海洋中的大多数生命最终都依赖于进行光合作用的浮游生物。这些微小或微观的生物也被称为微藻，生活在海洋表层附近，从太阳获取能量，并通过海洋食物链将其传递下去。
但这些浮游生物在海平面之上同样发挥着重要作用。在发表于期刊 Science Advances上的一项新研究中，我和同事发现，浮游生物有助于控制远离陆地的偏远海域上空的云层。这些云层进而将太阳能量反射回太空，调节地球气候，使温度比没有它们时更为凉爽。
云由许多微小的水滴组成，这些水滴由水汽凝结于漂浮在地球大气中的微观颗粒上而形成。这些颗粒被称为 云凝结核。浮游生物实际上有助于为云提供这些凝结核，使云得以在其周围形成。
单位体积内这些颗粒的数量有助于决定云中液滴的数量，而这会对云层反射回太空的太阳光量产生重大影响。同一团云水被分割成的液滴越多，云滴的总表面积就越大，反射的太阳光也就越多。由于地球反射率（即 反照率）的很大一部分归因于云，这可能对地球的能量平衡产生重大影响。
为研究浮游生物与云之间的联系，我们考察了南大洋。这片环绕南极洲的海域是地球上最偏远的地方之一，远离任何人为颗粒物来源。然而，它也是 地球上云量最多的地方之一。那么，这些云层究竟依附于什么？
从太空统计云滴
我们分析了南大洋一段海域的卫星云层数据，该海域环绕全球，位于南纬35度线（穿过澳大利亚，并位于南非略南处）与南纬55度线（刚好擦过南美洲南端）之间。
南半球夏季的叶绿素a——南大洋布满了高产的绿色和黄色斑块。NASA。
我们发现，浮游生物较多的海域上方往往出现更多的云滴，这一点可由浓度升高的 一种叶绿素 （用于光合作用）所表明。这意味着浮游生物很可能影响云的反照率，以及被反射回太空的太阳能量。
其中大部分归因于 浮游生物释放气体 ，无论是通过细胞老化，还是在被其微小动物同类——浮游动物——破开并吞食时释放。这些气体中的一部分随后转化为新的微小固态颗粒，或附着于现有颗粒之上，从而起到额外凝结核的作用。
不过，我们还发现，一些有机物质——其可能来自浮游生物、其他海洋生物、病毒、细菌等——通过海浪飞沫直接排放到大气中。水汽可在这些微小颗粒周围凝结，形成额外的云滴（不过，有机物质也可能以其他方式影响云滴数量，相关科学研究仍存在 激烈争议）。
让海洋保持凉爽
我们还估算了，由浮游植物形成的额外云滴使多少额外太阳能无法到达海面——夏季最高可达每平方米十瓦。这与对高污染地区下风处人为颗粒物对云层产生的年平均影响的类似估算相当。因此，在没有浮游植物的无生命海洋中，南大洋的表面很可能会略微更温暖。
从太空观测到的南大洋叶绿素。NASA，作者提供。
许多气候模式低估了南大洋云层反射回太空的太阳光量。这可能导致区域海表温度预测出现误差，以及大尺度环流模式出现错误，既影响 当地 ，也影响远处的地区 ，例如热带地区，因此必须对其加以修正。
这些偏差可能部分源于模式对浮游植物与云形成之间联系的不切实际的描述。颇具讽刺意味的是，我们对这些天然凝结核“基线”效应的认知存在不确定性，这也是 最大的不确定性来源之一 ，即人为气溶胶如何影响气候方面的不确定性。
然而，由于南大洋偏远且环境恶劣，可用于研究其中究竟发生了什么的、来自南大洋云层内部的原位数据极为有限。这使得卫星数据非常宝贵，但也凸显了在该区域开展更直接观测的必要性。
本文与 The Conversation合作发表。发表本文并不意味着世界经济论坛认可其中观点。
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作者：Daniel Grosvenor，利兹大学地球与环境学院研究员。
图片：北大西洋冰岛以西水华中所见的被称为浮游植物的类植物生物。NASA。
