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高纬度火山爆发同样可以影响全球气候
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2017-11-16 | 【 【关闭】

  1991Mt Pinatubo15°N, 120°E )火山喷发向大气释放了大量二氧化硫。随后二氧化硫氧化产生的硫酸盐气溶胶弥漫至全球平流层,其整体的降温效应使得全球平均气温在其后的2-3年里降低了1度。之后,全球进入了火山活动相对缓和的阶段。虽然在Mt Pinatubo之后并未出现可与之相匹敌的强烈的火山活动,以Solomon et al (2011)为代表的一系列研究表明,小型的火山喷发仍然使得2000年之后平流层气溶胶持续增多,造成了约–0.1瓦特/平方米/年的辐射强迫,这一趋势大约需要每年1.5–2×104吨硫酸盐气溶胶注入才可维持(Hofmann et al., 2009)。然而以往的研究大多聚焦在热带的火山活动,认为高纬度的火山喷发产生的硫酸盐气溶胶在传输过程中往往会受到Brewer-Dobson高纬度下沉支的压制,难以传输到热带平流层继而通过Brewer-Dobson环流的向极支流传输至全球,因此难以影响全球气候。 

  大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验吴雪博士与德国于利希研究中心超算中心的Lars Hoffmann博士Sabine Griessbach博士合作,利用拉格朗日粒子扩散模式MPTRAC
http://www.fz-juelich.de/ias/jsc/EN/AboutUs/Organisation/ComputationalScience/Simlabs/slcs/software_node.html)结合AIRS二氧化硫及MIPAS气溶胶卫星观测数据,对20096月高纬度火山Sarychev48°N, 153°E )的喷发进行了研究。该研究首先采用AIRS二氧化硫观测与后向轨迹追踪相结合的方法,对Sarychev火山喷发阶段释放的二氧化硫的时空分布进行了反演,然后对释放出的二氧化硫及随后产生的硫酸盐气溶胶进行了追踪。研究发现,由于Sarychev喷发时恰逢东亚夏季风环流增强阶段,当二氧化硫与硫酸盐气溶胶进入到东亚夏季风反气旋附近的上对流层/下平流层区域时(约360–400K等熵面之间),便被反气旋环流夹带着从高纬度传输到赤道附近的对流层顶区域,伴随着Brewer-Dobson环流的热带上升支缓慢进入热带平流层,随后即开始了向两个半球传输的进程,整个传输过程也被MIPAS气溶胶观测所证实。而无法进入热带平流层的硫酸盐气溶胶则会在相对较短的时间内被清除出大气,无法产生深远的气候效应。对Sarychev火山喷发个例的虚拟模拟表明,倘若喷发发生在北半球冬季大气环流背景下,火山喷发产生的二氧化硫与硫酸盐气溶胶将被囿于北半球副热带急流以北,无法进入热带平流层。 

  该研究证明Sarychev所喷发的二氧化硫(1.2 ± 0.2×106吨)中虽然只有少量(约4%)最终可以进入到热带平流层,但是这些二氧化硫所产生的盐酸盐气溶胶(6 ± 1×104吨)几倍于近年来平流层气溶胶的增长趋势(1.5–2×104/年),使热带平流层气溶胶水平高于平均状态长达十个月之久。Sarychev火山喷发并不是近十年来唯一借助中纬度罗斯贝波破碎影响到热带甚至全球平流层的高纬度火山活动,因此高纬度火山喷发对全球气候变化的影响不容忽视。该研究也表明,由于背景环流对火山喷发物传输的至关重要,因此精确反演火山喷发阶段释放二氧化硫的时间和高度分布是随后进行轨迹追踪,评价其气候效应的基础。 

  该成果发表于Atmos. Chem. Phys.杂志。 

  

  1Sarychev火山喷发阶段释放二氧化硫的时间/高度分布。喷发过程自2009612日起持续5天。黑色圆点指示对流层顶位置。 

 

  2:截至2009630(a), 710(b), 720(c), 731(d),位于360–400K等熵面之间的二氧化硫/硫酸盐气团占全部二氧化硫/硫酸盐气团的百分比。该图用于指示二氧化硫/硫酸盐气团借助东亚夏季风反气旋向热带传输。格点尺寸为(经度)×(纬度)。红色等值线为150hPa等压面上14320米位势高度(月平均),通常用于指示东亚夏季风反气旋的传输屏障;黑色等值线为基于位涡梯度计算的7月东亚夏季风反气旋的传输屏障。红色三角形指示Sarychev火山的地理位置。 

  论文链接: 

  https://www.atmos-chem-phys.net/17/13439/2017/acp-17-13439-2017.html  

  Wu Xue, Griessbach Sabine, and Hoffmann Lars, 2017: Equatorward dispersion of a high-latitude volcanic plume and its relation to the Asian summer monsoon: a case study of the Sarychev eruption in 2009, Atmos. Chem. Phys., 17, 13439-13455, doi: https://doi.org/10.5194/acp-17-13439-2017. 

    

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