今年1月南太平洋島國湯加的洪阿哈阿帕伊島海底火山的劇烈噴發，引起了公眾的關注，“火山噴發帶來無夏之年”“全球氣溫下降”等各種說法也擴散開來。

那么，這次湯加火山噴發到底會給全球氣候帶來什么影響？南半球的火山噴發對北半球的氣候影響大嗎？近日，中國科學院大氣物理研究所周天軍研究團隊，從類比歷史上大型火山噴發的角度，對上述問題進行估算并給出了定量預測，相關研究成果發表在《大氣科學進展》雜志上。這里我們約請研究者滿文敏、左萌、周天軍來介紹一下相關的科學問題。

火山噴發會將大量的火山灰、二氧化硫和硫化氫這些氣體輸送到大氣中，但是火山噴發影響氣候并不是通過火山灰，因為火山灰是比較大的顆粒，這些礦物顆粒物質會在火山噴發點周圍逐漸沉降。真正影響氣候的是含硫氣體，火山噴發會將含硫氣體噴入平流層，這些酸性氣體被氧化成硫酸鹽氣溶膠，隨大氣環流在全球范圍進行擴散，基本上幾個月之內就會在全球范圍內擴散均勻。在平流層生命周期可達數年，通過阻擋太陽輻射，產生一個“陽傘效應”，幫助地球將更多的陽光反射出去，使地表冷卻。

需要注意的是，這個因果關系若成立，還必須考慮一個重要因素——“量級”。火山噴發能否影響氣候和進入平流層的硫酸鹽量有關。自1950年以來有3次大規模低緯度火山噴發，1963年阿貢火山噴發約800萬噸二氧化硫進入平流層，1982年埃爾奇瓊火山噴發約700萬噸二氧化硫進入平流層，而1991年皮納圖博火山噴發，約2000萬噸二氧化硫進入平流層，這三次火山噴發均造成了之后1-2年的全球氣候異常。

除了帶來全球溫度降低，火山噴發還能夠給全球很多地區帶來顯著的降雨變化。在歷史上，多次高強度大范圍干旱事件均與火山噴發存在聯系。火山噴發后，由于地表溫度降低，造成水汽減少，因此從全球平均來看，降雨是減少的。研究表明，包括亞澳季風區、美洲季風區和非洲季風區在內的全球季風區，在火山噴發后的1-2年之內，都會產生不同程度的降水減少，中國東部、北部以及印度北部的干旱事件增多。

目前評估火山噴發強度一般用火山噴發指數（VEI）來衡量，共分0-8級，數值越大，火山噴發越強。

強火山噴發會對地球氣候、生態系統和生物多樣性構成威脅。地球歷史上發生過多次生物大滅絕，比如2億年前的三疊紀-侏羅紀之交大滅絕、6500萬年前的恐龍滅絕等，火山噴發可能是導致生物大滅絕的一個重要因素。大規模的火山噴發可能引起大環境氣候變化，或者釋放出有毒物質污染了水源，導致大量生物滅絕。

距今約7.5萬年前印度尼西亞蘇門答臘島的托巴湖發生超級火山噴發，強度為VEI指數的8級，釋放的能量達到1200億噸的烈性炸藥量。超強火山噴發對氣候造成了嚴重影響，使得大量動植物死亡，世界人口大為減少，人類演化幾乎到了滅絕的邊緣。

值得指出的是，火山雖然給全球氣候和生態系統帶來危害，但是長期來看，它作為自然界的組成部分，沒有好壞之分。地球現在的樣子就是地質活動的結果，沒有地質活動，就沒有高山、大海，沒有豐富多彩的地形地貌。

火山噴發后的全球降溫程度和火山噴發強度成正比。1815年發生在印度尼西亞的坦博拉火山噴發，是過去千年最大的火山活動之一，VEI等級達到了7級。這次火山噴發造成了約71000人死亡，其中11000-12000人的死亡是直接因為火山噴發造成的，其余人則是死于火山造成的饑荒和疾病。

這次火山的影響遍及全球，火山噴發后的次年即1816年非常冷，歐洲、北美歷史上稱這一年為無夏之年或者饑荒之年。當年6 月，紐約地區依然有降雪；7月和8月，在賓夕法尼亞州西北地區湖里和河里依然有冰塊；8月20日和21日，南至弗吉尼亞州依然有霜凍的報道。歐洲的低溫、暴雨也讓農作物大面積減產。同年我國史書上記錄中國出現了嘉慶饑荒，南方多地出現異常雨雪天氣，如農歷七月，安徽、江西出現飛雪，臺灣新竹冰堅寸余；農歷八月，云南天氣忽然寒冷如冬。

不同緯度的火山噴發對氣候影響不同

通過我們的研究發現，歷史上火山噴發的強度、位置因素，分別會對影響氣候起到很關鍵的作用。具體表現如下：

研究人員發現，不同緯度的火山噴發會對氣候造成不同的影響。研究人員基于目前可公開獲取的重建降水記錄、多套觀測資料以及氣候模式模擬試驗，揭示出南、北火山噴發會導致位于同一半球的季風區降水減少，而另一半球季風區降水增加；熱帶火山噴發導致全球季風區降水均減少。

為什么會這樣？具體來講，火山噴發導致位于同一半球的季風區降水減少以及熱帶火山噴發后全球季風區降水的減少，主要歸因于海陸熱力對比減弱導致的季風環流減弱和水汽減少。而火山噴發導致另一半球季風區降水增加，是由半球間溫差變化引起的，具體表現為火山噴發后南北半球溫度對比發生了變化，導致低層風發生改變，從火山噴發所在半球吹向另一半球的風增強，將熱帶地區暖濕空氣帶到另一半球季風區，導致降水增加。

在此基礎上我們進一步發現，位于不同緯度的火山噴發后，次年均對應著全球干旱區降水的增加。全球陸地區域按照降水多少可以大致劃分為季風區和干旱區，簡單地說，如果熱帶火山噴發導致季風區降雨減少，那么水汽凝結為降雨釋放的熱量就會減少，這一熱量的減少會導致大氣中波動的異常活動，最終通過與高空氣流的相互作用，共同導致干旱區出現異常的上升運動，這一上升運動帶著水汽上升，最終凝結成雨，導致干旱區降雨增加。

通過這種分析，我們定量預測了這次湯加火山噴發可能對全球氣候帶來的影響。

我們對歷史上火山噴發的研究表明，南半球的火山噴發產生的硫酸鹽氣溶膠主要局限在南半球，因此對南半球的溫度影響較大，對北半球溫度的影響幅度較小。除了對溫度的直接影響之外，火山噴發也會通過調整大氣環流進而影響全球氣候。研究發現南半球的火山噴發可以通過改變南北半球的溫度梯度，進而改變越赤道氣流，導致北半球季風區的降水增加，同時使得南半球的季風降水減少。

在南半球湯加火山噴發之后，有學者基于簡化的輻射平衡模型估算得出在湯加火山噴發后的未來1-2年，全球平均地表氣溫將下降約0.03℃至0.1℃。

而中科院大氣所周天軍研究員團隊，在系統理解歷史火山噴發對氣候影響的基礎之上，使用基于氣候系統模式的過去千年氣候模擬試驗數據，發現火山噴發后次年地表冷卻的幅度與火山的強度之間存在顯著的準線性關系，且該模式能夠較好地再現火山噴發后的降溫幅度和空間分布。研究人員進一步將氣候模擬中歷史上大型南半球火山噴發對地表溫度的影響通過比例因子推算到湯加火山噴發的強度上，估算得出湯加火山噴發后次年全球平均地表溫度僅下降0.004℃，這一幅度處于氣候系統內部變率的范疇之內。其中澳大利亞和南美洲部分地區降溫超過0.01℃，中國大部分地區的降溫在0.01℃以內。

結果表明，目前湯加火山的噴發不足以對全球氣候產生顯著影響，更不會影響全球變暖的趨勢。需要指出的是，從歷史上看火山的噴發在時間上會有一定持續性，這次湯加火山的最終氣候影響有多大，還需要密切監測其未來的活動態勢。

此外，當前的氣候模式雖然普遍能夠刻畫火山噴發后短期內的影響，例如氣溫降低和水循環減弱，但在模擬其長期氣候效應以及對海溫的影響等方面仍存在挑戰。氣候學家將在探索中改進氣候模式，更好地預測我國以及全球氣候受火山噴發的影響。（記者 王鴻良）

關鍵詞： 火山噴發 全球氣候 降水增加