节性变化方面，热带气旋云的净辐射贡献通常在北半球的8月和南半球的1月达到峰值，而在11月和4月达到最低值，这两个月份是北半球和南半球热带气旋季节的过渡月份。而在昼夜变化方面，热带气旋云的净辐射在白天表现为显著的冷却效应，而在夜间则表现为轻微的增温效应，白天的冷却效应主要来自短波辐射的反射，而夜间的增温效应则来自长波辐射的发射。
不同地域热带气旋云对地球能量平衡贡献也不同，在西太平洋的热带气旋云，在地球净降温方面作用显著，而在北印度洋的热带气旋云则表现为净增温效应。
研究的核心亮点在于首次量化了热带气旋云对全球能量平衡的净冷却效应，并揭示了其季节性、地理分布和昼夜动态的变化规律。
图：热带气旋活动的年度和季节变化
热带气旋云净辐射（TW）（蓝色）、热带气旋数量（黑色）和热带气旋天数（×0.1）（红色）描绘了（a）年度变化、（b）季节变化和（c）相对于当地春分点的季节变化。
太阳高度角对热带气旋云的影响
为了量化太阳高度角等因素对热带气旋云净辐射的影响，研究团队用了半自动算法和卷积神经网络对热带气旋云进行分割，并使用2001年至2020年的卫星数据进行量化分析。通过分析太阳高度角、热带气旋大小、强度等特征，计算太阳高度角、热带气旋大小、强度等特征对热带气旋云净辐射的影响。这项研究于2025年2月22日发表在《Nature》上。
研究首次量化了太阳高度角与热带气旋云的辐射关系。当太阳高度角≥63°时，热带气旋云的净冷却效应占主导地位，其他的情况，则是净增温效应更为显著。研究揭示了太阳高度角是决定热带气旋云净辐射效应的主要因素。
无论太阳高度角是低还是高，热带气旋大小与净辐射的幅度呈正相关，随着热带气旋大小的增加，热带气旋云净辐射的强度都会增加。与热带气旋大小不同，热带气旋强度与热带气旋净辐射之间的关系尚不清楚。
不同季节，热带气旋云的辐射效应也不同，在早期季节，春分后1~140天，热带气旋云净冷却效应占主导地位，主要起降温作用，而在晚期季节，分后141~365天，则净增温效应更为显著。统计分析了2001-2020年间的数据，早期季节的热带气旋天数减少，晚期季节的热带气旋天数呈增加趋势。
奇怪的是，从长期来看，2001-2020年间，全球热带气旋云净辐射没有显著变化，都呈净冷却效应，每十年净辐射为-0.3 ± 2.2TW。
总体来看，太阳高度角是决定台风云净辐射效应变暖还是变冷的关键因素，台风大小是第二大影响因素，为未来的气候预测模型提供了重要的参考依据。
图：与太阳高度角相关的热带气旋净辐射
a TC 净辐射和太阳高度角的 TC 日频率。b净冷却和净变暖 TC 日百分比与太阳高度角的关系。以太阳高度角 ( c ) 低和 ( d ) 高TC 情况为例，TC 大小和 TC 净辐射的 TC 日频率。
热带气旋云不仅是风暴的“标志”，它们还在地球的温度调节中扮演着重要角色。下次当你听到热带气旋的新闻时，不妨想一想它到底是地球的“空调”，还是“暖炉”呢？
参考文献：Liang Hu, Dae-Hui Kim, J. Scott Tyo & Elizabeth A. Ritchie ，The impact of solar elevation angle on the net radiative effect of tropical cyclone clouds. npj Climate and Atmospheric Science volume 8, Article number: 67 (2025) ，doi：10.1038/s41612-025-00964-7