北方的暴雨洪水，竟然和去年湯加火山噴發(fā)有關(guān)？

上周，華北地區(qū)尤其是北京的洪水，引發(fā)了全國(guó)民眾的關(guān)注。很多人都想弄清楚，原本以天干物燥著稱的北京，怎么突然就成了一片澤國(guó)。

當(dāng)然，熟悉華北氣候的人知道，這里夏季暴雨本身并不罕見。但今年的暴雨強(qiáng)度，確實(shí)可以說(shuō)破天荒了。河北邢臺(tái)有氣象站記錄到了累計(jì)降水量 1003 毫米的極強(qiáng)降雨，相當(dāng)于三天內(nèi)下了兩年的雨；北京也有兩個(gè)氣象站的累計(jì)降水突破 700 毫米。加上早些時(shí)候?qū)移?40℃ 的高溫，可以說(shuō)，過(guò)去幾個(gè)月里極端天氣盡顯無(wú)遺。

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火山噴發(fā)與極端天氣

為何今年夏天如此極端？長(zhǎng)期的根本原因當(dāng)然是人類活動(dòng)疊加自然變化引發(fā)的氣候變化，而今年的厄爾尼諾又讓這一趨勢(shì)變本加厲。不過(guò)除此之外，也有研究者在探索第三個(gè)因素帶來(lái)的影響，比如 2022 年 1 月的湯加海底火山噴發(fā)。

湯加火山爆發(fā)衛(wèi)星圖，圖片來(lái)源：Wikipedia

火山給人的第一印象當(dāng)然是熱。但其實(shí)，普通火山直接噴發(fā)出的熱量很小，對(duì)全球氣候毫無(wú)影響。氣候?qū)W家關(guān)注的是火山的另一個(gè)側(cè)面：它所噴發(fā)出的氣體會(huì)影響大氣層，從而改變地球從太陽(yáng)吸收熱量的水平。

正常情況下，火山對(duì)氣候的最大影響來(lái)自硫。火山噴發(fā)會(huì)將大量物質(zhì)投入高層大氣，火山灰之類的物質(zhì)會(huì)在幾星期之內(nèi)落回地面，但是二氧化硫和硫化氫則不同。它們會(huì)在平流層里發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成氣溶膠狀態(tài)的硫酸。這些硫酸所在的位置實(shí)在是太高了，不會(huì)直接變成酸雨落回地面，而是會(huì)一直飄蕩在平流層里，環(huán)繞全球，持續(xù)數(shù)年之久。這些硫酸反射陽(yáng)光的效果極其強(qiáng)烈，這會(huì)極大減少地球從太陽(yáng)得到的熱量。

所以，在一般情況下，火山噴發(fā)的結(jié)果應(yīng)該是全球降溫。歷史上有一些著名的火山爆發(fā)導(dǎo)致明顯降溫的案例，俗稱“火山冬天”。如 1991 年菲律賓皮納圖博火山爆發(fā)，令接下來(lái)兩年里北半球最高溫度降低了 0.5℃，而 1808 年的一座未知火山的爆發(fā)和 1815 年印尼坦博拉火山的爆發(fā)疊加令 1816 年北半球最高溫度降低 1.7℃，造成了著名的“無(wú)夏之年”。氣候模型認(rèn)為 74000 年前多峇超級(jí)火山的爆發(fā)可能導(dǎo)致了全球 2.3℃~4.1℃ 的降溫，并可能極大影響了當(dāng)時(shí)古人類的生存。

在這里需要特別強(qiáng)調(diào)一下，雖然火山噴發(fā)在紙面上可以減緩全球變暖趨勢(shì)，但這種劇烈擾動(dòng)很容易引發(fā)局部地區(qū)的氣候異常，可能加劇極端天氣，而且其降溫效果也并不長(zhǎng)久，所以總體來(lái)說(shuō)未必是好事。

接下來(lái)就要聊到今天的主角了：2022 年 1 月 15 日，太平洋島國(guó)湯加境內(nèi)的洪阿湯加-洪阿哈阿帕伊島附近的海底，發(fā)生了一次強(qiáng)烈的火山爆發(fā)。這可能是 21 世紀(jì)迄今為止最大的火山噴發(fā)。這次火山和正常狀態(tài)有一點(diǎn)不一樣：它噴出的硫很少，水蒸氣卻異常多。

湯加火山爆發(fā)噴出的氣體，圖片來(lái)源：Wikimedia

水蒸氣也是對(duì)氣候有重大影響的氣體，但它和硫的效果相反，不是降溫，而是升溫。實(shí)際上，水蒸氣才是大氣層里含量最多的溫室氣體。只不過(guò)，絕大部分水蒸氣都停留在對(duì)流層里，升上去幾天之內(nèi)就會(huì)變成降水落回地面，很難向更高處爬升——這一點(diǎn)和二氧化碳那種能停留幾十年幾百年的溫室氣體截然不同。所以，水蒸氣通常不是氣候變化的直接推動(dòng)者，只有當(dāng)其他溫室氣體改變了大氣特征之后，水蒸氣才會(huì)通過(guò)反饋?zhàn)饔迷黾由郎匦Ч?/p>

但這只是通常情況。湯加火山的噴發(fā)，直接把海量的水蒸氣投入了更高的平流層，進(jìn)入這里的水蒸氣就沒那么容易落回地面了。據(jù)估計(jì)，這次噴發(fā)共向平流層排放了 1.46 億噸的水，直接令全球平流層的水含量增加了 10%~15%。相比之下，它向平流層噴射的硫氧化物，只有少得可憐的 42 萬(wàn)噸，相當(dāng)于皮納圖博火山的 2%。這些水并不會(huì)直接導(dǎo)致地表的降水增加，但是它作為溫室氣體，可以間接對(duì)氣候產(chǎn)生種種影響。

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湯加火山剛剛噴發(fā)時(shí)，這些水汽還集中于噴發(fā)點(diǎn)附近。如今，噴發(fā)已經(jīng)過(guò)去了一年多，額外的水蒸氣已經(jīng)擴(kuò)散到全球，尤其南北半球的中高緯地區(qū)受影響最大。所以，它的影響延后了一年才真正表現(xiàn)出來(lái)。

火山噴發(fā)對(duì)氣候有什么影響？

2023 年初，《自然-氣候變化》的一篇論文對(duì)此進(jìn)行了大致的估算。研究者認(rèn)為，湯加火山噴出的水和硫折算之后是水占據(jù)了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致了全球均溫升高 0.035℃。這個(gè)數(shù)字不是特別大，還可以算作氣候系統(tǒng)里正常波動(dòng)范圍之內(nèi)，但也足以讓接下來(lái) 5 年均溫異常偏高超 1.5℃ 的概率增加 7% 了。

不過(guò)這只是大致的全球性估算，沒有考慮這些水蒸氣具體的空間分布，也沒有考慮它會(huì)如何影響天氣。如果限定在某個(gè)區(qū)域內(nèi)，它所造成影響完全可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此數(shù)。而且，這種平流層水含量急劇增加的場(chǎng)景，之前先例很少，研究相當(dāng)缺乏。所以我們不清楚這些額外水蒸氣的影響會(huì)持續(xù)多久，或許是幾年甚至幾十年。

當(dāng)然，就研究本身而言，討論的是湯加火山與全球氣候變化本身之間的關(guān)系。但如果將氣候變化陸陸續(xù)續(xù)帶給我們的種種變化——包括具體的臺(tái)風(fēng)肆虐與洪澇災(zāi)害，我們也許可以更深刻地理解全球氣候變化本身會(huì)給人類社會(huì)帶來(lái)的巨大風(fēng)險(xiǎn)。

以大尺度而言，湯加火山爆發(fā)并非什么特別巨大的事件。但是，隨著氣候的基準(zhǔn)值逐漸趨向極端化，原本正常范圍內(nèi)的波動(dòng)也會(huì)越來(lái)越容易產(chǎn)生極端后果。無(wú)論這次火山噴發(fā)的實(shí)際效果如何，未來(lái)的類似事件幾乎肯定會(huì)越來(lái)越多，越來(lái)越嚴(yán)重。

參考資料

[1] Tonga eruption increases chance of temporary surface temperature anomaly above 1.5 °C

[2] 10.1038/s41558-022-01568-2

[3] https://www.nature.com/articles/s41558-022-01568-2

策劃制作

作者丨范崗 科普作者

審核丨信欣 中國(guó)氣象局高級(jí)工程師

策劃丨徐來(lái)

責(zé)編丨崔瀛昊

本文部分圖片來(lái)自版權(quán)圖庫(kù)

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