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  技�(shù)研究
火山與野火,正在給平流層“加濕�
日期�2026.07.07 資訊來源:網(wǎng)�(luò)來源 瀏覽人次�174

 

如果告訴�,十幾公里高空之�、含�?jī)H為空氣百萬分之幾的水�,能影響全球變暖的節(jié)奏,甚至左右臭氧層修�(fù)的�(jìn)�,你�(huì)不會(huì)覺得難以置信�

7�1日晚,《自然》在線刊�(fā)了暨南大�(xué)�(lián)合蘭州大�(xué)、中�(guó)科學(xué)院大氣物理研究所、美�(guó)�(guó)家大氣研究中�、美�(guó)�(guó)家海洋和大氣管理局、美�(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校等�(jī)�(gòu)的最新成果。研究團(tuán)�(duì)首次在真�(shí)大氣觀�(cè)中系�(tǒng)�(shí)別出中等�(guī)?;鹕絿姲l(fā)和極端野火導(dǎo)致平流層水汽增加的共同信�(hào)�

俞鵬飛教授作�(bào)告。受訪者供�,下�

“我們驗(yàn)證的核心�(jié)論是:火山噴�(fā)和極端野火產(chǎn)生的氣溶膠,能夠在真�(shí)大氣中增加平流層水汽�”暨南大學(xué)教授俞鵬飛對(duì)《中�(guó)科學(xué)�(bào)》表�,該研究填補(bǔ)了平流層水汽研究中長(zhǎng)期存在的“觀�(cè)-模式鴻溝”。定量評(píng)估發(fā)�(xiàn)�2005年以來,中等�(guī)?;鹕胶蜆O端野火貢�(xiàn)了平流層水汽上升趨勢(shì)超過三分之一,貢�(xiàn)量與地表變暖相當(dāng)�

記者獲�,該研究歷時(shí)近兩年完�,第一署名單位為暨南大�(xué),蘭州大�(xué)博士彭藝峰在訪問暨南大學(xué)期間參與完成該研究并�(dān)任第一作�,俞鵬飛為論文通訊作��

看不見的平流層水�,為何重�

平流層水汽對(duì)大多�(shù)人來說是�(gè)陌生概念——它既不像�(tái)�(fēng)、暴雨那樣出�(xiàn)在天氣預(yù)�(bào)�,也不像二氧化碳那樣被公眾熟�。但在氣候系�(tǒng)�,這�(gè)高空變量扮演著不可小覷的角色�

水汽本身就是大氣中最重要、含量最豐富的溫室氣體之一。單�(gè)水汽分子的增暖效�(yīng)約為二氧化碳分子�6�,因此即使平流層水汽含量很少,其變化也能顯著影響地球變暖速率�

美國(guó)科學(xué)院院士Susan Solomon等人的研究曾指出�2000年前后平流層水汽突然下降�10%,其抵消的增溫效�(yīng)相當(dāng)�2000-2009年間溫室氣體所致變暖的四分之一。平流層水汽的細(xì)微波�(dòng),足以撬�(dòng)全球氣候評(píng)估的天平�

與此同時(shí),平流層也是臭氧層所在的大氣區(qū)域。水汽參與平流層臭氧化學(xué)過程,�(jìn)而影響臭氧層變化和臭氧洞恢復(fù)�(píng)估。因�,弄清楚平流層水汽為何變化、由哪些因素控制,不僅是一�(gè)高空大氣的基�(chǔ)科學(xué)問題,更�(guān)系到氣候預(yù)�(cè)、輻射強(qiáng)迫評(píng)估和臭氧恢復(fù)�(yù)估的可靠��

“我們研究的突破,來自研究思路的轉(zhuǎn)��”彭藝峰對(duì)《中�(guó)科學(xué)�(bào)》說。過�,科�(xué)界多嘗試從單次大型火山噴�(fā)中尋找平流層水汽增加的證�(jù),但真實(shí)大氣中自然變率很�(qiáng),單次事件的水汽信號(hào)很容易被其他過程掩蓋�

要理解這一問題,先要認(rèn)�(shí)熱帶�(duì)流層�——水汽�(jìn)入平流層�“必經(jīng)之門”,常被稱�“冷阱”�“閥門”。溫度較低時(shí),水汽更容易凝結(jié)并被阻擋在平流層之外;一旦這一區(qū)域被加熱,更多水汽便可能穿過�(guān)口�(jìn)入平流層。氣候模式長(zhǎng)期顯�,火山噴�(fā)和極端野火產(chǎn)生的氣溶膠可以加熱熱帶對(duì)流層�,從而促使平流層水汽增加�“氣溶膠增�-�(duì)流層頂升�-平流層水汽增�”這一物理鏈條,在氣候模式中已相�(dāng)清晰�

然�,在真實(shí)大氣觀�(cè)�,這一過程�(zhǎng)期缺乏直接證�(jù)。過去人們通常�(rèn)�,如果火山噴�(fā)能造成明顯的平流層增濕,大型火山應(yīng)�(dāng)最容易被觀�(cè)�。但令人困惑的是,即便是1991年皮納圖博火山這樣的大型噴�(fā),觀�(cè)中也未能清晰�(shí)別出火山�(dǎo)致平流層水汽增加的信�(hào)。長(zhǎng)期以�,科�(xué)界因此難以判斷:模式中清晰呈�(xiàn)的過�,究竟是真實(shí)大氣中的物理�(jī)�,還是模式里的理想化�(jié)��

造成這一“觀�(cè)-模式鴻溝”的重要原因在�,真�(shí)大氣并非理想�(shí)�(yàn)室。平流層水汽同時(shí)受地表變�、厄爾尼�、熱帶準(zhǔn)兩年振蕩、太陽活�(dòng)和大氣內(nèi)部動(dòng)力變化等多種因素影響,火山或野火引起的水汽響�(yīng)信號(hào)如同微弱的耳語混在嘈雜的集市中,很難被單獨(dú)分辨出來。�2005年至今,可靠的衛(wèi)星觀�(cè)記錄仍然有限,�(jìn)一步增加了�(shí)別難��

間歇性事�,也有長(zhǎng)期積累效�(yīng)

研究�(tuán)�(duì)注意到一�(gè)�(guān)鍵細(xì)節(jié):中等規(guī)?;鹕讲⒎?ldquo;大型火山的縮小版”。一方面�2005年以來衛(wèi)星觀�(cè)精度明顯提高,為�(shí)別平流層水汽、氣溶膠和熱帶對(duì)流層頂溫度變化提供了更可靠的�(shù)�(jù)基礎(chǔ);另一方面,中等規(guī)?;鹕诫m然釋放的氣溶膠總量少于大型火�,但其氣溶膠往往更集中在熱帶�(duì)流層頂附�——而這里正是水汽�(jìn)入平流層的咽喉要�。這意味著,中等規(guī)?;鹕皆斐善搅鲗釉鰸竦男士赡懿⒉�?�

俞鵬飛(右一)教授、彭藝峰(左一)博士等合影�

基于這一�(rèn)�(shí),團(tuán)�(duì)�2005-2021年間多次中等�(guī)?;鹕絿姲l(fā)和極端野火事件綜合起�,利用衛(wèi)星觀�(cè)資料追蹤事件前后平流層水�、氣溶膠和熱帶對(duì)流層頂溫度的變化。通俗地說,這就像在嘈雜�(huán)境中尋找一段微弱旋�——單獨(dú)聽一次可能模糊不�,但把多次相似片段疊加起�,隨�(jī)噪聲�(huì)部分抵消,共同信�(hào)就會(huì)顯現(xiàn)�

研究人員指出,該研究最大難�(diǎn)正是如何從復(fù)雜自然變率中分離出火山和野火的影響。團(tuán)�(duì)通過多事件合成分析和�(tǒng)�(jì)方法,使不同樣本中的自然變率影響盡量保持一致,從而在真實(shí)大氣這�(gè)無法人為控制的系�(tǒng)�,盡可能接近“控制變量”的效��

在此基礎(chǔ)�,團(tuán)�(duì)同時(shí)追蹤平流層水�、氣溶膠和溫度變化,檢驗(yàn)觀�(cè)�(jié)果是否符�“氣溶膠增�-�(duì)流層頂升�-平流層水汽增�”的完整物理鏈��

最�,研究團(tuán)�(duì)在復(fù)雜自然變率中�(shí)別出了火山和極端野火事件�(dǎo)致平流層增濕的共�“指紋”——這是科學(xué)界首次在真實(shí)大氣觀�(cè)中系�(tǒng)證實(shí)這一�(zhǎng)期存在于氣候模式中的物理過��

“該研究的重要突破不僅在于證明了火山和野火能夠增加平流層水�,更在于揭示了這一影響的量�(jí)�”俞鵬飛對(duì)《中�(guó)科學(xué)�(bào)》說�

研究�(fā)�(xiàn)�2005年以�,中等規(guī)模火山噴�(fā)和極端野火共同解釋了觀�(cè)到的平流層水汽上升趨�(shì)超過三分之一,貢�(xiàn)量與全球地表變暖相當(dāng)。這表�,火山和野火這類看似短暫、間歇性的氣溶膠增加事�,也能夠在年代際尺度上系�(tǒng)影響平流層大氣濕��

更值得注意的是,研究還�(fā)�(xiàn)極端野火為平流層水汽提供了一條過去未被充分認(rèn)�(shí)的新通道。以往研究通常�(rèn)為水汽主要經(jīng)由熱帶對(duì)流層頂�(jìn)入平流層;而本研究�(fā)�(xiàn),發(fā)生在中緯度地區(qū)的極端野火可通過煙羽“自抬�”過程,將水汽和顆粒物直接輸送到平流層中。換言�,極端野火不僅能通過改變熱帶“閥門”影響平流層水�,還能從中緯度開辟一條�(jìn)入平流層的新通道�

這種累積效應(yīng)不可小覷�2005-2021年間,中等規(guī)?;鹕絿姲l(fā)和極端野火共同增加的平流層水汽總量,�2022年湯加火山噴�(fā)直接注入平流層的水汽量相�(dāng)。湯加火山因向平流層注入大量水汽而受到廣泛關(guān)�;而這項(xiàng)研究提示,即使沒有類似湯加這樣罕見而劇烈的單次事件,多次中等規(guī)模事件的累積效應(yīng)同樣可以�(dá)到相�(dāng)可觀的量�(jí)�

�“是否存在”�“貢獻(xiàn)多少”

該研究把此前主要停留在氣候模式中的關(guān)鍵物理過程推�(jìn)到了可觀�(cè)、可量化的新階段。過�,由于缺少觀�(cè)證據(jù),科�(xué)界難以判�“氣溶膠增�-平流層增�”是否真實(shí)存在;如�,觀�(cè)證據(jù)的出�(xiàn)使問題�(jìn)一步轉(zhuǎn)向:氣候模式能否準(zhǔn)確模擬這一過程?如何提高對(duì)火山和野火氣溶膠增濕效應(yīng)的刻畫能��

這些問題的答�,直接關(guān)系到氣候預(yù)�(cè)、輻射強(qiáng)迫評(píng)估和臭氧恢復(fù)研究的可靠性�“過去,人們更容易把火山噴�(fā)�‘遮陽降溫’�(lián)系在一�,把野火與空氣污染、生�(tài)破壞和碳排放�(lián)系在一��”俞鵬飛說�

而該研究給出了一�(gè)新視角:火山和極端野火還可能通過改變平流層水汽這一路徑,影響平流層大氣組成和長(zhǎng)期氣候變�。隨著全球變暖背景下極端野火�(fēng)�(xiǎn)持續(xù)上升,野火導(dǎo)致的平流層增濕過程可能在未來變得更加重要。未來的氣候預(yù)�(cè)和臭氧恢�(fù)�(píng)�,不能只�(guān)注傳�(tǒng)的熱帶�(jìn)入通道和氣溶膠直接輻射效應(yīng),也需要重視火山和極端野火引發(fā)的這一增濕過程�

“該研究也�(duì)平流層氣溶膠地球工程的風(fēng)�(xiǎn)�(píng)估具有啟示意��”俞鵬飛表�,人為向平流層注入氣溶膠雖已被現(xiàn)�(shí)火山案例和氣候模式證�(shí)其降溫有效性,但這項(xiàng)研究也提�,這些氣溶膠同樣可能通過影響平流層水汽和臭氧化學(xué)過程帶來更復(fù)雜的氣候與�(huán)境效�(yīng)。因�,在相關(guān)技�(shù)討論中,有必要充分評(píng)估這些潛在�(fēng)�(xiǎn)�

下一步,研究�(tuán)�(duì)將圍繞一�(gè)核心問題繼續(xù)推�(jìn):過去被忽略的氣溶膠�(dǎo)致平流層增濕的過�,如何影響平流層氣溶膠的演變及其氣�-�(huán)境效�(yīng)。相�(guān)成果將為改�(jìn)氣候模�、完善平流層組成�(yù)�(cè)、評(píng)估極端野火氣候效�(yīng)和臭氧恢�(fù)不確定性提供新的科�(xué)依據(jù)�

從模式到觀�(cè),從“是否存在”�“貢獻(xiàn)多少”,這項(xiàng)研究把平流層水汽變化�(jī)制的�(rèn)�(shí)推�(jìn)了一大步。而它的最終價(jià)�,或許正如俞鵬飛所言�“它讓一�(gè)原本停留在氣候模式中的物理過程有了觀�(cè)依據(jù),也為改�(jìn)氣候預(yù)�(cè)和臭氧恢�(fù)�(píng)估提供了新的科學(xué)支撐�”在高空中默默流淌的水�,正通過火山與野火之�,與地球的未來緊密相連。(來源:中�(guó)科學(xué)�(bào) 朱漢斌)

相關(guān)論文信息�https://doi.org/10.1038/s41586-026-10731-0


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