上周，華北地區尤其是北京的洪水，引發了全國群眾的關注。很多人都想弄清楚，原本以天幹物燥著稱的北京，怎麼突然就成了一片澤國。
當然，熟悉華北氣候的人知道，這裡夏季暴雨本身并不罕見。但今年的暴雨強度，确實可以說破天荒了。河北邢台有氣象站記錄到了累計降水量 1003 毫米的極強降雨，相當于三天内下了兩年的雨；北京也有兩個氣象站的累計降水突破 700 毫米。加上早些時候屢破 40℃ 的高溫，可以說，過去幾個月裡極端天氣盡顯無遺。
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火山噴發與極端天氣
為何今年夏天如此極端？長期的根本原因當然是人類活動疊加自然變化引發的氣候變化，而今年的厄爾尼諾又讓這一趨勢變本加厲。不過除此之外，也有研究者在探索第三個因素帶來的影響，比如 2022 年 1 月的東加海底火山噴發。
東加火山爆發衛星圖，圖檔來源：Wikipedia
火山給人的第一印象當然是熱。但其實，普通火山直接噴發出的熱量很小，對全球氣候毫無影響。氣候學家關注的是火山的另一個側面：它所噴發出的氣體會影響大氣層，進而改變地球從太陽吸收熱量的水準。
正常情況下，火山對氣候的最大影響來自硫。火山噴發會将大量物質投入高層大氣，火山灰之類的物質會在幾星期之内落回地面，但是二氧化硫和硫化氫則不同。它們會在平流層裡發生化學反應，變成氣溶膠狀态的硫酸。這些硫酸所在的位置實在是太高了，不會直接變成酸雨落回地面，而是會一直飄蕩在平流層裡，環繞全球，持續數年之久。這些硫酸反射陽光的效果極其強烈，這會極大減少地球從太陽得到的熱量。
是以，在一般情況下，火山噴發的結果應該是全球降溫。曆史上有一些著名的火山爆發導緻明顯降溫的案例，俗稱“火山冬天”。如 1991 年菲律賓皮納圖博火山爆發，令接下來兩年裡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和 1815 年印尼坦博拉火山的爆發疊加令 1816 年北半球最高溫度降低 1.7℃，造成了著名的“無夏之年”。氣候模型認為 74000 年前多峇超級火山的爆發可能導緻了全球 2.3℃~4.1℃ 的降溫，并可能極大影響了當時古人類的生存。
在這裡需要特别強調一下，雖然火山噴發在紙面上可以減緩全球變暖趨勢，但這種劇烈擾動很容易引發局部地區的氣候異常，可能加劇極端天氣，而且其降溫效果也并不長久，是以總體來說未必是好事。
接下來就要聊到今天的主角了：2022 年 1 月 15 日，太平洋島國東加境内的洪阿東加-洪阿哈阿帕伊島附近的海底，發生了一次強烈的火山爆發。這可能是 21 世紀迄今為止最大的火山噴發。這次火山和正常狀态有一點不一樣：它噴出的硫很少，水蒸氣卻異常多。
東加火山爆發噴出的氣體，圖檔來源：Wikimedia
水蒸氣也是對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。實際上，水蒸氣才是大氣層裡含量最多的溫室氣體。隻不過，絕大部分水蒸氣都停留在對流層裡，升上去幾天之内就會變成降水落回地面，很難向更高處爬升——這一點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。是以，水蒸氣通常不是氣候變化的直接推動者，隻有當其他溫室氣體改變了大氣特征之後，水蒸氣才會通過回報作用增加升溫效果。
但這隻是通常情況。東加火山的噴發，直接把海量的水蒸氣投入了更高的平流層，進入這裡的水蒸氣就沒那麼容易落回地面了。據估計，這次噴發共向平流層排放了 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，隻有少得可憐的 42 萬噸，相當于皮納圖博火山的 2%。這些水并不會直接導緻地表的降水增加，但是它作為溫室氣體，可以間接對氣候産生種種影響。
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東加火山剛剛噴發時，這些水汽還集中于噴發點附近。如今，噴發已經過去了一年多，額外的水蒸氣已經擴散到全球，尤其南北半球的中高緯地區受影響最大。是以，它的影響延後了一年才真正表現出來。
火山噴發對氣候有什麼影響？
2023 年初，《自然-氣候變化》的一篇論文對此進行了大緻的估算。研究者認為，東加火山噴出的水和硫折算之後是水占據了絕對優勢，導緻了全球均溫升高 0.035℃。這個數字不是特别大，還可以算作氣候系統裡正常波動範圍之内，但也足以讓接下來 5 年均溫異常偏高超 1.5℃ 的機率增加 7% 了。
不過這隻是大緻的全球性估算，沒有考慮這些水蒸氣具體的空間分布，也沒有考慮它會如何影響天氣。如果限定在某個區域内，它所造成影響完全可能遠遠大于此數。而且，這種平流層水含量急劇增加的場景，之前先例很少，研究相當缺乏。是以我們不清楚這些額外水蒸氣的影響會持續多久，或許是幾年甚至幾十年。
當然，就研究本身而言，讨論的是東加火山與全球氣候變化本身之間的關系。但如果将氣候變化陸陸續續帶給我們的種種變化——包括具體的台風肆虐與洪澇災害，我們也許可以更深刻地了解全球氣候變化本身會給人類社會帶來的巨大風險。
以大尺度而言，東加火山爆發并非什麼特别巨大的事件。但是，随着氣候的基準值逐漸趨向極端化，原本正常範圍内的波動也會越來越容易産生極端後果。無論這次火山噴發的實際效果如何，未來的類似事件幾乎肯定會越來越多，越來越嚴重。
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
作者丨範崗 科普作者
稽核丨信欣 中國氣象局進階工程師