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塔阿尔火山喷发的气候效应评估研究获进展

2020-06-09 大气物理研究所
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  在过去几千年人类的历史中,强烈的火山喷发事件不仅改变了火山附近的生态环境,还极大影响了全球的气候特征,从而间接改变了人类历史进程。火山喷发是一种重要的地球系统外部强迫因子,对火山的研究能够有利于加深人们对气候系统的认识。

  2020年的1月12日,位于菲律宾的塔阿尔(Taal)火山发生喷发,5000公吨的火山灰到达了15千米,其环境与气候效应引起了全球范围的广泛关注。为了对此次事件作出更好地评估与预测,中国科学院大气物理研究所教授刘飞团队回顾了古气候重建、观测资料热带强火山喷发的气候响应,并探讨了火山气候效应科学研究的重要性,同时为平流层喷洒硫酸盐气溶胶的地球工程提供参考。

  热带强火山喷发的二氧化硫等气体,进入平流层形成硫酸盐气溶胶,产生纬向均匀的气溶胶“阳伞”,反射太阳短波辐射,降低全球表面的温度,同时减缓全球水循环,导致全球季风系统的减弱。通过海冰-反照率的正反馈作用,火山信号被北大西洋储存并放大,在1258年 Samalas火山喷发导致了小冰期的发生。

  在过去150年内五次强热带火山爆发之后,观测资料结果并不是一致的降温,在喷发后的第一年冬季存在一个明显的升温过程,主要伴随着厄尔尼诺事件以及欧亚大陆增暖的发生。尽管受到喷发时间、位置、强度,以及前期热带海温状态的调制,基于观测、重建以及模式资料发现,火山爆发会引起热带太平洋的厄尔尼诺的发生。根据重建资料的统计结果,如果塔阿尔火山能够喷发足够多的二氧化硫气体,将有83%的可能性引起厄尔尼诺。不过,气候模式并不能完美重现观测的厄尔尼诺响应,甚至最新的第六次模式比较计划也存在相同的问题,说明模式的海气相互作用等环节依旧存在偏差。同时,火山喷发通过增加平流层的纬向梯度,加深极地涡旋,引起欧亚大陆的增暖。尽管模式能够模拟出热带平流层气溶胶的增温,但是模拟的极涡的异常还是存在很大的不一致,模式平均的极涡较观测偏弱很多。尽管气候模型能够重现火山喷发的直接冷却效应,但是内部变率的气候响应还存在许多偏差。

  一次火山喷发过程能否产生显著的气候效应,取决于喷发到平流层硫酸盐的强度。Taal火山在2020年1月喷发的二氧化硫远小于过去150年五次热带强火山事件,能否产生显著的全球气候响应,例如触发2020/21年的厄尔尼诺并导致冬季欧亚大陆的增暖,取决于其后续潜在喷发能否超过火山爆发指数(VEI)3的强度,以及人们对火山气候效应认识的准确性。

  论文链接

  图:《大气科学进展》2020年第7期封面。封面背景是一次强烈的火山喷发,喷发出大量的火山灰等气体进入对流层以及平流层,SO2以及H2S气体和水蒸气作用产生H2SO4硫酸盐气溶胶,能够反射部分太阳短波辐射,削弱进入到地表的辐射,造成冷却效应,并在地表气温表现为厄尔尼诺以及欧亚大陆增暖的现象。

打印 责任编辑:叶瑞优

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