研究揭示不同緯度火山對太平洋海溫的影響

火山活動是引起全球氣候變化的重要自然因子，在近千年來的氣候變化中起著主導作用。火山爆發後產生的硫酸鹽氣溶膠會進入平流層低層，減少到達地面的太陽短波輻射，產生冷卻作用。自20世紀80年代以來，科學界開始注意到火山爆發與厄爾尼諾現象之間具有緊密的統計關係。厄爾尼諾是氣候內部變率最重要的模態之一，它能夠通過大氣遙相關影響全球氣候。研究火山活動對厄爾尼諾的影響具有重要意義。

近年來，有諸多對模式模擬和重建資料的分析指出火山爆發會改變熱帶太平洋海溫梯度，但其物理原因並不清楚。近日，中國科學院大學、中科院大氣物理研究所博士研究生左萌與其導師、研究員周天軍，第二導師、副研究員滿文敏，通過對氣候模式結果的分析和進行敏感性數值試驗，指出不同緯度的火山會對熱帶太平洋海溫產生不同的影響。研究表明，在北半球和熱帶火山爆發的5至10個月後，赤道太平洋呈El Nino型響應，次年冬季Nino3指數達到峰值。北半球（熱帶）火山爆發造成的暖異常主要集中在赤道中東太平洋（赤道東太平洋）。而南半球火山爆發後，赤道東太平洋的暖海溫異常較弱，且相較其他兩類火山爆發，這一暖海溫提前4個月達到峰值。該研究提出了不同海溫響應火山氣溶膠強迫的機理：在火山爆發後，熱帶輻合帶（ITCZ）的移動導致的信風減弱只適用於解釋北半球火山爆發引起的海溫異常，而通過「海洋動力恆溫機制」觸發的西太平洋西風異常能更好地解釋這三類火山爆發後的不同海溫響應。

該研究使用了多集合成員模擬來研究過去千年火山強迫造成的氣候響應，多集合樣本有助於有效提取火山強迫信號而抑制噪音。該研究分別對三類火山造成不同海溫型的機制提供了合理解釋，這有助於進一步理解不同緯度火山影響熱帶太平洋海溫的不同過程。針對火山爆發對太平洋海溫梯度影響的研究依然面臨模式間結果不確定性大的問題，研究人員表示，這主要來源於模式中用於驅動模式的火山氣溶膠資料強迫場、模式偏差和火山爆發時初始態的不同。為了更好地理解模式不確定性的來源，未來耦合模式比較計劃CMIP6中的火山氣候影響科學計劃VolMIP設計了若干組理想化的火山擾動試驗，可以用來評估耦合模式可以在何種程度上模擬火山強迫下的氣候響應，並找出造成模式間響應差異的原因。

圖1. 不同緯度火山爆發後熱帶太平洋（10°S-10°N）平均海表面溫度（單位：°C）和850hPa風（單位：m/s）異常的空間分布（去除緯向平均後）以及緯向平均海溫的響應。a)、d)，北半球火山；b)、e)，熱帶火山；c)、f)，南半球火山。

圖2.三類火山爆發後熱帶西太平洋和東太平洋海表面溫度隨時間的演變。a)，北半球火山；b)，熱帶火山；c)，南半球火山。

來源：中國科學院大氣物理研究所

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