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火山噴發(fā)具有重要?dú)夂蛐?yīng)，南京師范大學(xué)劉健教授研究團(tuán)隊(duì)基于觀(guān)測(cè)、重建、模擬和同化數(shù)據(jù)，系統(tǒng)地總結(jié)了過(guò)去2000年重大火山噴發(fā)的史實(shí)、對(duì)全球和中國(guó)氣候的影響機(jī)理以及未來(lái)的研究方向。《中國(guó)科學(xué): 地球科學(xué)》中英文版2024年第1期發(fā)文報(bào)道了該成果。

過(guò)去2000年火山活動(dòng)外強(qiáng)迫重建資料顯示：氣候寒冷時(shí)期（公元530?700年、1200?1460年和1600?1840年）均出現(xiàn)在頻繁的重大火山噴發(fā)時(shí)期，而氣候溫暖時(shí)期（公元0?200和900?1100年）均發(fā)生于火山平靜時(shí)期。發(fā)生在公元946年的長(zhǎng)白山火山噴發(fā)是過(guò)去2000年中國(guó)最強(qiáng)的火山噴發(fā)。

研究發(fā)現(xiàn)，重大火山噴發(fā)后幾年內(nèi)，全球和中國(guó)均出現(xiàn)了顯著的降溫，但重建資料顯示的降溫幅度與火山強(qiáng)度并不完全一致（圖1）。然而，氣候模式模擬的降溫與火山強(qiáng)度卻有顯著的線(xiàn)性關(guān)系。在年代際尺度上，當(dāng)有連續(xù)的重大火山噴發(fā)時(shí)，北半球和中國(guó)都出現(xiàn)了年代際尺度的冷事件。重大火山噴發(fā)后第一年全球季風(fēng)降水明顯減少，而中國(guó)長(zhǎng)江流域的降水則異常增加，華北、東北以及青藏高原南部，不同數(shù)據(jù)間存在不一致的響應(yīng)。頻繁的強(qiáng)火山爆發(fā)、火山疊加太陽(yáng)活動(dòng)極小期、氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率疊加火山的作用都會(huì)導(dǎo)致北半球季風(fēng)區(qū)和中國(guó)東部的年代際干旱事件。

圖1 過(guò)去千年全球平均地表溫度變化

(a)重建的全球火山外強(qiáng)迫; (b)重建的地表溫度距平（°C）; (c) 氣候模式模擬的全球年平均地表溫度

研究團(tuán)隊(duì)總結(jié)前人基于樹(shù)輪重建的厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）過(guò)去千年變化情況后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱帶重大火山噴發(fā)后會(huì)出現(xiàn)El Ni?o事件，并在隨后迅速衰退為L(zhǎng)a Ni?a，期間引起了異常的西北太平洋反氣旋，并將水汽輸送到長(zhǎng)江流域；然而，熱帶太平洋中部的珊瑚δ18O記錄則表明，重大火山噴發(fā)并不會(huì)引起顯著的El Ni?o事件，表明重建資料間存在差異性。頻繁的重大火山噴發(fā)可以通過(guò)觸發(fā)北極海冰擴(kuò)張過(guò)程、海氣相互作用及海洋內(nèi)動(dòng)力過(guò)程的變化進(jìn)而影響大西洋多年代際振蕩（AMO）位相變化。ENSO和AMO對(duì)火山的響應(yīng)會(huì)進(jìn)一步影響區(qū)域氣候響應(yīng)的差異，這可能會(huì)造成重建?模擬資料的分歧。

未來(lái)的研究需要加強(qiáng)在火山影響下氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率對(duì)氣候的影響過(guò)程、天氣?季節(jié)內(nèi)尺度變率變化以及氣候突變等方面的深入理解，這依賴(lài)于火山外強(qiáng)迫重建的改進(jìn)、平流層化學(xué)?氣溶膠?氣候模式的發(fā)展、重大火山氣候效應(yīng)的更全面揭示。