火山爆发抑制印度洋厄尔尼诺事件长达8年

拓牛李强

基于火山作用力(a)和所有来自火山、太阳能、土地利用、温室气体和地球轨道波动的作用力(b)模拟的喷发后平均海面温度变化。鸣谢:老虎和乌门霍弗2023。

（）据美国物理学家组织网（汉娜·伯德）：发表在《地球物理研究快报》上的新研究表明，热带地区(赤道南纬23度)的火山爆发与过去100万年印度洋全球气候周期的突然中断有关。厄尔尼诺南方涛动(ENSO)和印度洋偶极子(IOD)是海洋-大气气候相互作用，在恢复到爆发前的基线水平之前被发现中断了近十年，并且这种影响随着爆发强度的增加而增加。

IOD的发生是由于海洋表面温度的东西对比，东印度洋的温度比正常温度低，而西印度洋的温度比正常温度高。在积极阶段，这导致邻近地区的温度、降水和风力模式发生相当大的变化，洪水通常发生在东非，干旱发生在东亚和澳大利亚。在负IOD阶段，这些条件发生逆转。

来自美国麻省理工学院和伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)海洋学/应用海洋科学与工程联合项目的Benjamin Tiger和同样来自WHOI的Caroline Ummenhofer博士使用社区地球系统模型“上一个千年系综”( CESM-LME)和一些最大的历史火山爆发的输入数据进行模拟，包括Samalas (1258年)、Kuwae (1452年)、Tambora (1815年)、Huaynaputina (1600年)和Pinatubo (1991年)。

他们确定，热带地区的强烈火山爆发会在爆发年内引发负IOD，随后在第二年引发正IOD，这种影响足以抵消火山爆发后在热带地区观察到的总体降温趋势。这些正的和负的IOD异常在火山爆发后持续7-8年，直到信号恢复到爆发前的状态。

这种模式进一步受到另一个同时发生的气候周期阶段的影响，即十年间太平洋涛动(IPO ),它持续20-30年，发生在横跨两个半球的更大区域。在正位相期间，热带太平洋较暖，北部地区较冷，在负位相期间则相反。

研究人员发现，负IPO阶段导致更强的负IOD，正IPO/IOD也是如此，这使得IPO期间热带太平洋海面温度对初始IOD响应的强度产生了关键影响。



20°C等温线在正(a)和负(b) IPO条件模型中存在的深度，其中正深度值表示等温线加深，负a表示变浅。鸣谢:老虎和乌门霍弗2023。

与此同时，ENSO振荡(太平洋海面温度变化高达3°C并导致气候变化)对应于大型热带火山爆发后的厄尔尼诺变暖，特别是在火山爆发后第一年的北半球冬季月份(12月至2月),此后主要是拉尼娜现象。

这可能是因为非洲和印度洋的陆地和海洋之间的温度梯度增强，影响了西风贸易风，以及东太平洋上涌的冷水区域。Tiger和Ummenhofer博士还发现，ENSO反应比阳性IOD反应滞后2个月。与此同时，模拟确定了爆发后3-5年内与强拉尼娜条件相一致的负IOD。

另一个影响海面温度以及气候反应的因素是印度洋和太平洋中的温跃层深度(一个突变的温度梯度)。在正IPO条件下发生的喷发在印度-太平洋暖池区具有较浅的温跃层，在西印度洋和东太平洋具有较深的温跃层，反之亦然。

在前一种情况下，东印度洋的温跃层变浅，削弱了海面温度梯度，因此中和了爆发后的IOD。然而，对于后一种温跃层条件，海面温度梯度加强，这为印度洋海盆爆发后更强的负IPO事件提供了先决条件。这些影响在事件发生后的第一年最为显著，之后逐渐减弱。

同样重要的是要注意火山爆发的时间，发生在北方春季(3月至5月)的火山爆发最有可能影响同年IOD/ENSO的反应，而晚些时候发生的火山爆发可能会产生延迟或更中和的气候影响。

除了影响气候之外，火山爆发释放的气溶胶还会影响全球辐射力，即太阳辐射的平衡。这导致了持续数月或数年的喷发后大气冷却，因此为了抵消温度降低的影响，IOD/ENSO上的作用力必须很强。

这些发现对于火山爆发易发地区进行风险评估和为由此产生的极端气候事件做准备非常重要，有可能帮助减轻对环境和当地社区的一些影响。