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2022年1月15日中午11時(shí)左右（北京時(shí)間），南太平洋島國(guó)湯加的洪阿哈阿帕伊島（Hunga Tonga-Hunga Ha’apai）海底火山劇烈噴發(fā)。而在網(wǎng)絡(luò)上，“火山噴發(fā)帶來(lái)無(wú)夏之年”、“全球氣溫下降”等各種說(shuō)法也擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，究竟湯加火山噴發(fā)對(duì)全球氣候的影響如何？本文將為你詳細(xì)介紹。
隨著一聲巨響，巨大的能量從海底涌出，火山灰柱在頃刻之間毫不留情地將無(wú)人小島吞噬，海水和蒸汽翻涌，攪起滔天巨浪。
一切就像科幻末日片中的場(chǎng)景。大自然變臉時(shí)，人們絕不可能置身事外。
這場(chǎng)被火山學(xué)家們稱為“21世紀(jì)至今最劇烈的火山噴發(fā)”對(duì)全球有何影響？對(duì)每個(gè)人有何影響？是否會(huì)引發(fā)“無(wú)夏之年”？
概括版結(jié)論：
到目前為止，本次火山噴發(fā)的二氧化硫氣體質(zhì)量為0.4Tg。
我們基于氣候模式的結(jié)果，將其強(qiáng)度類比至1980年St. Helens火山（噴發(fā)的SO2~1Tg），可近似得到強(qiáng)度為1Tg的南半球火山噴發(fā)對(duì)全球溫度的影響。如果本次火山噴發(fā)的強(qiáng)度為1Tg，全球平均溫度預(yù)計(jì)下降0.01度，不會(huì)對(duì)全球氣溫造成顯著影響。
但是，由于噴發(fā)尚未平息，最終氣候影響還有待觀察火山的后續(xù)活動(dòng)狀況。
01. 這次火山噴發(fā)到底有多強(qiáng)？
Hunga Tonga-Hunga Ha'apai火山位于20.536°S, 175.382°W，是一座海底火山。作為湯加-克馬德克群島火山弧的一部分，這里火山活動(dòng)十分活躍。根據(jù)測(cè)量，這座火山隱藏在海底的部分高約1800米，寬約20公里。
風(fēng)云衛(wèi)星對(duì)火山灰云擴(kuò)散過(guò)程的監(jiān)測(cè)，2022年1月15日15：45至21：00（湯加時(shí)）
巨大的海底火山頂著Hunga Tonga和Hunga Ha'apai兩個(gè)小島，島嶼長(zhǎng)度約2km，分別是海底火山口邊緣的西部和北部殘余。自1912年第一次歷史噴發(fā)以來(lái)，Hunga Tonga-Hunga Ha'apai已經(jīng)發(fā)生了多次海底噴發(fā)。其中，2014年12月中旬的一次噴發(fā)在兩個(gè)大島之間形成了一個(gè)新的島嶼。
Hunga Tonga-Hunga Ha’apai火山在2021年12月20日上午曾噴發(fā)過(guò)一次，火山灰達(dá)到16km的高度，噴發(fā)過(guò)程持續(xù)至12月21日凌晨左右逐漸減弱。之后在2022年1月14日又再次活動(dòng)，并在1月15日劇烈噴發(fā)。
火山噴發(fā)后，火山灰和大量氣體從太平洋海面迅速升起。據(jù)衛(wèi)星探測(cè)的氣溶膠垂直剖面結(jié)果顯示，火山灰已經(jīng)達(dá)到了30km的高度，深入平流層。我國(guó)的風(fēng)云衛(wèi)星也監(jiān)測(cè)到了火山灰向西南方向的擴(kuò)散過(guò)程，證明火山灰已經(jīng)進(jìn)入平流層。
1月16日的氣溶膠垂直剖面捕捉到了平流層火山氣溶膠云，其高度達(dá)到了~30公里。來(lái)源：NASA臭氧和空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)
此次噴發(fā)之后，從衛(wèi)星圖像上來(lái)看，基本上位于北部的Hunga Ha'apai整個(gè)島嶼都沉入海底。火山噴發(fā)導(dǎo)致當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)幾乎完全中斷，至今湯加的主流新聞網(wǎng)站對(duì)此次火山噴發(fā)的報(bào)導(dǎo)仍停留在1月15日。
1991年湯加土地、調(diào)查和自然資源部航拍照片（左）來(lái)源：https://volcano.si.edu/volcano.cfm?vn=243040&vtab=Weekly；2014年海底火山噴發(fā)后形成的新島嶼（右上）；2022年1月15日火山噴發(fā)后的洪阿哈阿帕伊島（右下），哨兵一號(hào)SAR成像圖。
湯加火山噴發(fā)有何特殊之處？據(jù)已有數(shù)據(jù)估計(jì)，這次海底火山噴發(fā)的強(qiáng)度可能會(huì)達(dá)到VEI5-6級(jí)；從1850年以來(lái)的火山位置以及強(qiáng)度來(lái)看，這是強(qiáng)度達(dá)到VEI5級(jí)或以上的最靠南的火山噴發(fā)，緯度位于20°S，而此前的大部分大型火山噴發(fā)分布在熱帶或者北半球高緯度地區(qū)。從過(guò)去2500年的時(shí)間尺度來(lái)看，南半球的火山噴發(fā)次數(shù)也偏少，且強(qiáng)度偏弱。
目前已有的證據(jù)表明湯加火山噴發(fā)后火山灰達(dá)到25km以上，達(dá)到VEI5級(jí)左右。而二氧化硫氣體觀測(cè)表明目前噴發(fā)釋放的二氧化硫氣體質(zhì)量達(dá)到了0.4Tg（Tg為百萬(wàn)噸，即40萬(wàn)噸），遠(yuǎn)小于1991年皮納圖博火山的20Tg，但由于此次火山噴發(fā)還在持續(xù)過(guò)程中，可能會(huì)累積更多的釋放量，因此還需根據(jù)更多的資料確定此次火山噴發(fā)的強(qiáng)度等級(jí)。
需要注意的是，相同VEI等級(jí)的火山，其噴發(fā)的SO?量也存在差別，因此造成的影響也有區(qū)別。例如1902年的Santa Maria火山和1991年的Pinatubo火山，雖然VEI等級(jí)均為6，但Santa Maria噴發(fā)出的SO?質(zhì)量遠(yuǎn)小于Pinatubo，因此造成的影響有限。
02. 有了火山“陽(yáng)傘”，是否不用擔(dān)心全球變暖了？
火山噴發(fā)除了觸發(fā)海嘯、酸雨，影響航空交通等之外，還會(huì)對(duì)全球氣候造成影響。例如歷史上印度尼西亞的1815年Tambora火山，造成了著名了“無(wú)夏之年”，歐洲局地降溫達(dá)到2度以上，亞洲1815年平均溫度降低約0.7度。最近一次大型火山噴發(fā)為1991年P(guān)inatubo火山，其造成了之后兩年的全球氣候異常，全球陸地平均溫度下降0.5度。
火山噴發(fā)時(shí)會(huì)將大量的火山灰源源不斷地輸送到大氣中，輸送高度可達(dá)幾千米，最終抵達(dá)平流層（地表上空10千米至50千米高度）的火山灰經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)后形成硫酸鹽氣溶膠，并迅速擴(kuò)散，這些氣溶膠可在平流層中停留1-2年，通過(guò)阻擋太陽(yáng)輻射，產(chǎn)生“陽(yáng)傘效應(yīng)”，使地表冷卻，進(jìn)而使蒸發(fā)減弱、全球平均降水減少，其中降水減少的現(xiàn)象在熱帶和季風(fēng)區(qū)最為明顯。除此之外，火山噴發(fā)也會(huì)影響熱帶太平洋海溫以及北極地區(qū)極地渦旋的變化等。
但是，火山氣溶膠的“陽(yáng)傘”效應(yīng)能否抵消全球增暖趨勢(shì)呢？歷史記錄表明，單一火山事件的噴發(fā)，其直接氣候影響的時(shí)間一般持續(xù)1-2年，在短期內(nèi)使溫度降低，造成冷暖振蕩，隨著氣溶膠的消散溫度會(huì)逐漸恢復(fù)，因此不足以改變?nèi)虻拈L(zhǎng)期增溫趨勢(shì)。
03. 南半球火山爆發(fā)對(duì)全球氣候有何影響？
在超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的數(shù)值模擬研究表明，熱帶火山噴發(fā)后火山氣溶膠會(huì)擴(kuò)散到南北半球，而南半球的火山噴發(fā)產(chǎn)生的硫酸鹽氣溶膠主要局限在南半球，因此對(duì)南半球的溫度影響較大，對(duì)北半球溫度的影響幅度較小。
但除了對(duì)溫度的直接影響之外，火山噴發(fā)也會(huì)通過(guò)調(diào)整大氣環(huán)流進(jìn)而影響全球氣候。研究發(fā)現(xiàn)南半球的火山噴發(fā)可以通過(guò)改變南北半球的溫度梯度，進(jìn)而改變?cè)匠嗟罋饬?，?dǎo)致北半球季風(fēng)區(qū)的降水增加，同時(shí)使得南半球的季風(fēng)降水減少。
由于此前尚無(wú)類似的南半球火山噴發(fā)，因此湯加火山噴發(fā)從氣候歷史記錄中難以找到準(zhǔn)確的參照物，但氣候模擬為我們提供了參考的基礎(chǔ)。我們已經(jīng)觀測(cè)到過(guò)去的大型火山噴發(fā)會(huì)對(duì)全球氣候產(chǎn)生顯著影響，因此，如果氣候模式能夠刻畫(huà)火山噴發(fā)的氣候效應(yīng)，則有助于對(duì)未來(lái)火山噴發(fā)產(chǎn)生的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)。
到目前為止，本次火山噴發(fā)的二氧化硫氣體質(zhì)量為0.4Tg，但尚未平息。我們基于氣候模擬中溫度對(duì)南半球火山噴發(fā)的響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行初步估算，將其強(qiáng)度類比至1980年St. Helens火山（噴發(fā)的SO?~1Tg），可近似得到強(qiáng)度為1Tg的南半球火山噴發(fā)對(duì)全球溫度的影響。發(fā)現(xiàn)火山噴發(fā)后次年全球平均溫度會(huì)下降約0.01度，澳大利亞、南美洲南部和非洲南部局地降溫可達(dá)0.02度，我國(guó)東南部地區(qū)降溫約0.01度，西部約0.02度。
這表明，如果本次火山噴發(fā)的強(qiáng)度為1Tg，則不會(huì)對(duì)全球氣溫造成顯著影響。由于其噴發(fā)尚未平息，最終氣候影響還有待觀察火山的后續(xù)活動(dòng)狀況。
氣候模式模擬的南半球火山噴發(fā)后次年氣溫的變化，單位為攝氏度（火山噴發(fā)的強(qiáng)度為1Tg）。作者基于氣候模擬資料繪制。
04. 氣候預(yù)測(cè)面臨新挑戰(zhàn)
在氣候預(yù)測(cè)中，火山噴發(fā)是產(chǎn)生預(yù)測(cè)結(jié)果不確定來(lái)源的重要原因。總體而言，火山噴發(fā)會(huì)使得噴發(fā)之前制作的氣候預(yù)測(cè)結(jié)果的可信度下降。而在火山噴發(fā)之后，合理考慮排放至平流層的火山氣溶膠的總量及其空間分布與演變特征，有助于提升實(shí)時(shí)氣候預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
過(guò)去的統(tǒng)計(jì)分析表明，火山噴發(fā)之后熱帶太平洋厄爾尼諾（赤道東太平洋海水異常升溫）事件發(fā)生的概率將升高，但此次火山噴發(fā)是在拉尼娜（赤道東太平洋海水異常降溫）背景下發(fā)生，也有可能使得拉尼娜進(jìn)一步加強(qiáng)。
本次Hunga Tonga-Hunga Ha'apai火山的噴發(fā)是否會(huì)對(duì)氣候預(yù)測(cè)存在影響，仍是研究人員需要回答的問(wèn)題。此外，當(dāng)前的氣候模式雖然普遍能夠刻畫(huà)火山噴發(fā)后短期內(nèi)的影響，例如氣溫降低和水循環(huán)減弱，但在模擬其長(zhǎng)期氣候效應(yīng)以及對(duì)海溫的影響等方面仍存在挑戰(zhàn)。
氣候?qū)W家將在探索中改進(jìn)氣候模式，更好地預(yù)測(cè)我國(guó)以及全球氣候受火山噴發(fā)的影響。
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