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汤加火山爆发对全球气候影响有限 [复制链接]

远航一号

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发表于 2022-1-18 13:24:15 |只看该作者 |倒序浏览

全球气候会受到影响吗？

有人认为，火山喷发，就会使得全球温度降低，然而这句话有一些前提条件。要想影响全球气候，火山喷发需要将大量的二氧化硫或其他硫酸盐物质（如硫化氢）注入平流层。在那里，它们将被转化为硫酸（或硫酸盐）气溶胶，这一过程常常持续数周或数月。

平流层，顾名思义，空气以水平运动为主，非常稳定。借助平流层的这种特性，局地火山喷发形成的气溶胶将会弥漫至全球。硫酸盐气溶胶在平流层内可停留数年之久，它们将增强行星反照率，使得更多的太阳入射短波辐射被反射回太空，进一步引起全球平均地表温度下降，这也被称为“遮阳伞”效应。

除了上述直接的辐散冷却效应外，平流层中的硫酸盐气溶胶也可以通过吸收地表长波辐射和部分太阳短波辐射使得平流层增暖，从而调节大气温度梯度，进一步影响大气环流（一种间接的平流效应）。气溶胶的辐散冷却效应和平流效应相互作用，导致地表出现区域性的冷却和增暖。

不同季节两种效应的强度也有差异。例如，在北半球中纬度地区的冬季，平流效应往往占主导地位，在热带大型火山爆发后，北半球大陆的冬季增暖往往会持续2年左右 [5]。

图4 大型火山喷发的气候影响示意图 | 图源：文献[6]，图中文字为唐颢苏翻译

图5 在上图中，黑色曲线代表1979年至2018年全球平流层气溶胶光学厚度，它是最常用的衡量气溶胶浓度的物理量；红点代表火山喷发产生的二氧化硫的年排放量。在下图中，圆圈表示1978年10月以来火山喷发卫星测量的二氧化硫排放量和估计的喷发高度 | 图源：文献[7]

总体来说，火山喷发后的全球降温程度和火山喷发强度成正比。近代最强的一次火山喷发是1815年印度尼西亚的坦博拉（Tambora）火山喷发，它直接造成了1816年欧洲、北美的“无夏之年”，以及随后的欧洲大饥荒。

早期由于缺乏直接的观测手段，火山喷发物含量主要通过岩石演化 [8] 或者冰芯酸度测量推算 [9]。据模拟估算，坦博拉火山喷发造成的全球降温达1℃之高 [10]。1978年，搭载在卫星上的臭氧总量光谱仪（TOMS）被用于监测全球二氧化硫含量，此后，火山排放的二氧化硫得以量化。

从TOMS仪器观测数据来看 [11]，1982 年埃尔奇琼（El Chichón）火山喷发向大气输送了近700万吨二氧化硫，导致全球平均气温下降了0.3℃ [12]。最近的一次大型火山喷发是1991年菲律宾的皮纳图博（Pinatubo），它向大气平流层输送了近2000万吨的二氧化硫，直接促使全球气温下降了0.3-0.5℃[14]。

其实，人们不仅可以感受到万里之外火山喷发带来的气候影响，甚至可以亲眼见到。英国著名浪漫主义风景画家威廉·透纳（William Turner），就曾用他的画笔记录下火山喷发前后天空的景象。这种差异就在于大型火山喷发后，平流层中的气溶胶散布全球，它们会散射入射太阳光，从而使天空呈现橙红色，这是任凭对流层中下再大的雨也冲洗不掉的 [13]。

图6 左侧为透纳画作《The Harbor of Dieppe》（1826），展现的是欧洲正常的日落美景；右侧为透纳画作《The Lake, Petworth: Sunset, Fighting Bucks》（1829），展示的是火山气溶胶影响下的猩红天空 | 图源：威廉·透纳（J.M.W. Turner）

那么，本次汤加火山的喷发，是否会将全球拖入 “无夏之年”，引起全球变冷呢？答案是基本上不会。

虽然本次火山喷发强度较强，但是要想影响全球的气候格局，进入平流层的二氧化硫至少得达到数百万吨的量级。目前的卫星监测数据显示，汤加火山注入平流层的二氧化硫含量约40万吨 [15]，尚不足以产生太大影响。

1991年皮纳图博火山的火山喷发指数（Volcanic Explosivity Index，VEI）为6，至少从目前来看，汤加火山的喷发还远没有达到这个量级（VEI约为5），如果后期没有更强的喷发，那它的影响将会较为局地。火山喷发指数是衡量火山喷发规模和强度最常用的指标，它的数值范围在0-8之间，是一个对数指标，该指数每增加一个单位，喷发威力都是上一个级别的10倍。